DE4109533C2

DE4109533C2 - Passiviertes Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4109533C2
Application number: DE4109533A
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Phys Caffier; Franz Dipl Phys Dr Kausen
Original assignee: EUPEC GmbH
Current assignee: EUPEC GmbH
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1991-03-22
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2011-03-23
Also published as: DE4109533A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper mit mindestens einer ersten Zone vom ersten Leitungstyp und einer angrenzenden zwei ten Zone vom zweiten Leitungstyp, mit mindestens einem pn-Über gang zwischen erster und zweiter Zone, der an die Oberfläche tritt und dort mit einer Passivierungsschicht bedeckt ist.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements.

Die Passivierungsschicht schirmt die Oberfläche des Halbleiter körpers vor Umwelteinflüssen ab und bewirkt, daß sich an der Oberfläche der Passivierungsschicht anlagernde Ladungsträger keine Verengung der beiderseits des pn-Übergangs an die Ober fläche des Halbleiterkörpers tretenden Raumladungszone zur Folge haben können. Damit wird eine Verringerung der Oberflächen-Durch bruchspannung verhindert.

Aus den deutschen Anmeldungen DE 23 06 842 A1 und DE 31 51 141 A1 ist es z. B. bekannt geworden, eine aus Glas bestehende Passi vierungsschicht zu verwenden. Neben seiner guten abschirmenden Wirkung hat die Verwendung von Glas jedoch den Nachteil, daß seine Eigenschaften je nach Bezugsquelle schwanken, so daß der Herstellungsprozeß nicht immer genau reproduzierbar ist. Damit läßt sich die Defektdichte an der Grenzfläche Glas/Silizium ebenfalls nicht genau reproduzieren. Ein weiterer Nachteil von Glas besteht darin, daß es einen anderen Ausdehnungskoeffizien ten als Silizium hat. Geht man bei der gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von kleinflächigen Halbleiterkörpern von einer einzigen großen Siliziumscheibe aus, kann dies dazu führen, daß sich die großflächige Siliziumscheibe beim Aufbringen der Glas masse oder beim Abkühlen nach dem Aufbringen verbiegt. Ein wei terer Nachteil des Glases ist seine schlechte Strukturierbarkeit.

In der DE-OS 24 31 917 ist eine Passivierungsschicht bekannt, die eine Ladungsträgerdichte von etwa 10¹¹cm^-2 hat. Diese Passivierungsschicht ist aus einer Oxid- oder Nitridschicht und einer Glasschicht zusammengesetzt. Da hier das Glas überwiegt, dürfte die Ladungsträgerdichte überwie gend im Glas vorhanden sein. Eine weitere Passivierungs schicht, deren Ladungsträgerdichte im Bereich 3×10¹¹cm^-2 liegt, ist in der DE-OS 28 51 479 beschrieben worden. Diese Passivierungsschicht besteht jedoch ebenfalls aus Glas. In dieser Entgegenhaltung ist zwar auch beschrieben, eine Schutzschicht durch ein thermisches Oxidationsverfahren zu erzeugen. Es wird hier jedoch davon abgeraten, eine ther misch erzeugte Oxidschicht für hochsperrende Halbleiterbau elemente anzuwenden, da diese bei größerer Dicke zu Rißbil dung neigt.

In der EP-0 082 224 A1 ist ebenfalls eine Passivierungs schicht beschrieben, deren Ladungsträgerdichte im Bereich zwischen 3 und 9×10¹¹cm^-2 liegt. Auch diese Passivierungs schicht besteht aus Glas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauele ment der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß diese Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Passivierungs schicht eine thermisch erzeugte Siliziumoxidschicht mit ei ner Ladungsträgerdichte von höchstens 5×10¹¹cm^-2 ist, daß die Dicke der Siliziumoxidschicht mindestens 1 µm/1000 V am pn-Übergang abfallender Sperrspannung ist und daß die Sili ziumoxidschicht mit Phosphor dotiert ist.

Die Erfindung wird anhand dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 3 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 die Aufsicht auf eine großflächige Siliziumscheibe, aus der eine Vielzahl von Halbleiterkörpern nach Fi gur 3 hergestellt wird.

Der Halbleiterkörper 1 in Fig. 1 hat eine erste, schwach n dotierte Zone 2, an die eine zweite Zone 22 angrenzt, die stark p-dotiert ist. In die erste Zone 2 ist eine stark n dotierte Planarzone 4 eingebettet. Zwischen den Zonen 2 und 22 liegt ein pn-Übergang 6, zwischen den Zonen 2 und 4 ein Übergang 5. Der Halbleiterkörper weist seine ganze Dicke durchsetzende Trenndiffusionszonen 7 auf, die n-dotiert sind. Zwischen ihnen und der ersten Zone 2 liegt ein pn- Übergang 8.

Auf der katodenseitigen Oberfläche 9 des Halbleiterkörpers liegt eine Siliziumoxidschicht 10. Sie überdeckt den an die Überfläche 9 tretenden pn-Übergang, der sich aus den pn- Übergängen 6 und 8 zusammensetzt. Zweckmäßigerweise über deckt sie auch den zwischen zweiter Zone 3 und Planarzone 4 liegenden Übergang 5. Die Siliziumoxidschicht 10 kann aus Siliziumoxid SiO₂ oder allgemein aus Siliziumoxid SiO_x be stehen, wobei 1 x 2 ist. Wesentlich ist, daß die Sili ziumoberschicht 10 eine Ladungsträgerdichte von höchstens 5×10¹¹cm^-2 hat. Nur mit einer solchen geringen La dungsträgerdichte läßt sich eine signifikante Verengung der bei derseits des pn-Übergangs 8 liegenden Raumladungszone an derje nigen Stelle verhindern, an der sie an die Oberfläche 9 anstößt. Da der Einfluß der Ladungsträgerdichte mit sinkender Dotierung der ersten Zone 2 zunimmt, empfiehlt es sich, bei einem spezifi schen Widerstand dieser Zone von 30 bis 100 Ohm/cm eine Ladungs trägerdichte von kleiner als 1×10¹¹cm^-2 einzustellen.

Zur Kontaktierung ist das Halbleiterbauelement mit einer Anoden elektrode 11 und einer Katodenelektrode 12 versehen.

Die Siliziumoxidschicht wird zweckmäßigerweise durch thermisches Aufwachsen aus dem Silizium des Halbleiterkörpers erzeugt. Her stellungsverfahren dazu sind bekannt. Ein brauchbares Verfahren besteht z. B. darin, daß der Halbleiterkörper z. B. bei 1150°C für die Dauer von fünf Stunden feucht oxidiert wird. Dann wird bei 1000°C zur Getterung der beweglichen Ladungsträger wie z. B. Ionen des Natrium, Kalium, Lithium, gasförmige Salzsäure HCl oder Tricloräthylen eingeführt. Nach dem Entfernen der Salz säure wird die Siliziumoxidschicht 10 mit Phosphor dotiert und erhitzt. Damit werden wie beim bekannten Phosphor-Oxid-Reflow schritt mechanische Spannungen in der Oxidschicht beseitigt. Sind die Halbleiterkörper bereits mit Phosphor dotiert worden, kann das Gettern und das Phosphor-Oxid-Reflow in einem einzigen Schritt geschehen. Eine Dicke der Siliziumoxidschicht von etwa 1 µm/1000 V am pn-Übergang 6 bzw. 8 abfallender Sperrspannung hat sich für die Passivierung als ausreichend erwiesen.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von dem ersten hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß die Siliziumoxidschicht auf die Oberfläche von in im Halbleiterkörper vorgesehenen Gräben aufgebracht ist. Der Halbleiterkörper 1 hat eine erste Zone 2, die schwach n-dotiert ist. In der Zone 2 ist als zweite Zone eine stark p-dotierte Planarzone 14 eingebettet. Zwischen den Zonen 2 und 14 liegt ein wannenförmiger pn-Übergang 15. In derjenigen Oberfläche 19 des Halbleiterkörpers, an die die Zone 14 angrenzt, ist ein Graben 16 vorgesehen. Dieser schneidet den gekrümmten und zur Oberfläche 19 reichenden Teil des pn-Übergangs 15 weg, so daß der verbleibende Teil des pn- Übergangs im wesentlichen eben ist. Der Graben 16 hat eine Ober fläche 17, die mindestens dort, wo der pn-Übergang bzw. die beiderseits des pn-Übergangs liegende Raumladungszone an sie anstößt, mit einer Siliziumoxidschicht 18 bedeckt ist. Der Einfachheit halber ist die gesamte Grabenoberfläche mit der Schicht 18 bedeckt. Die Siliziumoxidschicht 18 hat die gleichen Eigenschaften und wird auf gleiche Weise hergestellt wie die Siliziumoxidschicht 10 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Auf der der Planarzone 14 abgewandten Seite kann an die erste Zone 2 noch eine stark n-dotierte Zone 13 angrenzen. Kontaktiert wird das Halbleiterbauelement mit einer Anodenelektrode 11 an der Zone 13 und einer Katodenelektrode 12 an der Planarzone 14.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zeigt ein Halbleiterbauele ment, bei dem die Gräben 16 auf der Katodenseite liegen. Das Halbleiterbauelement hat katodenseitig eine n⁺-dotierte Zone 20 und anodenseitig eine p⁺-dotierte Zone 22. Am Rand des Halblei terkörpers ist eine p-dotierte Trenndiffusionszone 7 vorgesehen. Zwischen der Trenndiffusionszone 7 und der Zone 22 liegt ein pn-Übergang 21. Der Graben ist so tief und derart angeordnet, daß der Übergang zwischen den Zonen 2 und 20 und der pn-Über gang 21 an seiner Oberfläche 17 enden. Damit können die Rand eigenschaften des Halbleiterkörpers die Sperrfähigkeit des pn- Übergangs 21 nicht beeinträchtigen. Die Oberfläche 17 des Gra bens ist wieder mindestens dort mit der Siliziumoxidschicht 18 bedeckt, wo die Raumladungszone des gesperrten pn-Übergangs 21 an die Grabenoberfläche tritt. Zweckmäßigerweise bedeckt die Siliziumoxidschicht auch hier die gesamte Oberfläche des Grabens.

Halbleiterkörper nach den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 bis 3 werden zweckmäßigerweise gemeinsam mit vielen anderen identischen Halbleiterkörpern auf einer einzigen großflächigen Silizium scheibe gleichzeitig erzeugt. In Fig. 4 ist die Vorgehensweise für die Herstellung von Halbleiterkörpern nach Fig. 3 dargestellt.

Auf einer großflächigen Halbleiterscheibe 25 ist eine Vielzahl von Halbleitersystemen angelegt, die aus einer ersten Zone 2, einer Zone 20 und einer Zone 11 bestehen. Nach der gemeinsamen Herstellung dieser Zonen wird die Scheibe mit einer Vielzahl sich kreuzender Trenndiffusionen 7 versehen. Dann werden die Zonen 20 umgebende Gräben 16 erzeugt. Nach der gemeinsamen Her stellung der genannten Zonen, der Gräben, dem Aufbringen der Anodenelektroden 12 usw. wird die Halbeiterscheibe 25 durch erste parallele Schnitte 24 und durch zweite, rechtwinklig dazu liegende Schnitte 23 in die einzelnen Halbleiterkörper zerlegt. Im übrigen sind Herstellverfahren dieser Art bereits in dem eingangs erwähnten Dokument DE 31 51 141 A1 erläutert, so daß sich hier eine ausführlichere Darstellung erübrigt. Auf die Siliziumoxidschicht 18 können weitere Schichten, z. B. Glas aufgebracht werden. Da mit läßt sich eine ebene Oberfläche erzeugen, die für nachfol gende Prozeßschritte vorteilhaft sein kann. Das elektrische Verhalten des Bauelements wird durch die weiteren Schichten nicht beeinflußt.

Halbleiterbauelemente nach Fig. 2 lassen sich auf ähnliche Weise erzeugen. Die Trenndiffusionszonen sind hier jedoch entbehrlich.

Claims

1. Halbleiterbauelement mit einem aus Silizium bestehenden Halb leiterkörper (1) mit einer ersten Zone (2) vom ersten Leitungs typ und einer angrenzenden zweiten Zone (14, 22) vom zweiten Leitungstyp, mit mindestens einem pn-Übergang (6, 8; 15; 22) zwischen erster und zweiter Zone, der an die Oberfläche tritt und dort mit einer Passivierungsschicht (10, 18) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Passi vierungsschicht (10, 18) eine thermisch erzeugte Siliziumoxid schicht mit einer Ladungsträgerdichte von höchstens 5×10¹¹cm^-2 ist, daß die Dicke der Siliziumoxidschicht mindestens 1 µm/1000 V am pn-Übergang (6, 8; 15; 21) abfallender Sperrspannung ist und daß die Siliziumoxidschicht mit Phosphor dotiert ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungs trägerdichte höchstens 1×10¹¹cm^-2 ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine pn-Über gang eben ist und an eine die gesamte Dicke des Halbleiterkörpers einnehmende Trenndiffusionszone (7) vom ersten Leitungstyp an stößt und daß der zwischen der Trenndiffusionszone und der ersten Zone (2) liegende pn-Übergang (8) an der Oberfläche (9) von der Siliziumoxidschicht (10) bedeckt ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Oberflächen (19) ein Graben (16) angeordnet ist und daß der mindestens eine pn- Übergang (21) zwischen der Trenndiffusionszone (7) und der ersten Zone (2) an die Oberfläche des Grabens (16) tritt.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Zone (2) eine Planarzone (4) mit gegenüber der ersten Zone höherer Dotierung angeordnet ist, und daß die Siliziumoxid schicht (10) den an die Oberfläche tretenden Übergang (5) zwi schen der ersten Zone (2) und der Planarzone bedeckt.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (14) eine Planarzone ist, daß im Halbleiterkörper ein Graben (16) angeordnet ist, daß der mindestens eine pn-Übergang (15) zwischen erster und zweiter Zone an die Oberfläche (17) des Grabens tritt und daß die Oberfläche des Grabens dort mit der Siliziumoxid schicht (18) bedeckt ist.

7. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) In einer großflächigen Siliziumscheibe (25) wird eine groß flächige erste Zone (2) vom ersten Leitungstyp erzeugt,
b) in der ersten Zone wird eine Vielzahl von kleinflächigen planaren zweiten Zonen (14) vom zweiten Leitungstyp erzeugt,
c) es wird eine Vielzahl von Gräben (16) erzeugt, von denen je einer eine der planaren zweiten Zonen (14) umgibt,
d) in den Gräben wird die Siliziumoxidschicht (18) erzeugt,
e) die Siliziumscheibe wird zwischen den Gräben zweier benach barter planaren zweiten Zonen in kleinflächige Halbleiter körper getrennt.

8. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) In einer großflächige Siliziumscheibe (25) wird eine groß flächige erste Zone (2) vom ersten Leitungstyp erzeugt,
b) zwischen der ersten Zone und der anderen Oberfläche der Silizium scheibe wird eine großflächige zweite Zone (22) vom zweiten Leitungstyp erzeugt,
c) es wird ein Raster von parallelen, sich kreuzenden Trenn diffusionszonen (7) erzeugt, die die erste Zone (2) und zweite Zone (22) in eine Vielzahl von kleinflächigen ersten und zweiten Zonen unterteilt,
d) es wird ein Raster von jeweils zwei parallelen, benachbarten sich kreuzenden Gräben erzeugt, in denen die zwischen den Trenndiffusionszonen und den zweiten Zonen liegenden pn-Über gänge (21) an die Oberfläche (17) der Gräben (16) treten,
e) in den Gräben wird die Siliziumoxidschicht (18) erzeugt,
f) die großflächige Siliziumscheibe wird zwischen den parallelen benachbarten Gräben in kleinflächige Halbleiterkörper getrennt.