DE1100174B

DE1100174B - Method for the protection of semiconductor arrangements with a pn junction

Info

Publication number: DE1100174B
Application number: DES51081A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ernst
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-10-31
Filing date: 1956-10-31
Publication date: 1961-02-23

Description

Verfahren zum Schutz von Halbleiteranordnungen mit pn-Übergang Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Halbleiteranordnungen mit pn-Übergang, insbesondere vonTrockengleichrichtern,bei dem mindestens auf den pn-Übergang eine Schutzschicht aufgebracht wird. Diese Schutzschicht soll dazu dienen, die Halbleiteranordnung .entweder bereits nach ihrer Fertigstellung bei ihrer Lagerung vor dem betriebsmäßigen Einsatz, insbesondere aber dann während des letzteren, z. B. gegen den Einfluß- von Feuchtigkeit zu schützen. Ein solcher Schutz des pn-Überganges gegen äußere Einflüsse spielt auch eine beachtliche Rolle als Maßnahme, die verhindert, daß ein unerwünschter Rückstrom in der Sperrichtung. und Oberflächenstörungen an der pn-Übergangsstelle auftreten. Obwohl das vorliegende Verfahren insbesondere in seiner Anwendung bei Halbleiteranordnungen auf der Basis eines Halbleiters aus Germanium oder Silizium gedacht ist, so kann es auch mit Vorteil gegebenenfalls bei anderen Trockengleichrichteranordnungen, wie z. B. Selentrockengleichrichtern, Anwendung finden.Method for the protection of semiconductor arrangements with pn junction Die The invention relates to a method for protecting semiconductor arrangements with a pn junction, in particular of dry rectifiers, in which at least one Protective layer is applied. This protective layer is intended to serve the semiconductor device .Either after their completion, when they are stored before the operational Use, but especially then during the latter, e.g. B. against the influence to protect from moisture. Such a protection of the pn-junction against external Influences also plays a considerable role as a measure that prevents one unwanted reverse current in the reverse direction. and surface disturbances at the pn junction appear. Although the present method is particularly useful in Semiconductor arrangements based on a semiconductor made of germanium or silicon is intended, it can also be used with advantage if necessary with other dry rectifier arrangements, such as B. selenium dry rectifiers find application.

Im allgemeinen wird an dem pn-Übergang bei Halbleiteranordnungen aus Germanium oder Silizium zunächst ein Ätzverfahren benutzt und anschließend durch einen besonderen Prozeß an diesem ein Schutzüberzug vorgesehen, der z. B. durch eine anodische Oxydation erzeugt werden kann.In general, the pn junction is off in semiconductor devices Germanium or silicon first used an etching process and then through a special process provided on this a protective coating, the z. B. by anodic oxidation can be generated.

ZumSchutz von pn-Übergängen anHalbleiteranordnungen ist es bekanntgeworden, ihre Oberflächen mit einem Lack oder Wachsüberzug oder einem festen Schutz aus Kunststoffen zu versehen oder die Halbleiteranordnung in plastische bzw. polymerisierende Kunststoffmassen einzupressen. Bei Spitzengleichrichtern ist es auch bekanntgeworden, die Kontaktspitze für ihre lagermäßige Festlegung an der Halbleiteroberfläche in isolierende Kunststoffe einzubetten. Diese Schichten haben sich jedoch nicht als befriedigend gegen Einflüsse der Umgebung bzw. Atmosphäre erwiesen.To protect pn junctions on semiconductor arrangements, it has become known their surfaces with a varnish or wax coating or a solid protection made of plastics to provide or the semiconductor device in plastic or polymerizing plastic compounds press in. In tip rectifiers it has also become known, the contact tip for their storage fixation on the semiconductor surface in insulating plastics to embed. However, these layers have not proven to be satisfactory against influences the environment and atmosphere.

Es ist daher weiterhin bekanntgeworden, an der Oberfläche der Halbleiteranordnung längs des scharfen pn-Überganges eine feste Schutzschicht vorzusehen, die elektrisch isoliert und feuchtigkeitsundurchlässig ist, auf der Halbleiteroberfläche durch Adhäsion haftet und aus anorganischem Stoff, vorzugsweise einem Oxyd, wie beispielsweise Quarz, besteht. Diese Schichten, die auch Emaillierungs- oder Glasschichten sein können, sollen dabei z. B. aufgedampft werden. Solche Stoffe, wie Quarz, sind aber verhältnismäßig schwer zu behandeln und bedingen die Anwendung eines Vakuums beim Aufbringen des Stoffes sowie eine relativ hohe Verdampfungstemperatur.It has therefore also become known on the surface of the semiconductor device along the sharp pn junction to provide a solid protective layer that is electrically is insulated and impermeable to moisture, on the semiconductor surface Adhesion adheres and made of inorganic material, preferably an oxide, such as Quartz. These layers, which can also be enameling or glass layers can, z. B. be vaporized. Such substances as quartz, however, are relatively difficult to handle and require the application of a vacuum Application of the substance and a relatively high evaporation temperature.

Es ist ferner bekannt, auf den geätzten Teil der Oberfläche einer Halbleiteranordnung unmittelbar nach dem Ätzvorgang eine Schutzschicht aus einem auf Silikonbasis aufgebauten Stoff aufzubringen, wobei also dieser Stoff wieder lackartigen Charakter hat. Ist nun beispielsweise an der Oberfläche der Halbleiteranordnung, auf welcher eine solche Schutzschicht durch Auftragen eines Stoffes aufgebracht wird, bereits eine nachteilige Feuchtigkeitshaut vorhanden, so würde diese Haut von dem aufgebrachten Schutzüberzug lediglich mit umschlossen werden, also in nachteiliger Weise an der Oberfläche der Halbleiteranordnung und an deren pn-Übergang bestehen bleiben bzw. aufrechterhalten werden.It is also known, on the etched part of the surface of a Immediately after the etching process, a protective layer made of a semiconductor device to apply silicone-based substance, so this substance again has lacquer-like character. Is now, for example, on the surface of the semiconductor device, on which such a protective layer is applied by applying a substance If a detrimental moisture skin is already present, then this skin would are only enclosed by the applied protective coating, so in a disadvantageous way Way exist on the surface of the semiconductor device and at its pn junction remain or be maintained.

Nach dem vorliegenden Verfahren wird nun aus einem etwaigen Vorhandensein einer evtl. Feuchtigkeitshaut an :dem pn-Übergang einer Halbleiteranordnung für die Bildung eines Schutzüberzuges an demselben Nutzen gezogen, indem erfindungsgemäß die Halbleiteranordnung nach ihrer Fertigstellung mindestens an der bzw. den Stellen ihres pn-Überganges der Einwirkung eines einzigen in der flüssigen, vorzugsweise aber in der Gas- oder Dampfphase befindlichen Aryl- oder Alkylhalogensilans ausgesetzt und eine in dieser Weise aufgebrachte Schicht durch ihr Zusammenwirken mit einer Feuchtigkeitshaut an den zu schützenden Oberflächen zur Reaktion für die Bildung einer durch Polymerisation erzeugten festen zusammenhängenden Schicht gebracht wird.According to the present procedure, a possible existence is now made a possible moisture skin: the pn junction of a semiconductor device for the formation of a protective coating on the same benefit drawn by the invention the semiconductor arrangement after its completion at least at the point (s) their pn junction of the action of a single in the liquid, preferably but exposed to aryl or alkyl halosilane in the gas or vapor phase and a layer applied in this way by its interaction with a Moisture skin on the surfaces to be protected to react for the formation a solid coherent layer produced by polymerization is brought.

Durch eine solche Reaktion zwischen diesem Silan und dem Wasser der Feuchtigkeitshaut mit der Folgeerscheinung einer Polymerisation des Silans wird also auf jeden Fall die Wasserhaut mit Sicherheit für den Lauf bzw. durch den Ablauf der Reaktion verbraucht und kann dann keine schädlichen Erscheinungen mehr für den pn-Übergang hervorrufen. Vor dem Aufbringen und Erzeugen der Schutzschickt an den Stellen des pn-Überganges werden die zu schützenden Oberflächen der Halbleiteranordnung zweckmäßig ebenfalls geätzt.By such a reaction between this silane and the water of the Damp skin with the consequence of a polymerisation of the silane So definitely the water skin for the run or through the process the reaction is consumed and can then no more harmful phenomena for the cause pn junction. Before applying and creating the protective layer the surfaces of the semiconductor device to be protected are at the points of the pn junction appropriately also etched.

Um die Überführung insbesondere auch des ' nicht durch Hydrolyse einer Reaktion unterworfenen Silans in einen Polymerisationszustand zu fördern, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Halbleiteranordnung auch noch, nachdem sie an ihrer Oberfläche dem Silan ausgesetzt worden war, über eine gewisse Zeitdauer von z. B. mehreren Stunden in einem Trockenofen einer Temperaturbehandlung ausgesetzt werden.To the transfer in particular also of the 'not by hydrolysis of a To promote reaction-subject silane into a polymerization state, according to a development of the invention, the semiconductor arrangement even after it had been exposed to the silane on its surface for a certain period of time from Z. B. exposed to a temperature treatment in a drying oven for several hours will.

Wird ein Silan in der flüssigen Phase benutzt, so kann dieses auf den Halbleiterkörper aufgestrichen, aufgesprüht oder der Körper in dieses getaucht werden.If a silane is used in the liquid phase, this can lead to the semiconductor body is painted on, sprayed on or the body is dipped into this will.

Bei Benutzung eines Silans in der Gas- oder Dampfphase kann der Halbleiterkörper in den Dampfstrom des Silans gebracht oder in einen mit dem dampfförmigen Silan angefüllten Raum gebracht werden, oder es kann schließlich ein entsprechender Dampfstrom des Silans gegen die zu schützende Oberfläche der Halbleiteranordnung geschickt werden.When using a silane in the gas or vapor phase, the semiconductor body can brought into the vapor stream of the silane or into one with the vaporous silane filled space, or it can finally be a corresponding steam flow of the silane sent against the surface to be protected of the semiconductor device will.

Mit dem Aufbringen des Silans auf die zu schützenden Oberflächen der Halbleiteranordnung setzt an diesen Flächen, und zwar eben offenbar durch das Zusammenwirken des Silans mit der an dem Objekt jeweils meist an sich vorhandenen dünnenFeuchtigkeitshaut, ein Reaktionsprozeß ein, der zu einer Polymerisation des Silans und damit zur Bildung eines Reaktionsproduktes in Form einer Silikonhaut führt.With the application of the silane to the surfaces to be protected Semiconductor arrangement is based on these surfaces, apparently through the interaction of the silane with the thin skin of moisture that is usually present on the object, a reaction process that leads to a polymerisation of the silane and thus to its formation of a reaction product in the form of a silicone skin.

Aus diesen Überlegungen ergibt sich, daß die Bildung der Schutzhaut bestimmt ist durch den Feuchtigkeitsüberzug, mit dem an der Oberfläche des zu schützenden Körpers gerechnet werden kann. Da diese Feuchtigkeitsschicht im allgemeinen sehr dünn ist, so entsteht auch nur .eine sehr dünne Schutzhaut, etwa in der Größenordnung von 10@ cm. Eine solche Silikonschicht bildet einen sehr dichten Schutzüberzug. Sie hat außerdem gleichzeitig die vorteilhafte Eigenschaft, daß sie wasserabstoßend ist. Ein geeigneter Stoff -ist beispielsweise das Monomethyltrichlorsilan, wobei z. B. eine Temperatur des dampfförmigen -Silans von etwa 70° C benutzt werden kann.From these considerations it follows that the formation of the protective skin is determined by the moisture coating with that on the surface of the to be protected Body can be expected. As this layer of moisture is generally very is thin, the result is only a very thin protective skin, roughly on the order of magnitude of 10 @ cm. Such a silicone layer forms a very dense protective coating. It also has the advantageous property that it is water-repellent is. A suitable substance is, for example, monomethyltrichlorosilane, where z. B. a temperature of the vaporous silane of about 70 ° C can be used.

Im Anschluß an die Behandlung eines Gleichrichterelementes mit dem Silan bzw. im Silandampf kann es sich, wie bereits angeführt, weiterhin als zweckmäßig erweisen, das Trockengleichrichter- bzw. Halbleiterelement noch für einen gewissen Zeitraum in einem besonderen Trockenofen unterzubringen, wo es einer geeigneten Temperatur ausgesetzt wird, die bei Selengleichrichtern beispielsweise mit 120° C gewählt werden kann, während bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen auf der Basis des Siliziums sich z. B. Temperaturen von etwa 200° C als zweckmäßig erwiesen haben. Durch diese nachfolgendeTemperaturbehandlung wird .eine sichere Auspolymerisation des gesamten Schutzüberzuges und insbesondere auch erreicht, daß etwa von vorausgehenden Behandlungsprozessen noch anhaftende Dämpfe vertrieben werden.Following the treatment of a rectifier element with the As already mentioned, silane or in silane vapor can still prove to be expedient prove, the dry rectifier or semiconductor element still for a certain To accommodate period in a special drying oven, where there is a suitable Temperature is exposed, which in selenium rectifiers, for example, with 120 ° C can be chosen while in the manufacture of semiconductor devices the base of the silicon z. B. Temperatures of about 200 ° C have been found to be useful to have. This subsequent temperature treatment ensures that polymerisation is safe of the entire protective coating and in particular also achieved that about from previous Vapors still adhering to the treatment processes are expelled.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for protecting semiconductor arrangements with - pn junction, in particular dry rectifiers, in which a protective layer is applied at least to the pn junction, characterized in that the semiconductor arrangement after its completion at least at the point (s) of its pn -Transition exposed to the action of a single in the liquid, but preferably in the gas or vapor phase, aryl or alkylhalosilane and a layer applied in this way through its interaction with a moisture skin on the surfaces to be protected to react for the formation of a through Polymerization produced solid coherent layer is applied.

2. The method according to claim 1, characterized in that the to be protected Etched surfaces of the semiconductor device before applying the protective layer will.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor arrangement, after it was exposed to the silane on its desired surface, still over a period of about several hours in a drying oven of a temperature treatment is exposed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that monomethyltrichlorosilane is used. Publications considered: German Patent applications T 7123 VIII c / 21 g (published on November 3, 1955), S 34551 VIII c / 21 g (published 23 B. 1956).