DE2931032A1

DE2931032A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2931032A1
Application number: DE19792931032
Authority: DE
Inventors: Seiki Harada; Atsushi Hiraiwa; Satoru Ito; Seiichi Iwata; Kiichiro Mukai; Shinichi Muramatsu; Shigeru Takahashi; Katsuhisa Usami; Takeo Yoshimi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-07-31
Filing date: 1979-07-31
Publication date: 1980-02-14
Also published as: US4365264A; NL7905891A; FR2432766B1; FR2432766A1; CA1135874A; GB2027273B; JPS5519850A; GB2027273A

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung hoher Zuverlässigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Halbleiteranordnung, die eine hochwirksame Passivierungsschicht aufweist, welche aus Siliziumnitrid besteht. Halbleiteranordnungen oder Halbleiterbauelemente, bei denen eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist, insbesondere integrierte Schaltkreise und gruppenintegrierte Schaltkreise für die Fernmelde- und Nachrichtentechnik zur Verwendung in Computern etc. und für die Industrie zur Verwendung in der Kraftfahrzeugelektronik etc. wurden bislang im wesentlichen in Keramikbausteinen eingeschlossen. Da aber Keramikpackungen kostspielig sind, ist in jüngerer Zeit die Verwendung von nicht teuren Kunststoff-Verpackungen oder -Gehäusen bzw. kunststoffumpreßten Bauteilen vorgenommen worden. Dies deswegen, weil die Automatisierung der Arbeitsgänge und die Schmelzenanordnung leicht vonstatten gehen, abgesehen von der Tatsache, daß ein Harz als Material der Kunststoff-Verpackung oder des Gehäuses billig ist.

Das für die Kunststoffgehäuse verwendete Harz enthält jedoch Verunreinigungsionen und ist außerdem nicht zufriedenstellend im Hinblick auf einen luftdichten Verschluß, so daß Feuchtigkeit von der Außenseite hindurch dringt. Bei der innerhalb der Kunststoffverpackung untergebrachten Anordnung besteht somit die Gefahr, daß Veränderungen hinsichtlich der Eigenschaften, Korrosion der Al-Verbindungen usw. auftreten. Um diese Nachteile des Kunstharzmaterials zu kompensieren und die hohe Zuverlässigkeit der Anordnung aufrecht zu erhalten, muß eine ausgezeichnete Passivierungsschicht auf einem Halbleiterkörper angeordnet werden. Die Passivierungsschicht ist in diesem Falle erforderlich, um von Defekten, wie z.B. feinen Löchern und Rissen, frei zu sein, und damit man ein hervor-

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ragendes Gegenmittel besitzt, um das Eindringen von Feuchtigkeit sowie von Verunreinigungsionen zu verhindern.

Bislang hat man im wesentlichen Phosphosilikat-Glasfilme und Siliziumdioxidfilme als Passivierungsschichten von gruppenintegrierten Schaltkreisen etc. verwendet. Diese Filme besitzen jedoch eine unzureichende mechanische Festigkeit, so daß dann, wenn die Halbleiterbauteile in Kunststoffverpackungen eingegossen werden, Risse in den Filmen auftreten, und zwar aufgrund der Kompressionsbelastungen bei der Härtung des Harzes. Das Auftreten der Risse in der Passivierungsschicht ist jedoch ungünstig, da die in dem Versiegelungsharz enthaltenen Verunreinigungsionen und die durch das Versiegelungsharz hindurchgedrungene Feuchtigkeit durch die Risse hindurch in die Bauelemente der Anordnung eindringen, was zur Verschlechterung der Eigenschaften der Halbleiteranordnung und der Unterbrechung von Verbindungen aufgrund von Korrosion Anlaß gibt, was wiederum zu einer Abnahme der Zuverlässigkeit der Anordnung führt.

Zum Stand der Technik seien folgende Veröffentlichungen genannt

offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 56973/1978, japanische Patentanmeldung Nr. 21017/1969, und P.H. Holloway und H.J. Stein in Journal of Electrochemical Society, Band 123, Nr. 5, Mai 1976, Seiten 723 bis 728. Aufgabe der Erfindung ist es, die beim Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen und Halbleiteranordnungen bzw. -bauelemente mit einer Passivierungsschicht hoher Leistungsfähigkeit anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält eine erfindungsgemäße Halbleiteranordnung eine Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid, die O,8 bis 5,9 Gew.-% Wasserstoff auf einem Halbleiterkörper enthält, der mindestens ein Schaltungselement aufweist. Der Siliziumnitridfilm besitzt die Eigenschaft, Feuchtigkeit und Verunreinigungsionen abzuhalten, und besitzt wenig feine Löcher. Durch geeignete Wahl der Zusammensetzung erhält man einen Film, der wenig Fehler, wie z.B. Risse, auf-

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weist und der ausgezeichnete mechanische Eigenschaften be~ •sitzt. .";.-■

Siliziumnitrid, das die Passivierungsschicht bildet, soll 0,8 bis 5,9 Gew.-% Wasserstoff enthalten. In denjenigen Fällen, wo der Wasserstoffgehalt größer als 5,9 Gew.-% ist, wird in ungünstiger Weise E^-Gas bei einem Temperaturanstieg in einem Prozeß nach der Herstellung der Passivierungsschicht frei, was plötzlich Wölbungen und Risse der Passivierungsschicht auftreten läßt. Wenn der Wasserstoffgehalt niedriger als 0,8 Gew.-% ist, so weist der hergestellte Siliziumnitridfilm in ungünstiger Weise eine Zugspannung in Form einer inneren Zugbeanspruchung auf, und der Film bildet Risse, wenn er in Schichtdicken von 0,3 bis 0,7,um oder mehr aufgebracht wird.

Es ist wünschenswert, daß das die Passivierungsschicht bildende Siliziumnitrid 61 bis 70 Gew.-% Si, 25 bis 37 Gew.-% N, 0,8 bis 5,9 Gew.-% H und höchstens 0,6 Gew.-% O als Hauptbestandteile enthält. Wenn der Gehalt an Si und N außerhalb der Zusammensetzungsbereiche liegt, so besteht bei dem hergestellten Siliziumnitridfilm in ungünstiger Weise die Gefahr von Rissen aufgrund von externen Beanspruchungen, und es ist sehr wahrscheinlich, daß Risse aufgrund der Druckbeanspruchungen des Harzes zu dem Zeitpunkt auftreten werden, wenn die Halbleiteranordnung in eine Kunststoffverpackung eingegossen wird. In dem Falle, wo der Gehalt an Sauerstoff 0,6 Gew.-% überschreitet, so zeigt der Siliziumnitridfilm in ungünstiger Weise geringere mechanische Eigenschaften, und es besteht in ähnlicher Weise die Gefahr von Rissen aufgrund von äußeren Beanspruchungen. Noch bevorzugtere Bereiche für den Gehalt an Si und N sind 63 bis 68,5 Gew.-% bzw. 27 bis 34 Gew.-%, während die bevorzugtesten Bereiche für diese beiden Materialien 64 bis 67,5 Gew.-% bzw. 28 bis 32 Gew.-% betragen.

Als Verfahren zur Herstellung des Siliziumnitridfilms kann man das herkömmliche CVD-Verfahren oder die chemische Gasphasenabscheidung und das Plasma-CVD-Verfahren bzw. eine mit Plasmaunterstützung ablaufende chemische Gasphasenab-

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scheidung verwenden. Mit dem herkömmlichen CVD-Verfahren muß jedoch das Substrat aui 600°C bis 1000⁰C aufgeheizt

werden. Man kann daher sagen, daß dieses Verfahren im allgemeinen nicht für die Herstellung der Passivierungsschicht geeignet ist, welche häufig auf einer leitenden Verbindungsschicht aus Aluminium angeordnet wird. Das Plasma-CVD-Verfahren ist dementsprechend geeignet als Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Siliziumnitridfilms. Beim Plasma-CVD-Verfahren kann der Siliziumnitridfilm sogar bei niedrigen Substrattemperaturen von 45O°C und weniger ausgebildet werden. Die Technik der Aufbringung von Siliziumnitrid mit dem Plasma-CVD-Verfahren ist auf dem Gebiet der Halbleitertechnik bekannt. Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird unter "Siliziumnitrid" hier nicht eine Verbindung mit einer einzigen Zusammensetzung verstanden, sondern es handelt sich um ein amorphes Material, das innerhalb der angegebenen Zusammensetzungsbereiche liegt und im wesentlichen aus Silizium und Stickstoff besteht.

Außerdem ist die Dichte als Eigenschaft des Siliziumnitridfilms von Wichtigkeit. Eine erwünschte Dichte des Siliziumnitrids liegt zwischen 2,3 und 3,05 g/cm³. Ein Siliziumnitridfilm mit einer höheren Dichte als 3,1 g/cm³ ist insofern unerwünscht, als er innere Zugbeanspruchungen aufweist, aufgrund derer Risse beim Aufbringen des Filmes auftreten. Ein Siliziumnitridfilm mit einer geringeren Dichte als 2,3 g/cm ist insofern unvorteilhaft, als die mechanischen Eigenschaften nicht zufriedenstellend sind, da beispielsweise Risse aufgrund von äußeren Beanspruchungen auftreten können. Da die mechanischen Eigenschaften mit der Zunahme der Dichte besser werden, ist die höchstmögliche Dichte innerhalb des angegebenen Bereiches wünschenswert, die einen Wert von 3,05 g/cm nicht überschreitet. Die Dichte des Siliziumnitridfilms ist beispielsweise abhängig von der Substrattemperatur bei der Aufbringung und sie nimmt im wesentlichen geradlinig mit der Zunahme der Substrattemperatur zu. Um den bereits genannten Dichtebereich zu erhalten, soll die Substrattemperatur zwischen 120⁰C und 600⁰C liegen. Bei einer Substrattemperatur

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von 27O°C nimmt die Dichte einen Wert von 2,5 - 0,1 g/cm³ an. Außerdem nimmt die Dichte durch eine Verringerung des Druckes eines Reaktionsgases und eine Erhöhung der Frequenz einer Hochfrequenzspannung zu.

Es ist wünschenswert, daß die Dicke der aus Siliziumnitrid bestehenden Passivierungsschicht zwischen 0,7 und 2,3 ,um liegt. Wenn die Dicke außerhalb dieses Bereiches liegt, so nehmen die mechanischen Eigenschaften des Siliziumnitridfilms ab, so daß bei dem Film die Gefahr der Entstehung von Rissen aufgrund externer Beanspruchungen gegeben ist. Ein bevorzugterer Dickenbereich liegt zwischen 1,0 und 2,2.um, und der bevorzugteste Bereich für die Dicke liegt zwischen 1,2 und 2,O,um.

Der Halbleiterkörper bei der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung soll mindestens ein Schaltungsbauelement aufweisen. Das Schaltungsbauelement wird üblicherweise in einem Ober— flächenteil eines Halbleiterplättchens angeordnet. Der Halbleiterkörper soll Isolierfilme, elektrische Anschlüsse und eine leitende Verbindungsschicht aufweisen, die in der erforderlichen Weise auf dem Halbleiterplättchen angeordnet sind. Insbesondere kann man als erfindungsgemäßes Beispiel einen Halbleiterkörper angeben, der folgende Bestandteile aufweist: Einen Siliziumdioxidfilm, der auf einem Halbleiterplättchen angeordnet ist und an vorgegebenen Stellungen öffnungen aufweist, einen anorganischen Isolierfilm aus Phosphorsilikatglas oder Siliziumnitrid, der auf dem Siliziumdioxidfilm angeordnet ist und Öffnungen an vorgegebenen Stellen aufweist, und eine leitende Verbindungsschicht mit vorgegebenem Muster, die sich auf dem anorganischen Isolierfilm erstreckt und mit vorgegebenen Bereichen in dem Halbleiterplättchen über die öffnungen im anorganischen Isolierfilm und die öffnungen im Siliziumdioxidfilm in Verbindung steht.

Eine Halbleiteranordnung oder ein Halbleiterbauelement, bei dem auf einem derartigen Halbleiterkörper eine Passivierungsschicht, die aus dem bereits erwähnten Siliziumnitridfilm besteht und die an vorgegebenen Stellungen öffnungen aufweist,

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ausgebildet ist und bei der eine Metallschicht mit vorge-.gebenem. Muster,, die sich auf der Passivierungsschicht er-.... .

streckt und die mit der leitenden Verbindungsschicht über die öffnungen in Verbindung steht, angeordnet ist, kann als konkretes Beispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung angesehen werden. In diesem Falle kann die Passivierungsschicht auch ein Doppelfilm sein, in dem ein Harzfilm außerdem auf dem Siliziumnitridfilm angeordnet ist. Dieses Harz kann beispielsweise ein PIQ-Harz oder Polyimid-iso-indochinazolindion-Harz, ein Polyimid-Harz oder ein Polyamid-Harz sein kann. Die oben erwähnte Metallschicht kann sowohl als Verbindungsschicht als auch als Anschluß- oder Kontaktstelle verwendet werden. Bei der Verwendung als Kontakt- oder Anschlußstelle kann ein Verbindungsteil oberhalb oder über dem aktiven Bereich des Halbleiterplättchens angeordnet werden, und somit können die Ausgestaltungen der Halbleiteranordnungen, beispielsweise als integrierte Schaltkreise, in ebenso einfacher wie vielfältiger Weise erfolgen. Dies ist der Fall, weil der Siliziumnitridfilm gemäß der Erfindung zur Verwendung bei Halbleiteranordnungen oder Halbleiterbauelementen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften besitzt und kaum Risse erleidet.

In vielen Fällen besteht das Halbleiterplättchen im wesentlichen aus Silizium. Es ist wünschenswert, daß der Phosphorgehalt des Phosphorsilikatglases für den anorganischen Isolierfilm 3 bis 6 Mol-% beträgt. Wenn der Phosphorgehalt 6 Mol-% überschreitet, so hat der auf dem Phosphorsilikatglas angeordnete Siliziumnitridfilm die Neigung, beim Dampfdrucktest abzublättern, und es findet in der Aluminiumverbindung Korrosion statt, so daß keine guten Ergebnisse zu erwarten sind. In den Fällen, wo der Phosporgehalt unterhalb von 3 Mol-% absinkt, so tritt in ungünstiger Weise der bekannte Effekt ein, daß die Getterwirkung für Na schwach ist, Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

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Figur 1 eine schematische Darstellung im Schnitt einer er-

. findungsgemäßen Halbleiteranordnung; . Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem H-Gehalt in einem Siliziumnitridfilm und der inneren Spannung des Filmes sowie der Rißdichte nach einer Wärmebehandlung;

Figur 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Fehlerdichte eines Siliziumnitridfilms und der Ausfallrate einer Halbleiteranordnung; Figur 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der mechanischen Festigkeit eines Siliziumnitridfilms und der Fehlerdichte;

Figur 5 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen dem Si-Gehalt sowie dem N-Gehalt in einem SiIiziumnitridfilm und der mechanischen Festigkeit des Filmes;

Figur 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Dichte eines Siliziumnitridfilms und der mechanischen Festigkeit des Films sowie seiner inneren Spannung;

Figur 7 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Dicke eines Siliziumnitridfilms und seiner mechanischen Festigkeit; und in

Figur 8, 9 und 10 schematische Darstellungen im Schnitt zur Erläuterung verschiedener erfindungsgemäßer Halbleiteranordnungen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform im Schnitt einer erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung, wobei das Gehäuse bzw. die Verpackung der Deutlichkeit halber weggelassen ist.

Ein Siliziumdioxidfilm 2 mit einer Öffnung 8 ist auf einem Siliziumplättchen 1 angeordnet, ein polykristalliner Siliziumfilm 3 an vorgegebenen Stellen des Siliziumdioxidfilms 2 aufgebracht und ein Phosporsilikatglasfilm 4 mit einem Phosphorgehalt von ungefähr 4,5 Mol-% und öffnung 9 auf dem Siliziumdioxidfilm und dem polykristallinen Siliziumfilm 3 angeordnet. Eine Al-

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Verbindungsschicht 5 ist in der Weise ausgebildet, daß sie sich auf dem Phosphorsilikatglasfilm 4 erstreckt und mit den Diffusionsschichten 7 im Siliziumplättchen 1 über die Öffnungen 9 des Phosphorsilikatglasfilms 3 und die Öffnung 8 des Siliziumdioxidfilms 2 in Verbindung steht. Ein Endteil des Phosphorsilikatglasfilms 4 steht dabei in direktem Kontakt mit dem Siliziumplättchen 1. Die einzelnen Schritte zur Herstellung einer derartigen Anordnung wurden mit Verfahren durchgeführt, die auf dem Gebiet der Halbleitertechnik bekannt sind. Auf sämtlichen Oberflächen der so hergestellten Halbleiterkörper wurden Siliziumnitridfilme 6 mit verschiedenem H-Gehalt mit Dicken von ungefähr 2 ,um aufgebracht. Eine Plasma-CVD-Vorrichtung, die kapazitiv gekoppelte Elektroden in Form von Platten mit 64 cm Durchmesser aufwies, wurde zur Bildung des Siliziumnitridfilms verwendet. Die Standard-Herstellungsbedingungen für den Siliziumnitridfilm waren folgende.

Die Durchflußgeschwindigkeiten der Reaktionsgase betrugen 2,1 cm³/s für SiH₄, 5,0 cm³/s für NH₃ und 10,0 cm³/s für N₃. Der Reaktionsgasdruck betrug 35 Pa. Eine angelegte Hochfrequenzspannung besaß eine Frequenz von 50 kHz und eine Hochfrequenzleistung von 0,42 kW. Die Temperatur des Siliziumkörpers beim Aufbringen des Siliziumnitrids betrug 27O°C. Der Siliziumnitridfilm, der im Plasma-CVD-Verfahren unter Standard-Hers tellungsbedingungen auf gebracht wurde, bestand aus 67,8 Gew.-% Si, 28,6 Gew.-% N, 3,4 Gew.-% H und 0,2 Gew.-% 0. Der H-Gehalt wurde mit der Siliziumkörpertemperatur, der Frequenz der Hochfrequenζsspannung und dem Reaktionsgasdruck gesteuert. Dieser H-Gehalt nahm ab bei einem Anstieg der Temperatur des Siliziumkörpers, einem Anstieg der Frequenz der Hochfrequenzspannung oder einer Verringerung des Reaktionsgasdrucks.

In dem FaIIe₁WO der H-Gehalt unterhalb von 0,8 Gew.-% lag, traten Risse im Siliziumnitridfilm 6 schon beim Beschichtungsvorgang auf. In dem Falle, wo der Siliziumnitridfilm einen höheren H-Gehalt als 5,9 Gew.-% aufwies, traten Wölbungen und Risse im Siliziumnitridfilm auf, wenn der Siliziumkörper in einem anschließenden Verfahrensschritt beheizt wurde. Dementsprechend musste der H-Gehalt des Siliziumnitridfilms zwischen

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0,8 und 5,9 Gew.-% liegen. In dem Falle, wo der H-Gehalt des .Siliziumnitridfilms 0,8 bis 5_f9 Gew.-% ausmachte-, zeigte die neuartige Halbleiteranordnung außergewöhnlich gute Ergebnisse und blieb in einem stabilen Zustand, auch nachdem sie in ein Kunststoffgehäuse eingepackt worden war.

Das Atmosphärengas beim Plasma-CVD-Verfahren kann ohne weiteres ein Inertgas, wie z.B. Ar und He, 0-, NO2 usw. zusätzlich zu den bereits genannten Bestandteilen enthalten.

Nachstehend soll ein Verfahren zur Analysierung des Wasser-Stoffs im Siliziumnitridfilm näher erläutert werden. Das Siliziumnitrid wurde mit dem Plasma-CVD-Verfahren direkt auf ein Siliziumplättchen aufgebracht, das in gleicher Weise ausgebildet war, wie das beim beschriebenen Halbleiterkörper, und die Menge an emittierten H„-Gas wurde mit einem Massenspektrometer gemessen, wenn das resultierende Siliziumplättchen bis auf 1200⁰C aufgeheizt wurde. Die Bedingungen zum Aufbringen des Siliziumnitrids waren vollständig die gleichen wie im Falle der Herstellung der in Figur 1 dargestellten Halbleiteranordnung. Die Verfahren-zur Analysierung von Si, N und 0 werden im Zusammenhang mit einer anderen Ausführungsform nachstehend erläutert.

Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem H-Gehalt im Siliziumnitridfilm und der inneren Spannung des Filmes sowie der Rissdichte nach der Wärmebehandlung. Dabei gibt eine Kurve 11 die innere Spannung und eine Kurve 12 die Rissdichte in Figur 2 an.

Die innere Spannung des Filmes wurde aus einer Änderung des Krümmungsradius eines Siliziumplättchens nach, dem Aufbringen des Siliziumnitrids direkt auf dem Plättchen unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben, berechnet. Die Messung des Krümmungsradius erfolgte unter Anwendung eines Interferenzverfahrens mit Newton'sehen Ringen.

Die Rissdichte wurde gemessen_r- nachdem der Halbleiterkörper mit dem darauf aufgebrachten Siliziumnitrid für eine Dauer von 3O Minuten auf 450 C aufgeheizt worden war.

Wie sich aus Figur 2 entnehmen läßt, weist der Siliziumnitridfilm in dem Falle, wo der H-Gehalt im aufgebrachten

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ί-'ϊ liziumnitridfilm unterhalb von 0,8 Gew.-% liegt, eine innere Zugbeanspruchung auf. In diesem Zustand, treten Risse, bereits beim Aufbringen des Filmes mit einer Dicke von 0,3 bis 0/7 ,um auf, und es ist schwierig, Filme mit größerer Dicke aufzubringen. In dem Falle, wo der H-Gehalt oberhalb von 5,9 Gew.-% liegt, ist die nach der Wärmebehandlung gemessene Rißdichte sehr hoch. Dementsprechend ist zu vermeiden, daß der H-Gehalt im Siliziumnitridfilm unterhalb von 0,8 Gew.-% und oberhalb von 5,9 Gew.-% liegt- Da dieser Gesichtspunkt bislang nicht bekannt war, war es schwierig, mit einem hohen Prozentsatz Halbleiteranordnungen mit ausgezeichneten Eigenschaften herzustellen, bei denen ein Siliziumnitridfilm als Passivierungsschicht Verwendung findet.

Als Vorgänge mit Temperaturerhöhung nach der Herstellung des Siliziumnitridfilms sind das Tempern für ungefähr 3O Minuten bei 400⁰C bis 45O°C und der Kunststoffeinschluß bei 35O°C bis 49O°C zu nennen.

Im folgenden soll eine zweite Ausführungsform näher erläutert werden:

Wie bei der ersten Ausführungsform wurde ein Siliziumnitridfilm als Passivierungsschicht auf der gesamten Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufgebracht, der einen Siliziumdioxidfilm, einen polykristallinen Siliziumfilm, einen Phosphorsilikatglasfilm und eine Al-Verbindüngsschicht aufwies. Die Dicke des Siliziumnitridfilms betrug 2 ,um, der H-Gehalt betrug ungefähr 1,8 Gew.-% und der O-Gehalt lag zwischen 0,23 und 0,35 Gew.-%. Außerdem wurden bei dieser Ausführungsform der Si-Gehalt und der N-Gehalt des aufzubringenden Siliziumnitridfilms geändert. Der Si-Gehalt und der N-Gehalt konnten dadurch gesteuert werden, daß man das Verhältnis zwischen der Menge an SiH^ und der Menge an NH₃ des Reaktionsgases beim Plasma-CVD-Verfahren variierte. Wenn man die Menge an NHo relativ erhöhte, so nahm der N-Gehalt im Siliziumnitridfilm zu.

Der hergestellte Halbleiterkörper, der mit dem Silizium-¹ nitridfilm als Passivierungsschicht versehen war, wurde in ein Kunststoffgehäuse aus Epoxyharz eingeschlossen bzw. mit

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diesem Harz umformt. Die maximale Heiζtemperatur bei der Verkapselung betrug-ungefähr 40O⁰C.

In dem Falle, wo der Si-Gehalt im Siliziumnitridfilm 61 bis 70 Gew.-% und der N-Gehalt 25 bis 37 Gew.-% ausmachten, wurden hervorragende Ergebnisse ohne das Auftreten von Rissen bei der Einkapselung erzielt. Auch nach-dem eine Vorspannung von 20 V für eine Dauer von 1000 Stunden in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 85°C und einer Feuchtigkeit von 85 % angelegt wurde, erreichte die Ausfallrate keinen Wert von 0,1 %.

Wenn jedoch der Si-Gehalt und der N-Gehalt außerhalb des genannten Bereiches lagen, so wies die Halbleiteranordnung nach der Kunststoffverkapselung eine geringe Zuverlässigkeit auf. Wurde ein Test durchgeführt, bei dem die Vorspannung von 20 V für 1000 Stunden in der Atmosphäre mit einer Temperatur von 85°C und einer Feuchtigkeit von 85 % angelegt wurde, so lag die Ausfallrate über 0,1 %. Eine hohe Zuverlässigkeit, die vergleichbar ist mit der von in Keramik eingekapselten Anordnungen, ist erforderlich für integrierte Schaltkreise usw. für Computer und Kraftfahrzeugelektronik, und die Ausfallrate darf höchstens 0,1 % betragen. Es ist dementsprechend wünschenswert, daß der Si-Gehalt und der N-Gehalt beim Siliziumnitridfilm innerhalb des angegebenen Bereiches liegen. Die Ausfallrate von O,1 % entspricht in diesem Falle einer Fehlerdichte von ungefähr einem Fehler pro Chip im Siliziumnitridfilm nach der Kunststoffeinkapselung. Die Größe eines Chips beträgt 6,1 mm χ 6,2 mm.

Figur 3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Anzahl von Fehlern der Passivierungsschicht pro Chip nach der Plastikverkapselung und der Ausfallrate nach dem Test. Wie aus Figur 3 ersichtlich, darf die Fehlerdichte des Siliziumnitridfilms nach der Kunststoffverkapselung höchstens einen Fehler pro Chip betragen, um eine Ausfallrate von höchstens 0,1 % zu erzielen. Dementsprechend muß die mechanische Festigkeit des auf den Halbleiterkörper aufzubringenden Siliziumnitridfilms hoch gegenüber der Druckbeanspruchung

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des Harzes nach der Plastikverkapselung sein, so daß höchstens ein Riß pro Chip auftritt.

Als ein geeignetes Maß für die mechanische Festigkeit des Siliziumnitridfilms hat es die Anmelderin angesehen, einen Wert Ud zu verwenden, der das Produkt aus der Verformungsenergie bis zum Bruch des Films und der Filmdicke t ist. Die "Verformungsenergie bis zum Bruch" ergibt sich als das Produkt aus der Bruchspannung und der Bruchdehnung. Da es jedoch schwierig ist, die Bruchspannung eines dünnen Filmes direkt zu messen, wird anstatt dessen die Härte als Ersatzwert verwendet.

Hinsichtlich der Messung der Härte des Siliziumnitridfilms wird die Härte Hv eines Siliziumnitridfilms, der mit dem Plasma-CVD-Verfahren direkt auf ein Siliziumplättchen aufgebracht worden ist, mit einem Härtemeßgerät nach Vickers gemessen. Im Hinblick auf die Messung der Bruchdehnung des Siliziumnitridfilms wurde das Siliziumnitrid mit dem Plasma-CVD-Verfahren direkt auf ein Al-Plättchen mit einer Dicke von 0,5 mm aufgebracht, mit einem Tensilonzugversuchsgerät gezogen, bis ein Riß im Siliziumnitridfilm auftrat, und die erforderliche Dehnung, um den Riß im Film hervorzurufen, ausgerechnet. Die Bruchdehnung ε_η ist gegeben durch e_n = ■-=-. Dabei bezeichnet AL die Zugdehnung, bei der der Bruch auftritt, während L die Länge der gezogenen Probe bezeichnet. In den beiden Fällen der Messung der Härte und der Bruchdehnung waren die Bedingungen zum Aufbringen des Siliziumnitrids die gleichen wie bei der Herstellung der oben beschriebenen Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung.

Die Festigkeit Ud des Siliziumnitridfilms ist gegeben durch Ud = Hv χ ε_β χ t. Figur 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Anzahl von Fehlern der Passivierungsschicht pro Chip nach der Kunststoffeinkapselung--.und dem

Wert Ud oder Hv χ ε~ χ t.

^B 2

Dabei ist die Einheit von Hv in kg/mm angegeben, ε_η als AL/L ist dimensionslos, die Einheit von t ist in .um angegeben

L 2 und die Einheit von Ud wird ausgedrückt in kg-mm · ,um. Wie oben bereits erwähnt, darf die Fehlerdichte des Siliziumnitridfilms nach der Kunststoffeinkapselung höchstens einen Fehler

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pro Chip betragen. Aus dem in Figur 4 dargestellten Zusammenhang ergibt sich dementsprechend, daß Hv χ ε_η χ t größer als

■ -2 '

etwa 3O kg-mm · ,um sein muß. Die Größe des Chips für die in Figur 3 und 4 eingetragenen Zusammenhänge betrug 6,1mm χ 6,2 mm.

Wenn der Zusammenhang zwischen dem Si-Gehalt und dem N-Gehalt bei dem mit dem Plasma-CVD-Verfahren hergestellten Siliziumnitridfilm und dem Wert von Hv χ ε_ χ t dargestellt wird, so erhält man die in Figur 5 eingetragenen Kurve. Wie sich der Figur 5 entnehmen läßt, müssen der Si-Gehalt und der N-Gehalt beim Siliziumnitridfilm in den Bereichen von 61 bis 70 Gew.-% bzw. 25 bis 37 Gew.-% liegen, damit der Wert von Hv χ ε~ χ t, der ein Maß für die mechanische Festigkeit des Siliziumnitridfilms ist, größer als etwa 3o kg - mm «,um wird. Wie sich aus der vorgehenden Beschreibung entnehmen läßt, müssen dementsprechend der Si-Gehalt und der N-Gehalt des Siliziumnitrids, das als Passivierungsschicht dient, in den Bereichen von 61 bis 70 Gew.-% bzw. 25 bis 37 Gew.-% liegen, um durch die Kunststoffexnkapselung eine Halbleiteranordnung zu erhalten, die eine ebenso hohe Zuverlässigkeit besitzt wie eine in Keramik eingekapselte Anordnung. Dies deckt sich gut mit dem Ergebnis, das mit einem Zuverlässigkeitstest mit dem oben beschriebenen Halbleiterkörper gemäß der Erfindung erzielt wurde. Aus Figur 5 läßt sich entnehmen, daß bevorzugtere Bereiche für den Si-Gehalt und den N-Gehalt 63 bis 68,5 Gew.-% bzw. 27 bis 34 Gew.-% betragen und daß die bevorzugtesten Bereiche sich mit 64 bis 67,5 Gew.-% bzw. 28 bis 32 Gew.-% angeben lassen.

Die Analyse von Si und N im Siliziumnitridfilm erfolgte unter Anwendung einer energiedispersiven Photoelektronenanalyse (ESCA). Die energiedispersive Photoelektronenanalyse ist ein Verfahren, bei dem eine Probe mit monochromatischen weichen Röntgenstrahlen bestrahlt und bei dem die Elemente aufgrund der Energieanalyse der emittierten Photoelektronen analysiert werden, wobei es sich um ein bekanntes Verfahren auf dem Gebiet der analytischen Technologie handelt. Notwendige Kon-

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sf-.anten wurden dadurch bestimmt, daß man stöchiometrisches Sio^N4 als Referenzprobe verwendete. ■

Hinsichtlich der Analyse von Sauerstoff wurde der Siliziumnitridfilm mit dem Plasma-CVD-Verfahren direkt auf ein Siliziumplättchen aufgebracht/ und zwar unter den-selben Bedingungen wie bei der Vorbereitung der anderen Proben. Anschließend verwendete man eine an sich bekannte Aktivierungsanalyse, bei der der Siliziumnitridfilm mit He,, das mit einem Zyklotron auf ungefähr 32,5 MeV beschleunigt wurde, bestrahlte, um den

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Sauerstoff im Film in F umzuwandeln, und es wurde die Menge

18 18

an F , das in 0 umgewandelt wurde, gezählt.

Die Analyse von Wasserstoff erfolgte in der Weise, wie es im Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 erläutert worden ist.

Ausführungsform 3:

Wie bei der Ausführungsform 2 wurde ein Siliziumnitridfilm auf die gesamte Oberfläche eines Halbleiterkörpers als Passivierungsschicht aufgebracht. Danach wurde der resultierende Halbleiterkörper mit einem Epoxyharz eingekapselt und eine Vorspannung mit 20 V in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 85°C und einer Feuchtigkeit von 85 % für eine Dauer von 1000 Stunden angelegt. Der H-Gehalt beim Siliziumnitridfilm wurde auf ungefähr 1,8 Gew.-% eingestellt, der Si-Gehalt wurde auf ungefähr 65 Gew.-% eingestellt, der N-Gehalt wurde auf ungefähr 33 Gew.-% eingestellt und der O-Gehalt wurde in einem Bereich variiert, der einen Wert von 0,9 Gew.-% nicht überschritt. Der O-Gehalt konnte in Abhängigkeit von der Temperatur des Halbleiterkörpers gesteuert werden, auf dem der Film aufgebracht war, und er nahm mit einem Anstieg der Temperatur des Halbleiterkörpers ab.

In dem Falle, wo der O-Gehalt beim Siliziumnitridfilm nicht höher als 0,6 Gew.-% lag, betrug die Ausfallrate nach dem Test höchstens 0,1 %, und es wurden gute Ergebnisse erzielt. Im Gegensatz dazu war dann, wenn der O-Gehalt einen Wert von 0,6 Gew.-% überschritt, die Ausfallrate höher als 0,1%, und man erhielt unerwünschte Ergebnisse.

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Der Grund dürfte darin zu sehen sein, daß bei der Zunahme

des O-Gehaltes die Härte Hv des Siliziumnitridfilms abnimmt, so daß der die Festigkeit des Filmes angebende Wert von Hv χ ε_, χ t abnimmt. Die Verfahren zur Analysierung der Zusammensetzung waren die gleichen wie bei den Ausführungsformen 1 und 2.

Ausführungsform 4:

Wie bei der Ausführungsform 2 wurde ein Siliziumnitridfilm auf die gesamte Oberfläche eines Halbleiterkörpers als Passivierungsschicht aufgebracht. Anschließend wurde der entstehende Halbleiterkörper mit einem Epoxyharz eingekapselt und eine Vorspannung von 20 V in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 85 C und einer Feuchtigkeit von 85 % für eine Dauer von 1000 Stunden angelegt. Danach wurde die Ausfallrate untersucht. Die Zusammensetzung des Siliziumnitridfilms ergab Werte von 66 bis 68 Gew.-% Silizium, 31 bis 33 Gew.-% Stickstoff und ungefähr 1,8 Gew.-% Wasserstoff. Die Dicke des Filmes betrug ungefähr 2 ,um. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde die Dichte des Filmes dadurch variiert, daß man die Temperatur des Halbleiterkörpers bei der Aufbringung des Siliziumnitridfilms variierte, etc.

Man erhielt als Ergebnis, daß dann, wenn die Dichtigkeit des Siliziumnitridfilms einen Wert zwischen 2,3 und 3,05 g/cm besaß, die Ausfallrate nicht höher als 0,1 % war. Andererseits ist es so, daß dann, wenn die Dichte unterhalb von 2,3 g/cm³ lag, die auf dem Test basierende Ausfallrate in ungünstiger Weise einen Wert von 0,1 % überschritt. Lag die Dichte oberhalb von 3,1 g/cm3, so traten bereits während der Aufbringung des Filmes Risse auf, so daß derartig hohe Dichten vermieden werden sollten. Dementsprechend liegt die geeignete Dichte für den Siliziumnitridfilm zwischen 2,3 '-und 3,05 g/cm .

Figur 6 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen der Dichte des Siliziumnitridfilms und der inneren Spannung einerseits sowie dem Wert von Hv χ ε_ο χ t.

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Eine gerade Linie 21 gibt den Wert Hv χ ε_ χ t an, während die Kurve 22 die innere Spannung angibt.

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Die Dichte des Films wurde aus dem Gewicht des Filmes errechnet, das aus der Messung der Gewichtsänderung vor und nach der Bildung des Filmes erhalten wurde/ und das Volumen des Filmes wurde aus der Dicke des Filmes und der Fläche des Ablagerungsplättchens berechnet. Die Verfahren zur Analysierung der Zusammensetzung, das Verfahren zur Messung von Hv χ ε~ χ t und das Verfahren zur Messung der inneren Spannung waren die gleichen wie bei den bereits erläuterten Ausführungsformen .

Aus Figur 6 läßt sich folgendes entnehmen: Wenn die Dichte unterhalb eines Wertes von 2,3 g/cm liegt, so ist der Wert Hv χ ε_β χ t als Maß für die Festigkeit des Filmes niedriger als 30 kg · mm · ,um und die Festigkeit des Filmes ist nicht zufriedenstellend. Wenn die Dichte einen Wert von 3,1 g/cm³ überschreitet, so treten innere Zugspannungen im Siliziumnitridfilm auf und die Anzahl von auftretenden Rissen ist groß, so daß derartig hohe Dichtewerte zu vermeiden sind. Dies stimmt mit den Testergebnissen gut überein. Da der Wert von Hv χ e_R xt geradlinig mit einer Zunahme der Dichte ansteigt, ist die höchstmögliche Dichte, die einen Wert von 3,05 g/cm nicht überschreitet, wünschenswert.

Die Dichte des Siliziumnitridfilms, der mit dem Plasma-CVD-Verfahren aufgebracht wird, ändert sich in Abängigkeit von der Temperatur des Halbleiterkörpers beim Aufbringen, der Frequenz der HochfrequenzSpannung und dem Reaktionsgasdruck. Er steigt bei einer Erhöhung der Temperatur des Halbleiterkörpers oder der Frequenz der Hochfrequenzspannung sowie einer Abnahme des Reaktionsgasdruckes an. Normalerweise liegen geeignete Temperaturen des Halbleiterkörpers zur Erzielung von Dichten mit 2,3 bis 3,05 g/cm³ bei Werten von 120⁰C bis 600°C. Ausführungsform 5:

Wie bei der Ausführungsform 2 wurde ein Siliziumnitridfilm auf der gesamten Oberfläche eines Halbleiterkörpers als Passivierungsschicht aufgebracht. Danach wurde der entstehende Halbleiterkörper mit einem Epoxyharz eingekapselt und eine Vorspannung von 20 V in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 85 C und einer Feuchtigkeit von 85 % für eine Dauer von 1000 Stunden angelegt. Daraufhin wurde die Ausfallrate unter-

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sucht Die Zusammensetzung des Siliziumnitridfilms ergab Werte von 67 Gew.-% Silizium, 31 Gew.-% Stickstoff/ 1,8 Gew.-% Wasserstoff und 0,2 Gew.-% Sauerstoff, wobei die Dichte 2,88 g/cm betrug. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde die Dicke des Siliziumnitridfilms in einem Bereich zwischen 0,3 ,um und 2,5,um variiert und der Einfluß der Filmdicke untersucht.

Man erhielt als Ergebnis, das dann, wenn die Dicke des Siliziumnitridfilms 0,7 bis 2,3,um betrug, die Ausfallrate aufgrund des Tests höchstens 0,1 % betrug. Wenn jedoch die Dicke auf einen Wert von weniger als 0,7/um abnahm oder aber oberhalb von 2,-3/um lag, so überschritt die Ausfallrate einen Wert von 0,1 %. Dementsprechend ist festzustellen, daß die geeignete Dicke für den Siliziumnitridfilm zwischen 0,7 und 2,3,um liegt.

Figur 7 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges zv7ischen der Dicke des Siliziumnitridfilms und Werten für Hv χ ε χ t. In Figur 7 sind vier verschiedene Kurven eingetragen: i) eirie Kurve 31 entspricht einem Fall, wo die Zusammensetzung aus 67 Gew.-% Silizium, 31 Gew.-% Stickstoff, 1,8 Gew.-% Wasserstoff und 0,2 Gew.-% Sauerstoff bestand und die Dichte einen Wert von 2,9 g/cm besaß; ii) die Kurve 32 entspricht einem Fall, wo die Zusammensetzung aus 67 Gew.-% Silizium, 31 Gew.-% Stickstoff, 1,7 Gew.-% Wasserstoff und 0,3 Gew.-% Sauerstoff bestand und die Dichte einen Wert von 2,7 g/cm besaß; iii) die Kurve 33 entspricht einem Fall, wo die Zusammensetzung aus 68 Gew.-% Silizium, 29 Gew.-% Stickstoff, 1,8 Gew.-% Wasserstoff und 0,2 Gew.-% Sauerstoff bestand und die Dichte 2,7 g/cm betrug; und iv) die Kurve 34 entspricht einem Fall, wo die Zusammensetzung aus 69 Gew.-% Silizium, 28 Gew.-% Stickstoff, 1,8 Gew.-% Wasserstoff und 0,2 Gew.-% Sauerstoff bestand und die Dichte 2,6 g/cm betrug. Im Falle der Kurve 31, bei der der Wert von Hv χ ε_β χ t vergleichsweise groß ist, ist bei einem Film mit einer Dicke von 0,7,Um bis 2,3 ,um festzustellen, daß die Größe Hv χ ε_ο χ t Werte von 30 kg-min · ,um

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oder mehr annimmt. Wenn die Filmdicke außerhalb dieses Be-

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reiches liegt, erreicht die Größe Hv χ ε_ χ t keinen Wert von 30 kg"mm · ,um, und es kann keine zufriedenstellende Festigkeit erwartet werden. Dies deckt sich gut mit den Testergebnissen. Das Verfahren zur Messung von Hv χ ε_β χ t war das gleiche wie bei der Ausführungsform 2.

Aus Figur 7 läßt sich entnehmen, daß die Dicken des Siliziumnitridfilms, die bessere Festigkeiten liefern, zwischen 1 ,0 ,um und 2,2,um liegen, während diejenigen Dicken, welche die besten Ergebnisse liefern, 1,2,um bis 2,O,um betragen. Ausführungsform 6:

Es wurde eine Halbleiteranordnung bzw. ein Halbleiterbauelement der in Figur 8 im Schnitt dargestellten Art in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform 1 hergestellt. Bei der Anordnung nach Figur 8 bezeichnen das Bezugszeichen 41 ein Siliziumplättchen, das Bezugszweichen 42 einen Siliziumdioxidfilm, das Bezugszeichen 43 einen Phosphorsilikatglasfilm, das Bezugszeichen 44 eine Al-Verbindungsschicht und das Bezugszeichen 45 einen Siliziumnitridfilm. Der Deutlichkeit halber ist ein Diffusionsbereich innerhalb des Siliziumplättchens in der Darstellung weggelassen.

Der Phosphorsilikatglasfilm 43 wurde mit einer Dicke von ungefähr 0,7 ,um mit dem CVD-Verfahren aufgebracht. Die Phosphorkonzentration im Phosphorsilikatglasfilm 43 betrug 1 bis 12 Mol-%.

Derartige Halbleiteranordnungen wurden für eine Dauer von 100 Stunden Dampfdrucktests ausgesetzt, d.h. Untersuchungen in Wasserdampf bei Temperaturen von 120⁰G unter einem Druck von 2 Atmosphären. Es wurden dann die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse erzielt. Wenn die Phosphorkonzentration im Phosphorsilikatglasfilm 43 einen Wert von 8,O Mol-% oder mehr erreichte, so blätterte der über dem Phosphorsilikatglasfilm 43 liegende Silikonnitridfilm 45 ab. Demgegenüber fand dann, wenn die Phsophorkonzenztration einen Wert von 6 Mol-% oder weniger besaß, kein Abblättern oder Ablösen des Siliziumnitridfilms statt.

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TABELLE 1

Phosphorkonzentration im Phosphorsilikatglasfilm (Mo1-%)	Ablösungsverhalten des Silizium nitridfilms nach 100-stündigem Dampfdrucktest
1,O	ohne Ablösen
3,0	ohne Ablösen
4,5	ohne Ablösen
6,0	ohne Ablösen
8,0	mit Ablösen
10,3	mit Ablösen
12,0	mit Ablösen

Ähnliche Ergebnisse wurden auch dann erzielt, wenn die Oberfläche des Siliziumdioxidfilms 42, der mit POCl_-Gas usw. in Phosphorsilikatglas umgewandelt worden war, als Phosphorsilikatglasfilm verwendet wurde, ohne das CVD-Verfahren zu verwenden.

Ausfürungsform 7:

Figur 9 zeigt einen Schnitt einer gemäß der Erfindung hergestellten Halbleiteranordnung, wobei die Verpackung bzw. das Gehäuse und Diffusionsbereiche in dem Siliziumplättchen nicht dargestellt sind.

Ein Siliziumdioxidfilm 52 mit einem Öffnungsteil wurde auf einem Siliziumplättchen 51 angeordnet, ein polykristalliner Siliziumfilm 53 auf vorgegebenen Teilen des Siliziumdioxidfilms 52 angeordnet und ein Phosphorsilikatglasfilm 54, mit einem Phosphorgehalt von ungefähr 4,5 Mol-%, mit Öffnungen auf dem Siliziumdioxidfilm 52 und dem polykristallinen Siliziumfilm angeordnet. Dann wurde eine Verbindungsschicht 55 aus Aluminium, das ein Legierungselement enthalten kann, mit vorgegebenem Muster ausgebildet, so daß sie sich über dem Phosphorsilikat-

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glasfilm 54 erstreckte und mit Diffusionsbereichen in dem Siliziumplättchen 51 über Öffnungen des Phosphorsilikatglasfilms 54 und des Siliziumdioxidfilms 52 in Verbindung steht. Endteile des Phosphorsilikatglasfilms 54 stehen in direktem Kontakt mit dem Siliziumplättchen 51.

Auf der geamten Oberfläche eines derart hergestellten Halbleiterkörpers wird ein Siliziumnitridfilm 56 mit einer Dicke von ungefähr 1,8,Um mit dem Plasma-CVD-Verfahren aufgebracht, und zwar unter den gleichen Standard-Herstellungsbedingungen wie bei der Ausführungsform 1. Außerdem wurde der Siliziumnitridfilm 56 durch Plasmaätzung mit Öffnungen 59 versehen. Anschließend wurde ein Nickel-Chrom-Legierungsfilm 57 mit vorgegebenen Muster aufgebracht und darauf eine Goldschicht 58 vorgesehen, die als zweite Leitungsschicht dient.

Der Nicke1-Chrom-Legierungsfilm 57 und die Goldschicht 58 können auch durch eine Aluminiumschicht oder eine Aluminium-Legierungs-Schicht als zweite Leitungsschicht ersetzt werden.

Die zweite Leitungsschicht kann auch über einem aktiven Bereich eines integrierten Schaltkreises oder dergleichen als Anschlußstelle oder Verbindungsstelle angeordnet werden. Dies ist dadurch möglich geworden, daß der Siliziumnitridfilm für die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung eine ausgezeichnete Riß-Widerstandsfähigkeit sogar gegenüber Verbindungsbeanspruchungen aufweist, was die vielseitige Einsetzbarkeit der Anordnung erhöht.

Der Phosphorsilikatglasfilm 54 kann ohne weiteres durch einen Siliziumnitridfilm ersetzt werden. Der Siliziumnitridfilm 56 kann ohne weiteres auf einen Siliziumdioxidfilm oder einen Phosphorsilikatglasfilm von 0,1 bis 0,5,Um aufgebracht werden, und die ausgezeichneten Eigenschaften des Silizium nitridfilms werden durch diesen Stapelvorgang nicht beeinträchtigt. Wie man weiß, kann der Nickel-Chrom-Legierungsfilm 57 ohne weiteres eine Doppelschicht aus einem Ni-Cr-Legierungsfilm und einem Pd-FiIm, eine Doppelschicht aus einem Ti-FiIm und einem W-FiIm oder eine Doppelschicht aus einem Ti-FiIm und einem Pd-FiIm sein. Wenn Gold für die zweite Leitungsschicht bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, so ergeben

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sich ausgezeichnete Verbindungs- oder Kontaktierungseigenschaften für Gold-Nagelkopf-Thermodruckbingungen oder Bandträgerbindungen. Dementsprechend können die Verbindungskraft und die Verbindungstemperatur niedrig und die zeitliche Dauer der Verbindung kurz sein. Darüber hinaus ist die Korrosionsbeständigkeit ausgezeichnet, die Stromdichte kann erhöht werden, und die Zuverlässigkeit ist hoch. Die Goldschicht 58 kann auch als Verbindungsschicht verwendet werden. Wenn ein anderes Metall als Gold, beispielsweise Aluminium, für die zweite Leitungsschicht verwendet wird, ist der Nickel-Chrom-Legierungsfilm 57 nicht erforderliche

Der Siliziumnitridfilm 56 hat, wie bereits erwähnt, eine gute mechanische Festigkeit und erleidet keine Risse aufgrund von Stoßen bei der Drahtkontaktierung. Auch wenn die Hälbleiteranordnung mit dem Siliziumnitridfilm in Kunststoff eingekapselt wird, treten keine Risse auf.

Die Halbleiteranordnung gemäß der soeben beschriebenen Ausführungsform läßt sich für MOS-Bausteine oder bipolare integrierte Schaltkreise verwenden. Im Falle von bipolaren integrierten Schaltkreisen wird der polykristalline Siliziumfilm 53 nicht ausgebildet, und der Phosphorsilikatglasfilm 54 wird gelegentlich durch einen Siliziumdioxidfilm 52 ersetzt, der einer Behandlung mit Phosphor unterworfen wird. Ausführungsform 8:

Figur 10 zeigt eine Darstellung im Schnitt einer Halbleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Verpackung bzw. das Gehäuse und die Diffusionsbereiche in dem Siliziumplättchen nicht dargestellt sind. Diese Halbleiteranordnung ist so aufgebaut, daß ein Polyimidharzfilm einer Halbleiteranordnung der in Figur 9 dargestellten Ausführungsform 7 hinzugefügt wird. Über dem Polyimidharzfilm liegt ein Siliziumnitridfilm 66, und er kann durch einen Polyamidharzfilm oder einen PIQ-Harzfilm ersetzt werden. Das PIQ-Harz ist ein in der Wärme härtbares Harz, dessen Material als Polyimid-iso-indo chLnazolindion bezeichnet wird.

Bei der Anordnung nach Figur 10 bezeichnen das Bezugszeichen 61 ein Siliziumplättchen, das Bezugszeichen 62 einen

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Siliziumdioxidfilm, das Bezugszeichen 6 3 einen polykristallinen Siliziumfilm/ das Bezugszeichen 64 einen Phosphorsilikatglasfilm mit einem Phosphorgehalt von ungefähr 4,5 Mol-%, das Bezugszeichen 65 eine Aluminium-Verbindungsschicht, das Bezugszeichen 66 einen Siliziumnitridfilm, das Bezugszeichen 67 einen Polyimidfilm, das Bezugszeichen 68 einen Nickel-Chrom-Legierungsfilm und das Bezugszeichen 69 eine Goldschicht.

Bei dieser Ausführungsform wird bei der Halbleiteranordnung ein Doppelfilm verwendet, der aus dem Siliziumnitridfilm 66 mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit und geringer Tendenz zu Rissen sowie einem Harzfilm 67 mit einer hohen mechanischen Verformbarkeit besteht. Auf diese Weise kann er einen Stoß in dem Fall abbremsen und auffangen, wo ein Draht an die zweite Leitungsschicht, bei dieser Ausführungsform die Goldschicht 69, als Kontaktstelle angebondet wird. Aus diesem Grunde kann die Kontaktierungsstelle über den Bereich des aktiven Elementes eines IC-Bauteils in stabilerer Weise angeordnet werden als bei der Ausführungsform 7.

Die zweite Leitungsschicht kann eine Aluminiumschicht oder eine Aluminiumlegierungsschicht anstelle der Goldschicht 69 verwenden. In diesem Falle ist der Nickel-Chrom-Legierungsfilm 68 nicht erforderlich. Der Nickel-Chrom-Legierungsfilm unterhalb der Goldschicht 69 kann auch durch die im Zusammenhang mit Figur 7 erläuterte Doppelschicht ersetzt werden.

Claims

PATENTANWÄLTE

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31. Juli 1979 DEA-5950·

Halbleiteranordnung

PATENTANSPRÜCHE

1J Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch eine Passivierungsschicht, die auf einem Halbleiterkörper mit mindestens einem Bauteil angeordnet ist und die aus Siliziumnitrid besteht, das 0,8 bis 5,9 Gew.-% Wasserstoff enthält.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumnitrid als Hauptbestandteile 61 bis 70 Gew.-% Silizium, 25 bis 37 Gew.-% Stickstoff, 0,8 bis 5,9 Gew.-% Wasserstoff und höchstens 0,6 Gew.-% Sauerstoff enthält.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn ze i chnet , daß das Siliziumnitrid eine

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ORIGINAL IWSPECTED

_ 2 —

Dichte zwischen 2,3 und 3,05 g/citr^ aufweist,
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht eine Dicke zwischen 0,7 und 2,3 .um besitzt.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkörper einen Siliziumdioxidfilm (2) der auf einem Halbleiterplättchen (1) angeordnet ist und eine öffnung (8) in einer vorgegebenen Stellung besitzt, einen anorganischen Isolierfilm aus Phosphorsilikatglas (4) oder Siliziumnitrid (6), der auf dem Siliziumdioxidfilm (2) angeordnet ist und öffnungen (9) an vorgegebenen Stellen besitzt, und eine leitende Verbindungsschicht (5) mit vorgegebenem Muster aufweist, die sich auf dem anorganischen Isolierfilm (4) erstreckt und mit vorgegebenen Bereichen im Halbleiterplättchen (1) über die öffnungen (9) des anorganischen Isolierfilms (4) und die öffnung (8) des Siliziumdioxidfilms (2) in Verbindung steht.
6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch g e kenn zeichnet, daß der Halbleiterkörper einen polykristallinen Siliziumfilm (3), der den anorganischen Isolierfilm (4) bedeckt, auf einem Teil des Siliziumdioxidfilms

(2) aufweist.

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■-— 3 -
7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch g e kennz ei chft e t , daß die*Passivierungsschicht eine Metallschicht (57, 58, 68, 69) mit vorgegebenem Muster aufweist, die sich auf der Passivierungsschicht (56, 66) erstreckt und mit der leitenden Verbindungsschicht (55) über eine öffnung an einer vorgegebenen Stelle der Passivierungsschicht (56, 66) in Verbindung steht.
8 ί Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (66) an ihrer Oberfläche einen Film (67) aus einem Harz aus der Gruppe besitzt, die aus PIQ-Harz, Polyimidharz und Polyamidharz besteht.
9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzfilm (67) eine Metallschicht (68, 69) mit vorgegebenem Muster aufweist, die sich auf dem Harzfilm (67) erstreckt und mit der leitenden Verbindungsschicht (65) über eine öffnung an einer vorgegebenen Stelle der Passivierungsschicht (66) einschließlich des Harzfilmes (67) in Verbindung steht.
10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallschicht (57, 58, 68, 69) über einem aktiven Bereich des Halbleiterplättchens (1) verläuft und als Kontaktierungsbereich verwendet wird.
11. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der anorganische

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Isolierfilm (4, 43, 54, 64) aus Phosphorsilikatglas besteht.
12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphorsilikatglas 3 bis 6 Mol-% Phosphor enthält.

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