DE2934744C2

DE2934744C2 - Bad zur Herstellung einer Isolierbeschichtung auf einem Halbleiterkörper

Info

Publication number: DE2934744C2
Application number: DE2934744A
Authority: DE
Inventors: Antonio Dr. Cornaredo Mailand / Milano Gambardella; Marco Pavia Panigada
Original assignee: SGS ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1979-08-28
Publication date: 1984-11-22
Also published as: FR2436827B1; US4233133A; IT1099126B; FR2436827A1; GB2031465A; DE2934744A1; IT7827906A0; GB2031465B

Description

Die Erfindung betrifft ein Bad zur Herstellung einer Isolierbeschichtung auf einem Halbleiterkörper mittels elektrophoretischen Niederschlags von Granulatkörnern eines nicht leitenden Materials, die in dem Bad in Suspension enthalten sind, wobei das Bad ein polares, organisches Lösungsmittel enthält.

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung elektronischer Halbleiter-Vorrichtungen einige Teile der Oberfläche eines Körpers aus Halbleitermaterial passiviert werden müssen, d. h., diese mit einer Schicht aus isolierendem Werkstoff zu überziehen, um sie gegen den Angriff irgendeines von außen einwirkenden Agens zu schützen. In manchen Fällen wird als isolierendes Material Glas in verschiedenen Zusammensetzungen verwendet. Von den verschiedenen Methoden zur Bildung einer dünnen Schicht aus Glas hat sich diejenige als sehr günstig erwiesen, die die Elektrophorese benützt. Diese Methode besteht darin, ein Bad herzustellen, das granuliertes Glas in Suspension enthält, die Granulatkörner mit einem geeigneten Zusatzstoff polar zu machen und ein elektrisches Feld zu erzeugen, um die Granulatkörner in Richtung auf den Halbleiterkörper zu drängen, der in dem Bad eingetaucht ist. Auf diese Weise schlägt sich auf der Oberfläche des Körpers eine Glasschicht nieder, die anschließend durch kurze Einwirkung einer ausreichend hohen Temperatur verdichtet wird. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der US-PS 36 42 597 beschrieben.

Bei diesem bekannten Verfahren werden die Granulatkörner aus Glas, die Zinkoxid, Siliziumoxid und Boroxid enthalten und deren mittelere Abmessung etwa 25 μΐη Deträgt, in Suspension in einer geeigneten Flüssigkeit gehalten, beispielsweise Isopropylalkohol, Äthylacetat, Methanol oder entionisiertes Wasser, die in einem Gefäß enthalten ist, welches für elektrophoretisches Niederschlagen ausgerüstet ist. Durch diese Flüssigkeit läßt man dann Ammoniak perlen mit der Wirkung, daß sich auf den Granulatkörnern aus Glas eine positive Oberflächenladung einstellt. Der zu behandelnde Körper aus Halbleitermaterial wird dann in das Bad eingetaucht und bei einem Abstand von 2 cm von einer Metallelektrode gehalten, die ebenfalls in das Bad eingetaucht ist; der Körper wird schließlich auf ein negatives Potential von wenigstens 100 Volt bezüglich der Metallelektrode gebracht. Wenn diese Potentialdifferenz über einen Zeitraum zwischen 0,5 und 5 min aufrechterhalten wird, bildet sich auf dem Körper eine Glasschicht von einer Dicke zwischen 2,5 und 190 μΐη.

Dieses Verfahren liefert keine zufriedenstellenden Ergebnisse, weil sich in dem Bad metallische Ionen freisetzen, vor- allem Zinkionen, die von dem chemischem Teilangriff des Ammoniaks auf das Glas herrühren, die von dem elektrischen Feld zusammen mit den Granulatkörnem aus Glas, die positiv geladen sind, auf den HaIbleiterkörper transportiert werden. Diese metallischen Ionen bleiben auch am Ende des Passivierungsverfahrens auf der Oberfläche des Halbleiters frei, so daß die erzeugten, elektronischen Vorrichtungen Funktionseigenschaften aufweisen, die erheblich von den geforderten abweichen. Beispielsweise führen die positiven Oberflächenladungen bei in Sperrichtung polarisierten Dioden zu starken Verlustströmen.

Dieser Nachteil könnte vermutlich dadurch abgeschwächt werden, daß ein Glas verwendet wird, das kein Zinkoxid oder kann Additiv enthält, das die Granulatkörner aus Glas polar macht, ohne sie anzugreifen, aber er kann nicht völlig vermieden werden, weil es, wie nachgewiesen werden kann, praktisch unmöglich ist, ein Bad dieses Typs herzustellen, in dem die positiven Me-

tallionen völlig fehlen.

Eine naheliegende Lösung dieses Problems besteht darin, alle Polaritäten des Verfahrens umzupolen. Allerdings gibt es bisher noch keinen Zusatzstoff, der dem Glasgranulat eine negative Ladung erteilt.

Aus der DE-PS 6 66 930 und der DE-OS 23 10 284 ist es bekannt. Halbleiterkörper elektrophoretisch mit Granulatkörpern eines nichtleitenden Materials, die in dem Bad in Suspension gehalten sind, beispielsweise Glas, in einem polaren organischen Lösungsmittel, beispielsweise Aceton, elektrophoretisch abzuscheiden.

Bei Anwendung des Verfahrens nach der DE-PS 6 66 930 kann man auf einem Halbleiterkörper eine elektrophoretisch niedergeschlagene Isolierbeschichtung mittels einer Aceton und zerriebenes Glaspulver im Verhältnis von 5 :1 enthaltenden Suspension unter Einwirkung einer Spannung von 70 V erhalten. Suspensionen, die derart hohe Konzentrationen von Glaspulver benötigen, sind unerwünscht Denn das bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendete Glasppulver ist sehr teuer und die zur Isolierbeschichtung verwendeten Bäder sind nach bestimmten Zeiten verbraucht.

Mit einer geringeren Glaskonzentration könnte man bei diesem bekannten Verfahren wohl auskommen, wenn man eine viel höhere Spannung als die angegebene verwendete. Ein Beispiel hierfür zeigt d&s Verfahren gemäß der DE-OS 23 10 284, bei dem Spannungen zwischen 250 und 400 V benötigt werden. Derart hohe Spannungen sind bei industriellen chemischen Prozessen gefährlich und problematisch, weil sie spezielle und teure Schutzvorrichtungen erforderlich machen. Sie können außerdem die Leistungsfähigkeit der auf einer Halbleiterscheibe erzeugten Halbleitervorrichtungen beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bad der eingangs angegebenen Art verfügbar zu machen, bei dem eine elektrophoretisch niedergeschlagene Isolierbeschichtung unter Verwendung relativ niedriger Spannungen durchgeführt werden kann, ohne daß eine relativ hohe Konzentration an Granulatkörnern in dem Bad erforderlich wäre.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Bad der eingangs angegebenen Art außerdem ein Amin und eine Halogenwasserstoffsäure enthält und diese Bestandteile in einem solchen Verhältnis aufweist, daß der pH-Wert der so hergestellten Lösung zwischen 4 und 10 liegt.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Bades

kommt man trotz einer relativ geringen Konzentration der Granulatkörper in der Suspension, nämlich z. B. nur ! g Glaspulver in 40 cm³ Aceton, mit einer relativ niedrigen elektrischen Spannung, im Beispiel 48 V, aus.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungs- s beispiels näher erläutert

In einen Glasbehälter werden 200 cm³ Aceton und etwa 5 g eines Bleiglas-Pulvers gegeben, das im Handel beispielsweise unter den Markenbezeichnungen Innotech. Schott und Corning Glass erhältlich ist Die Granu- lat-Körner aus Glas, die eine mittlere Abmessung von etwa 10 μπι haben, werden in dem Aceton mittels Durchwirbelung in Suspension gebracht

Getrennt davon wird eine Lösung aus 1,5 cm³ Triäthylamin, ICO cm³ Aceton und einer Hinzufügung einer solchen Menge von 40%iger Fluorwasserstoffsäure hergestellt, daß sich ein pH-Wert von etwa 9 einsteilt. Etwa 1 cm¹ dieser Lösung wird in den Behälter gegeben, der die Suspension enthält

Anschließend wird in das Bad ein PJatinnetz e'mgetaucht das als negative Elektrode dient, sowie der zu behandelnde Halbleiterkörper, im vorliegenden Fall eine Silizium-Schiebe, die als positive Elektrode wirkt. Indem die Elektroden auf einem gegenseitigen Abstand von 1 cm gehalten werden und an diese eine Spannung von 48 Volt über einen Zeitraum zwischen 1 und 2 min angelegt wird, schlägt sich auf der Silizium-Scheibe eine Glasschicht mit einer Dicke zwischen 10 und 20 μπι nieder.

Man stellt fest, daß das Bad gemäß der Erfindung nicht nur vollkommen den Transport von Metallionen auf den Halbleiter verhindert, sondern auch mit einer um die Hälfte geringeren Spannung als die beim Stand der Technik erforderliche Minimalspannung bessere Ergebnisse bei merklichen Vorteilen für die Sicherheit beim Arbeitsablauf liefert. Das wird ermöglicht durch ein Zusammenwirken von Faktoren, die dazu beitragen, das polarisierte Glasgranulat äußerst beweglich zu machen, wie beispielsweise die niedrige Viskosität und die hohe Dielektrizitätskonstante des Acetons, die verringerten Abmessungen der Glas-Granulatkörner, die besondere Fähigkeit der Amine, insbesondere von Triäthylamin, an den Granulatkörnern anzuhaften, sowie der geringe Abstand zwischen den Elektroden.

Ein weiteres, vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäß vorgesehenen Bades besteht darin, daß dieses keine toxischen Gase erfordert, wie beispielsweise Ammoniak, so daß keine besonderen Vorrichtungen erforderlich sind, die vom Gesetz her für die Sicherheit des Personals vorgeschrieben sind.

Obwohl nur ein einziges Beispiel zur Vorbereitung des Bades gemäß der Erfindung beschrieben worden ist, sind selbstverständlich andere Herstellungsmöglichkeiten vorhanden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist es möglich, anstatt Bleiglas andere Arten von passivierendem Material zu verwenden, beispielsweise Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid, anstelle von Triethylamin andere primäre, sekundäre oder tertiäre Amine, anstelle von Aceton ein anderes polares, organisches Lösungsmittel, etwa Äthylalkohol, und anstelle von Fluorwasserstoffsäure eine andere Halogenwasserstoffsäure, beispielsweise Chlorwasserstoffsäure.

Claims

Patentanspruch:

Bad zur Herstellung einer Isolierbeschichtung auf einem Halbleiterkörper mittels elektrophoretischen Niederschlags von. Granulatkörpern eines nicht leitenden Materials, die in dem Bad in Suspension enthalten sind, wobei das Bad ein polares, organisches Lösungsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad außerdem ein Amin und eine Halogenwasserstoffsäure enthält und diese Bestandteile in einem solchen Verhältnis aufweist, daß der pH-Wert der so hergestellten Lösung zwischen 4 und 10 liegt