DE2452289A1

DE2452289A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2452289A1
Application number: DE19742452289
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Phys Dr Scheidel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-11-04
Filing date: 1974-11-04
Publication date: 1976-05-06
Also published as: CA1042560A; US4086614A; JPS5168770A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, ~ 4. ΝΟΥ 1974

Berlin und München Wittelsbacherplatz

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, an dessen Rand wenigstens ein pn-übergang an die Oberfläche tritt, und mit einer auf den Rand aufgebrachten, wenigstens den pn-übergang bedeckenden Aluminiumoxid AIpO, enthaltenden Siliciumdioxidschicht, die eingeprägte negative Ladungen aufweist.

Es ist seit langem bekannt, daß das Verhalten eines Halbleiterbau-, elementes wesentlich von den Ladungsverhältnissen am Rand des Halbleiterkörpers bestimmt wird. Dort vorhandene freie Valenzen können zu einer Aufweitung der Raumladungszone und damit zu einer Verringerung der Randfeldstärke führen. Nicht abgesättigte Valenzen der anderen Polarität führen dazu, daß sich im Sperrfall ein Kanal (Channel) ausbildet, in dem sehr hohe Sperrströme fließen.

Es hat in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Schutz- oder PassLvierungsschichten zu entwickeln, durch die unerwünschte Vorgänge an der Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgeschaltet oder wenigstens neutralisiert werden können. So ist es beispielsweise bekannt geworden, eine Schicht aus Siliciumdioxid SiOp mit einem gewissen Prozentsatz an Aluminiumoxid AIpO-, zu verwenden. Mit einer solchen Schicht lassen sich die Vorgänge an der Oberfläche eines Halbleiterbauelementes soweit beherrschen, daß eine Erhöhung der Sperrspannung erzielt werden kann.

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Die Höhe der Sperrspannung ist zwar ein notwendiges, jedoch keinesfalls ausreichendes Kriterium für die Güte eines Halbleiterbaueleraentes. So wird für bestimmte Anwendungen gefordert, daß Halbleiterbauelemente auch bei Feuchtelagerung, d. h. bei einer Temperatur von z. B. 70⁰C und über 90?& Luftfeuchtigkeit auch nach mehreren tausend Stunden ihre Eigenschaften nicht verändern. Es wurde nun gefunden, daß eine Siliciuradioxidschicht mit 3 bis 5$ AIpO, als Schutzschicht diese Forderung gut erfüllt» Bei vielen Bauelementen wird jedoch gleichzeitig gefordert, daß diese auch bei Feuchtesperrlagerung unter ähnlichen oder gleichen Temperatur- und Feuchtigkeitswerten und Anlegen einer Gleichspannung in Sperrichtung ihre Eigenschaften ebenfalls während mehrerer tausend Stunden nicht verändern. Es hat sich herausgestellt, daß die letzte Forderung durch einen Gehalt von etwa 1$ Al₂O, ^im Siliciumdioxid befriedigend erfüllt werden kann.

Die Erfüllung beider Forderungen gleichzeitig ließe sich zwar mit einem Al₂O,-Gehalt im SiO₂ erreichen, der zwischen den oben angegebenen Werten liegt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der als optimal erkannte Al₂O,-Gehalt im SiO₂ sehr genau eingehalten werden muß, um zu reproduzierbaren Ergebnissen zu kommen. Das genaue Einhalten dieses Wertes erwies sich jedoch als relativ schwierig und aufwendig.

Der vorliegenden" Erfindung liegt die A.ufgahe zugrunde, eine beide Forderungen erfüllende Schutzschicht für ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Gattung anzugeben, deren Zusammensetzung wesentlich weniger kritisch ist.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dieser Schicht und dem Halbleiterkörper eine Aluminiumoxid AIpO, enthaltende Siliciumdioxid-Zwischenschicht mit eingeprägten positiven Ladungen liegt und daß die positiven Ladungen durch die negativen Ladungen der erstgenannten Schicht überkompensiert sind. Zweckmäßigerweise enthält die Schicht 1 bis 8% Aluminiumoxid AIpO., und die Zwischenschicht 0 bis 25ε AIpO;,, jedoch weniger als die erstgenannte Schicht. Optimale Ergebnisse kann man erreichen, wenn die genannte Schicht bis 5$ Aluminiumoxid AIpO, und die Zwischenschicht 0 bis 1$ AIpO, enthält. Die genannte Schicht kann zweckmäßigerweise 0,3 bis 1 /um und die Zwischenschicht 0,02 bis 0,3 /um dick sein. Es empfehlen sich auch hier mittlere Werte für die erste Schicht von 0,5 bis 0,7 /um und für die Zwischenschicht von 0,1 bis 0,3 /um.

Mit der angegebenen Schutzschicht lassen sich bei Peuchtelagerung und Peuchtesperrlagerung sehr gute Ergebnisse erzielen. So wurden z. B. nach einer Lagerzeit von einigen tausend Stunden nur einige Prozent Ausfälle registriert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt. Der mit 1 bezeichnete Halbleiterkörper, der beispielsweise aus Silicium besteht, weist zwei Zonen 2 und 3 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auf. Der Leitfähigkeitstyp und der Verlauf der Dotierung kann beispielsweise durch Diffusion von Dotierungsstoffen in den Halbleiterkörper bestimmt sein. An der Oberseite des Halbleiterkörpers 1 ist eine Elektrode 4 vorgesehen, die beispielsweise aus vergol detem Nickel besteht. Die auf der Unterseite des Halbleiterkörpers angebrachte Elektrode 5 kann beispielsweise aus Molybdän bestehen. Auf dem Rand des Halbleiterkörpers 1 ist eine mindestens den zwi-' sehen den beiden Zonen 2 und 3 liegenden pn-übergang 9 abdeckende

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Schutz- oder Passivierungsschicht aufgetragen. Diese Schutzschicht besteht aus einer Schicht 7 und einer zwischen dieser Schicht 7 und dem Halbleiterkörper 1 angeordneten Zwischenschicht 6. Die Schicht besteht aus Siliciumdioxid mit einem Gehalt von 1 bis 8, vorzugsweise 3 bis 5$ Aluminiumoxid Al₂O, und ist 0,3 "bis 1, vorzugsweise 0,5 "bis 0,7 /um dick. Diese Schicht weist eingeprägte negative Ladungen a.uf. Die Zwischenschicht 6 besteht ebenfalls aus Siliciumdioxid und enthält ^!0 bis 2$, vorzugsweise 0 bis 1$ Aluminiumoxid ,. Diese Schicht weist eingeprägte positive Ladungen auf.

Die Stärke der.Schichten und der Gehalt an Aluminiumoxid ist so gewählt, daß die positiven Ladungen der Zwischenschicht 6 durch die negativen Ladungen der erstgenannten Schicht 7 überkompensiert werden. Dies läßt sich durch Messung der aus der MOS-Technik bekannten Messung der sog. Plachbandspannung Y^ bestimmen.

Die Schichten 6 unii 7 lassen sich in bekannter Weise aus einem AIuminiumalkyl, z. B. Al (CH,), mit 0,5$ SiH. in einem Schutzgas, wie z. B. Argon oder Stickstoff bei 300 bis 400⁰C in oxidierender Atmosphäre herstellen. Me genannten Gase treten hierbei durch auf. den Rand des Halbleitex&örpers gerichtete Düsen aus und reagieren auf" der erhitzten Oberfläche des Halbleiterkörpers.

Die Erfindung ist hei. allen Arten von Halbleiterbauelementen, wie z. B. Dioden, Thyristoren oder auch Transistoren verwendbar.

1 Figur

5 Patentansprüche

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Claims

{ 1./Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, an dessen Rand wenigstens ein pn-übergang an die Oberfläche tritt, und mit einer auf den Rand aufgebrachten, wenigstens den pn-übergang bedeckenden, Aluminiumoxid AIpO, enthaltenden Siliciumdioxidschicht, die eingeprägte negative Ladungen aufweist, dadurch ge kennzeichnet , daß zwischen dieser Schicht und dem Halbleiterkörper eine Aluminiumoxid AIgO, enthaltende Siliciumdioxid-Zwischenschicht mit eingeprägten positiven Ladungen liegt und daß die positiven Ladungen durch die negativen Ladungen der erstgenannten Schicht überkompensiert sind.
. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß die Schicht 1 bis 8$ Aluminiumoxid AIpO, und die Zwischenschicht 0 bis 2$ Aluminiumoxid Al₂O, enthält, jedoch weniger als die erstgenannte Schicht.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß die Schicht 3 bis 5% AIpO, und die Zwischenschicht 0 bis 1$ Al₀O, enthält.

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4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a durch gekennzeichnet , daß die Schicht 0,3 bis 1 /um und die Zwischenschicht 0,02 bis 0,3 /um dick ist.
5. Halbleiterbauelement nach'Anspruch 4₉ dadurch ge kennzeichnet , daß die Schicht 0,5 bis 0,7 /um dick und die Zwischenschicht 0,1 bis 0,3 /um dick ist.

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