DE4428524A1

DE4428524A1 - Semiconductor component with passivation layer

Info

Publication number: DE4428524A1
Application number: DE4428524A
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl Phys Barthelmess; Albert Dipl Chem Hammerschmidt; Gerhard Dipl Phys Dr Schmidt
Original assignee: Siemens AG; EUPEC GmbH
Current assignee: Siemens AG; EUPEC GmbH
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1997-12-04
Also published as: JP3499332B2; JPH0869997A; CH694002A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einem an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretenden pn-Übergang und mit einer Passivierungsschicht, die aus amorphem wasserstoffhaltigem Kohlenstoff (a-C:H) besteht und die mindestens den an die Oberfläche tretenden Teil des pn-Übergangs bedeckt.The invention relates to a semiconductor component a semiconductor body with at least one on the surface of the semiconductor body occurring pn junction and with a Passivation layer made of amorphous hydrogen-containing Carbon (a-C: H) and which is at least that of the Surface-treading part of the pn junction is covered.

Ein solches Halbleiterbauelement ist z. B. in der DE 40 13 435 A1 beschrieben worden. Dort ist angegeben, daß als Passivie rungsschicht amorpher, wasserstoffhaltiger Kohlenstoff (a-C:H) verwendet werden kann, der mit Bor dotiert ist.Such a semiconductor device is such. B. in DE 40 13 435 A1 has been described. There it is stated that as a liability amorphous, hydrogen-containing carbon (a-C: H) can be used, which is doped with boron.

Eine solche Schicht aus mit Bor dotiertem, amorphem, wasser stoffhaltigem Kohlenstoff erfüllt die an eine Passivierungs schicht zu stellenden Anforderungen im allgemeinen gut. So ist der spezifische Widerstand größer als 10⁸ Ohm cm, die Zustandsdichte beträgt einige 10¹⁹ cm^-3eV^-1, die Spindichte liegt zwischen 10¹⁹ und 10²² cm^-3 und die thermische Belast barkeit ist bis zu 290°C gegeben. Außerdem hat die Passivie rungsschicht einen kleinen Permeationskoeffizienten für Wasser. Die beschriebene Schicht ist auch gut für die Passi vierung von Halbleiterkörpern mit komplizierter Randgeometrie geeignet.Such a layer of boron-doped, amorphous, hydrogen-containing carbon generally satisfies the requirements for a passivation layer. The specific resistance is greater than 10⁸ ohm cm, the density of states is a few 10¹⁹ cm ^-3 eV ^-1 , the spin density is between 10¹⁹ and 10²² cm ^-3 and the thermal load capacity is up to 290 ° C. In addition, the passivation layer has a small permeation coefficient for water. The layer described is also well suited for the passivation of semiconductor bodies with a complicated edge geometry.

Die Dotierung mit Bor kann jedoch prozeßtechnische Probleme mit sich bringen: Borane wie Diboran sind giftig und brennbar und damit schwierig zu handhaben. Außerdem ist Diboran nur verdünnt in Wasserstoff oder Argon verfügbar und damit in dem bekannten a-C:H-Abscheideprozeß auf Grund der Trägergase, die den Abscheideprozeß beeinträchtigen können, nur erschwert zu integrieren. Weniger brennbare und ungiftige Borverbindungen wie Decaboran (B₁₀H₁₄) oder Carborane verlangen einen größe ren Prozeßaufwand und beheizbare Zuleitungen. Bei Borsäu reester-Verbindungen können sich Probleme durch die relativ leichte Hydrolisierbarkeit in feste Borsäure und flüchtigen Alkohol ergeben. Das häufig verwendete Trimethylborat ist hygroskopisch.However, doping with boron can cause process engineering problems bring with it: Boranes like Diboran are poisonous and flammable and therefore difficult to handle. Besides, Diboran is only diluted in hydrogen or argon and therefore available in the known a-C: H deposition process due to the carrier gases that can affect the deposition process, only with difficulty integrate. Less flammable and non-toxic boron compounds like Decaboran (B₁₀H₁₄) or Carborane require a size Ren process costs and heatable supply lines. At Borsäu Reester connections can be caused by the relative problems easy hydrolyzability in solid boric acid and volatile Alcohol. The most common is trimethyl borate hygroscopic.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Passivierungs schicht für ein eingangs erwähnt es Halbleiterbauelement zu schaffen, das die erwähnten Anforderungen erfüllt und dessen Herstellung weniger Probleme aufwirft. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Passivierungsschicht angegeben werden.The invention has for its object a passivation layer for an initially mentioned semiconductor component create that meets the requirements mentioned and its Producing fewer problems. In addition, a Process for producing such a passivation layer can be specified.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der amorphe wasser stoffhaltige Kohlenstoff (a-C:H) mit Sauerstoff dotiert ist und daß der Sauerstoffgehalt gewichtsmäßig zwischen 0,01 und 20% beträgt.This object is achieved in that the amorphous water carbon (a-C: H) containing oxygen and that the oxygen content by weight between 0.01 and Is 20%.

Vorzugsweise hat die Passivierungsschicht eine Zustandsdichte größer als 10¹⁸ cm^-3eV^-1, einen spezifischen Widerstand größer als 10⁸ Ohm cm und einen Bandabstand zwischen 0,7 und 1,1 eV. Die bevorzugte Dicke der Passivierungsschicht liegt zwischen 0,02 und 3 µm.The passivation layer preferably has a state density greater than 10¹⁸ cm ^-3 eV ^-1 , a resistivity greater than 10⁸ Ohm cm and a band gap between 0.7 and 1.1 eV. The preferred thickness of the passivation layer is between 0.02 and 3 μm.

Die Passivierungsschicht gemäß der Erfindung läßt sich z. B. aus einem Hochfrequenz-Niederdruckplasma abscheiden, das in einem Gemisch aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Zusatz von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Kohlenwasser stoffen oder nur aus sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.The passivation layer according to the invention can, for. B. deposit from a high-frequency, low-pressure plasma, which in a mixture of gaseous hydrocarbons under Addition of oxygen or hydrocarbon containing oxygen substances or only from oxygen-containing hydrocarbons is produced.

Als gasförmige, organische, Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltende Verbindungen können Alkane, Alkene, Alkine oder Arene verwendet werden, z. B. Methan, Ethen, Acetylen, Propan, Butan, Benzol, Tetralin usw. Als gasförmige Sauerstoffverbin dungen kommen reiner Sauerstoff oder bei den Prozeßbedingun gen gasförmige sauerstoffhaltige aliphatische oder aromati sche Kohlenwasserstoffe wie Alkohole, Ester, Ether, Ketone zur Anwendung wie z. B. Methanol, Ethanol, Acetessigester, Diethylether, Acteon usw.As gaseous, organic, carbon and hydrogen Compounds containing alkanes, alkenes, alkynes or Arenes are used, e.g. B. methane, ethene, acetylene, propane, Butane, benzene, tetralin etc. As a gaseous oxygen compound pure oxygen or process conditions gene gaseous oxygen-containing aliphatic or aromati hydrocarbons such as alcohols, esters, ethers, ketones for application such as B. methanol, ethanol, acetoacetic ester, Diethyl ether, Acteon etc.

Zur Abscheidung der Passivierungsschicht im Hochfrequenz-, Niederdruckplasma kann ein Druck zwischen 0,05 und 1 mbar eingestellt werden, die spezifische Leistungsdichte wird z. B. zwischen 0,5 und 10 W/cm² eingestellt. Als überlagerte Gleichspannung bildet sich bei entsprechender geometrischer Ausbildung des Abscheidereaktors (Flächenverhältnis Anode: Katode größer 2 : 1) eine Selfbias von etwa -800 bis -900 V aus. Das Plasma kann auch durch Mikrowellen angeregt werden.For the deposition of the passivation layer in high frequency, Low pressure plasma can have a pressure between 0.05 and 1 mbar be set, the specific power density is z. B. between 0.5 and 10 W / cm². When layered DC voltage is formed with a corresponding geometric Formation of the deposition reactor (area ratio anode: Cathode larger than 2: 1) a self bias of approximately -800 to -900 V out. The plasma can also be excited by microwaves.

Die beschriebenen Verfahren zum Abscheiden von mit Sauerstoff dotierten, amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffverbindun gen können auch derart modifiziert werden, daß die Zufuhr der Sauerstoff enthaltenden Verbindung nach Abscheiden einer gewissen Schichtstärke beendet wird. Danach wird eine sauer stoff-freie Schicht abgeschieden. Das Dickenverhältnis der sauerstoffhaltigen zur sauerstoff-freien Schicht kann dabei von 0,5 : 99,5 bis 99,5 : 0,5 eingestellt werden.The described methods for separating with oxygen doped, amorphous hydrogen-containing carbon compound gene can also be modified so that the supply of Oxygen-containing compound after deposition of a certain layer thickness is terminated. After that one gets angry Deposited layer free of substance. The thickness ratio of the Oxygen-containing to oxygen-free layer can from 0.5: 99.5 to 99.5: 0.5.

Es ist günstig, wenn die Passivierungsschicht nach der Ab scheidung bei einer Temperatur zwischen 200 und 350°C getem pert wird. Der Halbleiterkörper selbst wird während des Abscheidens vorzugsweise auf einer Temperatur unter 300°C gehalten.It is advantageous if the passivation layer after the Ab separation at a temperature between 200 and 350 ° C pert is. The semiconductor body itself is during the Deposition preferably at a temperature below 300 ° C held.

Embodiment

Die Anlage zur Herstellung des Plasmas hat zwei Elektroden mit unterschiedlichen Flächen. Die größere ist geerdet und die kleinere ist über ein Anpassungsnetzwerk mit einem Hoch frequenzgenerator verbunden. In den Reaktor wird unter einem Druck von 0,2 mbar ein Methan-Methanol-Gemisch eingeleitet. Das Durchflußverhältnis beträgt 20 : 1. Auf der kleineren Elektrode, der Katode, befindet sich das zu beschichtende Substrat in Form eines oder mehrerer Thyristoren mit dem bekannten, positiv/negativ abgeschrägten Rand. Die Sperr- und Durchlaßkennlinien der Thyristoren liegen vor der Be schichtung innerhalb der zulässigen Werte. Das Plasma wird durch Zündung erzeugt, wobei die Leistung derart gewählt wird, daß sich eine Selfbias (gemessene Spannung zwischen Anode und Katode) von -800 V einstellt. Die hierzu benötigte spezifische Leistung ist 2,8 W/cm². Nach 2,5 Minuten Abschei dung wird der Durchfluß des Methanols auf Null gestellt und weitere 2,5 Minuten reines a-C:H abgeschieden. Die Schicht dicke beträgt jetzt 0,6 µm, der optische Bandabstand der zusammengesetzten Schicht liegt bei 0,8 bis 0,9 eV. Der Sauerstoffgehalt der ersten Schicht liegt etwa bei 10 Ge wichtsprozent. Anschließend werden die Thyristoren für drei Stunden bei 270°C getempert. Sie zeigen anschließend stabile Kennlinien in der Durchlaßrichtung.The plasma production system has two electrodes with different areas. The larger one is grounded and the smaller one is through an adjustment network with a high frequency generator connected. In the reactor is under one Pressure of 0.2 mbar initiated a methane-methanol mixture. The flow ratio is 20: 1. On the smaller one The electrode, the cathode, is the one to be coated Substrate in the form of one or more thyristors with the familiar, positive / negative beveled edge. The blocking and Pass characteristics of the thyristors are before the Be stratification within the permissible values. The plasma will generated by ignition, the power chosen in this way is that there is a self bias (measured voltage between Anode and cathode) of -800 V. The one needed for this specific power is 2.8 W / cm². After 2.5 minutes of parting The flow of the methanol is set to zero and pure a-C: H separated for a further 2.5 minutes. The layer thickness is now 0.6 µm, the optical bandgap of the composite layer is 0.8 to 0.9 eV. Of the The oxygen content of the first layer is approximately 10 Ge percent by weight. Then the thyristors for three Heated at 270 ° C for hours. They then show stable Characteristic curves in the forward direction.

Durch die physikalischen Eigenschaften der angegebenen sauer stoffhaltigen Verbindungen und ihr chemisches Verhalten lassen sich die eingangs geschilderten Nachteile gänzlich ausschließen. Zudem ist ein Teil der genannten sauerstoffhal tigen Verbindungen in Reinheitsstufen erhältlich, die in der Halbleiterindustrie üblich sind. Bor ist in der Passivie rungsschicht nicht enthalten.Due to the physical properties of the specified acid compounds and their chemical behavior the disadvantages described above can be completely eliminated exclude. In addition, part of the oxygen is mentioned Compounds available in purity levels, which in the Semiconductor industry are common. Boron is in the liability not included.

Claims

1.Semiconductor component with a semiconductor body with at least one pn junction which comes to the surface of the semiconductor body and with a passivation layer which consists of amorphous hydrogen-containing carbon (aC: H) and which covers at least the part of the pn junction which comes to the surface, characterized in that the amorphous hydrogen-containing carbon (aC: H) is doped with oxygen and in that the oxygen content is between 0.01 and 20% by weight.

2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the passivation layer has a state density greater than 10¹⁸ cm ^-3 eV ^-1 , a specific resistance greater than 10⁸ ohm cm and a band gap between 0.7 and 1.1 eV.

3. A semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that the Passivation layer has a thickness between 0.02 and 3 µm.

4. Process for producing a passivation layer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Passivation layer made of a high-frequency, low-pressure plasma is deposited in a mixture of gaseous Hydrocarbons with the addition of oxygen or acid hydrocarbons containing or only from oxygen term hydrocarbons is generated.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Passivation layer after the deposition between 200 and 350 ° C is annealed.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that before The addition of acid is achieved when the desired layer thickness is reached substance or the oxygen-containing compound is terminated and without adding oxygen or an oxygen-containing Process gas is separated and that the separation is first from an oxygen-containing, then from an acidic substance-free connection exists and that a thickness ratio the oxygen-containing to the oxygen-free layer of 0.5: 99.5 to 99.5: 0.5 is set.

7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that as gaseous, organic, carbon and hydrogen included ting compounds alkanes, alkenes, alkynes or arenes be det.

8. The method according to any one of claims 4 to 7, characterized in that as gaseous oxygen compound oxygen gas or at the Process conditions oxygen-containing aliphatic or aroma table hydrocarbons such as alcohols, esters, ethers, aldehydes de or ketones can be used.

9. The method according to claim 4, characterized in that the Plasma generated by high frequency or microwave excitation becomes.

10. The method according to any one of claims 4 to 9, characterized in that the Passivation layer deposited on a semiconductor body whose temperature is kept below 300 ° C.