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"Halbleiterbauelement"
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Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Passivierungsaufbau,
der auf eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufgebracht ist, an die durch mindestens
einen PN-Ubergang getrennte Zonen angrenzen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf
ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterbauelements.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer verbesserten passivierenden Struktur
eines metallisierten Halbleiterbauelements.
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Beim Herstellen von Halbleiterbauelementen werden die Verfahrensschritte
im allgemeinen so ausgeführt, daß das Bauelement gegen ungünstige Umgebungsbedingungen,
korrosive Dämpfe und mechanischen Verschleiß, geschützt ist. Diese Maßnahmen werden
als "Bauelement-Passivierung" bezeichnet, die in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden
kann: (1) eine Primärpassivierung der Oberfläche des Halbleiterbauelements an oder
nahe den Austrittsstellen eines PN-Ubergangs und (2) eine Sekundärpassivierung des
im wesentlichen fertiggestellten, metallisierten Bauelements. Beide Arten der Passivierung
sind von großer praktischer Bedeutung und erfordern daher ein dielektrisches Material
hoher Qualität, das verschiedene wichtige Funktionen erfüllen muß.
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Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, daß die Primärpassivierung
die unmittelbare Halbleiteroberfläche
wirkungsvoll gegen schädliche
Kontaminationsmittel, wie Ionen, Metalle oder Feuchtigkeit, schützen muß, während
die Sekundärpassivierung die gesamte Bauelementoberfläche - nämlich die Oxid- und
Metallbereiche - durch einen Überzug schützen soll, der ionische Verunreinigungen
unbeweglich macht, den Durchtritt von Flüssigkeit und schädlichen Gasen verhindert
und außerdem ausreichend stabil ist, um einen hochgradigen mechanischen Schutz zu
gewährleisten.
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In einer typischen, üblichen Primärpassivierungsschicht liegt die
Kombination einer Oxid/Siliziumnitrid-Passivierungsschicht zwischen der Halblelteroberfläche
und der Metallisierung des Bauelements. Das Siliziumnitrid (Si3N4) wird dabei -
vorzugsweise durch Reaktion von siliziumhaltigen, flüchtigen Verbindungen bei hohen
Temperaturen - vor dem Herstellen der Metallisierung niedergeschlagen.
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Eine der frühesten Formen einer Sekundärpassivierung ist eine hermetisch
abdichtende Packung aus Metall oder keramischem Material. Mit der Forderung nach
Zunahme der Packungsdichte der Halbleiterchips in Schaltkreisen werden jedoch hermetische
Packungen unhandlich und aufwendig. Das hat dazu geführt, daß viele Halbleiterbauelemente
und Schaltbausteine in organisch plastischem Material verkapselt wurden, welches
jedoch nicht dem vorgenannten hermetischen Einschluß gleichwertig ist, da sich doch
mit der Zeit, insbesondere bei Betrieb in hoher Feuchtigkeit, die elektrischen Parameter
ändern. Obwohl in dieser Hinsicht Verbesserungen erzielt worden sind, bleiben doch
die den zum Einkapseln benutzten organischen Verbindungen innewohnenden Grenzen
erhalten, insbesondere was deren Reinheit und Durchlässigkeit gegenüber Feuchtigkeit
und Gasen angeht. Folglich sind Verbesserungen betreffend die Passivierung der Chip-Oberfläche
von Halbleiterbauelementen
ein besonderes Anliegen.
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Eine verbesserte Sekundärpassivierung wird im allgemeinen mit Hilfe
von Glasmaterialien erreicht. Diese Passivierung mit Hilfe von Glas wird aus mehreren
Gründen auch in hermetisch verschlossenen Bauelementen benutzt. Sie bedeckt und
isoliert die Verbindungsmuster bzw. -linien der Metallisierung und verhindert mögliche
Kurzschlüsse infolge von losen leitenden Partikeln innerhalb der hermetischen Kapslung.
Für den Fall, daß der hermetische Verschluß ein Leck erhält, stellt die Passivierung
durch Glas eine zusätzliche Sicherheitsreserve dar und erhöht damit die Zuverlässigkeit
des Bauelements. Der durch eine Passivierung einer Halbleiterscheibe mit Hilfe von
Glas gegebene Schutz gegenüber mechanischen Kratzern und Einflüssen der Atmosphäre
während der Herstellung, des Schneidens, der Montage und der Drahtkontaktierung
ist von größter Wichtigkeit bei der Sicherung der Zuverlässigkeit und einer hohen
Produktausbeute.
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Beim Herstellen von vakuumdichten Verschlüssen an Elektronenröhren
sind bereits Glasfritten verwendet worden, wenn Teile von metallischen Stiften an
den Glaskörper angrenzten bzw. durch den Glaskörper hindurchragten. Um einen luftdichten
Ver-schluß zwischen dem Glas und dem vorstehenden Metallstift zu schaffen, werden
solche Stifte mit Siliziumnitrid (Si3N4) beschichtet, indem sie in einer Atmosphäre
auf etwa 8000C erhitzt werden, die im wesentlichen aus Siliziumhydrid, Ammoniak
und Argon besteht. Die Stifte werden dann in eine Form mit einem der Form der gewünschten
Glas struktur entsprechenden Hohlraum gesetzt und der Hohlraum mit Glasfritten gefüllt.
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Die Form wird dabei als nächstes auf eine relativ hohe Temperatur
von etwa 700 0C erhitzt, bei der die Glasfritte
zusammenschmilzt
und dadurch mit der Si3N4-Beschichtung heiß versiegelt wird.
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Ein solches Hochtemperatur-Heiß-Siegelverfahren kann für herkömmliche
Halbleiterbauelemente, auf denen bereits die Bauelementmetallisierung aufgebracht
worden ist, nicht angewendet werden, da derart hohe Temperaturen die eutektische
Temperatur überschreiten, bei der die Metallteile der Bauelemente sich mit dem Halbleitermaterial
legieren.
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Daher wird die glasähnliche Schicht zum Passivieren des Halbleiterbauelements
im allgemeinen chemisch aus der Dampfphase auf der ganzen Oberfläche des Halbleiterkörpers
bei Temperaturen unterhalb der eutektischen Temperatur des Systems Metall-Halbleiter
niedergeschlagen.
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Die Ausdrücke ~Glasen" (glassing) und ~Glas-Passivierung" (glass passivitation)
werden im allgemeinen für Verfahren benutzt, in denen glasartige, amorphe, anorganische
dielektrische Schichten auf der Oberfläche eines komplettierten Halbleiterscheibchens
gebildet werden. Die aufeinanderfolgenden Schritte bei der Glas-Passivierung bestehen
normalerweise aus dem Niederschlagen einer dielektrischen Schicht auf der ganzen
Oberfläche der Halbleiterscheibe, die vorher metallisiert war und auf der die Metallschicht
bereits abgegrenzt war. Auf das Abscheiden der dielektrischen Schicht folgt ein
photolithographisches Begrenzen mit dem Ziel, das Glas von einem mittleren Bereich
zu entfernen und Anschlußstellen zu schaffen. Typische Glasschichten enthalten sowohl
Siliziumdioxidschichten (sir2) als auch modifizierte Siliziumdioxid-Schichten, wie
z.B. Borsilikatglas-Schichten (Schichten, die chemisch gebundenes Bortrioxid, B203
enthalten) und Phosphorsilikatglasschichten (Schichten, die chemisch gebundenes
Phosphorpentoxid
, P 205 enthalten). Solche Glas schichten werden
im allgemeinen unter Anwendung bekannter Verfahren zum chemischen Abscheiden aus
der Dampfphase auf der ganzen Oberfläche des Halbleiterscheibchens niedergeschlagen.
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Bei Halbleiterbauelementen mit auf Metall abgeschiedenen Glasschichten
treten oft Risse und winzige Löcher in den Glas schichten auf, wenn die Bauelemente
erwärmt werden.
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Solche bekannten Glas schichten werden typisch auf metallischen Leitern,
wie Aluminium oder Gold niedergeschlagen, wobei das Gold die oberste Schicht eines
Dreimetallsystems sein kann, das als unterste Schicht Titan und als mittlere Schicht
entweder Platin oder Palladium enthält. Auf Gold abgeschiedene Glaaschichten haften
schlecht, da Gold nicht leicht ein Oberflächenoxid bildet, das die Adhäsion fördern
könnte. Folglich sind auf Gold aufgebrachte Glasschichten von relativ schlechter
Qualität und werden daher rissig oder platzen ab, wenn sie schnellen Temperaturänderungen
ausgesetzt werden. Außerdem absorbieren modifizierte Glasachichten, wie Phosphorsilikatglas-Schichten,
im Laufe der Zeit Feuchtigkeit mit dem Ergebnis eines noch schlechteren Anhaftens
der Glasschicht an dem Gold.
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Zwar zeigen auf Aluminlumleitern aufgebrachte Glasschichten eine bessere
Adhäsion und weniger Risse, falls die Abscheidebedingungen und die Verbindung zwischen
dem Aluminium und dem Glas sorgfältig kontrolliert werden, solche Schichten können
aber auch rissig werden, wenn sie auf höhere Temperaturen von z.B. 4500C erhitzt
werden.
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Da die Rißbildung die Passivierungseigenschaften der Glas-Schichten
verschlechtert, ist es sehr wünschenswert, einen Passivierungsüberzug zu schaffen,
der einen besseren Schutz für das Halbleiterbauelement gewährleistet.
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Ein außerdem mit der Verwendung von Gold als metallischer Leiter verbundenes
Problem besteht darin, daß Goldatome (in Gegenwart von Wasserdampf, Wärme und Betriebsspannungen)
vom Leiter wegwandern und zu Kurzschlüssen führen, wodurch sich unbrauchbare Schaltungszustände
einstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch eine
verbesserte Struktur der Passivierungsschicht zu beseitigen. Die Passivierungsschicht
soll aber nicht nur einen wirkungsvollen Schutz gegen Feuchtigkeit darstellen, sondern
es soll erfindungsgemäß auch die Zahl der erforderlichen Teilschichten der Passivierungsstruktur
vermindert und dadurch die Zahl der Herstellungsschritte herabgesetzt werden. Die
erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1
beschrieben. Das Bauelement kann vorteilhaft nach dem Verfahren gemäß Patentanspruch
11 hergestellt werden. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen des Bauelements
und des Verfahrens sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
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Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen bzw. herzustellenden sekundären
Passivierungsüberzug wird zunächst eine auch bei schnellen und starken Temperaturänderungen
gegenüber schädlichen Einflüssen widerstandsfähige Schutzschicht auf dem Halbleiterbauelement
geschaffen. Die Eigenschaften der Glasschicht und der bei niedriger Temperatur abgeschiedenen
Nitrid-Schicht ergänzen sich dabei in idealer Weise. Zusätzlich wird durch die Erfindung
erreicht, daß eine Nitrid-Schicht im Bereich der primären Passivierungsschicht nicht
mehr benötigt wird, so daß die Zahl der Verfahrensschritte zum Herstellen des Bauelementes
entsprechend vermindert ist.
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Anhand der schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels
werden
weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Die beiliegende Figur zeigt eine perspektivische
Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Passivierungsstruktur.
In der Zeichnung ist ein Halbleiterbauelement 10 dargestellt, zu dem eine Siliziumscheibe
12 gehört, die ursprünglich nur einen Leitungstyp besaß, wobei es sich im vorliegenden
Beispiel um N-Leitung handelt. Die Scheibe 12 enthält normalerweise mehrere N- und
P-leitende Zonen, von denen nur eine P-leitende Zone 14 gezeichnet ist. In typischen
Fällen grenzen diese Zonen an eine Oberfläche 16 der Scheibe 12 an und bilden PN-0bergänge,
wie den Übergang 18,die Grenzen zwischen den Emitter-, Basis- und Kollektorzonen
von in dem Halbleiterbauelement 10 vorgesehenen Transistoren darstellen. Auf der
Oberfläche 16 der Scheibe 12 ist ein metallischer Leiter 20 aufgebracht, der die
P-leitende Zone 14 mit anderen (nicht gezeichneten) Zonen zum Bilden einer Schaltung
verbindet.
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Auf der Oberfläche 16 der Scheibe 12 liegt ferner eine primäre Passivierungsschicht
22 aus isolierendem Material.
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Im Ausführungsbeispiel besteht die primäre Passivierungsschicht 22
aus einer Einzelschicht 24 aus Siliziumdioxid, die auf der Oberfläche 16 gebildet
ist. Die Siliziumdioxidschicht 24 kann durch Erhitzen der Scheibe 12 in einer oxydierenden
Atmosphäre thermisch aufgewachsen sein. Als Atmosphäre ist z.B. ein HCl enthaltender
Dampf geeignet, der durch Kochen einer verdünnten Lösung von HCl und Wasser hergestellt
ist. Zum thermischen Oxydieren der Scheibe 12 kann diese auf eine Temperatur von
etwa 950 0C für eine Zeitdauer von etwa einer Stunde erwärmt werden.
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In der Siliziumdioxid-Schicht 24 ist außerdem eine Öffnung 26 zum
Freilegen eines Teils der Oberfläche 16 der Scheibe 12 vorgesehen, um eine Kontaktfläche
für den Leiter 20 zu schaffen0 Im Ausführungsbeispiel ist irgendeine Siliziumnitrid-Schicht
(Si3N4), wie sie in bekannten Bauelementen typischerweise auf der Siliziumdioxid-Schicht
24 niedergeschlagen wird, absichtlich in der primären Passivierungsschicht 22 nicht
enthalten. Wie weiter unten erläutert werden wird, kann das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
10 ohne jede Si3N4-Schicht in der primären Passivierungsschicht 22 arbeiten und
trotzdem weniger empfindlich gegen eine Verschlechterung bei Gegenwart von Wasserdampf
und korrosiven Atmosphären sein, als bekannte Bauelemente, die eine solche zusätzliche
Si3N4-Schicht in der primären Passivierungsschicht aufweisen.
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Der metallische Leiter 20 gemäß Zeichnung besteht aus einem Vielschicht-Metallisierungssystem,
das auf Teilen der primären Passivierungsschicht 22 aufgebracht ist. Zu dem Metallisierungasystem
gehört eine erste Schicht 28 aus Titan, eine zweite Schicht 30 aus Platin oder Palladium
und eine dritte Schicht 32 aus Gold. Alle diese der Reihe nach abgeschiedenen Schichten
wirken ebenso wie in einem herkömmlichen Streifenleitersystem.
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Der Vorteil eines solchen Dreimetallsystems besteht darin, daß die
Goldachicht 32 hochleitend und gegen Korrosion beständig ist, und daß die Titanschicht
28 ein anhaftendes Bindemittel mit der Siliziumscheibe 12 bildet und so dazu beiträgt,
daß ein Abheben des metallischen Leiters 20 von der Oberfläche 16 der Scheibe 12
verhindert wird.
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Weiterhin dient die Schicht 30 aus Platin oder Palladium als metallische
Sperre mit der Aufgabe sicherzustellen,
daß das Gold nicht zu der
Siliziumscheibe 12 durchdringen kann, da ein solches Wandern des Goldes im allgemeinen
unerwünscht ist. Obwohl der metallische Leiter 20 gemäß Zeichnung als Dreimetallsystem
dargestellt worden ist, kann ein Leiter auch nur aus einer einzigen Metallschicht
bestehen, z B. einer Schicht aus Aluminium.
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Auf die Oberseite der Siliziumscheibe 12, nämlich die unmetallisierten
Teile der Schicht 24 und die freigelegten Teile des Leiters 20 ist ein sekundärer
Passivierungsüberzug 34 aufgebracht. Erfindungsgemäß besteht der Passivierungsüberzug
34 aus einer Kombination einer Glas/Nitrid-Struktur, die eine auf der Schicht 24
und den freigelegten Teilen des Leiters 20 niedergeschlagene Glasschicht 36 und
eine bei niedrigen Temperaturen auf der Glasschicht 36 abgeschiedene Nitridschicht
38 aufweist. Der Ausdruck ~bei niedriger Temperatur abgeschieden" bezeichnet eine
Nitridschicht 38, die bei einer Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur
erzeugt ist, bei der der metallische Leiter 20 mit dem Halbleitermaterial legieren
könnte. Beispielsweise liegt die eutektische Temperatur des Systems Gold-Silizium
bei etwa 370°C.
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Die Nitridschicht 38 und die Glasschicht 36 haben typische Dicken
zwischen etwa 500 i und etwa 15 000 i. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
einesfisolchen kombinierten Passivierungsüberzugs 34 dargestellt, bei der die Glasschicht
36 eine erste Schicht einer Vielschicht-Glasstruktur 40 bildet, welche außerdem
eine zweite Glasschicht 42 enthalten kann. Typischerweise kann die eine der Glasschichten,
z . B. die Schicht 36, aus Phosphorsilikatglas (PSG) bestehen, während die andere
Glasschicht, z.B.
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die zweite Schicht 42, eine Deckschicht aus undotiertem
Siliziumdioxid
sein kann. Vorzugsweise hat die PSG-Schicht eine Dicke von zwischen etwa 10 000
und etwa 15000 i und die Siliziumdioxidschicht hat eine Dicke von zwischen etwa
1000 und etwa 2000 i. Auf Wunsch kann die zweite Glasschicht 42 weggelassen und
die Nitridschicht 38 unmittelbar auf der Glasschicht 36 gebildet werden.
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Die Schichten 36 und 42 werden vorzugsweise auf folgende Weise hergestellt.
Die Siliziumscheibe 12 wird in einem üblichen Re aktions apparat auf eine Temperatur
von annähernd 3250C erhitzt. Zum Herstellen der phosphor-dotierten Schicht 36 werden
die im folgenden genannten Gase in den Re aktionsapparat eingeführt. Die Durchflußge
schwindigkeiten der Gase werden auf irgendeine bekannte Weise gesteuert, um die
folgenden Gasmengenverhältnisse relativ zu dem 1%-igen Phosphorwasserstoff-Stickstoff-Anteil
einzustellen: Stickstoff 500 Teile Sauerstoff 120 Teile 3%-iges Silan (Rest Stickstoff)
14,1 Teil 1%-iger Phosphorwasserstoff (Rest Stickstoff) 1 Teil Die Verhältnisse
der Gase werden auf diese Weise angegeben, weil die tatsächlichen Durchflußgeschwindigkeiten
von dem jeweilig benutzten Apparat abhängen. Allgemein kann gesagt werden, daß etwa
14 mal soviel 3%-iges Silan wie 1%-iger Phosphorwasserstoff, genug Sauerstoff zur
vollständigen Reaktion und beliebige Mengen an Stickstoff (oder einem anderen Inertgas)
benutzt werden können. Die Menge an Stickstoff soll ausreichen, um in dem Reaktionsapparat
eine Turbulenz zu erzeugen, wenn eine solche Turbulenz erforderlich
ist.
Unter diesen Bedingungen wächst eine phosphordotierte Schicht 36 mit einer Geschwindigkeit
von annähernd 700 i pro Minute. Wenn also das Abscheiden für etwa 20 Minuten ausgeführt
wird, wächst eine phosphordotierte Schicht 36 bis zu einer Dicke von etwa 14000
i auf.
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Nach 20 Minuten des Niederschlagens der phosphor-dotierten Schicht
36 wird der Zufluß von Phosphorwasserstoff gesperrt, so daß nur Silan, Sauerstoff
und Stickstoff weiter durch den Apparat fließen. Hierdurch wird die undotierte Schicht
42 erzeugt. Es werden etwa 1000 i dieser Schicht niedergeschlagen, wenn dieser Schritt
für ungefähr 1 , 5 Minuten durchgeführt wird.
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Das Verfahren zum Abscheiden der Nitrid-Schicht 38 ist auf einen Prozeß
mit relativ niedriger Temperatur beschränkt, da die Bauelement-Metallisierung bereits
vorliegt, wenn die Nitrid-Schicht 38 gebildet wird. Die Nitrid-Schicht 38 sollte
bei einer Temperatur zwischen etwa 50 und etwa 350 °C abgeschieden werden, um eine
mögliche Legierung des metallischen Leiters 20 mit dem darunterliegenden Halbleitermaterial
zu vermeiden. Wenn z.B. der Leiter 20 Gold und Titan enthält, soll die Nitridschicht
38 bei einer Temperatur von etwa 200 0C abgeschieden werden, da Gold, das das Silizium
eventuell durch Fehler in der Platin- oder Palladiumsperrschicht 30 berührt, mit
dem Silizium bei der eutektischen Temperatur des Systems Gold-Silizium von ungefähr
370 0C legieren kann oder da Gold, Silizium und Titan bei einer Temperatur von etwa
2800C legieren können. Obwohl die eutektische Temperatur des Systems
Aluminium-Silizium
von etwa 577 0C höher liegt, kann eine Nitridschicht nicht durch chemische Dampfabscheidung
auf Silizium niedergeschlagen werden weil hierzu eine hohe Reaktionstemperatur von
etwa 850 0C erforderlich ist. Folglich müssen durch chemische Dampfabscheidung zu
erzeugende Nitridschichten vor dem Metallisieren des Bauelementes aufgebracht werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Nitridschicht
38 bei relativ niedriger Temperatur durch eine Hochfrequenz-Glimmentladungs-Plasmareaktion
in einer Atmosphäre erzeugt, welche aus einem Gas der Gruppe Silan und Stickstoff,
Silan und Ammoniak sowie Silan, Stickstoff und Ammoniak besteht. Weitere Einzelheiten
betreffend die Verwendung einer Plasmareaktion zum Niederschlagen einer Nitridschicht
sind in der Zeitschrift ~Solid State Technology", Juni 1976, Seiten 45 bis 50, beschrieben.
Die Nitridschicht 38 kann bei niedriger Temperatur auch abgeschieden werden entweder
durch reaktives Hochfrequenz-Zerstäuben eines Silizium-Targets in Stickstoff oder
durch direktes Hochfrequenz-Zerstäuben eines Siliziumnitrid-Targets.
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Diese Techniken zum Hochfrequenz-Zerstäuben sind bekannt. Einzçlheiten
sind beispielsweise in der Zeitschrift ~Journal of Vacuum Science and Technology",
Band 8, Nr. 5, September/Oktober 1971, Seiten 5 12 bis 5 30, angegeben.
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Eine bei einer typischen Temperatur von 300 0C durch eine Glimmentladungs-Plasmareaktion
von Silan und Stickstoff mit oder ohne Ammoniak niedergeschlagene Nitridschicht
38 stellt kein stöchiometrisches Si3N4 dar, sondern enthält eine amorphe und wahrscheinlich
polymere
chemische Verbindung der Formel SiWNxHyOz, worin w, x, y und z von Null verschiedene,
ganze Zahlen sind. Das Verhältnis dieser Elemente variiert stark mit den Bedingungen
beim Niederschlagen, so daß Nitridschichten mit in weitem Bereich schwankenden Eigenschaften
erzeugt werden. Diese Annahme basiert zum größten Teil auf spektroskoplschen Infrarotdaten,
die das Auftreten von Si-N, Si -H, Si-NH-Si, Si-OH und möglicherweise auch Si-O
und N-H Gruppen offenbaren.
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Bei tiefen Temperaturen abgeschiedene Nitridschichten enthalten, unabhängig
davon, ob sie durch eine Plasmareaktion, durch reaktives Hochfrequenz-Zerstäuben
oder direktes Hochfrequenz-Zerstäuben erzeugt worden sind, Untergrundgase als feste
Lösungen oder lose gebundene Moleküle, die dazu neigen, die Nitridschichten thermodynamisch
instabil zu machen. Jedes Agens, wie Wärme oder Verunreinigungen, welches diesen
metastabilen Zustand stört, kann ein spon-vanes Freisetzen der gelösten Gase verursachen,
was zu Blasen oder ähnlichem führt, welche wiederum den Zusammenhang des sekundären
Passivierungsüberzuges verschlechtern. Es ist festgestellt worden, daß ein Aufreißen
der Nitridschichten infolge des Austritts gelöster Untergrundgase, wie Argon, welches
beim Abscheiden der Nitridschichten durch Hochfrequenz-Zerstäuben in letzteren gelöst
werden kann, zur Blasenbildung führen kann.
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Vorzugsweise wird daher erfindungsgemäß eine gesteuerte Menge an Sauerstoff
oder eines sauerstoffenthaltenden Gases in die Reaktionskammer eingegeben bzw. eingeblasen,
derart, daß die bei niedriger Temperatur gebildete Nitridschicht 38 Siliziumoxynitride
enthält.
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Es hat sich herausgestellt, daß Nitridschichten, welche wesentliche
Mengen an Si-O-Bindungen enthalten, viel weniger anfällig für Blasenbildung und
viel stabiler sind, insbesondere auch während nachfolgender Wärmebehandlungen.
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Die Kombination von Glas und Nitrid in dem Passivierungsüber zug 34
stellt eine ausgezeichnete Schutzstruktur dar, welche einen stark verbesserten Widerstand
gegen Rißbildung und Abschälen des Überzugs besitzt und auf diese Weise eine erhöhte
Zuverlässigkeit des Halbleiterbauelementes sicherstellt. Durch Versuche ist nachgewiesen
worden, daß das Haften einer Glasschicht auf einem metallischen Leiter, insbesondere
auf einer Goldschicht anfangs zwar akzeptabel ist, sich aber verschlechtert, wenn
die Schicht für kurze Zeit einer relativ feuchten Umgebung ausgesetzt wird, mit
dem Ergebnis eines Abschälens oder einer Rißbildung der Glasschicht. Das Herstellen
der bei niedriger Temperatur zu bildenden Nitridschicht auf einer Glasschicht, bevor
diese der Feuchtigkeit ausgesetzt war, gewährleistet, daß das Haftvermögen zwischen
der Glasschicht und dem metallischen Leiter nicht beeinträchtigt wird. Die Nitridschicht
wirkt als eine Feuchtigkeitsdiffusionssperre, die die untenliegende Glasschicht
von der Umgebungsluft, welche unerwünschte Feuchtigkeit enthalten kann, abschirmt.
Obwohl eine bei niedriger Temperatur ab geschiedene Nitridschicht für sich selbst
keinen adäquaten dielektrischen Schutz darstellt, wie er von einem wirkungsvollen
Passivierungsüberzug verlangt wird, stellt die Kombination einer Glas/Nitrid-Struktur
einen Passivierungsüberzug mit einem wesentlich verbesserten Zusammenhalt gegen
Rißbildung dar. Die unterliegende Glasschicht bildet dabei nicht nur
einen
ausreichenden dielektrischen und mechanischen Schutz für das Halbleiterbauelement,
sondern dient auch als ein leistungsfähiges Getter gegenüber schädlichen Ionen-Verunreinigungen,
wie z.B. Natriumionen.
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Die obenliegende, bei niedriger Temperatur aufgebrachte Nitridschicht
wirkt nicht nur als ein Dichtungsmittel bzw. eine Versiegelung für die untenliegende
Glasschicht, indem sie eine Verschlechterung der Gefügequalität der Glasschicht
verhindert und dadurch ermöglicht, daß die Glasschicht ihren festen Sitz auf dem
unter dieser liegenden metallischen Leiter behält, sondern die Nitridschicht wirkt
auch als eine wirkungsvolle Sperre gegen eine Wanderung von Alkali-Ionen.
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Gerade die letztgenannte Wirkung der erfindungsgemäßen Nitridschicht
ist von erheblicher Bedeutung. Insbesondere Natriumionen sind der Grund für eine
übermäßig bewegliche Ladung und führen zu Oberflächeninversionsschichten undloder
Sperrleckströmen. Halbleiterbauelemente sind vor allem in Gegenwart von Wasserdampf
und korrosiven Atmosphären solchen Alkali-Ionen ausgesetzt.
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Unerwartet ist festgestellt worden, daß die erfindungsgemäße, bei
niedriger Temperatur abgeschiedene Nitridschicht wirkungsvoll genug ist, um eine
Sperre gegen das Eindringen von Alkali-Ionen in die Oberfläche des Halbleiterbauelements
zu bilden. Die sonst verwendete typische, durch chemische Dampfabscheidung erzeugte
Siliziumnitrid-Schicht unterhalb des metallischen Leiters kann daher bei dem erfindungsgemäßen
Bauelement v#Ikommen entfallen. Durch Verwendung der auf dem Leiter liegenden Nitridschicht
als Feuchtigkeits-Diffusionssperre gegenüber schädlichen ionischen
Verunreinigungen,
wie Natriumionen, kann die Gesamtzahl der einzelnen erforderlichen Passivierungsschichten
herabgesetzt werden, da die früher unter dem Leiter vorgesehene Nitridschicht nicht
mehr erforderlich ist, ohne daß die Qualität des Bauelementes herabgesetzt wird.
Folglich sind weniger Verfahrensschritte zum Herstellen der erfindungsgemäßen Passivierungsstruktur
erforderlich und die Wirtschaftlichkeit der Herstellung wird ohne feststellbaren
Qualitätsverlust für das Bauelement bezüglich des Einflusses von Wasserdampf oder
korrosiven Atmosphären verbessert.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauelements bzw.
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des Verfahrens zum Herstellen des Bauelements ist die relative Anordnung
der Siliziumoxidschicht unl der Siliziumnitridschicht in dem sekundären Passivierungsüberzug
34 vertauscht, so daß die untere, direkt auf dem Leiter 20 liegende Schicht 36 aus
einer erfindungsgemäßen, bei niedriger Temperatur niedergeschlagenen Siliziumnitridschicht
besteht, Jrährend die obere, auf der Schicht 36 liegende Schicht 38 eine Glasschicht
ist.
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Dieser Passivierungsüberzug 34 kann auch mit einer Deckschicht aus
Siliziumdioxid überzogen werden.
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Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
die primäre Passivierungsschicht 22 eine Doppelschicht mit einer ersten Teil schicht
aus Siliziumdioxid, welche mit einer zweiten Teil schicht aus Siliziumnitrid bedeckt
ist.
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