DE4428524A1

DE4428524A1 - Halbleiterbauelement mit Passivierungsschicht

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; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; EUPEC GmbH; Siemens Corp
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1997-12-04
Also published as: JP3499332B2; CH694002A5; JPH0869997A

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Ausführungsbeispiel

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.

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.

Claims

1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper mit minde stens 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, dadurch gekennzeichnet, daß der amorphe wasserstoffhaltige Kohlenstoff (a-C:H) mit Sauerstoff dotiert ist und daß der Sauerstoffgehalt gewichtsmäßig zwi schen 0,01 und 20% beträgt.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 hat.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht eine Dicke zwischen 0,02 und 3 µm hat.

4. Verfahren zum Herstellen einer Passivierungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht aus einem Hochfrequenz-Niederdruckplasma abgeschieden wird, das in einem Gemisch aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Zusatz von Sauerstoff oder sauer stoffhaltigen Kohlenwasserstoffen oder nur aus sauerstoffhal tigen Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht nach der Abscheidung zwischen 200 und 350°C getempert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erreichen der gewünschten Schichtdicke die Zugabe von Sauer stoff oder der sauerstoffhaltigen Verbindung beendet wird und ohne Zugabe von Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Prozeßgas abgeschieden wird und daß die Abscheidung zuerst aus einer sauerstoffhaltigen, anschließend aus einer sauer stoff-freien Verbindung besteht und daß ein Dickenverhältnis der sauerstoffhaltigen zur sauerstoff-freien Schicht von 0,5 : 99,5 bis 99,5 : 0,5 eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmige, organische, Kohlenstoff und Wasserstoff enthal tende Verbindungen Alkane, Alkene, Alkine oder Arene verwen det werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmige Sauerstoffverbindung Sauerstoffgas oder bei den Prozeßbedingungen sauerstoffhaltige aliphatische oder aroma tische Kohlenwasserstoffe wie Alkohole, Ester, Ether, Aldehy de oder Ketone verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch Hochfrequenz- oder Mikrowellenanregung erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht auf einem Halbleiterkörper abgeschieden wird, dessen Temperatur unter 300°C gehalten wird.