DE2632647A1 - Halbleiterbauelement mit passivierender schutzschicht - Google Patents

Halbleiterbauelement mit passivierender schutzschicht

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DE2632647A1 DE19762632647 DE2632647A DE2632647A1 DE 2632647 A1 DE2632647 A1 DE 2632647A1 DE 19762632647 DE19762632647 DE 19762632647 DE 2632647 A DE2632647 A DE 2632647A DE 2632647 A1 DE2632647 A1 DE 2632647A1
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Description

Halbleiterbauelement mit passivierender Schutzschicht
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem aus Silicium bestehenden Halbleiterelement, das mindestens am Rand mit einer ρassivierenden Schutzschicht aus Silicium versehen ist.
Ein zentrales Problem bei Halbleiterbauelementen besteht darin, die Strom-Spannungskennlinien stabil zu halten. Bei Gleichrichtern und Transistoren sind dies insbesondere die Kennlinien in Sperrrichtung, während bei Thyristoren das Augenmerk auf die Stabilität der Kennlinien in Sperrichtung und in Kipprichtung zu lenken ist. Es ist bekannt, die Oberflächen der Halbleiterelemente der genannten Halbleiterbauelemente dadurch zu passivieren, daß verschiedene organische oder anorganische Deckschichten aufgetragen wurden. Verwendet wurden zum Beispiel Lacke, Kautschuke oder Gläser. Mit diesen Deckschichten läßt sich im allgemeinen eine ausreichende Stabilität der Kennlinien erreichen. Es traten jedoch gelegentlich Instabilitäten auf, deren Ursachen in nicht erkannten Änderungen der Eigenschaften der Deckschichten und/oder der Oberfläche des Halbleiterelementes zu suchen sind. Dies führte in der Vergangen-
O heit immer wieder zu starken Schwankungen in der Ausbeute an brauchbaren Halbleiterbauelementen.
Es ist bereits beschrieben worden, ein Halbleiterelement dadurch zu passivieren, daß man eine Siliciumschicht thermisch aufwachsen läßt. Dieses Verfahren zur Passivierung ist jedoch recht zeitrau-
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- ;κ- 7β P t ,0 9 O BRD
bend und umständlich, außerdem erfordert dieses Verfahren'Temperaturen zwischen 600 und 700 0C, was eine Anwendung bei bereits kontaktierten und eventuell verlöteten Bauelementen unmöglich macht. Das Silicium muß an den Stellen, an denen es nicht benötigt wird, weggeätzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß stabile Kennlinien mit wesentlich weniger Aufwand erreicht werden können. 10
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus aufgedampftem Silicium besteht.
Das Silicium kann polykristallin sein. Das aufgedampfte Silicium kann hier aus Schichten mit jeweils unterschiedlicher Korngröße bestehen. Das aufgedampfte Silicium kann Dotierstoffe und/oder reaktive Gase wie Sauerstoff enthalten. Das aufgedampfte Silicium kann auch Metalle enthalten. Zweckmäßigerweise beträgt die Dicke des aufgedampften Siliciums mindestens ca. 0,1 /um. Zur Erhöhung der dielektrischen Überschlagsfestigkeit kann auf dem aufgedampften Silicium eine zusätzliche Schutzschicht sitzen.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert:
In Fig. 1 ist der Schnitt durch das Halbleiterelement eines Thyristors gezeigt. Das Halbleiterelement hat vier Zonen, wobei die kathodenseitige Emitterzone mit 1, die kathodenseitige Basiszone mit 2, die innere Basiszone mit 3 und die anodenseitige Emitterzone mit 4 bezeichnet ist. Zwischen den genannten Zonen liegen pn-Ubergänge 5» 6, 7. Das Halbleiterelement besteht aus Silicium und die genannten Zonen sind in üblicher Weise je nach Verwendungszweck des Halbleiterbauelementes dotiert.
Auf dem Rand des Halbleiterelementes sitzt eine aus aufgedampftem Silicium bestehende Schutzschicht 8. Diese Schutzschicht kann 0,1 #um dick sein. Sie kann auch dicker sein, beispielsweise 1 /um. Um die dielektrische Überschlagsfestigkeit zu erhöhen, sitzt auf der aufgedampften Siliciumschicht 8 eine weitere Schutzschicht 9,
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die beispielsweise aus normalem Kautschuk oder einem Schutzlack bestehen kann.
Die aufgedampfte Siliciumschicht 8, die polykristalline Struktur haben kann, kann Dotierstoffe wie zum Beispiel Bor oder Phosphor enthalten. Es körnen auch reaktive Gase wie zum Beispiel Sauerstoff im Silicium eingebaut sein. Die Schicht 8 kann auch ein oder mehrere Metalle wie zum Beispiel Aluminium enthalten. Mit den genannten Zusätzen läßt sich der spezifische Widerstand und Leitungstyp der Schicht 8 beeinflussen. Mit Änderung des spezifischen Widerstandes lassen sich die Potentialverhältnisse am Rand des Halbleiterelementes einstellen. Die Schicht 8 kann beispielsweise mit Phosphor dotiert sein und einen spezifischen Widerstand von zum Beispiel 10 Ohm cm haben.
Die Dicke der Schicht 8 liegt, wie oben erwähnt, beispielsweise zwischen 0,1 und 1 /um. Diese Schicht wurde in einer normalen Vakuum-Bedampfungsanlage bei einem Druck von 5 · 10" Torr aufgedampft. Als Siliciumquelle ist beispielsweise ein Siliciumklotz verwendbar. Als Energiequelle zum Verdampfen des Siliciums kann beispielsweise ein Elektronenstrahl verwendet werden. Mittels eines Elektronenstrahles mit einer Beschleunigungsspannung von 8 kV und einem Strom von ca. 0,5 Ampere wurde dabei eine Aufdampfrate von 0,25 /um/Min, erzielt. Die Aufdampfrate läßt sich durch Erhöhung des Elektronenstromes und/oder Erhöhung seiner Energie beispielsweise auf 0,5 /um/Min, und darüber steigern. Es ist auch möglich, die Schicht 8 so aufzubauen, daß sie aus mehreren Schichten mit verschiedenen Korngrößen besteht. Damit erhält man eine Änderung des spezifischen Widerstandes über die Dicke der Schicht 8 und ebenfalls eine Beeinflussung der Potentialverhältnisse an der Randfläche des Halbleiterelementes. Verschiedene Korngrößen lassen sich beispielsweise durch verschieden große Aufwachsraten des Siliciums herstellen.
Ein wesentlicher Vorteil der aufgedampften Siliciumschicht besteht darin, daß das Substrat, das heißt das Halbleiterelement, beim Be-
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£- - ty. 76 P 1 09 0 BRD
dampfen kalt bleiben kann. Auch bei anderen Arten der Verdampfung, beispielsweise durch Strahlungswärme, kann das Halbleiterelement auf zum Beispiel Zimmertemperatur gehalten werden.
Halbleiterelemente, die mit einer Passivierungsschicht aus aufgedampftem Silicium versehen wurden, wiesen eine überraschend gute Stabilität dor Kennlinien auf. Dies gilt sowohl für die Sperrkennlinien in Rückwärtsrichtung bei Dioden und Transistoren als auch für die Sperrkennlinien in Rückwärtsrichtung und Kipprichtung bei Thyristoren. Dies läßt sich beispielsweise mit der bekannten lichtelektrischen Methode zur Untersuchung dor Raumladungszonen am Rand eines Halbleiterelementes feststellen.
In Fig. 2 ist dargestellt, welche Gestalt die Raumladungszone hat, wenn der pn-übergang 7 in Sperrichtung beansprucht ist. Zu Anfang der Sperrbelastung verlaufen die Grenzen 11, 12 der Raumladungszone 10 etwa parallel zu den pn-Übergängen. Liegt längere Zeit Sperrbelastung an, so weitet sich die Raumladungszone dadurch auf, daß sich die Grenze 12 der Rauialadungszone 10 am Rand des Halbleiterelementes in Richtung auf den pn-übergang 6 verschiebt. Gleichzeitig entfernt sich die Grenze 11 der Raumladungszone 10 vom pnübergang 7, jedoch nur in erheblich schwächerem Maße, da die Zone k stärker als die Zone 3 dotiert ist. Die Aufweitung der Rauialadungszone ist in Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Mit größer werdender Aufweitung der Raumladungszone nimmt der Sperrstrom zu, bis mit Erreichen des pn-Überganges 6 am Rand der sogenannte Punch-Through-Fall eintritt, wo der pn-übergang 6 seine Sperrfähigkeit verliert. Die Aufweitung findet sinngemäß auch an den pn-Übergän-■ gen 5 und 7 'statt, wenn das Halbleiterelement in der umgekehrten Richtung, das heißt der Kipprichtung, mit einer Spannung belastet wird.
Es wurde festgestellt, daß mit der aufgedampften Siliciumschicht kein Aufweiten der Raumladungszone 10 am Rand stattfand. Dies bedeutet, daß sich die Sperrströme nicht erhöhen, das heißt, daß die Kennlinien stabil bleiben. Dies gilt auch für eine Belastung des Halbleiterelementes bei Betriebstemperatur.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Thyristor erläutert wurde, läßt sie sich auch bei Dioden und Transistoren und anderen Halbleiterbauelementen verwenden..
8 Patentansprüche
2 Figuren
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    ι 1.^Halbleiterbauelement mit einem aus Silicium bestehenden HaIb-■ -- leiterelement, das mindestens am R&nd mit einer passivierenden Schutzschicht aus Silicium versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzschicht aus aufgedampftem Silicium (8) besteht«
  2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet , daß das aufgedampfte Silicium polykristallin ist.
  3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das aufgedampfte Silicium aus Schichten mit jeweils unterschiedlichen Korngrößen besteht.
  4. 4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das aufgedampfte Silicium Dotierstoffe enthält.
  5. 5* Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgedampfte Silicium Sauerstoff oder andere reaktive Gase enthält.
  6. 6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch -gekennzeichnet, daß das aufgedampfte Silicium Metalle·enthält.
  7. 7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des aufgedampften Siliciums mindestens 0,1 /um beträgt.
    8« Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem aufgedampften Silicium zur Erhöhung der dielektrischen Überschlagsfestigkeit eine zusätzliche Schutzschicht (9) sitzt.
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