DE2018517B2 - EXPERIENCE TO MANUFACTURE A SEMICONDUCTOR COMPONENT - Google Patents

EXPERIENCE TO MANUFACTURE A SEMICONDUCTOR COMPONENT

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit hervorragend stabilen elektrischen Eigenschaften, wobei das Bauelement mit einem Passiv ierungsfilm versehen ist, der einen ausgezeichneten Feuchtigkeitsschutz bietet.The invention relates to a method for producing a semiconductor component with excellent stability electrical properties, the component is provided with a passivation film, which has an excellent Provides moisture protection.

Da sich die elektrischen Parameter von Halbleiterbauelementen wegen der Aktivität ihrer pn-Ubergänge unter atmosphärischen Einflüssen LOtwendigenveise nicht reversibel ändern, müssen die Übergänge gegen solche atmosphärischen Einflüsse, etwa Feuchtigkeit, durch Aufbringen eines geeigneten Passivierungsfilms isoliert werden. Zur Erzeugung derartiger Passivierungsfilme sir J zahlreiche Methoden und Verfahren entwickelt worden.Since the electrical parameters of semiconductor components are different because of the activity of their pn junctions Under atmospheric influences, LO may not change reversibly, the transitions must counteract such atmospheric influences, such as moisture, by applying a suitable passivation film to be isolated. There are numerous methods and processes for producing such passivation films has been developed.

Im Falle eines typischen Siliziumdioxid-Passivierungsfilms. der im allgemeinen durch thermische Oberflächenoxydation des Silizium-Halbleiterbauelements gebildet wird, neigt der Gradient der Konzentrationverteilung an den pn-Ubergängen dazu, sich durch unerwünschtes Eindiffundieren von Verunreinigungen zu verändern, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Bauelements verschlechtert oder unzulässig verändert werden.In the case of a typical silica passivation film. which is generally caused by thermal surface oxidation of the silicon semiconductor component is formed, the gradient of the concentration distribution tends to be at the pn junctions to prevent undesired diffusion of impurities to change, as a result of which the electrical properties of the component deteriorate or change in an impermissible manner will.

Um die unerwünschten thermischen Einflüsse während der thermischen Oxydation zn % ermeiden, hat man schon verschiedenartige Passiv lerungsfilme angewendet. Bei einem dieser bekannten Verfahren wird das Halb! 'ter-Plättchen ?ur leichteren Bildung von Siliciumdioxid auf der Pläitchenoberlläche mit einem Dan'r>f in Berührung sebracht. der Fluorwasserstoff und Salpetersäure enthält. Hierbei ist es jedoch schwierig, den Passivierungsfilm genügend dick zu machen; vielmehr verbleibt in dem Film eine beträchtliche Anzahl von winzigen Löchern.In order to avoid the undesirable thermal influences during thermal oxidation zn% various types of passive education films have already been used. In one of these known methods the half! 'ter platelets? for easier formation of Silicon dioxide on the planar surface with a Dan'r> f brought into contact. the hydrogen fluoride and contains nitric acid. In this case, however, it is difficult to make the passivation film thick enough do; rather, a significant number of tiny holes remain in the film.

Bei einem anderen Verfahren wird der Siliziumdioxidnlm auf aer Oberfläche des Plättchens dadurch gebildet, daß Silizium als Siliziumdioxid niedergeschlagen wird, das durch Zersetzung einer flüchtigen organischen Siliziumverb''-:dung erzeugt wird. Da sich Monosilan (SiH4) oder Disilan (Si2H6), beides flüchtige organische Siliziumverbindungen, bei Temperaturen unter etwa 7000C zersetzen lassen, kann die Bildung des Passivierungsfilms bei relativ niedrigeren Temperaturen erfolgen. Der durch die chemische Zerlegung der Siliziumverbindung entstandene Siliziumdioxidfilm stellt jedoch wegen seiner schlechten Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit keinen brauchbaren Passivierungsfilm dar, insbesondere deshalb, weil an den Übergangsflächen des Bauelements ein recht hoher Leckstrom auftritt.In another method, the Siliziumdioxidnlm on aer surface of the wafer is formed in that silicon is deposited as silicon dioxide, obtained by decomposition of a volatile organic Siliziumverb '' -: is produced dung. Since monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), both volatile organic silicon compounds, can be decomposed at temperatures below approximately 700 ° C., the passivation film can be formed at relatively lower temperatures. However, the silicon dioxide film formed by the chemical decomposition of the silicon compound does not constitute a usable passivation film because of its poor resistance to moisture, in particular because a very high leakage current occurs at the transition surfaces of the component.

Es ist aL.h bekannt, auf Halbleiteroberflächen zusammengesetzte feuchtigkeitsbeständige Passivierungsschichten aufzubringen, indem eine Siliziumdioxidschicht durch thermische Zersetzung einer organischen Siliziumverbindung und darauf eine weitere Schicht aus einer Mischung von Phosphoroxyd und Siliziumoxyd bzw. aus Bleioxid gebildet wird und eirp th<" mische Nachbehandlung vorgenommen wird (deutsche Offenlesunssschr ft I 923 035 und französische Patentschrift 1 427 365).It is aL.h known on semiconductor surfaces composite moisture resistant passivation layers applied by a silicon dioxide layer, a further layer is formed from a mixture of Phosphoroxyd and silicon oxide or lead oxide by thermal decomposition of an organic silicon compound, and it and eir p th <"mix-treatment carried out (German Offenlesunssschr ft I 923 035 and French patent specification 1 427 365).

Nach einem ähnlichen Verfahren (deutsche Auslegeschrift 1 237 400) wird die Passivierungsschicht dadurch hergestellt, daß die Halbleiteroberfläche einem dampfförmigen Gemisch aus SiO und/oder B2O3 und. oder einem Bleioxid sowie gleichzeitig einer rasch intermittierenden Licht- oder UV-Bestraniang ausgesetzt wird, wobei sich ein glasartiger, wasserundurchlässiger Überzug bildet.According to a similar process (German Auslegeschrift 1 237 400), the passivation layer is produced in that the semiconductor surface is a vaporous mixture of SiO and / or B 2 O 3 and. or a lead oxide and simultaneously exposed to rapidly intermittent light or UV exposure, forming a vitreous, water-impermeable coating.

Nun ist aber bekanntlich P2O5 ein sehr kräftiges Trocknungsmittel und wird deshalb zum Entwässern bzw. Trocknen chemischer Substanzen verwendet. B2O5 hat ebenfalls eine gewisse Was^erabsorptionsfähigkeit. As is well known, however, P 2 O 5 is a very powerful drying agent and is therefore used for dehydrating or drying chemical substances. B 2 O 5 also has a certain water absorption capacity.

Man sieht also, daß P2O5 und B2O3 wegen ihrer Wasserlöslichkeit für die Herstellung eines Passivierungsfilms nicht geeignet sind.It can thus be seen that P 2 O 5 and B 2 O 3 are unsuitable for the production of a passivation film because of their solubility in water.

Wenn auch PbO eine geringe Löslichkeit in Wasser zeigt, so wandern doch Pb-Ionen aus dem Film, der PbO enthält, in den Passivierungsfilm, wodurch an der Oberfläche von Halbleitern zu starke Leckströme auftreten. Even if PbO shows poor solubility in water, Pb ions migrate out of the film, the PbO contains in the passivation film, which causes excessive leakage currents to occur on the surface of semiconductors.

Da PbO. PäO5, B2O3 in Kombination mit dem SiO2-FiIm verwendet werden, kann dieser durch eine geeignete Wärmebehandlung glasartig gemacht werden. Derartige feuchtigkeitsfeste Passivierungsfilme liefern jedoch noch kein befriedigendes Ergebnis, da sie die Leckströme an der Oberfläche der Halbleiterplättchen verstärken, die sich im Kontakt mit dem SiO2-FiLn befindet.Since PbO. P ä O 5 , B 2 O 3 are used in combination with the SiO 2 -FiIm, this can be made vitreous by a suitable heat treatment. However, such moisture-proof passivation films do not yet provide a satisfactory result, since they increase the leakage currents on the surface of the semiconductor wafer which is in contact with the SiO 2 film.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements anzugeben, mit dessen Hilfe ein Passivierungsfi'm mit sehr guter Feuchtigkeitsbeständigkeil hergesteüt v.erden kann. Die elektrischen Eigenschaften des Passivierungsfilms sollen durch eine geeignete Wärmebehandlung erheblich verbessert werden. Insbesondere soll der zusammengesetzte Passivierungsfilm keine Leckströme bilden.It is therefore the object of the invention to provide a new method specify for the production of a semiconductor component, with the help of which a passivation film with very good moisture-proof wedge can. The electrical properties of the passivation film should be achieved through a suitable heat treatment can be significantly improved. In particular, the composite passivation film should not be Form leakage currents.

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Das Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbau- so entsteht kein gleichmäßiger Film, weil die Glimmelements mit einem feuchtigkeitsbeständigen, zusam- entladung zwischen den Elektroden bei einem derart mengesetztin Passivierungsfilm, der eine kleine Ober- hohen Partialdruck instabil ist.
flächenladungsdichte aufweist, bei dem ein wenigstens In dieser Beschreibung wird zwar gesagt, daß die einen pn-Übergang aufweisendes Halbleiterplättchen 5 Filme aus Siliziumdioxid und Tantalpentoxid bemit dem Dampf einer flüchtigen organischen Silizium- stehen; es ist jedoch festzustellen, daß die chemische verbindung in Berührung gebracht wird, die sich bei Zusammensetzung dieser Filme nicht notwendigerweise Temperaturen >mter etwa 7000C unter Abscheidung der stöchiometrischen Formel SiO2 bzw. Ta2O5 entvon Siliziumdioxid auf einer freien Oberfläche des spricht.
The method for manufacturing a semiconductor structure does not produce a uniform film because the glow elements with a moisture-resistant, co-discharge between the electrodes with a passivation film in such a way that a small upper partial pressure is unstable.
In this description it is said that the semiconductor wafers having a pn junction are films of silicon dioxide and tantalum pentoxide with the vapor of a volatile organic silicon; However, it is noted that the chemical compound is brought into contact, not necessarily temperatures> mter about 700 0 C under deposition of stoichiometric formula SiO 2 or Ta 2 O 5 entvon silica of favor in the composition of these films on a free surface .

Plättchens zersetzt, ist erfindungsgemäß dadurch ge- ίο Durch zahlreiche Versuche ist gefunden worden, daß kennzeichnet, daß man auf dem so gebildeten Silizium- die Bildung des Films auf der Oberfläche des Halbdioxidfilm durch Aufsprühen von Tantal in einer leiterbauelements notwendigerweise eine Steigerung Sauerstoffatmosphäre einen Tantalpentoxidfilm bildet der Oberflächen-Ladungsdichte zur Folge hat. Wenn und dann das Plättchen einer Wärmebehandlung bei auch der Siliziumdioxidfilm die Ladungsdichte erhöht, etwa 200 bis 4000C in einer nicht reduzierenden Atmo- 15 ist diese Tendenz bei den praktisch verwendbaren Sphäre unterwirft. Filmen am geringsten. Da die Zunahme der Dichte derAccording to the invention, it has been found through numerous experiments that the formation of the film on the surface of the half-dioxide film by spraying tantalum in a conductor component, necessarily an increase in the oxygen atmosphere, a tantalum pentoxide film is formed on the silicon thus formed the surface charge density. If and then increased the wafer to heat treatment at the silicon dioxide film and the charge density, about 200 to 400 0 C in a non-reducing at- 15 this tendency is subjected in the practically usable sphere. Films the least. As the increase in the density of

Vorzugsweise wird der Siliziumdioxidfilm in einer Leckströme verursachenden Oberflächenladungen ge-The silicon dioxide film is preferably placed in a surface charge that causes leakage currents.

Dicke von etwa 0,4 bis 1 μπι und der Tantalpentoxid- ring ist. wird vorzugsweise der Siliziumdioxidfilm aufThickness of about 0.4 to 1 μm and the tantalum pentoxide ring is. is preferably on the silicon dioxide film

film in einer Dicke von wenigstens 0,2 ;xm aufgebracht. der Plättchenoberfläche gebildet. Obwohl dieser Filmfilm applied in a thickness of at least 0.2; xm. formed on the platelet surface. Although this film

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die 20 geringe Oberflächen-Ladungsdichte hat, besteht einThe method according to the invention is made possible by the 20 has a low surface charge density

Zeichnungen und die folgenden Ausführungsbeispiele großer Nachteil darin, daß er eine schlechte FestigkeitDrawings and the following embodiments have a major disadvantage in that they have poor strength

näher erläutert. gegen Feuchtigkeit aufweist. Bei dem erfirdungsge-explained in more detail. against moisture. At the invented

F i g. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwi- mäßen Bauelement wird deshalb der Film mit demF i g. 1 is a diagram showing the relationship between the component and therefore the film with the

sehen der Durchbruchsspannung eines erfindungsge- Tantalpentoxidfilm bedeckt, der eine ausgezeichnetesee the breakdown voltage of a tantalum pentoxide film of the invention, which has an excellent

maß hergestellten Halbleiterbauelements und den 25 Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit aufweist.custom-made semiconductor component and the 25 has resistance to moisture.

Temperaturen der Wärmebehandlung wiedergibt; Dennoch hat sich gezeigt, daß die Stabilität derRepresents the temperatures of the heat treatment; Nevertheless, it has been shown that the stability of the

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung der Ober- Bauelemente, die mit einem aus Siliziumdioxid- undF i g. Figure 2 is a diagram of the top components that can be formed with a silicon dioxide and

fiächen-Ladungsdichten des mit verschiedenen Passi- Tantalpentoxidfilm zusammengesetzten Passivierungs-surface charge densities of the passivation, which is composed of various passivation tantalum pentoxide films,

vierungsfilmen versehenen Bauelements: und film versehen sind, bezüglich der Passi vierungseigen-construction element provided with vation films: and film are provided with regard to the passivation-inherent

F i g. 3 stellt ein Diagramm dar, das die Ober- 30 schäften unzulänglich sind. Vor allem ist die Oberflächen-Ladungsdichten von mit verschiedenen Passi- flächen-Ladungsdichte erheblich, wodurch der Leckvierungsfilmen versehenen Bauelementen in Abhängig- strom erhöht und die Durchbruchspannung der Baukeit von Behandlungstemperaturen zeigt. elemente herabgesetzt wird.F i g. 3 illustrates a diagram that the upper shafts are deficient. Most important is the surface charge densities of having different pass-area charge density considerably, reducing the leakage films provided components in dependent current increases and the breakdown voltage of the building of treatment temperatures shows. elements is reduced.

Die zu verwendende flüchtige organische Silizium- Diese Nachteile lassen sich beseitigen oder vermin-The volatile organic silicon to be used These disadvantages can be eliminated or reduced

verbindung muß eine Zersetzungstemperatur unterhalb 35 dern, wenn nach der Bildung des zusammengesetztenCompound must have a decomposition temperature below 35 if after the formation of the compound

etwa 7000C aufweisen. Liegt sie oberhalb von 700cC, Films eine Wärmebehandlung, etwa 2C0 bis 400= C inhave about 700 ° C. If it is above 700 c C, film a heat treatment, about 2C0 to 400 = C in

so kann es sein, daß elektrische Parameter der Bau- nicht reduzierender Atmosphäre, vorgenommen wird,so it can be that electrical parameters of the building - non-reducing atmosphere are made,

elemente durch thermische Einflüsse während der Auf diese Weise kann die Oberflächen-Ladungsdichteelements due to thermal influences during the In this way, the surface charge density

Bildung des Siliziumdioxidfilms unzulässig verändert so klein gemacht werden, daß sich der Leckstrom beiFormation of the silicon dioxide film inadmissibly changed can be made so small that the leakage current at

werden. 40 Sperrbetrieb des Bauelements hinreichend vermindernwill. 40 Sufficiently reduce the blocking operation of the component

Das Siliziumdioxid wird aus einem Dampf abge- läßt. Die Gründe für die Wirkungen der Wärmebelagert, der die Siliziumverbindung sowie ein inertes handlung sind zwar nicht im einzelnen bekannt, doch Trägergas pnthält. Bei Monosilan -vird eine Plättchen- nimmt man an, daß die in dem Siliziumdioxidfilm vertemperatur von etwa 300 bis 4000C, eine Dampf- bliebenen Sauerstoff-Fehlstellen mit Sauerstoff aufge-Strömungsgesch-'indigkeit von 5 1 pro Minute und 45 füllt werden, wodurch Gitterfehler beseitigt oder vereine Sauerstoff-otrömungsgeschwindigkeit von 0,15 1 mindert werden und die Oberflächen-Ladungsdichte pro Minute angewendc*, wobei der Film mit einer ansteigt. Wegen der Wärmebehandlung bei Verhältnis-Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 1 μπι pro Minute mäßig niederen Temperaturen besteht nicht die Gewächst, fahr, daß sich die elektrischen Eigenschaften der Bau-The silicon dioxide is released from a steam. The reasons for the effects of the heat deposit, the silicon compound and an inert action are not known in detail, but contain carrier gas. In the case of monosilane - a platelet - it is assumed that the oxygen vacancies remaining in the silicon dioxide film of about 300 to 400 0 C, a vapor, are filled with oxygen flow rates of 5 liters per minute and 45, thereby eliminating lattice defects or reducing an oxygen flow rate of 0.15 liters and applying the surface charge density per minute * with the film increasing at a rate. Because of the heat treatment at a ratio speed of about 0.5 to 1 μπι per minute moderately low temperatures, there is no growth, driving that the electrical properties of the construction

Bei der Bildung des Tantalpentoxidfilms wird vor- 5a elemente während der Bildung des Films und derIn the formation of the tantalum pentoxide film, there are elements during the formation of the film and the

zugsweise folgendermaßen gearbeitet: Ein Tantalstab Wärmebehandlung verschlechtern. Dies ist ein sehrpreferably worked as follows: A tantalum rod deteriorate heat treatment. This is a very

wird als Kathode und ein mit dem Siliziumdioxidfilm wichtiger Vorteil.becomes as a cathode and an important advantage with the silicon dioxide film.

versehenes Halbleiterplättchen wird als Anode ge- Geeignete Filmstärken sind experimentell ermittelt schaltet. Um restliche Gase und Feuchtigkeit aus dem worden. Für den Siliziumdioxidfilm ist eine Dicke von Vakuumgefäß zu entfernen, wird dieses auf etwa 10~5 55 etwa 0,4 bis 1 μπι zweckmäßig. Ist die Dicke kleiner bis 10~e mm Hg evakuiert. Sodann wird ein staub- als 0,4 μπι, so oleiben in dem Film winzige Löcher und wasserfreies Sauerstoff-Argon-Gasgemisch in das übrig, und die Berührung zwischen der Plättchenober-Gefäß geleitet, um einen geeigneten Sauerstoff-Partial- fläche und dem Tantalpentoxidfilm bewirkt einen Andruck zu erzeugen. Durch Anlegen einer Spannung stieg der Oberflächen-Ladungsdichte. Ist andererseits zwischen Kathode und Anode treffen von dem mit der 60 die Filmstärke größer als 1 μΐη, so treten bei der BiI-Kathode verbundenen Tantalstab Tantalatome auf das dung des Films der Wärmebehandlung und beim Anodenplättchen, so daß auf dem Silizium ein Tantal- Betrieb des Bauelements infolge der unterschiedlichen pentoxidfilm gebildet wird. Der hierfür bevorzugte Wärmea'.sdehnungskoeffizienten von Plättchen und SauerstolT-Partialdruck liegt bei etwa 5 ■ 10~:i bis Film Risse in dem Film auf. Solange man geiade noch 5 · 10~a Torr. Ist der Partialdruck kleiner als 5· 65 einen Film ohne Löcher erzeugen kann, ist der dünnste ΙΟ"3 Torr, so kann es sri, daß sich wegen Sauerstoff- Film am geeignetsten, da die Oberflächen-Ladungsmangels kein vollständiger Isolierfilm ausbildet. 1st dichte um so kleiner wird, je geringer die Stärke des andererseits der Parlialdruck höher als 5· 10~2 Torr, Siliziumdioxidfilms ist.The semiconductor wafer provided is switched as the anode. Suitable film thicknesses are determined experimentally. To remove residual gases and moisture from the. A thickness of the vacuum vessel is to be removed for the silicon dioxide film; this is expedient to about 10 ~ 5 55 about 0.4 to 1 μm. If the thickness is less than 10 ~ e mm Hg evacuated. Then a dust than 0.4 μm, so oleiben in the film tiny holes and anhydrous oxygen-argon gas mixture in the remaining, and the contact between the platelet upper vessel, passed to a suitable oxygen partial surface and the tantalum pentoxide film causes a pressure to be generated. When a voltage was applied, the surface charge density increased. On the other hand, if the film thickness between the cathode and anode of the 60 is greater than 1 μΐη, tantalum atoms occur in the tantalum rod connected to the BiI cathode on the formation of the film of the heat treatment and in the anode plate, so that a tantalum operation of the on the silicon Component is formed as a result of the different pentoxide film. The coefficient of thermal expansion of platelets and oxygen partial pressure preferred for this purpose is about 5 × 10 ~ : 1 until the film shows cracks in the film. As long as you still have 5 · 10 ~ a Torr. If the partial pressure is less than 5 × 65, a film without holes can be produced, the thinnest ΙΟ " 3 Torr, so it may be the most suitable because of the oxygen film, since the surface charge deficiency does not form a complete insulating film the strength of the other part of the Parlialdruck higher than 5 x 10 -2 Torr, the silicon dioxide film is, the smaller the smaller.

Die Wärmebehandlung erfolgt in nicht reduzierender Atmosphäre etwa aus Sauerstoff, Sauerstoff-Stickstoff, einem inerten Gas oder einem Gemisch aus einem inerten Gas und Stickstoff. Eine sauerstoffhaltige Atmosphäre eignet sich am besten, da der Sauerstoff dazu beiträgt, Gitterfehler oder Sauerstoff-Fehlstellen in dem Film zu vermindern oder zu beseitigen. Eine beispielsweise Wasserstoff enthaltende reduzierende Atmosphäre ist dagegen nicht verwendbar, da Wasserstoff die Sauerstoff-Fehlstellen in dem Film vermehrt. Der Druck für die bei der Wärmebehandlung verwendete Atmosphäre ist nicht begrenzt.The heat treatment takes place in a non-reducing atmosphere, e.g. from oxygen, oxygen-nitrogen, an inert gas or a mixture of an inert gas and nitrogen. An oxygen-containing Atmosphere works best as the oxygen contributes to lattice defects or oxygen vacancies to reduce or eliminate in the film. A reducing agent containing, for example, hydrogen On the other hand, atmosphere cannot be used because hydrogen increases the oxygen vacancies in the film. The pressure for the atmosphere used in the heat treatment is not limited.

Versuche haben erwiesen, daß sich durch Bildung einer Phosphatglas-Schicht unter dem Tantalpentoxidfilm ein Halbleiterbauelement herstellen läßt, das sehr kleine Oberflächcn-Ladungsdichtc- und Leckstrom-Eigenschaften aufweist. Die Phosphatglas-Schicht kann dadurch gebildet werden, daß auf dem Siliziumdioxidfilm Phosphorpentoxid aus einer Atmosphäre abgelagert wird, die Dampf einer Phosphorverbindung, etwa Phosphin (PH3) oder Phosphoroxichlorid (POCI3) enthält, oder indem auf der freien Plättchenfiäche eine Mischung aus Phosphorpentoxid und Siliziumdioxid aus einer Atmosphäre abgelagert wird, die die flüchtige organische Siliziumverbindung und die Phosphorverbindung enthält.Experiments have shown that by forming a phosphate glass layer under the tantalum pentoxide film, a semiconductor device can be produced which has very small surface charge density and leakage current properties. The phosphate glass layer can be formed in that phosphorus pentoxide is deposited on the silicon dioxide film from an atmosphere containing vapor of a phosphorus compound, such as phosphine (PH 3 ) or phosphorus oxychloride (POCI 3 ), or by adding a mixture of phosphorus pentoxide and Silica is deposited from an atmosphere containing the volatile organic silicon compound and the phosphorus compound.

Da das Phosphorpentoxid als Oxydationsmittel zur Oxydation der Sauerstoff-Fehlstellen in dem Siliziumdioxid wirk! wird der Film "cenüber Feuchtigkeit stabil. Da das Phosphatglas ein hohes Wasser-Absorptionsvermögen aufweist, muß auf der Phosphatglasschicht der Tantalpentoxidfilm gebildet werden, um das Bauelement gegen Feuchtigkeit zu schützen.Because the phosphorus pentoxide acts as an oxidizing agent to oxidize the oxygen vacancies in the silicon dioxide real! the film is about moisture stable. Since the phosphate glass has a high water absorption capacity, the phosphate glass layer must the tantalum pentoxide film can be formed in order to protect the component against moisture.

Beispiel IExample I.

Hinsichtlich der Wirkungen der Dicke des Siliziumdioxidfilms wurden die nachstehenden Ergebnisse bei Tests auf winzige oder Nadellöcher erhalten.Regarding the effects of the thickness of the silicon dioxide film, the following results were obtained from Tests received for tiny or pinholes.

Tabelle 1Table 1

Test Nr.Test no. Dicke (μηι)Thickness (μηι) Lcckstellen im Film
(%)
Gaps in the film
(%)
11 0,20.2 9090 22 0,30.3 4040 33 0,40.4 1616 44th 0,60.6 1515th 55 ι,οι, ο 1515th 66th 0,6 bis 0,70.6 to 0.7 1010

Bei diesem Versuch wurden die Leckstellen durch Ströme ermittelt, die zwischen auf dem Siliziumdioxidfilm und dem Plättchen gebildeten Metallfilmen angelegt wurden; der Prozentsatz der Leckstellen ergibt sich aus dem Verhältnis derjenigen Punkte, an denen Strom floß, zur Gesamtzahl der Testpunkte. Aus der in Tabelle 1 wiedergegebenen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß die Zahl der Nadellöcher in dem Film hinreichend klein ist, wenn die Filmdicke größer als 0,4 μίτι ist. Um eine ausreichend kleine Zahl von Nadel· löchern zu erzielen, muß also die Stärke größer al· 0,4 μηι gemacht werden.In this experiment, the leak points were determined by currents flowing between on the silicon dioxide film and metal films formed on the chip were applied; gives the percentage of leaks is the ratio of those points at which current flowed to the total number of test points. From the In the results shown in Table 1, it is found that the number of pinholes in the film is sufficiently small if the film thickness is greater than 0.4 μίτι. To get a sufficiently small number of needle To achieve holes, the strength must be made greater than 0.4 μm.

Das in Verb.idung mit dem Test Nr. 6 erhaltene Ergebnis, bei dem der Siliziumdioxidfilm durch thermische Oxydation des Plättchens bei einer Temperatui oberhalb von 11000C gebildet wurde, ist zum Vergleich mit dem durch chemische Ablagerung der orga nischen Siliziumverbindung gebildeten Siliziumdioxid film gezeigt.The result obtained in Verb.idung with the test no. 6, in which the silicon dioxide film was formed by thermal oxidation of the wafer at a Temperatui above 1100 0 C is shown for comparison with the film formed by chemical deposition of orgasmic African silicon compound silica .

3535

Beispiel IIExample II

Die Ergebnisse von Wärmeriß-Tests an Silizium dioxidfilmen, die durch chemische Ablagerung de; organischen Siliziumverbindung gebildet wurden, sine in Tabelle 2 wiedergegeben.The results of heat crack tests on silicon dioxide films produced by chemical deposition; organic silicon compound were formed, are shown in Table 2.

TabelleTabel

Tl T /^ L* Λ /1 1 1^\ \Tl T / ^ L * Λ / 1 1 1 ^ \ \ NachTo NachTo bei 300° Cat 300 ° C WärmebehandlungHeat treatment bei400Cat 400C bei 6000Cat 600 ° C bei 800'Cat 800'C bei 10000Cat 1000 0 C L*ICKC vI-t-ITl/L * ICKC vI-t-ITl / FilmbildungFilm formation PhotoätzungPhoto etching 00 00 00 00 00 0,65 bis 0,800.65 to 0.80 00 00 00 00 00 00 00 0,80 bis 0,950.80 to 0.95 00 00 00 00 OXOX XX 1,0 bis 1,21.0 to 1.2 00 00 - - - - 1,2 bis 1,51.2 to 1.5 00 XX - - - >1,5> 1.5 XX -

In Tabelle 2 ist das Auftreten eines Risses in dem Film durch X wiedergegeben. Aus den Ergebnissen gemäß Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Dicke des Siliziumdioxidfilms im Hinblick auf die Wärmebehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften des Films kleiner als etwa 1 μΐη sein muß. Insbesondere ist eine Dicke von weniger als 0,95 μηι bevorzugt.In Table 2, the occurrence of a crack in the film is represented by X. From the results from Table 2, it can be seen that the thickness of the silicon dioxide film in view of the heat treatment to improve the properties of the film must be less than about 1 μm. In particular is a Thickness of less than 0.95 μm is preferred.

Beispiel IIIExample III

Es wurden Nadelloch-Tests bezüglich des Tantalpentoxidfilms durchgeführt. Bei diesem Versuch wurde die Anzahl von Nadellöchern pro Flächeneinheit durch Umwandlung der Gesamtzahl von Nadellöchern in dem Film berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 σρ-ΎΡλ crt Pinhole tests were carried out on the tantalum pentoxide film. In this experiment, the number of pinholes per unit area was calculated by converting the total number of pinholes in the film. The results are shown in Table 3 σρ-ΎΡλ crt

Tabelle 3Table 3 Zahl der Nadel-
löcher pro cm*
Number of needle
holes per cm *
Dicke (μπι)Thickness (μπι) 300300 ο,ιο, ι 140140 0,20.2 100100 0,30.3 9696 0,40.4 9595 0,50.5

Ira allgemeinen ist es erforderlich, daß die Anzah von Nadellöchern pro Flächeneinheit (cm2) von Standpunkt der praktischen Verwendung her kleine a!s etwa 150 ist. Aus Tabelle 3 ist zu entnehmen, dalGenerally, the number of pinholes per unit area (cm 2 ) is required to be small as about 150 from the standpoint of practical use. From Table 3 it can be seen that

1818th

Beispiel VExample V Tabelle 4Table 4

Vorwärts-Leck-Forward leak Probenrehearse stromcurrent (μΑ) bei 500 V(μΑ) at 500 V. 4,04.0 ohne Wärmebehandlung without heat treatment 6,56.5 nach 2stündiger Wärmebehandafter 2 hours of heat treatment lung bei 35O0C in Stickstofftreatment at 35O 0 C in nitrogen atmosphäre the atmosphere 9,19.1 nach 2stündiger Wärmebehandafter 2 hours of heat treatment lung bei 35O°C in Sauerstofftreatment at 350 ° C in oxygen atmosphäre the atmosphere 5,05.0

dazu die Dicke des Tantalpcntoxidfilms stärker als etwa 0,2 μιιι sein muß. Da beim Aufsprühen die Wachstumsrate des Tantalpentoxidfilms nur 0,1 bis 0,3 μηι pro Stunde beträgt, mag eine praktikable Dicke bei etwa 0,2 bis 0,7 (im liegen.in addition, the thickness of the tantalum antoxide film is greater than must be about 0.2 μιιι. Since when spraying the growth rate of the tantalum pentoxide film only 0.1 to 0.3 μm per hour, a practical thickness may be around 0.2 to 0.7 (im.

Beispiel IVExample IV

Bezüglich der Auswirkungen der Wärmebehandlung wurde ein Versuch an einem Thyristor des f'lanartyps ausgeführt, der eine N-Kmittcrschicht mit einer Dicke von 15|im, eine P-Basisschicht mit einer Dicke von 20 |xm, eine N-ßasisschicht mit einer Dicke von 80 bis 100 (im und einem Widerstand von 2O£2cm, eine P-Emiilcrschicht mit einer Dicke von 40 bis 50 |xm sowie einen zusammengesetzten Passivierungsfilin aufwies, der aus einem Siliziumclioxidfilm von 0,8 bis 0,9 ;xm Dicke und einem Tantalpcntoxidfilm bestand. Die Proben wurden 1 bis 5 Stunden lang bei 300 bis 600 C Wärme behandelt.Regarding the effects of the heat treatment, an experiment was carried out on a thyristor of the f'lanar type executed, the an N-Kmittcrschicht with a thickness of 15 | im, a P base layer with a thickness of 20 | xm, an N-base layer with a thickness of 80 to 100 (im and a resistance of 2O £ 2cm, a P-Emiilcrschicht with a thickness of 40 to 50 | xm as well as had a composite passivation film composed of a silicon dioxide film of 0.8 to 0.9; xm thickness and a tantalum antoxide film. The samples were kept at 300 bis for 1 to 5 hours 600 C heat treated.

in F i g. 1 zeigt die Kurve Λ die Rückwärts-Durchbruchspannungen und die Kurve B die Vorwärts-Durchbruchspannungen des besagten Thyristors. Obwohl nach den Ergebnissen aus F i g. 1 eine Wärmebehandlung über 300 C zu einer Verbesserung der Durchbruchspannung beiträgt, dürfte es ungünstig sein, den Thyristor bei Temperaturen über etwa 400C wärmcziibchandcln. Bei einem weiteren Versuch hat ^ch gezeigt, daß von einer unter etwa 200C durchgeführten Wärmebehandlung keine Wirkung zu erwarten ist, da die in dem Film eingeschlossenen linerwünschten Substanzen wie etwa Wasser nur ungenügend entfernt werden. Die Wärmebehandlung sollte deshalb zwischen etwa 200 und 400GC durchgeführt werden.in Fig. 1 shows the curve Λ the reverse breakdown voltages and the curve B the forward breakdown voltages of said thyristor. Although according to the results from FIG. If a heat treatment above 300 ° C helps to improve the breakdown voltage, it would probably be unfavorable to heat the thyristor at temperatures above about 400 ° C. In a further experiment, it has been shown that no effect is to be expected from a heat treatment carried out below about 200 ° C., since the liner-desired substances such as water, for example, enclosed in the film are only insufficiently removed. The heat treatment should therefore be carried out between around 200 and 400 G C.

Es soll noch gesagt werden, daß der Effekt der Wärmebehandlung durch Entfernen der Restspannung in dem Film beispielsweise durch die Glühwirkung der Behandlung zustande kommt.It should also be said that the effect of the heat treatment by removing the residual stress comes about in the film, for example, by the glow effect of the treatment.

An Dioden mit einer Durchbruchspannung von 1500VoIt wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, um die Wirkungen der Wärmebehandlung zu ermitteln. Die bei diesem Versuch verwendeten Dioden hatten teils keinen Passivierungsfilm, teils waren sie mit dem zusammengesetzten Passivierungsfilm versehen. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in Tabelle 4 gezeigt.Another test was carried out on diodes with a breakdown voltage of 1500VoIt, to determine the effects of heat treatment. The diodes used in this experiment had partly no passivation film, partly they were with the composite passivation film provided. The results of this experiment are shown in Table 4.

Da Dioden ohne Film ihre elektrischen Parameter bei langen Betriebsperioden ändern können, ist der Passivierungsfilm erforderlich, obwohl die Dioden ohne Film die geringsten Leckstrom-Ei ?enschaf ten aufweisen. Since diodes without a film can change their electrical parameters during long periods of operation, the is Passivation film required, although the diodes without film have the lowest leakage current properties.

Nach den Ergebnissen aus Tabelle 4 eignet sich die Wärmebehandlung in Sauerstoffatmosphäre am besten zur Reduzierung der Leckströme. Auch Stickstoffatmosphäre k;inn jedoch verwendet werden, da der Leckstrom noch kleiner ist als 10 μΑ.According to the results in Table 4, the heat treatment in an oxygen atmosphere is most suitable to reduce leakage currents. However, a nitrogen atmosphere can also be used, since the Leakage current is even less than 10 μΑ.

Beispiel VfExample Vf

In F i g. 2 ist die Beziehung zwischen den Filmarten und der Oberflächen-Ladungsdichte N/.-/» gezeigt. Bei diesem Versuch betrug die Dicke des Siliziumdioxidfilms, der durch chemische Ablagerung von Silan (SiH1) als organische Siliziiimverbindung gebildet wurde, 0,8 bis 0,9 μΐη, während die Dicke des Tantalpcntoxidfilms (Ta2O5) geändert wurde. Die Proben Nr. 1, 2 und 3 hatten dabei Dicken von 0,2 μΐη, 0.3 μηι bzw. 0,45 am. Die Wärmebehandlung nach der 13ϊI-dung des TaäO.,-Films durch reaktives Aufsprühen wurde 5 Stunden lang bei 300 C in Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Bei der Vergleichsprobc Nr. 4 nach F i g. 2 handelt es sich um ein Bauelement, das nur einen Siliziumdioxidfilm von 0,8 bis 0,9 μηι Dicke hatte.In Fig. 2 shows the relationship between the types of films and the surface charge density N /.-/ ». In this experiment, the thickness of the silicon dioxide film formed by chemical deposition of silane (SiH 1 ) as an organic silicon compound was 0.8 to 0.9 μm, while the thickness of the tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) was changed. . Sample Nos. 1, 2 and 3 had thicknesses thereby μΐη of 0.2, 0.3 and 0.45 μηι on the heat treatment after the 13ϊI plication of Ta ä O, -. Film by reactive sputtering was for 5 hours at 300 C carried out in an oxygen atmosphere. In the comparison sample no. 4 according to FIG. 2 is a component that only had a silicon dioxide film 0.8 to 0.9 μm thick.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß die Oberflächen-Ladungsdichte durch Verwendung des zusammengesetzten Passivierungsfilms und einer geeigneten Wärmebehandlung reduziert werden kann.From Fig. 2, it can be seen that the surface charge density by using the composite passivation film and appropriate heat treatment can be reduced.

Im Falle eines durch thermische Oxydation gebildeten Siliziumdioxidfilms ist die Oberflächen-Ladungsdichte beträchtlich größer als bei dem nach dem erfindungsgemäßcn Verfahren hergestellten Bauelement, und zwar trotz der Überlagerung des Tantalpentoxidfilms auf dem Siliziumdioxidfilm.In the case of one formed by thermal oxidation In the silicon dioxide film, the surface charge density is considerably larger than that of the present invention Process produced component, despite the superposition of the tantalum pentoxide film on the silicon dioxide film.

Versuch VIIExperiment VII

Obwohl sich die elektrischen Eigenschaften von Bauelementen mit einem Basiswiderstand von weniger als etwa 10 f2cm, was zu der Durchbruchspannung des Bauelements beiträgt, nur durch die Wärmebehandlung verbessern lassen, ist bei Bauelementen mit einem Basiswiderstand von mehr als etwa 10Dem eine Vorerwärmungs-Behandlung in Verbindung mit dem Siliziumdioxidfilm zur Verbesserung der Eigenschaften sehr günstig. Die Vorerwärmung wird vor Bildung des Tantalpentoxidfilms bei verhältnismäßig hohen Temperaturen von etwa 700 bis 9003C über eine kurze Zeitspanne von 1 bis 30 Minuten durchgeführt.Although the electrical properties of devices with a base resistance of less than about 10 f2cm, which contributes to the breakdown voltage of the device, can only be improved by heat treatment, devices with a base resistance of more than about 10Dem require a preheating treatment in conjunction with the silicon dioxide film is very beneficial for improving properties. The preheating is carried out at relatively high temperatures of about 700 to 900 3 C for a short period of 1 to 30 minutes before the tantalum pentoxide film is formed.

Während bei Bauelementen mit kleinem Basiswiderstand der Einfluß der Oberflächen-Ladungsdichte auf den Leckstrom nicht so merklich ist, sollte bei Bauelementen mit verhältnismäßig hohem Basiswiderstand das Siliziumdioxid derart wärmebehandelt werden, daß die Sauerstoff-Fehlstellen in dem Film entfernt oder vermindert werden. Diese Vorerwärmungs-Behandlung wird bei etwa 700 bis 9000C über eine kurze Zeitspanne von beispielsweise 3 bis 5 Minuten ausgeführt, um die unerwünschte Beeinflussung des Störstoff-Gradienten an dem pn-übergang sowie das Auftreten von Rissen in dem Film zu vermeiden.While the influence of the surface charge density on the leakage current is not as noticeable in devices with a small base resistance, in devices with a relatively high base resistance the silicon dioxide should be heat-treated in such a way that the oxygen voids in the film are removed or reduced. This preheating treatment is carried out at about 700 to 900 0 C over a short period of for example 3 to 5 minutes, pn junction to the undesirable influence of the impurity gradient at the well as to prevent the occurrence of cracks in the film.

Wie y'ch aus dem Versuch ergeben hat, sollte die Vorerwärmung in einer Atmosphäre eines inerten Gases, etwa Argon oder Helium, durchgeführt werden. Insbesondere eine Stickstoffatmosphäre erbringt keinerlei Vorteile hinsichtlich einer Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Bauelements. Andererseits ist eine Sauerstoffatmosphäre ungeeignet, da das Silizium unter dem Siliziumdioxidfilm oxydiert.As y'ch showed from the experiment, the preheat should in an atmosphere of an inert gas such as argon or helium. In particular a nitrogen atmosphere does not bring any advantages in terms of improving the electrical Properties of the component. On the other hand, an oxygen atmosphere is unsuitable because the silicon oxidized under the silicon dioxide film.

Nach der Vorerwärmungs-Behandlung wird der Tantalpentoxidfilm durch das oeschriebene reaktiveAfter the preheating treatment, the tantalum pentoxide film becomes reactive by the above

309508/441309508/441

4040

5050

SSSS

6060

29542954

Aufsprühen auf dem Siliziumdioxidfilm gebildet. Der so erzielte zusammengesetzte Passivierungsfilm wird der Wärmebehandlung bei 200 bis 400°C unterworfen.Spray formed on the silicon dioxide film. The thus obtained composite passivation film is the heat treatment at 200 to 400 ° C unterwo r fen.

F i g. 3 zeigt eine Beziehung zwischen den Arten des Passivierungsfilms und der Oberflächen-Ladungsdichte N.pfl, wobei die Werte von Bauelement mit einem Siliziumdioxidfilm, der durch chemische Ablagerung aus einem Dampf der organischen Siliziumverbindung gebildet worden ist, durch O dargestellt sind, während 0 die Ergebnisse von Bauelementen mit dem erfindungsgemäß hergestellten Passivierungsfilm darstellt. Dieser wurde wie folgt erhalten:F i g. 3 shows a relationship between the types of the passivation film and the surface charge density N.pfl, where the values of component with a Silicon dioxide film formed by chemical deposition from a vapor of the organic silicon compound has been formed, are represented by ○, while ○ the results of components with the according to the invention represents produced passivation film. This was obtained as follows:

Abscheiden des Siliziumd;oxidfiims durch chemischen Niederschlag auf de:n Plättchen; 5 MinutenDepositing the silicon ; oxide film by chemical precipitation on the: n platelets; 5 minutes

1010

langes Vorwärmen des Plättchens bei den in F i g. 3 angegebenen Temperaturen in Argonatmosphäre; Ausbilden des Tantalpentoxidfilms durch reaktives Aufsprühen auf den Siliziumdioxidfilm; Wärmebehandeln des Plättchens bei 3000C in Sauerstoffatmosphäre.long preheating of the plate in the case of the in F i g. 3 indicated temperatures in argon atmosphere; Forming the tantalum pentoxide film by reactive spraying on the silicon dioxide film; Heat treatment of the platelet at 300 ° C. in an oxygen atmosphere.

Die Dicke des Siliziumdioxid- und des Tantalpentoxidfilms betragen 0,8 bis 0,9 μτη bzw. 0,3 μίτι.The thickness of the silicon dioxide and tantalum pentoxide films are 0.8 to 0.9 μm and 0.3 μm, respectively.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Vorerwärmungs-From Fig. 3 it can be seen that the preheating

Behandlung zur Verringerung der Oberfiächen-La-Treatment to reduce surface load

o dungsdichte des Bauelements beiträgt, so daß sich die Durchbriichspannung der Einrichtung erhöhen läßt.o tion density of the component contributes, so that the Can increase the breakdown voltage of the device.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich z. B. für die Herstellung von Dioden, Transistoren oder Thyristoren.The inventive method is suitable for. B. for the production of diodes, or transistors Thyristors.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

29542954

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einem feuchtigkeitsbeständigen, zusammengesetzten Passivierungsfilm, der eine kleine Oberflächenladungsdichte aufweist, bei dem ein wenigstens einen pn-übergang aufweisendes HaIbleiterplättchen mit dem Dampf einer flüchtigen organischen Siliziumverbindung in Berührung gebracht wird, die sich bei Temperaturen unter etwa 7000C unter Abscheidung von Siliziumdioxid auf einer freien Oberfläche des Plättchens zersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem so gebildeten Siliziumdioxidfilm durch Aufsprühen von Tantal in einer Sauerstoffatmo-Sphäre einen Taittalpentoxidfilm bildet und dann das Plättchen e;rer Wärmebehandlung bei etwa 200 bis 400rC in einer nichtreduzierenden Atmosphäre unterwirft.1. A method for producing a semiconductor component with a moisture-resistant, composite passivation film which has a low surface charge density, in which a semiconductor plate having at least one pn junction is brought into contact with the vapor of a volatile organic silicon compound which is at temperatures below approximately 700 0 C decomposes with the deposition of silicon dioxide on a free surface of the platelet, characterized in that a Taittal pentoxide film is formed on the silicon dioxide film thus formed by spraying tantalum in an oxygen atmosphere, and then the platelet e ; rer heat treatment at about 200 to 400 r C in a non-reducing atmosphere. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Siliziumdioxidfilm in einer Dicke von etwa 0,4 bis 1 μπα und den Tantalpentoxidfilm in einer Dicke von wenigstens 0,2 um aufbringt.2. The method according to claim 1, characterized in that the silicon dioxide film in a Thickness of about 0.4 to 1 μπα and the tantalum pentoxide film in a thickness of at least 0.2 µm. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bildung des Tantalpentoxidfilmes eine Phosphorglasschicht aus einem Gemisch von Silizi mdioxid und Phosphorpentoxid aufgebracht wird.3. The method according to claim 1 or 2. characterized characterized in that prior to the formation of the tantalum pentoxide film, a phosphor glass layer of a Mixture of silicon dioxide and phosphorus pentoxide is applied. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den SiliziumdioxHfilm oder die Phosphonilasschicht vor der Bildung des Tantalpentoxidfilmes bei einer Temperatur von etwa 700 bis 900 C einer Wärmebehandlung unterwirft.4. The method according to claim 1, characterized in that that the silicon dioxide film or the Phosphonilas layer prior to the formation of the tantalum pentoxide film subjected to a heat treatment at a temperature of about 700 to 900 C. 3535
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