DE2028422A1 - Verfahren zum Passivieren von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Feldeffekttransistoren - Google Patents

Verfahren zum Passivieren von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Feldeffekttransistoren

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DE2028422A1
DE2028422A1 DE19702028422 DE2028422A DE2028422A1 DE 2028422 A1 DE2028422 A1 DE 2028422A1 DE 19702028422 DE19702028422 DE 19702028422 DE 2028422 A DE2028422 A DE 2028422A DE 2028422 A1 DE2028422 A1 DE 2028422A1
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Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Matchinen GetelUdiaft mbH
Böblingen, 5. Juni 1970 si/du
Anmelderin:
International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen:
Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anxnelderin:
Docket FI 968 070
Verfahren zum Passivieren von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Feldeffekttransistoren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Passivieren von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Feldeffekttransistoren, bei dem eine die zu passivierende Halbleiterstruktur bedeckende Oxydschicht des betreffenden Halbleitermaterials mit einer weiteren Schicht aus einer Substanz versehen wird, die auf Alkaliionen eine getternde Wirkung ausübt. Ein derartiges Vorgehen ist grundsätzlich aus der US-Patentschrift 3 343 049 bekannt.
Bei der Herstellung von Feldeffektransistoren mit isoliertem Steuergitter auf einem Halbleitersubstrat wird nach der Durchführung des Herstellungsverfahrens die Oberfläche mit einer Oxydschicht versehen, welche die Funktion einer schützenden Isolierschicht Übernimmt. Die Oxydschicht auf dem Substrat besteht meistens aus Siliziumdioxyd, welches vorzugsweise durch thermische Oxydation auf das Substrat aufgebracht wird. Für die Herstellung dieser Schutzschicht kommen jedoch auch andere Verfahren, beispielsweise eine Aufbringung durch pyrolythische Zersetzung in Betracht. 009882/1430
Nährend des thermischen Aufzüchten» der Siliziumdioxydschicht gelangen x.B. aufgrund von Verunreinigungen der öfen und anderer bei der ProzeBführung benutzter Hilfsmittel Natriumionen in die Schicht. Diese können AnIaB geben zu einer Inversionsschicht auf der Oberfläche des Substrats, welche gleichbedeutend mit einer Raumladungsschicht auf dem Siliziumdioxyd ist.
Durch die Wirksamkeit derartiger Inversionsschichten auf der Oberfläche des Substrates wird bei einem Feldeffekttransistor die an der Steuerelektrode angelegte Spannung nicht mehr in exakter Heise den Stromfluß zwischen Quelle und Senke des Transistors steuern« Für eine zufriedenstellende Arbeitsweise eines Feldeffekttransistors ist es daher unbedingt erforderlich, daß derartige, die Leistungseigenschaften des Kanals zwischen Quelle und Senke in unkontrollierbarer Heise beeinflussende Inversionsschicht vermieden werden.
Bei bipolaren Transistoren ist es bekannt, die Wirksamkeit etwa vorhandener Natriumionen innerhalb der paseivierenden Siliziumdioxydschichten durch eine weitere Schicht eines Getterungsmittels, beispielsweise eines solchem aus Fhosphorpentoxyd unwirksam zu machen. Näheres über derartige Getterverfahrea ist der US-Patentschrift 3 343 049 zu entnehmen. Nach der genannten Patentschrift wird die Wirksamkeit der Inversionsschicht auf der Oberfläche des Substrates eines bipolaren Transistors dadurch eliminiert, daß eine weitere Schicht aus Piiosphorpentoxyd im oberen Bereich der Siliziumdioxydschicht vorgesehen ist.
Diese Verfahren erwiesen sich zwar in Verbindung mit bipolaren Transistoren als zufriedeneteilend, koantea jedoch bei Feldeffekttransistoren keine Lösung der mDrtiaadeiien Schwierigfe@ltei% "foliage». Es treten nämlich eine Beihe von weiterem Schwierigkeiten auf p @©°= fern die Phosphorpentoxydsetilcht auf der Bi eines Feldeffekttransistors verbleibt,
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Zunächst bringt die elektrische Polarisierbarkeit des Phosphorpentoxydes auch dann, wenn die Natriumionen in der Schicht durch die Phosphorverbindung gesammelt und an sich unschädlich gemacht werden, es mit sich, daß ein weiterer Typ einer Inversionsschicht auf der Oberfläche des Substrates zustande kommt. Es verbleibt 80sdt auch bei völliger Neutralisierung der Natriumionen auf der Siliziumdioxydoberfläche eine weitere Inversionsschicht auf der Oberfläche des Substrates an Stellen zwischen Quelle und Senke eines Feldeffekttransistors infolge der genannten Polarisierungserscheinung des Phosphorpentoxyds wirksam. Da die bipolaren Transistoren eine etwa drei Größenordnungen höhere Dotierungskonzentration im Vergleich mit Feldeffekttransistoren aufweisen, besitzt die Oberfläche eines bipolaren Transistors etwa nur 1/32 der Empfindlichkeit eines Feldeffekttransistors gegenüber elektrischen Polarisationserscheinungen. Infolgedessen wird jede Inversionsschicht die auf der Oberfläche des Substrates durch das Einbringen von Phosphorpentoxyd entsteht und durch keinen weiteren Prozeßschritt wieder entfernt wird;bei bipolaren Transistoren nicht ausreichen, um dessen Arbeitscharakteristik merklich zu stören. Außerdem besteht bei Feldeffekttransistoren noch die Schwierigkeiten, daß Phosphor aus der Phosphorpentoxydschicht in das Siliziumdioxyd eindringen und eine unerwünschte P-Dotierung in der darunter befindlichen Siliziumschicht verursachen kann. Bei ausreichendem Austausch der Dotierungssubstanzen kann ein elektrisch leitender Pfad zwischen zwei N+-IeItenden Gebieten entstehen, so daß in diesem Falle die Gitterelektrode den Feldeffekttransistor nicht mehr einwandfrei zu steuern vermag. Eine andere Schwierigkeit, die beim Verbleiben einer Phosphorpentoxydschicht auf der Siliziumdioxydschicht eines Feldeffekttransistor auftritt, hängt mit der starken chemischen Aktivität des Phosphorpentoxyds gegenüber Wasser zusammen, wodurch unter bestimmten Umständen jede Schutzwirkung der Siliziumdioxydschicht unterbunden wird. Infolgedessen vermag die Phosphorpentoxydschicht mit dem zumindest spurenweise stets vorhandenen Wasser zu reagieren, so daß bei der entfallenden Schutzfunktion dieser Passivierungsschicht aus der Atmosphäre Natrium-
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ionen eindringen können. Abgesehen von dieser chemischen Empfindlichkeit gegenüber Wasser löst sich Phosphorpentoxyd in verschiedenen für die Reinigung benutzten Lösungsmitteln, die an sich zur Entfernung von restlichen in Verbindung mit der Photoresistmethode auf die Oberfläche gelangten Substanzen benutzt werden. Es besteht sonst die Gefahr, daß die Phosphorpentoxydschicht in unkontrollierter Weise während der Durchführung von Verfahrensschritten die der Entfernung von Photoresistruckständen dienen, an verschiedenen Stellen entfernt wird, wobei die Silisslumdioxydschicht wiederum mit Natriumionen verunreinigt wird und sich eine schädliche Inversionsschicht einstellt. Bei bipolaren Transistoren können daher die Schichten aus Phosphorpentoxyd sehr viel dicker ausgeführt werden als bei Feldeffekttransistoren. Damit die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors eine ausreichende Steuerfunktion ausübt, ist es erforderlich, daß die gesamte Dicke der Siliziumdioxyd- und der Phosphorpentoxydschicht zwischen der Steuerelektrode und dem Substrat nicht dicker als ICX)O K ist. Dahingegen kann die aus den beiden genannten. Substanzen kombinierte Schutzschicht bei bipolaren Transistoren beispielsweise 4500 R dick sein. Daher ist hier die Gefahr gering, daß die Schicht aus Phosphorpentoxyd durch Behandeln mit Reinigung© lös an gea zur Entfernung von Photoresist*= rückständen, ganz oder in einem solchem Ausmaß entfernt wird, daß die Schutzfunktion der Schutzschicht verloren geht» Zur Herstellung einer Steuerelektrode bei einem Feldeffekttransistor ist es erforderlich, einen metallischen Flächenbereich auf eisaer dünnen Schicht au« Slliziumdioxyd und Fhosphorpeatoxyd aufzubringen- Benetzt man hierbei Aluminium als Metall, so ergibt sich eine chemische Reaktion leichter zwischen dem Aluminium und dem Phosphorpentoxfd als zwischen Aluminium und SiliziuEodioxyd. Infolgedessen bildet sich. eine geweilte Grenzfläche, da das Aluminium dl© femümmz aufweist, die Sillziumdioxydschicht so dmrchteiiBfeao Hierawi wiedesnM resultiert eine
Der ¥orliegenden Erfiadnag Hegt daher die Aufgabe stagzuMe „ @in Verfahren anzugeben, welches die Passivierung
elementen gestattet, ohne daß die oben genannten Nachtelle auftreten. Das Verfahren soll besonders zur Stabilisierung von Feldeffekttransistoren geeignet sein, d.h. es soll die Arbeitscharakteristiken der Feldeffekttransistoren nicht nur verschlechtern, wie dies oft der Fall ist, sondern soll diese im Gegenteil durch Entfernen von störenden Natriumionen noch verbessern. -
Das die genannte Aufgabe nach der Lehre der vorliegenden Erfindung lösende Verfahren bedient sich der an sich bekannten Getterwirkung von Phosphorsilikatglas,welches als Zweitschicht zusammen mit einer darunter liegenden Oxydschicht 14 die Oberfläche des zu passivierenden Halbleiterbauelementes 10, IJU 12 bedeckt und ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen einer weiteren, der endgültigen Passivierung dienenden Schicht 17 die gesamte Getterungsschicht, sowie mindestens der obere Bereich der Oxydschicht abgetragen werden, und daß diese Materialentfernung unter strengster Vermeidung von weiteren Verunreinigungen, insbesondere durch Alkaliionen durchgeführt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiden Figuren beschrieben.
Fig. 1 gibt einen Überblick über die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden einzelnen Verfahrensschritte, während Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung eines Feldeffekttransistors wiedergibt, der nach der Lehre der vorliegenden Erfindung gefertigt wurde.
Die in Fig. 2 gezeigte Bauelementenstruktur weist ein z.B. aus P-leitendem Sllzium bestehendes Substrat auf, in welches zwei N -leitende Gebiete 11, 12 mittels bekannter Diffusionsverfahren eingebracht wurden. Die Gebiete 11 und 12 stellen die Quell® bzw. die Senke eines Feldeffekttransistors dar.
Es sei bemerkt, daß die N+-leitendeη Gebiete Il und 12 durch Durch-
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brüche innerhalb einer auf dem Substrat IO angebrachten Siliziumdioxydschicht in dieses eindotiert wurden» Die Siliziumdioxydschicht wird entfernt, bevor eine weitere Schicht 14 aus Siliziumdioxyd auf das Substrat 10 aufgebracht wird. In diese Schicht 14 werden dann öffnungen zum Zwecke der Anbringung von Kontakten 15 und 16 an den N -leitenden Gebieten 11 und 12 vorgesehen.
Bei der Herstellung der Siliziumdioxydschicht 14, die wiederum entweder durch thermisches Aufzüchten oder durch pyrolytischen Niederschlag erfolgen kann, machen sich verunreinigende Substanzen beispielsweise im Ofen oder Ib dem amdernn zur Durchführung des Verfahrens benutzten Geöltes aaaag@a@fea ©©aarkbar. Diese ¥erun-" reinigungsstoffe besteh®» mteie asiäer®» mm Nats-Iunioneny welche innerhalb der auaorphen SiliSsafesehiefofe CSiO2) eiae hohe Beweglichkeit besitzen. Infolgedessen werden Matriumionen die Arbeitscharakteristik eines Feldeffekttransistors dadurch beeinträchtigen, daß sie eine zusätzliche unerwünschte elektrisch leitende Verbindung zwischen Quelle 11 und Senke 12 herstellen.
Diese elektrisch leitende Verbindung kommt durch eine Inversionsschicht innerhalb des oberen Flächenbereichs des Substrates 10 zustande, da die in der Schicht 14 anwesenden Matriumionen infolge ihrer positiven Ladung Elektronen in ihrer nächsten Umgebung innerhalb des P-leitenden Substrates 10 zwischen den Gebieten 11 und 12 ansammeln. Als Gegenmaßnahme wird nach Fig. 1 eine Schicht einer Getterwirkung aufweisenden Substanz, beispielsweise eine Schicht aus Phosphorpentoxyd in den oberen Bereich der Schicht diffundiert. Diese Schicht aus Phosphorpentoxyd gettert die Natriumionen in der Schicht 14 aus Siliziumdioxyd, wobei die Natriumionen in das Gebiet des Phosphorpentoxyda gezogen werden. Infolgedessen werden die für störende Inversionsschichten verantwortlichen Natriumionen weitgehend aus der Sill&Luiadioxydschicht 14 ferngehalten.
Die Phosphorpentoxydschicht wird In die Siliziumdioxydschicht 14
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nach deren Aufbringung auf das Substrat 10 eindiffundiert. Hierzu ist jede geeignete Phosphorpentoxyddampfquelle anwendbar, beispielsweise kann eine solche aus Phosphin, Phosphoroxychlorid oder aus Phosphorpentoxydpulver bestehen.
Es ist anzunehmen, daß während der Bildung der Phosphorpentoxyd-8chicht auf der Siliziumdioxydschicht der Phosphorpentoxyddampf in die Siliziumdioxydschicht 14 eindringt und die chemische Beschaffenheit in deren oberen Bereichen verändert. Der Dampf vermag jedoch die Schicht 14 nicht zu durchdringen und wird somit von dem Substrat 10 ferngehalten.
Aufgrund der Reaktion zwischen dem Phosphorpentoxyd und dem Siliziumdioxyd besteht der resultierende dünne Schichtbereich aus P2O5 · SiO2. Diese Verbindung wird in der Halbleitertechnik allgemein als Phosphorsilikatglas bezeichnet. Nach Diffusion des Gettermaterials in die Siliziumdioxydschicht 14 wird diese Phosphorsilikatglasschicht entfernt. Dies gilt sowohl für die Phosphorsilikatschicht selbst als auch für einen sehr dünnen Bereich unterhalb dieser Schicht, der jedoch der ehemaligen Siliziumdioxydschicht angehört.
Zur Vermeidung von Verunreinigungen des von der Siliziumdioxydschicht 14 zurückbleibenden Bereiches durch Natriumionen ist es erforderlich, mindestens 200 8. der Phosphorsilikatglasschicht durch Kathodenzerstäubung zu entfernen. Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Schrittes in einer mit Hochfrequenz betriebenen Gasentladungsstrecke ist in dem US-Patent 3 369 961 beschrieben.
Für die untersten Schichtbereiche der Phosphorsilikatglasschicht 'ist zwar zur Verhinderung von Verunreinigungen die Entfernung durch Kathodenzerstäubungsätzung erforderlich, es sei aber bemerkt, daB die oberen Schichten der Phosphorsilikatglasschicht grundsätzlich auch mittels irgendwelcher geeigneter Verfahren abgetragen werden
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können.
Allgemein wird zwar vorgezogen, die gesamte Phosphorsilikatglasschicht durch Zerstäubungsätzung abzutragen, notwendig ist jedoch lediglich die untersten Bereiche der Phosphorsilikatglasschicht, welche unmittelbar an die Siliziumdioxydschicht angrenzen,in der genannten Heise mittels eines speziellen Zerstäubungsätzverfahrens zu entfernen, damit eine Verunreinigung der Siliziumdioxydschicht 14 mit Natriumionen mit Sicherheit unterbunden wird. Bei der Abtragung durch Zerstäubungsätzen des Phosphorsilikatglases 1st es erforderlich, dafür zu sorgen, daß keine Phosphorsilikatglasteilchen auf das Substrat, von welchem sie entfernt wurden, zurückgelangen können. Andernfalls werden die in dem Phosphorsilikatglas enthaltenden Natrlumionen in die Siliziumdioxydschicht 14 gelangen, um dort die oben beschriebenen schädlichen Wirkungen hervorzurufen. Es müssen somit besondere Maßnahmen innerhalb der Zerstäubungsapparatur angewendet werden, um dies zu verhindern.
Nach Entfernung der getternden Schicht von der Siliziumdioxydschicht 14 muß ein Schutzmaterial auf die Siliziumdioxydoberfläche 14 aufgebracht werden, um weitere Verunreinigungen der Schicht 14 von außen durch Natrlumionen zu unterbinden«. Diese schützende Schicht sollte in einer von weiteren Verunreinigungen freien Umgebung aufgebracht werden. Dies kann durch Aufbringung einer Schicht 17 aus Schutzmaterial geschehen, vorzugsweise wiederum durch Aufstäuben in der gleichen KathodeBzerstäubungsapparatur, in der auch die Zerst&ubungsätzung durchgefüturt wurde α Stehern jedoch hinreichende verunreinigtsngsfreie Arbeitsbedingungen sur Verfügung, so kann dieser Verfahreneschritt auch in eioesi welterea Kathodenzer- etäubungsgefäfi erfolgen.
Wie aus der FIg. 2 Material auf die bracht. Dies bat wie SilixluMdioxydsehicht 14 Bit Natxl
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füllung dieser Forderung wird keine die Arbeitscharakteristiken des Feldeffekttransistors beeinträchtigende Inversionsschicht auf der Siliziumoberfläche entstehen.
Entsprechend dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wurden einige Proben angefertigt und mit anderen nach bisher bekannten Verfahren hergestellten Proben verglichen. Diese Vergleichsteste zeigen eine erhöhte Stabilität der Oberflächen von Halbleitersubstraten, welche entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung behandelt wurden. Es wurden insgesamt vier Proben hergestellt/ von denen jede ein Siliziumsubstrat mit einer kristallographischen [lOO/ Orientierung umfaßt. Jedes Substrat wurde chemisch-mechanisch poliert. Alle vier Substrate besaßen eine Siliziumdioxydschicht mit einer Dicke von 4500 8, welche durch Oxydation in trockenem Sauerstoff mittels eines Ofens bei einer Temperatur von 1050 0C erzeugt wurden. ·
Die beiden nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angefertigten Proben wurden dann in einen Ofen gebracht, in dem Phosphorsilikatglas durch Einwirkung von Phosphoroxychlorid (POCl3) in Dampfform bei 1000 0C Ofentemperatur niedergeschlagen wurde. Eine 1100 A* dicke Schicht aus Phosphorsilikatglas wurde in die Siliziumdioxydschicht mit einer Gesamtstärke von etwa 4500 £ eindiffundiert. Die Proben wurden dann in ein Vakuumsystem eingegeben, welches auf 10" Torr ausgepumpt wurde. Im für die Zerstäubung benutzten Vaku-
-2 umsystem wurde Argongas mit einem Partialdruck bis zu 10 Torr benutzt. Weiterhin wurde ein inverses Kathodenaufstäubungs- bzw. ein Kathodenzerstäubungaätzverfahren zum Abtragen der Phosphorsilikatglasschicht benützt, wobei dieser Schritt mit einer Rate von 60 R pro Minute durchgeführt wurde. Dieser Verfahrensschritt wurde 20 Minuten lang mit 100 Watt durchgeführt. Durch diese Maßnahme wurde die 1100 X dicke Phosphorsilikatglasechicht rad zusätzlich ein etwa 100 A* dicker Bereich der Siliziuiodloscydachicht entfernt, so daß noch eine restliche Silizlumdioxydschicht mit einer Dicke von 3300 8 verblieb. Hierdurch wird sichergestellt, fiaB jeglicher
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Phosphor, welcher innerhalb eines Bereiches von 11 CK) R möglicherweise in die Siliziumdioxydschicht eingedrungen war, völlig entfernt wird. Das Substrat wurde dann in ein anderes Vakuumsystem eingegeben, welches äußerste Reinheit aufwies und insbesondere keinerlei Verunreinigung mit Natrium- oder anderen Alkaliionen enthielt. Ebenso war die weitere Umgebung des Experimentierraumes, in dem dieses Verfahren durchgeführt wurde, frei von Natrium ionen. Im Vakuumsystem wurde als Schutzschicht Siliziumnitrid mit einer Rate von 200 S pro Minute 5 Minuten lang aufgestäubt, wobei die Schicht insgesamt eine Dicke von 1000 £ erreichte.
Diese Schicht werel© mit ©isaes Iieistüag "w©n 1000 Watt niedergeschlageru ÄuSer diese» beü,@a„ sash öei© Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Proben wurde eine der restlichen der insgesamt vier Proben mit einer Oxydscfalcfat hergestellt, die eine Gesamtdicke von nur 4500 8 aufwies« Die vierte Probe wurde mit einer Oxydschicht von 4500 S und mit einer zusätzlichen auf dieser Schicht befindlichen Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von 1000 S hergestellt. Diese vierte Probe wurde keiner weiteren Behandlung mehr unterzogen. Nuamehr wurden alle Proben auf ihre Stabilität bei Temperaturen von 200 0C über eine Seit vom einer Stunde in einem positiven elektrischen Feld von 5 - 10 V/cm geprüft. Die Flächenladung ist ein MaS für die Oberflächen®tabilität eines Siliziumsubstrats vor und nach der unter Einwirkung eines elektrischen Feldes durchgeführten Temperaturbehandlung, die in der folgenden Tabelle mit Driftversuch bezeichnet ist. Diese Flächenladungen sind in der Tabelle aufgeführt. Es ergaben sich für die Probe 1 mit einer Schutzschicht von lediglich 4500 2, für Probe 2 mit der gleichen Schutzschicht, die mit einer zusätzlichen 1000 8 dicken Schicht aus Siliciumnitrid versehen war sowie für die Proben 3 und 4, welche beide nach der Lehre der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, folgende in 10 Eipaeiteladungen/ca gesessenen Werte für die Fläcnenladungens
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Probe vor dem nach dem Differenz
Driftversuch Driftversuch
1 0,57 5,03 4,46
2 1,43 3,60 2,17
3 0,78 . 1,61 0,83
4 0,80 1,70 0,90
Da die Instabilität der Substrate mit zunehmendem Differenzwert der letzten Spalte zunimmt, bemerkt man, daß die Proben 3 und 4 eine sehr viel höhere Stabilität als die beiden anderen Proben aufweisen. Man sieht, daß die Proben 3 und 4 sich etwa fünfmal so stabil verhalten als die Probe 1 und mehr als zweimal so stabil sind, als dies für die Probe 2 der Fall ist. Der Stabilitätsunterschied zwischen den Proben 1 und 2 läßt vermuten, daß die Siliziumnitridschicht zwar eine weitere Verunreinigung des Siliziumdioxyds verhindert, daß sie aber eine Entfernung der Natriumionen nicht zu leisten vermag. Die Resultate zeigen aber auch, daß die Verunreinigung fortschreitet, wenn keine Siliziumnitridschicht auf die Siliziumdioxydschicht als zusätzliche Schutzschicht aufgebracht wird, was ebenfalls aus der Stabilitätsdifferenz zwischen den Proben 1 und 2 hervorgeht.
Die beschriebene Methode stellt ein bevorzugtes Verfahren zur Entfernung von Natriumionen aus Siliziumdioxydschichten dar, es sei jedoch bemerkt, daß die Ionen auch durch andere Verfahren entfernt werden können, um eine reine Schicht aus Siliziumdioxyd sicherzustellen, bevor die endgültige Passivierung mit Silizlumnitrid erfolgt.
In einem möglichen Alternativ-Verfahren wird eine dünne metallische Schicht, beispielsweise aus Aluminium, auf die obere Fläche der Siliziumdioxydschicht aufgebracht. Dann wird eine positive Vorspan» • 5
nung mit einem elektrischen Feld von 10 V/cm 10 Minuten lang an die metallische Schicht angelegt und das Substrat auf eine Tempe-
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ratur von 200 °C aufgeheizt. Hierdurch ergibt sich eine Drift der Natriumionen in dem oberen Bereich der Siliziumdioxydschicht. Das Substrat wird dann in eine Zerstäubungskammer gebracht und der metallische Film sowie der obere Bereich der Siliziumdioxydschicht unterhalb des Siliziums wird entfernt und zwar vor dem Aufbringen der endgültigen Siliziumnitridschutzschicht.
Eine weitere Methode kombiniert den Gebrauch einer Phosphors!likatglasschicht mit der eben geschilderten Driftmethode, um so eine verbesserte Effektivität der Austreibung von Alkaliionen zu erreichen. So kann man anstelle eine dünne metallische Schicht direkt auf der Oberfläche der Siliziumdioxydschicht 14 anzubringen diese der Phosphorsilikatglasschicht überlagern, die Ihrerseits auf der Siliziumdioxydschicht 14 ruht. Hierbei wird es erforderlich sein, einen dünnen oberen Schichtbereich sowie die Phosphorsilikatglasschicht wieder zu entfernen, bevor die endgültige Passivierung mit Siliziumnitrid erfolgt.
Ein anderes Verfahren, Natrlumlonen durch Drift an die Oberfläche der Siliziumdioxydschicht zu treiben, besteht darin, innerhalb eines Vakuumgefäßes einen Heizfaden oberhalb der Siilzlumdioxydoberfläche anzubringen und aswar so nah wie möglich an dieser Schicht. Durch genügend starkes Heizen dieses Heizfadens erreicht nan eine ausreichende Elektronenemission,, wobei zwischen den Heizfaden und die untere Seite des Siliziumdioxydkörpers eine negative Spannung angelegt wird, eo dafi ein Elektronenbombardement der SiIiziumdioxydschichtoberfläche einsetzt. Hierbei stellt sich auf der Oberfläche des Sillziuadioxydes im wesentlichen das gleiche Potential ein, das auf de» Heizfaden herrscht. Ia de« so-über der SiliziumdioxydscMcht entstehend©» elektrischen Feld werden die Natrlumionen auf derem oberen Bereich getrieben«
Sodann wird dieser Oberbereich der
inverses Kathodenzerstäuben entfernt» was In der gleichem Welse durchgeführt werden kaum, wie dies bereits I» gesafflinentiajag mit
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der Phosphorsilikatglasätzung im vorhergehenden beschrieben wurde. Anschließend wird auf die so gereinigte Siliziumdioxydoberfläche die eigentliche Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid aufgebracht.
In einer weiteren Passivierungsmethode für Halbleitersubstrate wird das Substrat innerhalb einer Kathodenzerstäubungskammer einer kathodischen Zerstäubung durch Argonionen bei niedrigem Druck ausgesetzt. Hierbei ergeben sich im oberen Bereich der Siliziumdioxydschicht, welche negativ geladen ist in Bezug auf den unteren Schichtbereich, ebenfalls eine Natriumionendrift an die Schichtoberfläche. Hierbei wird die Siliziumdioxydschicht an der Oberfläche durch Zerstäubung leicht abgetragen, wobei die Natriumionen mit dem Materialanteil entfernt werden, da diese infolge des bereits bei dem Kathodenzerstäubungsprozeß vorhandenen elektrischen Feldes in den oberen Schichtbereich getrieben wurden.
Das zurückbleibende Siliziumdioxyd ist rein und besitzt keine wesentlichen Anteile an Natriumionen. Nunmehr ist eine dünne Schicht aus Siliziumnitrid auf die reine Siliziumdioxydschicht aufzubringen, um eine Passivierung zu ereichen, die eine nachträgliche Verunreinigung, Insbesondere durch Natriumionen unterbindet.
Im vorhergehenden wurde als Gettersubstanz Phosphorpentoxyd erwähnt, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch Bleioxyd zufriedenstellende Ergebnisse gestattet. Für die Gettersubstanz ist es lediglich notwendig, daß sie chemisch bildende Kräfte auf Alkali-, insbesondere auf Natriunionen ausübt und daß sie in Siliziumdioxyd oder in weitere amorphe Silikatmaterialien eindiffundierbar ist.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist in Verbindung mit den verschiedensten amorphen Silikatmaterialien leicht anwendbar, da Natriumionen eine sehr große Beweglichkeit in diesen Substanzen aufweisen. Deshalb kann auch jedes andere Oxyd, weiche« ausreichende Isolierende Wirkungen für Siliziumdioxyd aufweist und
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welches mit dem Halbleitersubstrat verträglich ist, zur Stabilisierung nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Als Material für die Schutzschicht wurde in vorstehenden hauptsächlich Siliziumnitrid erwähnt, es versteht sich jedoch, daß auch andere geeignete Schutzmaterialien angewendet werden können, wenn sie verhältnismäßig chemisch inert sind und eine zusammenhängende Schicht bilden, so daß kein Oxyd entsteht. Gleichfalls sollten auch elektrische Einwirkungen auf das darunterliegende Halbleitersubstrat vermieden werden. Das für die Schutzschicht verwendete Material sollte auch Ätzbehandlungen zum Zwecke der k besonderen Formgebung gestatten, sowie in Form dünner Schichten niederschlagbar sein. Wenn möglich, sollte der thermische Ausdehnungskoeffizient demjciaig©» äms lalblgitermaterials möglichst gleiche»«. Alamislusioxyd (JUL9O,$ ms&& !©srsitrid (BK) -Sind zwei weitere Beispiele von für Passlwfemagisc·?©©!!® giaelgaeten Substanzen.
Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß die Stabilität auch bei Feldeffekttransistoren erhöht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Entstehung einer Inversionsschicht im Substrat zwischen Quelle- und Senkenelektroden verhindert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß gleichzeitig durch eine Reihe von verschiedenen, leicht zu handhabenden Maßnahmen schädliche Alkallionen entfernt werden können.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Ii Verfahren zum Passivieren von Halbleiterbauelementen,
    insbesondere von Feldeffekttransistoren, bei denen eine die zu schützende Halbleiterstruktür bedeckende Oxydschicht des betreffenden Halbleitermaterials mit einer weiteren Schicht aus einer Substanz versehen wird, die auf Alkaliionen eine getternde Wirkung ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen einer weiteren, der endgültigen Passivierung dienenden Schicht (17) die gesamte Getterungsschicht, sowie mindestens der obere Bereich der Oxydschicht (14) abgetragen werden, und daß diese Materialentfernung unter strengster Vermeidung von weiteren Verunreinigungen, insbesondere durch Alkaliionen durchgeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbmaterial Silizium, als Material für die Oxydschicht (14) Siliziumdioxyd und als Material für die äußere passivierende Schicht (17) Siliziuanitrid, Aluminiumoxyd oder Bornitrid gewählt wird.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Getterwirkung ausübende Schicht Phosphorsilikatglas (P2°5 * SiO2) benutzt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich der Siliziumdioxydschicht durch Einwirkung eines phosphorhaltigen Dampfes bei erhöhten Temperaturen in Phosphorsilikatglas überführt wird.
    £. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als phosphorhaltiger Dampf Phosphin-, Phosphoroxy-
    chlorid- oder Phosphorpentoxyddämpfe benutzt werden. 009882/U30
    6. Verfahren mach den Aasprttcfaen I bis 4« deAmch gekenn- zeichnet, d&B die Entfernung der Getteraageeehiefet sowie Binde·tens des oberen Bereichs der tef äiiehiclii mittels eine« K*thodea'»erstll«ib«Bgeverfahrene vorgenoaneiSi wird.
    7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6«.
    zeichnet, α&β die zvk entfernenden ÄJLkaiiionen Drift in eintm während einer Wämebehandiuig angelegten elektrischen Feld in dem oberen Bereich der msehlieteni, abzutragenden Schichten akkumuliert werden®
    8. Verfahren nach Anspruch 1? dadurch g@keimseieliiieta> da® als Gettereubstans Bleioxyd verwendet wird.
    Docket PI 968 070
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