DE1237400C2

DE1237400C2 - Verfahren zum Vakuumaufdampfen eines feuchtigkeitsfesten isolierenden UEberzuges aufHalbleiterbauelemente, insbesondere auf Halbleiterbauelemente mit pn-UEbergang

Info

Publication number: DE1237400C2
Application number: DE1961S0073509
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Rummel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-17
Filing date: 1961-04-17
Publication date: 1967-10-12
Also published as: FR1321102A; DE1237400B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. α.:

C23c

Deutsche KL: 48 b -13/04

Nummer: 1237 400

Aktenzeichen: S 73509 VI b/48 b

Anmeldetag: 17. April 1961

Auslegetag: 23. März 1967

Ausgabetag: 12. Oktober 1967

Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Es ist bekannt, Halbleiterbauelemente, wie Transistoren, Richtleiter, fotoelektrische Halbleitervorrichtungen usw., insbesondere Halbleitervorrichtungen mit pn-Übergängen mit feuchtigkeitsdichten, isolierenden Schutzüberzügen zu versehen, selbst wenn das Halbleiterbauelement anschließend in ein Gehäuse eingebaut wird. Dabei sind sowohl organische als auch anorganische Schutzschichten bekannt. Als Schutzschichtmaterial wird vor allem Quarz verwendet, welches durch Bedampfen aufgebracht wird. Um jedoch eine rissefreie Quarzschicht auf der Halbleiteroberfläche zu erzeugen, muß der Halbleiterkörper während des Aufbnngens auf hohe Temperatur erhitzt werden, die jedoch die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelementes ungünstig beeinflußt. Um die hohen Temperaturen zu vermeiden, könnte eine SiO₂-Schicht durch Aufdampfen von SiO hergestellt werden, wenn dieses SiO nachträglich in Sauerstoffatmosphäre durch eine niedrigtemperierte Gasentladung oxydiert wird. In diesem Fall hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, daß in der Schutzschicht Reste von SiO verbleiben, welche zu einer erheblichen Verschlechterung des Verlustfaktors der Schutzschicht beitragen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vakuumaufdampfen eines feuchtigkeitsfesten isolierenden Überzuges auf Halbleiterbauelemente, insbesondere auf Halbleiterbauelemente mit pn-übergang, bei dem der zu überziehende Gegenstand einem Dampfgemisch aus solchen oxydischen Komponenten ausgesetzt wird, daß beim Niederschlagen ein glasartiger, wasserundurchlässiger Überzug ent-, steht, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die höchstens auf 150° C erwärmte Halbleiteroberfläche einem an sich bekannten dampfförmigen Gemisch aus SiO und/oder B₂O₃ und/oder einetii Bleioxyd und gleichzeitig der Wirkung einer rasch intermittierenden Licht- oder UV-Bestrahlung ausgesetzt wird.

Glasbildende Dampfgemische sind an sich bereits aus der britischen Patentschrift 709 503 vorbekannt. Für Halbleiterzwecke ist es jedoch zweckmäßig, wenn die Glasbildung bei möglichst niedrigen Temperaturen, insbesondere unterhalb von 150° C auf der Halbleiteroberfläche stattfindet. Dies geschieht, wenn entsprechend der Lehre der Erfindung die mit dem Glas zu bedeckende Halbleiteroberfläche in der im neuen Anspruch gelehrten Weise gleichzeitig mit einer intermittierenden Bestrahlung durch Licht oder UV-Licht unterworfen wird.

Glasartige Substanzen entstehen bekanntlich aus dem Schmelzfluß gewisser Oxyde, wobei in den meisten Fällen SiO₂ ein wesentlicher Bestandteil ist.

Verfahren zum Vakuumaufdampfen eines
feuchtigkeitsfesten isolierenden Überzuges auf
Halbleiterbauelemente, insbesondere auf
Halbleiterbauelemente mit pn-übergang

Patentiert für:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr. Theodor Rummel, München

Daneben können sich auch glasartige Substanzen z. B. auf der Basis von Phosphorpentoxyd, Bortrioxyd und Aluminiumoxyd bilden. Die Erfindung

ao beruht nun auf der Erkenntnis, daß Gemische gewisser Oxyde, die leicht verdampft werden können, unmittelbar aus der Gasphase unter Bildung eines glasartigen Niederschlages abgeschieden werden können, selbst dann, wenn die Temperatur des Körpers, auf den der Niederschlag erfolgt, mehrere hundert Grad unterhalb des Schmelzpunktes des herzustellenden Glases liegt. Anwendung einer die chemische Aktivität erhöhenden Strahlung kann außerdem den Zusammentritt dieser aus der Dampfphase

abgeschiedenen Oxyde zu einer glasartigen Masse wesentlich fördern.

Solche glasartigen Überzüge können auch auf Halbleiteroberflächen erzeugt werden, was bereits bei Temperaturen von etwa 100 bis 150° C, also bei Temperaturen, bei denen noch keine Verschlechterung der Eigenschaften von Halbleiterbauelementen aus Silicium und Germanium zu erwarten ist, möglich ist. So führen z. B. Dampfgemische aus SiO und B₂O₃ oder SiO und PbO oder Pb₃O₄ bzw. SiO und

PbO bzw. Pb₃O₄, wenn sie auf der Oberfläche eines Halbleiterkristalls, der mindestens auf 100° C erhitzt wird, aufgedampft werden, zu einem glasartigen Überzug, der wasserunlöslich ist und auch nicht von Feuchtigkeit durchdrungen wird. Da die Schutzschichten im allgemeinen auf den bereits mit Elektroden und pn-Übergängen versehenen Halbleiterkristallen erzeugt werden, ist der Behandlungstemperatur während des Aufbringens der Schutzschicht eine obere Grenze gesetzt. Diese darf mit wenigen Ausnahmen nicht über 150° C liegen, da sonst Legierungs- und Diffusionsvorgänge im Innern des Halbleiterkristalls merklich werden und die be-

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Claims

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reits auf ihre endgültigen Werte eingestellten elek- wird praktisch an der Oberfläche der sich bildenden frischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements Schutzschicht absorbiert und erhöht die zur Glaseine unliebsame Veränderung erfahren. bildung erforderliche chemische Aktivität der aus

Die gemäß der Erfindung gebildeten glasartigen der Dampfphase niedergeschlagenen Komponenten

Schutzüberzüge brauchen keinesfalls die übliche 5 erheblich.

chemische Konstitution eines Glases zu besitzen, In der F i g. 1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung d. h. auf Grundlage eines Silikates aufgebaut zu sein. von Schutzschichten entsprechend der Lehre der Wird z. B. ein Überzug auf der Basis PbO und B₂O₃ Erfindung schematisch dargestellt. Die mit ihren hergestellt, so bildet Bleiborat einen wesentlichen Zuleitungen versehenen Halbleiterbauelemente 1 Bestandteil des Überzuges. Die Widerstandsfähigkeit io sind mit ihren Zuleitungen in Bohrungen eines aus und Undurchdringlichkeit der Schutzschicht im Hin- hitzebeständigem Stoff, insbesondere Metall, z. B. blick auf Feuchtigkeit ist bei allen der genannten Tantal oder Molybdän bestehenden Brettes 2, einBeispiele gegeben, sofern die Mengenverhältnisse gelassen, so daß sie von dem Brett in der aus der der Komponenten, d. h. die Anteile der Komponen- Figur ersichtlichen Weise gehalten werden. Das ten in dem auf der Halbleiteroberfläche auftreffenden 15 Brett wird elektrisch beheizt, so daß sich die Tem-Dampf so gewählt sind, daß sich die Komponenten peratur der Halbleiterkristalle auf den zur Glaszu einer glasartigen Phase zusammenschließen. bildung erforderlichen Wert von mindestens auf Widerstandsfähigkeit gegen Säuren, z. B. HCl (mit 100° C einstellt, was durch eine nicht dargestellte, denen ein Halbleiterbauelement normalerweise wäh- in entsprechender Weise angeordnete Thermosonde rend des Betriebes auch nicht in Berührung kommt), 20 überwacht wird. Die Vorrichtung befindet sich in kann dagegen nicht in allen Fällen in vollkommenem einer evakuierten Bedampfungsglocke 3, z. B. aus Maße erreicht werden. Quarz, in der außerdem zwei Verdampfer 4 und 5

Wesentlich ist, daß die Glasbildung an der Halb- so angeordnet sind, daß der aus ihnen austretende leiteroberfläche einsetzt, da nur auf diese Weise, Dampf ohne vorher zu kondensieren an die Oberwie die der Erfindung zugrunde liegenden Versuche 25 fläche der Halbleiterbauelemente 1 gelangt. Die Verklar zu erkennen geben, eine wirkliche feuchtigkeits- dämpfer werden ebenfalls elektrisch beheizt und entdichte, fest auf der Unterlaufe haftende Schutz- halten je eine Komponente des zu bildenden Überschicht gebildet wird. Aus diesem Grund werden die zuges. Durch eine Reihe von intermittierenden, che-Komponenten in getrennten Verdampfern zum Ver- misch aktive Bestrahlung aussendenden Bestrahdampfen gebracht. Dieses Vorgehen ermöglicht auch 30 lungsquellen, von denen in der Figur zwei (6 und 7) auf einfache Weise das Mengenverhältnis der auf- angedeutet sind, wird die Oberfläche der Halbleitergedämpften Komponenten über die Temperatur in kristalle 1 an den für die Schutzschichten vorgeden einzelnen Verdampfern zu regeln. sehenen Stellen bestrahlt.

Wird SiO als Komponente verwendet, so werden In der F i g. 2 ist ein Flächentransistor dargestellt, in der Regel silikathaltige Gläser gebildet. Diesen 35 dessen Halbleiterkörper 1 zwei äußere Zonen a, c ist z. B. bei der Verwendung von PbO als zweitem vom gleichen und eine mittlere Zone b vom entPartner elementares Silicium beigemischt. Durch gegengesetzten Leitungstypus aufweist. Die entspre-Verwendung entsprechender Mengen Pb₃O₄ zum chend dem von der Erfindung vorgeschlagenen Ver- oder an Stelle von PbO kann das im übrigen nicht fahren aufgebrachte Schutzschicht 2 bedeckt sowohl störende, in die Schutzschicht eingebaute Element 40 die freie Oberfläche des Halbleiterkörpers 1, insbe-Silicium ausgeschaltet werden. Bei den Systemen sondere die Stelle der pn-Übergänge, als auch die PbO/B„O₃, Pb₃O₄/B₂O₃, SiO/B₂O₃, SiO/Pb₂O₃, Elektroden 4, 5 und 6.

Pb₃O₄/B₂Ög, SiCVB₂O₃,' SiO/PbO bzw. SiO(Pb₃O₄ Die gemäß der Erfindung hergestellten Schutzführt ein Molekülverhältnis von 1:1 bis 1: 5 in den schichten besitzen, im Gegensatz zu einer durch auf die Halbleiteroberfläche auftreffenden Dämpfen 45 direktes Aufdampfen von SiO₂ hergestellten Schutzerfahrungsgemäß zu einem guthaftenden glasartigen schicht, keine Risse und sind daher nicht hygrosko-Überzug. Die Schichtdicke der Schutzüberzüge soll pisch. Trotz der niedrigen Bildungstemperatur hat mindestens 0,5 μ und maximal 50 μ betragen. Eine die Schutzschicht gemäß der Erfindung keinerlei Schichtdicke von 50 μ wird bei einem Gesamtdruck Durchlässigkeit für Wasserdampf und Feuchtigkeit, von 10~⁵ Torr im Bedampfungsgefäß bei etwa 1 bis 50 Bezüglich Isolationsvermögen und mechanischer 2 Stunden BedampfungSdauer erreicht. Festigkeit steht sie den Schutzschichten aus Quarz

Um die Bildung eines glasartigen Überzuges zu und ähnlichen an sich äußerst resistenten Stoffen

erleichtern, insbesondere auch abzuleiten, empfiehlt nicht nach. Während SiO₂-Schichten, die durch

es sich, intensive rasch aufeinanderfolgende Licht- Oxydation von SiO hergestellt sind, einen un-

blitze oder eine rasch intermittierende Ultraviolett- 55 günstigen Verlustfaktor von größenordnungsmäßig

bestrahlung auf die Halbleiteroberfläche während des einigen Prozent bis zu 20% besitzen, wird der Ver-

Bedampfens anzuwenden. Die Glasbildung wird um lustfaktor bei einer Schutzschicht, die entsprechend

so mehr gefördert, je intensiver die Bestrahlungs- dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt

stärke der Lichtblitze und je höher ihre Frequenz wurde, höchstens einige Prozent, in den meisten Fäl-

ist. Die Bestrahlung ist so zu wählen, daß sie die 60 len sogar unter 1% liegen, was offensichtlich der

Temperatur der Halbleiterkristalle möglichst nicht nichtkristallinen glasartigen Struktur der Schutz-

über 150° C bzw. die dem betreffenden Halbleiter- schicht gemäß der Erfindung zuzuschreiben ist.

bauelement zumutbare Maximaltemperatur erhöht. Pt₊ u

Gute Ergebnisse wurden mit einer Xenon-Hoch- ratentansprucn:

drucklampe erreicht. Die Frequenz der Lichtblitze 65 Verfahren zum Vakuumaufdampfen eines

war bei diesen Versuchen etwa 20 pro Sekunde, ihre feuchtigkeitsfesten isolierenden Überzuges auf

Dauer etwa 10 μβεΰ und ihre Lichtstärke etwa Halbleiterbauelemente, insbesondere auf HaIb-

lO⁸ Lux. Die auftreffende Energie dieser Bestrahlung leiterbauelemente mit pn-übergang, bei dem der

zu überziehende Gegenstand einem Dampfgemisch aus solchen oxydischen Komponenten ausgesetzt wird, daß beim Niederschlagen ein glasartiger, wasserundurchlässiger Überzug entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die höchstens auf 150° C erwärmte Halbleiteroberfläche einem an sich bekannten dampfförmigen Gemisch aus SiO und/oder B₂O₃ und/oder einem Bleioxyd und gleichzeitig der Wirkung einer rasch intermittierenden Licht- oder UV-Bestrahlung ausgesetzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 709 503, 787 183.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 520/348 3.67 ® Bundesdruckerei Berlin