DE1489788A1 - Verfahren zur Passivierung von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

Verfahren zur Passivierung von Halbleiterbauelementen

Die Erfindung betrifft die Passivierung von Halbleitervorrichtungen, d.h. den Schutz solcher Vorrichtungen gegen alle Umgebungseinflüsse.

Es ist bekannt, dass man im Lauf der Zeit stets eine Änderung der Kennwerte von Halbleiterbauelementen feststellt.

Diese Erscheinungen konnte man auf die mangelnde Stabilität der Eigenschaften von mit der umgebenden Atmosphäre in Berührung stehenden Halbleiteroberflächen zurückführen.

Dr.Ha/Ma

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Die erste Lösung zur Isolierung eines Halbleiters von der umgebenden Atmosphäre wurde von Atalla, Tannebaum und Schreibrier in "The Bell System Technical Journal", Mai 1959, Seite 749, vorgeschlagen. Diese Lösung besteht darin, dass man die tJbergänge zwischen zwei verschiedenen Siliciumzonen durch eine SiOp-Schicht isoliert. Diese Lösung gab Anlass zur Geburt der sogenannten "planaren" Dioden und Transistoren.

Obwohl man damit einen gewissen Portschritt erzielte, war diese Lösung jedoch aus verschiedenen Gründen nicht ganz zufriedenstellend. Tatsache ist, dass das in den aktiven Zonen des Halbleiters existierende elektrische Feld sich quer durch das Oxyd bis zur Oberfläche überträgt.

Diese Erscheinung hat zwei wichtige Folgen: sie trägt zu Ladungsbewegungen bei:

1.) im Innern des Oxyds selbst,

2.) an der Oberfläche des Dielektrikums, welches sich mit der umgebenden Atmosphäre in Berührung befindet.

Diese Ladungsbewegungen, die innerhalb einiger Minuten bis zu einigen hundert Stunden erfolgen, ergeben Änderungen

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des Potentials an der Zwischenfläche zwischen Halbleiter und Dielektrikum, was eine Veränderung der Oberflächeneigenschaften des Halbleiters und entsprechend eine Veränderung der Kennwerte des Elements zur Folge hat.

Selbst wenn man die Dicke der Oxydschicht vergrössert, oder wenn man verschiedene andere Dielektrika, die sich für bestimmte Zwecke besser eignen (Glas, Harz usw.)» verwendet, gelangt man nicht zu einer vollständigen Lösung dieses schwierigen Problems.

Ziel der Erfindung ist daher die Beseitigung der vorstehenden Nachteile und sie betrifft ein Mittel zur Verbesserung des Schutzes von Halbleiterbauelementen mit einem oder mehreren, mittels einer dielektrischen Schicht passivierten Übergängen gegen die Einwirkung der umgebenden Atmosphäre.

Die erfindungsgemässen Halbleiterbauelemente kennzeichnen sich dadurch, dass auf der Oberfläche des über dem Element befindlichen Dielektrikums ein Film aus einem leitenden Material angeordnet ist, wobei

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1.) dieser Film gleichmässige Potentiale auf der ganzen Oberfläche der dielektrischen Schicht gewährleistet,

2.) gleiche Potentiale zwischen dieser Oberfläche und der für Oberflächeneffekte am empfindlichsten Halbleiterzone, d.h. ganz allgemein der am schwächsten dotierten Halbleiterzone gewährleistet.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlich.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine mit einer Oxydschicht bedeckte Diode,

Fig. 2 die gleiche Diode, welche jedoch erfindungsgemäss mit einem Metallfilm versehen ist,

Fig. 3 ein nicht beschränkendes Beispiel für einen erfindungsgemäss geschützten Transistor, und

Fig. 4 ein nicht beschränkendes Beispiel einer erfindungsgemäss geschützten integrierten Schaltung.

In 909823/0501

In Fig. 1 ist eine Diode dargestellt, deren Passivierung, d.h.. deren Schutz gegen die Einflüsse der Umgebung nach der sogenannten "Planar"-Methode, wie sie vorstehend beschrieben ist, erfolgte. Diese Diode besteht aus einem p-leitenden Silioiumplättchen 1, auf welchem unter Bildung eines pn-Übergangs 3 eine η-leitende Zone 2 erzeugt wurde. Eine nur durch den Metallanschluss 5 durchquerte SiOp-Schicht 4 gewährleistet den Schutz des Elements.

In Fig. 2 ist schematisch ein Element der gleichen Art dargestellt wie in Fig. 1, welches jedoch erfindungsgemäss mit einem Schutzfilm versehen ist; gleiche Teile tragen in beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen.

Wie in Fig. 1 sind die relativen Grössenverhältnisse der verschiedenen Bestandteile nicht beachtet.

Dar Übergang ist mit 3 bezeichnet und begrenzt die p-leitende Zone 1 und die η-leitende Zone 2.

Die Diode ist mit einer dielektrischen Sohioht 4 bedeckt, welche ihre Passivierung bewirkt und durch welohe lediglich der Anschluss 5 hindurohgefUnrt ist.

(Jemäss

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Gemäss der Erfindung bedeckt ein leitender Metallfilm 6 die dielektrische Schicht 4 vollständig; der Film verläuft dann noch entlang der Seiten A und B. Die Isolierung der Metallelektrode 5 von dem Film 6 erfolgt durch eine dielektrische Umhüllung 7 dieses Anschlusses. Daraus ergibt sich, dass der Film 6 auf dem Potential der am schwächsten dotierten Zone, hier der p-leitenden Zone, gehalten wird.

Die Rolle des erfindungsgemässen Metallfilms 6 wird besser verständlich, wenn man das jeweilige Verhalten in gleicher Umgebung und unter gleichen, ungünstigen Bedingungen einer passivierten Diode gemäss Fig. 1 und einer erfindungsgemäss geschützten Diode gemäss Fig. 2 vergleicht.

Man setzt einmal voraus, dass beide Diodep in der Sperrrichtung vorgespannt sind und zum andern sich in einer Atmosphäre befinden, welche Ladungen in Form von Gasionen enthalten kann. Im Fall der Diode von Fig. 1 setzen sich diese Ladungen unter der Wirkung des an den Metallanschluss 5 angelegten positiven Potentials in Bewegung. Die positiven Ladungen besitzen dabei die Neigung, sich an der Oberfläche der Oxydschicht 4 in verschiedenen Abständen von der Elektrode 5 je nach der Anlegungsdauer der Spannung anzusammeln.

ΡΙθβθ

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Diese positiven Ladungen induzieren an der Oberfläche des p-leitenden Siliciums 1 negative Ladungen. Daraus ergibt sich eine fortlaufende Änderung der.Oberflächeneigenschaften, was zu einer Veränderung der Kennwerte führt, insbesondere des Sperrstroms und der Lawinenspannung .

Im Fall der Fig. 2, welche der Erfindung entspricht, besitzt die Diode eine leitende Metallverkleidung 6, welche eine Ladungsanhäufung an der Oberfläche des Dielektrikums verhindert und ein gleiohmässiges Potential auf der ganzen Oberfläche des Dielektrikums gewährleistet.

Da^ioh ausserdem der Leiterfilm infolge seiner Ausbildung auf dem gleichen Potential befindet wie die p-leitende Zone, d.h. die am schwächsten dotierte Zone der Diode, verschwindet das Feld quer durch das Dielektrikum, wodurch Ladungsbewegungen im Volumen und infolgedessen Ladungβänderungen an der Oberfläche der p-leitenden Zone vermieden werden.

Ladungsbewegungen können lediglich noch in dem die Elektrode 5 umgebenden Dielektrikum 7 auftreten; diese besitzen jedoch keinerlei Einfluss auf die Oberfläoheneigenaohaften des Halbleiters.

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Eine solche Struktur kann zuverlässig in Jeder beliebigen Umgebung, welche die leitende Metallschicht nicht angreift» funktionieren.

Sie stellt einen ausgeprägten Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik dar, denn sie ist sowohl gegen Strahlung, welche die die Atmosphäre bildenden GaS3 ionisieren kann, als auch gegen den Feuchtigkeitsgehalt der umgebenrden Atmosphäre, sowie gegen alle Faktoren, welche wesentliche Änderungen der Kennwerte von Halbleitern verursachen könnten, -unempfindlich.

Alle vorstehend in Bezug auf den Schutz einer Diode gemachten Ausführungen gelten auch für den Fall der Anwendung der Erfindung auf Transistoren oder auf integrierte Schaltungen.

Fig. 3 zeigt eine nicht beschränkende Ausführung eines erfindungsgemäss gegen die umgebende Atmosphäre geschützten Transistors. Dieser besteht aus einem n-leitenden Kollektor 8, einer p-leitenden BasiB 9 und einem n-leitenden Emitter 10. Wenn es sich um einen Siliciumtransistor handelt, kann man auf dessen Oberfläche zur Passi- ■ vierung eine Oxydschicht 11 erzeugen, welche lediglich durch die Anschlüsse, nämlich den in den Leiter 13 endenden

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Emitteranschluss 12 und den in den Leiter 15 endenden Basisanschluss 14 durchquert wird. Gemäss der Erfindung wird dieses so ausgebildete elektrische Bauelement mit einem leitenden Metallfilm 16 bedeckt, welcher von dem Basisanschluss bzw. dem Emitteranschluss durch dielektrische Umhüllungen 17 bzw. 18 isoliert ist.

Pig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf integrierte Schaltungen. Es handelt sich dabei um ein nicht beschränkendes Beispiel für eine solche Schaltung. Auf einem Subtrat 19 aus p-leitendem Silicium werden zwei !transistoren 20 und 21 erzeugt, bestehend aus einem Kollektor 22 bzw. 23, einer Basis 24 bzw. 25 und einem Emitter 26 bzw. 27. Diese Elemente werden durch, ein Dielektrikum passiviert, in welches eingebettet sind:

- sin die Basis 25 mit dem Kollektor 22 verbindender Zwischenanschluss 29t der beispielsweise nach der Dünnschichtmethode aufgebracht wird,

- die Emitteranschlüsse 30 und 31,

- die Basiaanschlüsae 32 und 33·

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- ίο - ■

Gemäss der Erfindung "bringt man auf die Oberfläche dieses Dielektrikums 28 einen leitenden Metallfilm auf.

Die Isolierung der zu den Emittern führenden Anschlussdrähte 35 und 36 und der zu den Basiszonen führenden Anschlussdrähte 37 und 38 erfolgt durch ein Dielektrikum 39 und 40.

In allen beschriebenen Beispielen steht die Wahl des dielektrischen Materials und des den erfindungsgemässen Film bildenden leitenden Metalls sowie die Art der Aufbringung im Belieben des Fachmanns und bietet diesem keinerlei Schwierigkeiten.

Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne dass dadurch ihr Rahmen verlassen wird. Sie kann sich ebenso auf pnp-Halbleitervorrichtungen als auf npn-Halbleitervorrichtungen beziehen.

Pat entansprüche

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Claims (5)

Pat entan Sprüche

1) Halbleitervorrichtung mit einem Übergang und einer dielektrischen Schicht zum Schutz gegen die umgebende Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht mit einem leitenden PiIm bedeckt ist.

2) Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass auch die Aussenseiten der Vorrichtung, M die nicht durch eine dielektrische Schicht geschützt sind, von Leiterfilmen bedeckt sind.

3) Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, dass die Leiterfilrae miteinander in Berührung st ehen·

4) Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens einem Ansohlussleiter, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss von dem Leiterfilm.durch eine dielektrische ™ Schicht isoliert gehalten wird.

5) Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang aus p-leitendem, mit Störstoffen vom η-Typ dotiertem Silicium und die dielektrische Schicht aus Siliciumdioxyd besteht.

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