DE2700463A1

DE2700463A1 - Verfahren zum passivieren von halbleiterelementen

Info

Publication number: DE2700463A1
Application number: DE19772700463
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl Phys Dr Herlet
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-01-07
Filing date: 1977-01-07
Publication date: 1978-07-13
Also published as: JPS5387174A

Description

Verfahren zum Passivieren von Halbleiterelementen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Passivieren des Randes von Halbleiterelementen.
Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen und zur Erhaltung ihrer Funktionsfähigkeit ist es notwendig, den Rand der Halbleiterelemente insbesondere dort mit einer oder mehreren schützenden Schichten zu belegen, wo die pn-Ubergänge austreten. Es ist bekannt, die Ränder oder Oberflächen von Halbleiterelementen durch Aufbringen von Schichten aus Silicium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Glas oder Lack in verschiedenen Zusammensetzungen zu schützen. Dabei erwies es sich als notwendig, die Halbleiterelemente an denjenigen Stellen, an denen sie nicht passiviert werden sollen, zu maskieren oder im Fall von Glas oder Lackschichten diese gezielt auf denjenigen Bereich der Oberfläche des Halbleiterelements, zum Beispiel den Rand, aufzubringen, der passiviert werden soll. So ist es beispielsweise bekannt, in einem großflächigen Halbleiterelement nach einem vorgegebenen Muster Gräben zu ätzen und diese Gräben dann mit Glas zu füllen.
Das großflächige Halbleiterelement wird dann in kleine Halbleiterelemente getrennt, indem die Trennschnitte durch die Glasschicht gelegt werden.
Andere Möglichkeiten, Halbleiterelemente ohne Maskierung zu passivierten, bestehen darin, bereits in Systeme eingelötete und kontak- tierte Systeme einzeln oder in Gruppen zu belacken, zu bedampfen oder thermisch zu beschichten. Bei diesem Verfahren ls-t-elne elektrische Prüfung der Halbleiterelemente somit aber erst dann möglich, wenn der Herstellungsvorgang bereits weit fortgeschritten ist. Wenn sich dabei die Unbrauchbarkeit eines Halbleiterelements herausstellt, muß das ganze System mit ausgeschieden werden.
Die bekannten Verfahren weisen also recht erhebliche Nachteile auf. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zum Passivieren des Randes von Halbleiterelementen anzugeben, das ohne Maskierung auskommt und einen vorherigen Einbau in Systeme überflüssig macht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Halbleiterelementen zu einem Stapel zusammengefügt wird, daß die Mantelfläche des Stapels passiviert wird und daß der Stapel danach wieder in die Halbleiterelemente zerlegt wird.
Der Stapel kann vorzugsweise um seine Längsachse in Drehung versetzt werden, wobei die Mantelfläche durch Aufdampfen passiviert wird. Die Mantelfläche kann auch durch pyrolytisches Abscheiden eines Halbleitermaterials oder durch Aufbringen einer flüssigen Substanz und anschließendes Verfestigen dieser Substanz passiviert werden. Es ist auch möglich, die Mantelfläche durch chemische Umwandlung des Halbleitermaterials an der Oberfläche oder durch elektrophoretisches Abscheiden und anschließendes Erhitzen zu passivieren.
Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert: In Fig. 1 ist in stark vereinfachter Darstellung eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gezeigt. Eine Anzahl von Halbleiterelementen 1 ist zu einem Stapel zusammengefügt, wobei die Hauptflächen der Halbleiterelemente 1 aufeinander zu liegen kommen. Der Stapel kann beispielsweise durch Klemmplatten 2, 3 zusammengehil- ten werden. Der Halbleiterstapel ist in einer nicht gezeigten Vakuumkammer untergebracht. In der gleichen Vakuumkammer befindet sich ein Kupfertiegel 4, der zu verdampfendes Material 5 enthält.
Dieses kann beispielsweise Silicium, Glas oder Siliciumdioxid SiO2 sein. Das zu verdampfende Material wird durch einen aus einer Elektronenstrahlkanone 6 stammenden Elektronenstrahl 7 erhitzt, der seine Bahn durch ein im Inneren der Vakuumkammer wirkendes Magnetfeld erhält. Die verdampfende Substanz 5 schlägt sich auf der Mantelfläche des Stapels nieder und bildet eine Passivierungsschicht 8. Um ein Niederschlagen der Passivierungsschicht 8 um den ganzen Umfang des Stapels herum zu erhalten, wird dieser um seine Längsachse, wie durch den Rundpfeil angedeutet, gedreht.
Mit einer Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls von 8 kV und einem Elektronenstrahlstrom von 0,5 A wurden in einem Vakuum von etwa 6,5 . 10 4 N/m2 (b 5 . 10 6 Torr) eine Niederschlagsrate von etwa 0,25um/min erzielt. Diese Rate kann durch Änderung der Beschleunigungsspannung und/oder des Stroms geändert werden. Es ist möglich, auf diese Weise definiert dotiertes Silicium zu verdampfen, so daß sich eine definierte Leitfähigkeit der Passivierungsschicht 8 einstellt. Ebenso ist es möglich, gleichzeitig mit dem Silicium Metalle oder reaktive Gase, wie zum Beispiel Sauerstoff, in die Passivierungsschicht 8 einzubauen, wodurch sich ebenfalls eine definierte Leitfähigkeit einstellen läßt.
Das Verdampfen des passivierenden Materials mit Hilfe einer Elektronenstrahlkanone ist nicht zwingend. Das Material kann beispielsweise auch durch induktive oder direkte Erhitzung des Tiegels oder durch Strahlungswärme verdampft werden.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Durchfilhrung des Verfahrens gezeigt. Auch hier sind die Halbleiterelemente 1 mittels zweier Klemmplatten 2, 3 zu einem Stapel zusammengefaßt.
Der Stapel ist in einem der Einfachheit halber nicht gezeigten Reaktorgefäß angeordnet, das eine Anzahl von auf die Mantelfläche des Stapels gerichtete Düsen 10 aufweist. Durch die Düsen 10 wird ein gasförmiges Reaktionsgemisch eingeleitet, das durch chemische Umsetzung auf der Mantelfläche die Passivierungsschicht 8 bildet.
Soll die Passivierungsschicht 8 beispielsweise aus pyrolytisch abgeschiedenem Silicium bestehen, so wird durch die Düsen 10 ein Gemisch von Silicochloroform SiHCl3 und Wasserstoff H2 eingeleitet.
Die Mantelfläche des Stapels wird dabei beispielsweise durch eine Heizvorrichtung 9 auf eine Temperatur zwischen 1050 und 1250 0C aufgeheizt. Die Aufwachsrate der Passivierungsschicht 8 liegt je nach Wahl der Parameter, das heißt Temperatur, Molverhältnis der verwendeten Gase und Durchsatz, sowie der Strömungsverhältnisse bei aufwachsendem Polysilicium zwischen 0,1 und 0,5 mm/h. Es können auch andere Stoffe, zum Beispiel Siliciumcarbid SiC, abgeschieden werden. Dies läßt sich beispielsweise durch Einleiten von Trichlormethylsilan SiCH3Cl3 und Wasserstoff H2 bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1350 0C erreichen. Es könnnen auch andere Stoffe, wie beispielsweise SiO2, durch thermisches Aufwachsen mittels an sich bekannter Verfahren als Passivierungsschicht aufgebracht werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 kann ein gleichmäßiges Aufwachsen der Passivierungsschicht 8 zum Beispiel dadurch erreicht werden, daß der Stapel um seine Längsachse gedreht wird. Es ist jedoch auch durch konstruktive Ausgestaltung des Reaktorgefäßes und durch eine geeignete Anordnung der Düsen 10 möglich, ein gleichmäßiges Aufwachsen der Passivierungsschicht zu erreichen, ohne daß der Stapel gedreht werden muß. Dabei kann von den Erfahrungen Gebrauch gemacht werden, die beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterrohren bekanntgeworden sind. Der Stapel kann auch auf andere Art und Weise als durch Strahlungswärme erhitzt werden, beispielsweise induktiv.
Die Anordnung nach Fig. 2 kann auch dazu benutzt werden, an der Mantelfläche des Stapels eine Passivierungsschicht zu erzeugen, die durch chemische Umwandlung der Oberfläche des Halbleitermaterials entsteht. Bestehen die Halbleiterelemente 1 zum Beispiel aus Silicium, so läßt sich eine aus SiO2 entstehende Passivierungsschicht durch Einleiten von feuchtem Sauerstoff erzielen. Bei einer Oberflächentemperatur von ca. 1150 0C wächst dann innerhalb von drei Stunden eine Passivierungsschicht von beispielsweise 1 /um Dicke auf.
Es ist auch möglich, die Mantelfläche des Stapels durch Eintauchen in eine flüssige Substanz oder Auf sprühen einer flüssigen Substanz oder durch Elektrophorese zu beschichten und durch nachfolgendes Verfestigen durch Aushärten zu passivieren. Bei der Elektrophorese wird der Stapel beispielsweise in ein Öl- oder Alkoholbad eingetaucht, der Glas- oder Kunststoffpartikel als Suspension enthält.
Diese Partikel sind mit einem Bindemittel versehen, das ein Haften an der Mantelfläche des Stapels bewirkt. Unter Anwendung eines elektrischen Feldes geeigneter Stärke kann beispielsweise innerhalb von drei Minuten eine 20 /um starke Partikelschicht abgeschieden werden. Durch anschließendes Sintern wird diese Schicht homogen und passiviert die Mantelfläche.
Nach dem Aufbringen der Passivierungsschicht 8 auf die Mantelfläche des Stapels wird bei allen Ausführungsbeispielen der Stapel wieder in einzelne Halbleiterelemente zerlegt, deren Rand damit passiviert ist. Da die erzeugte Passivierungsschicht im allgemeinen lediglich eine Stärke von einem oder mehreren /um hat, sind zum Trennen keine besonderen Maßnahmen erforderlich. Die Halbleiterelemente können damit elektrisch geprüft werden, bevor sie in Systeme eingebaut sind und ohne daß eine Maskierung der Hauptflächen der Halbleiterelemente notwendig ist.
Es empfiehlt sich, den vor dem Passivieren im allgemeinen notwendigen Ätzschritt ebenfalls am Stapel vorzunehmen, da hierbei das Ätzmittel nur am Rand der Halbleiterelemente angreifen kann.
7 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche (19 Verfahren zum Passivieren des Randes von Halbleiterelementen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Anzahl von Halbleiterelementen (1) zu einem Stapel zusammengefügt wird, daß die Mantelfläche des Stapels passiviert wird und daß der Stapel danach wieder in die Halbleiterelemente zerlegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Stapel um seine Längsachse in Drehung versetzt wird und daß die Mantelfläche durch Aufdampfen passiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mantelfläche durch pyrolytisches Abscheiden von Halbleitermaterial passiviert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mantelfläche durch Aufbringen einer flüssigen Substanz und anschließendes Verfestigen dieser Substanz passiviert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mantelfläche durch chemische Umwandlung des Halbleitermaterials an der Oberfläche passiviert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Mantelfläche durch elektrophoretisches Abscheiden und anschließendes Erhitzen passiviert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mantelfläche vor dem Passivieren geätzt wird.