DE2018517B2 - Erfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit hervorragend stabilen elektrischen Eigenschaften, wobei das Bauelement mit einem Passiv ierungsfilm versehen ist, der einen ausgezeichneten Feuchtigkeitsschutz bietet.

Da sich die elektrischen Parameter von Halbleiterbauelementen wegen der Aktivität ihrer pn-Ubergänge unter atmosphärischen Einflüssen LOtwendigenveise nicht reversibel ändern, müssen die Übergänge gegen solche atmosphärischen Einflüsse, etwa Feuchtigkeit, durch Aufbringen eines geeigneten Passivierungsfilms isoliert werden. Zur Erzeugung derartiger Passivierungsfilme sir J zahlreiche Methoden und Verfahren entwickelt worden.

Im Falle eines typischen Siliziumdioxid-Passivierungsfilms. der im allgemeinen durch thermische Oberflächenoxydation des Silizium-Halbleiterbauelements gebildet wird, neigt der Gradient der Konzentrationverteilung an den pn-Ubergängen dazu, sich durch unerwünschtes Eindiffundieren von Verunreinigungen zu verändern, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Bauelements verschlechtert oder unzulässig verändert werden.

Um die unerwünschten thermischen Einflüsse während der thermischen Oxydation zn % ermeiden, hat man schon verschiedenartige Passiv lerungsfilme angewendet. Bei einem dieser bekannten Verfahren wird das Halb! 'ter-Plättchen ?ur leichteren Bildung von Siliciumdioxid auf der Pläitchenoberlläche mit einem Dan'r>f in Berührung sebracht. der Fluorwasserstoff und Salpetersäure enthält. Hierbei ist es jedoch schwierig, den Passivierungsfilm genügend dick zu machen; vielmehr verbleibt in dem Film eine beträchtliche Anzahl von winzigen Löchern.

Bei einem anderen Verfahren wird der Siliziumdioxidnlm auf aer Oberfläche des Plättchens dadurch gebildet, daß Silizium als Siliziumdioxid niedergeschlagen wird, das durch Zersetzung einer flüchtigen organischen Siliziumverb''-_:dung erzeugt wird. Da sich Monosilan (SiH₄) oder Disilan (Si₂H₆), beides flüchtige organische Siliziumverbindungen, bei Temperaturen unter etwa 700⁰C zersetzen lassen, kann die Bildung des Passivierungsfilms bei relativ niedrigeren Temperaturen erfolgen. Der durch die chemische Zerlegung der Siliziumverbindung entstandene Siliziumdioxidfilm stellt jedoch wegen seiner schlechten Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit keinen brauchbaren Passivierungsfilm dar, insbesondere deshalb, weil an den Übergangsflächen des Bauelements ein recht hoher Leckstrom auftritt.

Es ist aL.h bekannt, auf Halbleiteroberflächen zusammengesetzte feuchtigkeitsbeständige Passivierungsschichten aufzubringen, indem eine Siliziumdioxidschicht durch thermische Zersetzung einer organischen Siliziumverbindung und darauf eine weitere Schicht aus einer Mischung von Phosphoroxyd und Siliziumoxyd bzw. aus Bleioxid gebildet wird und eir^p th<" mische Nachbehandlung vorgenommen wird (deutsche Offenlesunssschr ft I 923 035 und französische Patentschrift 1 427 365).

Nach einem ähnlichen Verfahren (deutsche Auslegeschrift 1 237 400) wird die Passivierungsschicht dadurch hergestellt, daß die Halbleiteroberfläche einem dampfförmigen Gemisch aus SiO und/oder B₂O₃ und. oder einem Bleioxid sowie gleichzeitig einer rasch intermittierenden Licht- oder UV-Bestraniang ausgesetzt wird, wobei sich ein glasartiger, wasserundurchlässiger Überzug bildet.

Nun ist aber bekanntlich P₂O₅ ein sehr kräftiges Trocknungsmittel und wird deshalb zum Entwässern bzw. Trocknen chemischer Substanzen verwendet. B₂O₅ hat ebenfalls eine gewisse Was^erabsorptionsfähigkeit.

Man sieht also, daß P₂O₅ und B₂O₃ wegen ihrer Wasserlöslichkeit für die Herstellung eines Passivierungsfilms nicht geeignet sind.

Wenn auch PbO eine geringe Löslichkeit in Wasser zeigt, so wandern doch Pb-Ionen aus dem Film, der PbO enthält, in den Passivierungsfilm, wodurch an der Oberfläche von Halbleitern zu starke Leckströme auftreten.

Da PbO. P_äO₅, B₂O₃ in Kombination mit dem SiO₂-FiIm verwendet werden, kann dieser durch eine geeignete Wärmebehandlung glasartig gemacht werden. Derartige feuchtigkeitsfeste Passivierungsfilme liefern jedoch noch kein befriedigendes Ergebnis, da sie die Leckströme an der Oberfläche der Halbleiterplättchen verstärken, die sich im Kontakt mit dem SiO₂-FiLn befindet.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements anzugeben, mit dessen Hilfe ein Passivierungsfi'm mit sehr guter Feuchtigkeitsbeständigkeil hergesteüt v.erden kann. Die elektrischen Eigenschaften des Passivierungsfilms sollen durch eine geeignete Wärmebehandlung erheblich verbessert werden. Insbesondere soll der zusammengesetzte Passivierungsfilm keine Leckströme bilden.

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Das Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbau- so entsteht kein gleichmäßiger Film, weil die Glimmelements mit einem feuchtigkeitsbeständigen, zusam- entladung zwischen den Elektroden bei einem derart mengesetztin Passivierungsfilm, der eine kleine Ober- hohen Partialdruck instabil ist.
flächenladungsdichte aufweist, bei dem ein wenigstens In dieser Beschreibung wird zwar gesagt, daß die einen pn-Übergang aufweisendes Halbleiterplättchen 5 Filme aus Siliziumdioxid und Tantalpentoxid bemit dem Dampf einer flüchtigen organischen Silizium- stehen; es ist jedoch festzustellen, daß die chemische verbindung in Berührung gebracht wird, die sich bei Zusammensetzung dieser Filme nicht notwendigerweise Temperaturen >mter etwa 700⁰C unter Abscheidung der stöchiometrischen Formel SiO₂ bzw. Ta₂O₅ entvon Siliziumdioxid auf einer freien Oberfläche des spricht.

Plättchens zersetzt, ist erfindungsgemäß dadurch ge- ίο Durch zahlreiche Versuche ist gefunden worden, daß kennzeichnet, daß man auf dem so gebildeten Silizium- die Bildung des Films auf der Oberfläche des Halbdioxidfilm durch Aufsprühen von Tantal in einer leiterbauelements notwendigerweise eine Steigerung Sauerstoffatmosphäre einen Tantalpentoxidfilm bildet der Oberflächen-Ladungsdichte zur Folge hat. Wenn und dann das Plättchen einer Wärmebehandlung bei auch der Siliziumdioxidfilm die Ladungsdichte erhöht, etwa 200 bis 400⁰C in einer nicht reduzierenden Atmo- 15 ist diese Tendenz bei den praktisch verwendbaren Sphäre unterwirft. Filmen am geringsten. Da die Zunahme der Dichte der

Vorzugsweise wird der Siliziumdioxidfilm in einer Leckströme verursachenden Oberflächenladungen ge-

Dicke von etwa 0,4 bis 1 μπι und der Tantalpentoxid- ring ist. wird vorzugsweise der Siliziumdioxidfilm auf

film in einer Dicke von wenigstens 0,2 ;xm aufgebracht. der Plättchenoberfläche gebildet. Obwohl dieser Film

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die 20 geringe Oberflächen-Ladungsdichte hat, besteht ein

Zeichnungen und die folgenden Ausführungsbeispiele großer Nachteil darin, daß er eine schlechte Festigkeit

näher erläutert. gegen Feuchtigkeit aufweist. Bei dem erfirdungsge-

F i g. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwi- mäßen Bauelement wird deshalb der Film mit dem

sehen der Durchbruchsspannung eines erfindungsge- Tantalpentoxidfilm bedeckt, der eine ausgezeichnete

maß hergestellten Halbleiterbauelements und den 25 Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit aufweist.

Temperaturen der Wärmebehandlung wiedergibt; Dennoch hat sich gezeigt, daß die Stabilität der

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung der Ober- Bauelemente, die mit einem aus Siliziumdioxid- und

fiächen-Ladungsdichten des mit verschiedenen Passi- Tantalpentoxidfilm zusammengesetzten Passivierungs-

vierungsfilmen versehenen Bauelements: und film versehen sind, bezüglich der Passi vierungseigen-

F i g. 3 stellt ein Diagramm dar, das die Ober- 30 schäften unzulänglich sind. Vor allem ist die Oberflächen-Ladungsdichten von mit verschiedenen Passi- flächen-Ladungsdichte erheblich, wodurch der Leckvierungsfilmen versehenen Bauelementen in Abhängig- strom erhöht und die Durchbruchspannung der Baukeit von Behandlungstemperaturen zeigt. elemente herabgesetzt wird.

Die zu verwendende flüchtige organische Silizium- Diese Nachteile lassen sich beseitigen oder vermin-

verbindung muß eine Zersetzungstemperatur unterhalb 35 dern, wenn nach der Bildung des zusammengesetzten

etwa 700⁰C aufweisen. Liegt sie oberhalb von 700^cC, Films eine Wärmebehandlung, etwa 2C0 bis 400= C in

so kann es sein, daß elektrische Parameter der Bau- nicht reduzierender Atmosphäre, vorgenommen wird,

elemente durch thermische Einflüsse während der Auf diese Weise kann die Oberflächen-Ladungsdichte

Bildung des Siliziumdioxidfilms unzulässig verändert so klein gemacht werden, daß sich der Leckstrom bei

werden. 40 Sperrbetrieb des Bauelements hinreichend vermindern

Das Siliziumdioxid wird aus einem Dampf abge- läßt. Die Gründe für die Wirkungen der Wärmebelagert, der die Siliziumverbindung sowie ein inertes handlung sind zwar nicht im einzelnen bekannt, doch Trägergas pnthält. Bei Monosilan -vird eine Plättchen- nimmt man an, daß die in dem Siliziumdioxidfilm vertemperatur von etwa 300 bis 400⁰C, eine Dampf- bliebenen Sauerstoff-Fehlstellen mit Sauerstoff aufge-Strömungsgesch-'indigkeit von 5 1 pro Minute und 45 füllt werden, wodurch Gitterfehler beseitigt oder vereine Sauerstoff-otrömungsgeschwindigkeit von 0,15 1 mindert werden und die Oberflächen-Ladungsdichte pro Minute angewendc*, wobei der Film mit einer ansteigt. Wegen der Wärmebehandlung bei Verhältnis-Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 1 μπι pro Minute mäßig niederen Temperaturen besteht nicht die Gewächst, fahr, daß sich die elektrischen Eigenschaften der Bau-

Bei der Bildung des Tantalpentoxidfilms wird vor- 5a elemente während der Bildung des Films und der

zugsweise folgendermaßen gearbeitet: Ein Tantalstab Wärmebehandlung verschlechtern. Dies ist ein sehr

wird als Kathode und ein mit dem Siliziumdioxidfilm wichtiger Vorteil.

versehenes Halbleiterplättchen wird als Anode ge- Geeignete Filmstärken sind experimentell ermittelt schaltet. Um restliche Gase und Feuchtigkeit aus dem worden. Für den Siliziumdioxidfilm ist eine Dicke von Vakuumgefäß zu entfernen, wird dieses auf etwa 10~⁵ 55 etwa 0,4 bis 1 μπι zweckmäßig. Ist die Dicke kleiner bis 10~^e mm Hg evakuiert. Sodann wird ein staub- als 0,4 μπι, so oleiben in dem Film winzige Löcher und wasserfreies Sauerstoff-Argon-Gasgemisch in das übrig, und die Berührung zwischen der Plättchenober-Gefäß geleitet, um einen geeigneten Sauerstoff-Partial- fläche und dem Tantalpentoxidfilm bewirkt einen Andruck zu erzeugen. Durch Anlegen einer Spannung stieg der Oberflächen-Ladungsdichte. Ist andererseits zwischen Kathode und Anode treffen von dem mit der 60 die Filmstärke größer als 1 μΐη, so treten bei der BiI-Kathode verbundenen Tantalstab Tantalatome auf das dung des Films der Wärmebehandlung und beim Anodenplättchen, so daß auf dem Silizium ein Tantal- Betrieb des Bauelements infolge der unterschiedlichen pentoxidfilm gebildet wird. Der hierfür bevorzugte Wärmea'.sdehnungskoeffizienten von Plättchen und SauerstolT-Partialdruck liegt bei etwa 5 ■ 10~^:i bis Film Risse in dem Film auf. Solange man geiade noch 5 · 10~^a Torr. Ist der Partialdruck kleiner als 5· 65 einen Film ohne Löcher erzeugen kann, ist der dünnste ΙΟ"³ Torr, so kann es sri, daß sich wegen Sauerstoff- Film am geeignetsten, da die Oberflächen-Ladungsmangels kein vollständiger Isolierfilm ausbildet. 1st dichte um so kleiner wird, je geringer die Stärke des andererseits der Parlialdruck höher als 5· 10~² Torr, Siliziumdioxidfilms ist.

Die Wärmebehandlung erfolgt in nicht reduzierender Atmosphäre etwa aus Sauerstoff, Sauerstoff-Stickstoff, einem inerten Gas oder einem Gemisch aus einem inerten Gas und Stickstoff. Eine sauerstoffhaltige Atmosphäre eignet sich am besten, da der Sauerstoff dazu beiträgt, Gitterfehler oder Sauerstoff-Fehlstellen in dem Film zu vermindern oder zu beseitigen. Eine beispielsweise Wasserstoff enthaltende reduzierende Atmosphäre ist dagegen nicht verwendbar, da Wasserstoff die Sauerstoff-Fehlstellen in dem Film vermehrt. Der Druck für die bei der Wärmebehandlung verwendete Atmosphäre ist nicht begrenzt.

Versuche haben erwiesen, daß sich durch Bildung einer Phosphatglas-Schicht unter dem Tantalpentoxidfilm ein Halbleiterbauelement herstellen läßt, das sehr kleine Oberflächcn-Ladungsdichtc- und Leckstrom-Eigenschaften aufweist. Die Phosphatglas-Schicht kann dadurch gebildet werden, daß auf dem Siliziumdioxidfilm Phosphorpentoxid aus einer Atmosphäre abgelagert wird, die Dampf einer Phosphorverbindung, etwa Phosphin (PH₃) oder Phosphoroxichlorid (POCI₃) enthält, oder indem auf der freien Plättchenfiäche eine Mischung aus Phosphorpentoxid und Siliziumdioxid aus einer Atmosphäre abgelagert wird, die die flüchtige organische Siliziumverbindung und die Phosphorverbindung enthält.

Da das Phosphorpentoxid als Oxydationsmittel zur Oxydation der Sauerstoff-Fehlstellen in dem Siliziumdioxid wirk! wird der Film "cenüber Feuchtigkeit stabil. Da das Phosphatglas ein hohes Wasser-Absorptionsvermögen aufweist, muß auf der Phosphatglasschicht der Tantalpentoxidfilm gebildet werden, um das Bauelement gegen Feuchtigkeit zu schützen.

Beispiel I

Hinsichtlich der Wirkungen der Dicke des Siliziumdioxidfilms wurden die nachstehenden Ergebnisse bei Tests auf winzige oder Nadellöcher erhalten.

Tabelle 1

Test Nr.	Dicke (μηι)	Lcckstellen im Film (%)
1	0,2	90
2	0,3	40
3	0,4	16
4	0,6	15
5	ι,ο	15
6	0,6 bis 0,7	10

Bei diesem Versuch wurden die Leckstellen durch Ströme ermittelt, die zwischen auf dem Siliziumdioxidfilm und dem Plättchen gebildeten Metallfilmen angelegt wurden; der Prozentsatz der Leckstellen ergibt sich aus dem Verhältnis derjenigen Punkte, an denen Strom floß, zur Gesamtzahl der Testpunkte. Aus der in Tabelle 1 wiedergegebenen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß die Zahl der Nadellöcher in dem Film hinreichend klein ist, wenn die Filmdicke größer als 0,4 μίτι ist. Um eine ausreichend kleine Zahl von Nadel· löchern zu erzielen, muß also die Stärke größer al· 0,4 μηι gemacht werden.

Das in Verb.idung mit dem Test Nr. 6 erhaltene Ergebnis, bei dem der Siliziumdioxidfilm durch thermische Oxydation des Plättchens bei einer Temperatui oberhalb von 1100⁰C gebildet wurde, ist zum Vergleich mit dem durch chemische Ablagerung der orga nischen Siliziumverbindung gebildeten Siliziumdioxid film gezeigt.

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Beispiel II

Die Ergebnisse von Wärmeriß-Tests an Silizium dioxidfilmen, die durch chemische Ablagerung de; organischen Siliziumverbindung gebildet wurden, sine in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle

Tl T /^ L* Λ /1 1 1^\ \	Nach	Nach	bei 300° C	Wärmebehandlung	bei400C	bei 6000C	bei 800'C	bei 10000C
L*ICKC vI-t-ITl/	Filmbildung	Photoätzung	0	0	0	0	0
0,65 bis 0,80	0	0	0	0	0	0	0
0,80 bis 0,95	0	0	0	0	OX	X
1,0 bis 1,2	0	0	—	—	—	—
1,2 bis 1,5	0	X	—	—	—
>1,5	X	—

In Tabelle 2 ist das Auftreten eines Risses in dem Film durch X wiedergegeben. Aus den Ergebnissen gemäß Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Dicke des Siliziumdioxidfilms im Hinblick auf die Wärmebehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften des Films kleiner als etwa 1 μΐη sein muß. Insbesondere ist eine Dicke von weniger als 0,95 μηι bevorzugt.

Beispiel III

Es wurden Nadelloch-Tests bezüglich des Tantalpentoxidfilms durchgeführt. Bei diesem Versuch wurde die Anzahl von Nadellöchern pro Flächeneinheit durch Umwandlung der Gesamtzahl von Nadellöchern in dem Film berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 σρ-ΎΡλ crt

	Tabelle 3	Zahl der Nadel- löcher pro cm*
Dicke (μπι)		300
ο,ι		140
0,2		100
0,3		96
0,4		95
0,5

Ira allgemeinen ist es erforderlich, daß die Anzah von Nadellöchern pro Flächeneinheit (cm²) von Standpunkt der praktischen Verwendung her kleine a!s etwa 150 ist. Aus Tabelle 3 ist zu entnehmen, dal

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Beispiel V Tabelle 4

	Vorwärts-Leck-
Proben	strom
	(μΑ) bei 500 V
	4,0
ohne Wärmebehandlung	6,5
nach 2stündiger Wärmebehand
lung bei 35O0C in Stickstoff
atmosphäre	9,1
nach 2stündiger Wärmebehand
lung bei 35O°C in Sauerstoff
atmosphäre	5,0

dazu die Dicke des Tantalpcntoxidfilms stärker als etwa 0,2 μιιι sein muß. Da beim Aufsprühen die Wachstumsrate des Tantalpentoxidfilms nur 0,1 bis 0,3 μηι pro Stunde beträgt, mag eine praktikable Dicke bei etwa 0,2 bis 0,7 (im liegen.

Beispiel IV

Bezüglich der Auswirkungen der Wärmebehandlung wurde ein Versuch an einem Thyristor des f'lanartyps ausgeführt, der eine N-Kmittcrschicht mit einer Dicke von 15|im, eine P-Basisschicht mit einer Dicke von 20 |xm, eine N-ßasisschicht mit einer Dicke von 80 bis 100 (im und einem Widerstand von 2O£2cm, eine P-Emiilcrschicht mit einer Dicke von 40 bis 50 |xm sowie einen zusammengesetzten Passivierungsfilin aufwies, der aus einem Siliziumclioxidfilm von 0,8 bis 0,9 ;xm Dicke und einem Tantalpcntoxidfilm bestand. Die Proben wurden 1 bis 5 Stunden lang bei 300 bis 600 C Wärme behandelt.

in F i g. 1 zeigt die Kurve Λ die Rückwärts-Durchbruchspannungen und die Kurve B die Vorwärts-Durchbruchspannungen des besagten Thyristors. Obwohl nach den Ergebnissen aus F i g. 1 eine Wärmebehandlung über 300 C zu einer Verbesserung der Durchbruchspannung beiträgt, dürfte es ungünstig sein, den Thyristor bei Temperaturen über etwa 400C wärmcziibchandcln. Bei einem weiteren Versuch hat ^ch gezeigt, daß von einer unter etwa 200C durchgeführten Wärmebehandlung keine Wirkung zu erwarten ist, da die in dem Film eingeschlossenen linerwünschten Substanzen wie etwa Wasser nur ungenügend entfernt werden. Die Wärmebehandlung sollte deshalb zwischen etwa 200 und 400^GC durchgeführt werden.

Es soll noch gesagt werden, daß der Effekt der Wärmebehandlung durch Entfernen der Restspannung in dem Film beispielsweise durch die Glühwirkung der Behandlung zustande kommt.

An Dioden mit einer Durchbruchspannung von 1500VoIt wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, um die Wirkungen der Wärmebehandlung zu ermitteln. Die bei diesem Versuch verwendeten Dioden hatten teils keinen Passivierungsfilm, teils waren sie mit dem zusammengesetzten Passivierungsfilm versehen. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in Tabelle 4 gezeigt.

Da Dioden ohne Film ihre elektrischen Parameter bei langen Betriebsperioden ändern können, ist der Passivierungsfilm erforderlich, obwohl die Dioden ohne Film die geringsten Leckstrom-Ei ?enschaf ten aufweisen.

Nach den Ergebnissen aus Tabelle 4 eignet sich die Wärmebehandlung in Sauerstoffatmosphäre am besten zur Reduzierung der Leckströme. Auch Stickstoffatmosphäre k;inn jedoch verwendet werden, da der Leckstrom noch kleiner ist als 10 μΑ.

Beispiel Vf

In F i g. 2 ist die Beziehung zwischen den Filmarten und der Oberflächen-Ladungsdichte N/.-/» gezeigt. Bei diesem Versuch betrug die Dicke des Siliziumdioxidfilms, der durch chemische Ablagerung von Silan (SiH₁) als organische Siliziiimverbindung gebildet wurde, 0,8 bis 0,9 μΐη, während die Dicke des Tantalpcntoxidfilms (Ta₂O₅) geändert wurde. Die Proben Nr. 1, 2 und 3 hatten dabei Dicken von 0,2 μΐη, 0.3 μηι bzw. 0,45 am. Die Wärmebehandlung nach der 13ϊI-dung des Ta_äO.,-Films durch reaktives Aufsprühen wurde 5 Stunden lang bei 300 C in Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Bei der Vergleichsprobc Nr. 4 nach F i g. 2 handelt es sich um ein Bauelement, das nur einen Siliziumdioxidfilm von 0,8 bis 0,9 μηι Dicke hatte.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß die Oberflächen-Ladungsdichte durch Verwendung des zusammengesetzten Passivierungsfilms und einer geeigneten Wärmebehandlung reduziert werden kann.

Im Falle eines durch thermische Oxydation gebildeten Siliziumdioxidfilms ist die Oberflächen-Ladungsdichte beträchtlich größer als bei dem nach dem erfindungsgemäßcn Verfahren hergestellten Bauelement, und zwar trotz der Überlagerung des Tantalpentoxidfilms auf dem Siliziumdioxidfilm.

Versuch VII

Obwohl sich die elektrischen Eigenschaften von Bauelementen mit einem Basiswiderstand von weniger als etwa 10 f2cm, was zu der Durchbruchspannung des Bauelements beiträgt, nur durch die Wärmebehandlung verbessern lassen, ist bei Bauelementen mit einem Basiswiderstand von mehr als etwa 10Dem eine Vorerwärmungs-Behandlung in Verbindung mit dem Siliziumdioxidfilm zur Verbesserung der Eigenschaften sehr günstig. Die Vorerwärmung wird vor Bildung des Tantalpentoxidfilms bei verhältnismäßig hohen Temperaturen von etwa 700 bis 900³C über eine kurze Zeitspanne von 1 bis 30 Minuten durchgeführt.

Während bei Bauelementen mit kleinem Basiswiderstand der Einfluß der Oberflächen-Ladungsdichte auf den Leckstrom nicht so merklich ist, sollte bei Bauelementen mit verhältnismäßig hohem Basiswiderstand das Siliziumdioxid derart wärmebehandelt werden, daß die Sauerstoff-Fehlstellen in dem Film entfernt oder vermindert werden. Diese Vorerwärmungs-Behandlung wird bei etwa 700 bis 900⁰C über eine kurze Zeitspanne von beispielsweise 3 bis 5 Minuten ausgeführt, um die unerwünschte Beeinflussung des Störstoff-Gradienten an dem pn-übergang sowie das Auftreten von Rissen in dem Film zu vermeiden.

Wie y'ch aus dem Versuch ergeben hat, sollte die Vorerwärmung in einer Atmosphäre eines inerten Gases, etwa Argon oder Helium, durchgeführt werden. Insbesondere eine Stickstoffatmosphäre erbringt keinerlei Vorteile hinsichtlich einer Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Bauelements. Andererseits ist eine Sauerstoffatmosphäre ungeeignet, da das Silizium unter dem Siliziumdioxidfilm oxydiert.

Nach der Vorerwärmungs-Behandlung wird der Tantalpentoxidfilm durch das oeschriebene reaktive

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Aufsprühen auf dem Siliziumdioxidfilm gebildet. Der so erzielte zusammengesetzte Passivierungsfilm wird der Wärmebehandlung bei 200 bis 400°C unterwo^rfen.

F i g. 3 zeigt eine Beziehung zwischen den Arten des Passivierungsfilms und der Oberflächen-Ladungsdichte N.pfl, wobei die Werte von Bauelement mit einem Siliziumdioxidfilm, der durch chemische Ablagerung aus einem Dampf der organischen Siliziumverbindung gebildet worden ist, durch O dargestellt sind, während 0 die Ergebnisse von Bauelementen mit dem erfindungsgemäß hergestellten Passivierungsfilm darstellt. Dieser wurde wie folgt erhalten:

Abscheiden des Siliziumd^;oxidfiims durch chemischen Niederschlag auf de:n Plättchen; 5 Minuten

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langes Vorwärmen des Plättchens bei den in F i g. 3 angegebenen Temperaturen in Argonatmosphäre; Ausbilden des Tantalpentoxidfilms durch reaktives Aufsprühen auf den Siliziumdioxidfilm; Wärmebehandeln des Plättchens bei 300⁰C in Sauerstoffatmosphäre.

Die Dicke des Siliziumdioxid- und des Tantalpentoxidfilms betragen 0,8 bis 0,9 μτη bzw. 0,3 μίτι.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Vorerwärmungs-

Behandlung zur Verringerung der Oberfiächen-La-

o dungsdichte des Bauelements beiträgt, so daß sich die Durchbriichspannung der Einrichtung erhöhen läßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich z. B. für die Herstellung von Dioden, Transistoren oder Thyristoren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einem feuchtigkeitsbeständigen, zusammengesetzten Passivierungsfilm, der eine kleine Oberflächenladungsdichte aufweist, bei dem ein wenigstens einen pn-übergang aufweisendes HaIbleiterplättchen mit dem Dampf einer flüchtigen organischen Siliziumverbindung in Berührung gebracht wird, die sich bei Temperaturen unter etwa 700⁰C unter Abscheidung von Siliziumdioxid auf einer freien Oberfläche des Plättchens zersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem so gebildeten Siliziumdioxidfilm durch Aufsprühen von Tantal in einer Sauerstoffatmo-Sphäre einen Taittalpentoxidfilm bildet und dann das Plättchen e^;rer Wärmebehandlung bei etwa 200 bis 400^rC in einer nichtreduzierenden Atmosphäre unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Siliziumdioxidfilm in einer Dicke von etwa 0,4 bis 1 μπα und den Tantalpentoxidfilm in einer Dicke von wenigstens 0,2 um aufbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bildung des Tantalpentoxidfilmes eine Phosphorglasschicht aus einem Gemisch von Silizi mdioxid und Phosphorpentoxid aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den SiliziumdioxHfilm oder die Phosphonilasschicht vor der Bildung des Tantalpentoxidfilmes bei einer Temperatur von etwa 700 bis 900 C einer Wärmebehandlung unterwirft.

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