DE2431917A1 - Glaspassiviertes halbleiterbauelement fuer hohe leistungen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

• Glaspassiviertes Halbleiterbauelement für hohe Leistungen und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelelent für hohe Leistungen mit Metallelektroden und mindestens einem bis zur Randfläche des scheibenförmigen Silicium-Halbleiterkörpers reichenden pn-Übergang, der durch mehrschichtige Glaspassivierung elektrisch stabilisiert ist - mit einer Schicht aus Siliciumdioxid und wahlweise einer Schicht aus Siliciumnitrid.
• Das Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelementes für hohe Leistungen erfolgt unter Anwendung der chemischen Abscheidung aus der Gasphase (Dampfniederschlagsmethode - CVD-Chemical Vapor Deposition).
• Die Glaspassivierung bezweckt die Abschirmung des Halbleiterbauelementes gegen Verunreinigungen durch Feuchtigkeit oder Eindiffusion von Fremdstoffen, z.B. Kupfer, Gold, Elemente der Fe-Ni-Gruppe, Ionen eines Alkalimetalls, Wasserstoff oder Sauerstoff o.a.. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, einen Zweischichtaufbau aus Siliciumdioxid und Siliciumnitrid zu wählen, wobei der Siliciumdioxidfilm zur Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften und der Siliciumnitridfilm zur Abschirmung der Halbloiteranordnung gegen Verunreinigung durch Feuchtigkeit oder Fremdstoffe gewählt sind (IEEE-Trans. von Electron Device, Volume ED 17, Nr. 9 (Sept. 1970), S. 797 bis 799 sowie DT-AS 1 910 746). In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, die Glas schichten nach der chemischen Dampfniederschlagsmethode (CVD-Methode) niederzuschlagen. Ein Nachteil der CVD-Methode ist jedoch die niedrige Aufwachsgeschwindigkeit der Glasschichten (z.B,N 0,1 Mikrometer pro Minute).
• Weiterhin ist in einem anderen Zusammenhang, nämlich durch Gettern bekannt, die Eindiffusion von Verunreinigungen zu verhindern bzw. rückläufig zu gestalten. Dabei gelangen Phosphor-und Borsilicatschmelzen oder - bei gleichzeitiger Berücksichtigung starker Temperaturwechselbeanspruchung eines Leistungsthyristors - ein aus Quarzglas-Siliciumnitrid oder Bornitrid bestehender Festkörper zur Anwendung (DT-OS 2 203 123). Der Festkörper wird in innigem Kontakt mit dem Halbleiter auf eine Temperatur zwischen 1073K und 1573K gebracht.
• Der Erfindung liegt ausgehend von einem Gegenstand der eingangs genannten Gattung die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau der Glaspassivierung zu schaffen, der sich durch gute elektrische und mechanische Eigenschaften auszeichnet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Anwendung der CVD-Methode aus und bezweckt eine Verbesserung des Aufwachsprozesses.
• Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß auf einem Halbleiterbauelement mit einer Schicht aus Siliciumdioxid auf der Randfläche als weitere Passivierungsschichten mindestens eine Phosphorglasschicht und eine abdeckende Borglasschicht vorgesehen sind. Bei einem solchen Schichtaufbau ergibt sich vorteilhaft folgende Funktionsaufteilung: Die SiliciumdicmrFdschicht dient zur Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften, die Phosphorglasschicht zum Gettern von alkalischen Verunreinigungen und die nachfolgende dickere Borglasschicht als mechanischer Schutz und Schutz gegen Wasser.
• Gleichzeitig bilden die beiden letzteren eine Barriere für von außen. eindringende Verunreinigungen.
• Vorzugsweise wird angrenzend an die Siliciumdioxydschicht folgender Schichtaufbau gewählt: a) eine Phosphorglasschicht einer Dicke von o,o5 bis o,15+m, vorzugsweise etwa o11m1 b) eine Borglasschicht einer Dicke von 5 bis l5j£m, vorzugsweise etwa loJCm, c) eine Phosphorglasschicht einer Dicke von o,l bis o,5flm1 vorzugsweise etwa o1ljtm, d) die abdeckende Borglasschicht besitzt eine Dicke von o,5 bis 1,5 ßm, vorzugsweise etwa lfm.
• Wenn von der eingangs aufgezeigten Funktionsaufteilung zwischen einer Siliciumdioxydschicht und einer Siliciumnitridschicht ausgegangen wird, folgt gemäß einer weiteren Lösung der vorstehenden Aufgabe eine abdeckende Borglasschicht einer Dicke von 5 bis 15/Im1 vorzugsweise etwa lofim.
• Die Lösung der herstellungstechnischen Probleme besteht erfindungsgemäß darin, daß die Glasschichten mittels der chemischen Dampfniederschlagsmethode bei einem Druck von lo bis 65o mbar, vorzugsweise lo bis 130 mbar niedergeschlagen werden. Die CVD-Methode ist einfach zu handhaben. Mit der vorgenannten Maßnahme werden Aufwachsgeschwindigkeiten bis zu mehreren Mikrometern pro Minute erreicht. Die Aufwachsgeschwindigkeit ist bei den bekannten CVD-Verfahren durch die Nukleation (Keimbildung in der Gasphase ) in der Temperaturgrenzschicht über der Halbleiteroberfläche begrenzt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Grenzschichtdicke zwar nicht geändert, die Diffusionsgeschwindigkeit jedoch erhöht, so daß dadurch die Nukleation in der Gasphase vermindert werden kann.
• Jie Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Zur Erzeugung der Passivierungsschichten auf dem Bauelement wird ein Gasgemisch aus Silan und Sauerstoff mit einem Inert-9as als Trägergas (N2 oder Ar) zu dem in einem Reaktionsgefäß auf Temperaturen zwischen 600 K und 9oo K aufgeheizten Bauelement geleitet. Zur Herstellung von Bor- und Phosphorglasschichten werden noch die Gase Diboran bzw. Phosphin beigemischt.
• Ein wesentlicher Vorteil der Oxidation der Hydride gegenüber anderen CVD-Verfahren (DT-OS 2 136 120) ist das Fehlen störenden Nebenprodukte bei der Reaktion.
• Eine Passivierungsschicht besteht z.B. aus folgenden Lagen: Zunächst wird eine reine SiO2-Schicht direkt auf das Bauelement aufgebracht (Dicke o,l5 bis o,Sftm). Danach folgen nacheinander eine Phosphorglasschicht (o,ljtm), eine Borglasschicht (-lojtm), eine Phosphorglasschicht (--o,l Am) und eine abdeckende Borglasschicht (~1 µm).
• Sind die Glasschichten wie beschrieben als mechanischer Schutz auf bereits vorhandenethermische Oxid- und CVD-Si3N4-Schichten aufgebracht, so folgt auf die Si 3N4 -Schicht eine Borglasschicht einer Dicke von etwa lo pm.
• Die Vorteile einer derartigen Passivierungsschicht sind: hohe Durchbruchfeldstärke, niedrige Oberflächenladungskonzentration (~1011 cm-2) an der Grenzfläche Si-SiO2, Gettern von alkalischen Verunreinigungen in der ersten Phosphorglasschicht.
• Die nachfolgende dickere Borglasschicht dient als mechanischer Schutz, die beiden letzteren dienen als Barriere für von außen eindringende Verunreinigungen. Ein weiterer Vorteil bei der CVD-Abscheidung von Glasschichten ist die hohe Aufwachsrate: mehrere Am/min.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann schließlich eine Wärmebehandlung in Inertgasatmosphäre, z.B. in Stickstoffatmosphäre, unter atmosphärischem Druck bei Temperaturen zwischen 1.000 K bis 1.300K erfolgen ( Das nachfolgende Tempern ist als solches bekannt, aber in Zusammenhang mit Siliciumdioxid, Phosphorglas und Tantalglas - DT-AS 2 018 517).

Claims (7)

1. Patentansprüche

   Halbleiterbauelement für hohe Leistungen mit Metallelektroden und mindestens einem bis zur Randfläche des scheibenförmigen Silicium-Halbleiterkörpers reichenden pn-Übergang, der durch mehrschichtige Glaspassivierung elektrisch stabilisiert ist - mit einer Schicht aus Siliciumdioxid, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Randfläche als weitere Passivierungsschichten mindestens eine Phosphorglasschicht und eine abdeckende Borglasschicht vorgesehen sind.
2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Siliciumdioxidschicht folgen: a) eine Phosphorglasschicht einer Dicke von o,o5 bis o,l5JUm, b) eine Borglasschicht einer Dicke von 5 bis 15 ßm, c) eine Phosphorglasschicht einer Dicke von o,l bis o,5j£m, d) die abdeckende Borglasschicht einer Dicke von 0,5 bis 1,5A,m.
3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Siliciumdioxidschicht folgen: a) die Phosphorglasschicht mit einer Dicke von etwa o,lfim, b) die Borglasschicht mit einer Dicke von etwa lo/Um, c) die Phosphorglasschicht mit einer Dicke von etwa o,5,tm, d) die abdeckende Borglasschicht mit einer Dicke von etwa lAm.
4. 4. Halbleiterbauelement für hohe Leistungen mit Metallelektroden und mindestens einem bis zur Randfläche des scheibenförmigen Silicium-Halbleiterkörpers reichenden pn-Übergang der durch mehrschichtige Glaspassivierung elektrisch stabilisiert ist í - mit einer Schicht aus Siliciumdioxid und einer Schicht aus Siliciumnitrid, dadurch gekennnzeichnet, daß auf die Siliciumdioxidschicht und die Siliciumnitridschicht folgt eine abdeckende Borglasschicht einer Dicke von 5 bis 15ßm.
5. 5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Dicke der Borglasschicht von etwa lo/[m.
6. 6. Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelementes nach Anspruch 1 bis 3 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschichten mittels der chemischen Dampfniederschlagsmethode bei einem Druck von lo bis 65O mbar niedergeschlagen werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Druck von lo bis 130 mbar.