DE1589810C3

DE1589810C3 - Passiviertes Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1589810C3
Application number: DE1589810A
Authority: DE
Inventors: Fordyce Hubbard Schenectady N.Y. Horn (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-03-01
Filing date: 1967-02-25
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE1589810B2; GB1170682A; CA934883A; DE1589810A1; US3597667A; FR1516386A

Description

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Die Erfindung geht aus von einem passivierten Halbleiterbauelement aus Silicium mit einem Halbleiterkörper vorgegebener Leitfähigkeit, einer auf eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers aufgewachsenen, isolierenden Schicht aus Siliciumdioxid und mit ^Γ)Ι> einer auf dieser Schicht aufgebrachten weiteren Passivierungsschicht aus isolierendem Material. Die Erfindung befaßt sich ferner mit einem Verfahren zur Herstellung derartiger Bauelemente.

Passivierte planare Halbleiterbauelemente und eben- ^b(l solche integrierte Halbleiterbauelemente sind für die Halbleiterindustrie besonders wegen ihrer äußerst geringen Größe und ihres geringen Preises von großer Bedeutung. Durch das gleichzeitige Bearbeiten eines einzigen Halbleiterkörpers können tausend oder mehr ^h'' Halbleiterbauelemente geschaffen werden, so daß die Herstellungskosten pro fertiges Halbleiterbauelement beträchtlich verringert werden. Aus diesem Grund ist man bemüht, die Qualität besonders der planaren Halbleiterbauelemente immer mehr zu verbessern, so daß sie auch in Schaltungen verwendet werden können, die hohe Anforderungen an die Betriebsweise stellen.

Planare Halbleiterbauelemente bestehen im allgemeinen aus einem Halbleiterkörper aus z. B. Silicium oder Germanium mit mindestens einer im wesentlichen ebenen Oberfläche, die mit einer Isolierschicht, die ein Metall- oder Halbleiteroxid enthält, überzogen ist. Diese Halbleiterbauelemente können auf der Isolierschicht eine Metallelektrode aufweisen, wie im Falle von Kapazitäten oder Varaktoren, oder können zwischen Zonen mit verschiedener Leitfähigkeit einen Übergang enthalten, wie im Falle von Dioden, den üblichen Transistoren oder Abarten von diesen, wie z. B. Unipolar-Transistoren. Die Isolierschicht besteht im allgemeinen aus einem Oxid von Silicium, weil dieses auf Siliciumkörpern leicht durch Erhitzen des Siliciums in einer Sauerstoffatmosphäre hergestellt werden kann. Außerdem stellt es eine wirksame Diffusionsmaskierung gegenüber gewissen Verunreinigungen dar und ist gut zur elektrischen und chemischen Isolierung der Oberfläche geeignet.

Planare Halbleiterbauelemente mit derartigen Oxidschichten bringen jedoch andere Schwierigkeiten mit sich, die die Qualität der erreichbaren Kennlinien begrenzen, die ferner eine große Sorgfalt bei der Behandlung der Halbleiterbauelemente erfordern und die schließlich die Kosten wesentlich erhöhen. Ein Beispiel hierfür ist, daß die planaren Halbleiterbauelemente bei hohen Temperaturen trotz der vermuteten Isoliereigenschaften der Oxidschicht auf Grund der Verunreinigung durch verschiedene Stoffe, wie Aluminium, Alkalimetalle und Wasserdampf, instabil sind. Außerdem hat sich herausgestellt, daß beim Anlegen einer positiven Spannung an eine Aluminiumelektrode eines mit einer Oxidschicht überzogenen Halbleiterbauelements das Oxid zerstört wird, was möglicherweise auf die Reduktion von S1O2 zu SiO durch das Aluminium zurückzuführen ist. Die Folge hiervon sind Kurzschlüsse. Schließlich werden die Durchbruchspannungen derartiger Halbleiterbauelemente erniedrigt, da Siliciumdioxid wegen seiner geringen dielektrischen Festigkeit relativ wenig isoliert.

Um die Nachteile der einfachen Isolier- und Passivierungsschicht aus einem Oxid des Siliciums zu vermeiden, ist es bekannt, passivierte Halbleiterbauelemente mit einer weiteren Passivierungsschicht aus einem isolierenden Material zu versehen, so daß sie in der eingangs erwähnten Art ausgebildet sind. Nach dem IBM Journal, Band 8, Heft 4 (September 1964), Seiten 376 bis 384 sind bereits Halbleiterbauelemente der eingangs erwähnten Art bekannt, bei denen die Isolierschicht ein bei der Emitterdiffusion oder Getterung mit P2O5 sich auf dem Siliciumdioxid bildendes Phosphorsilicatglas enthält. Bei der Bildung des Glases wird ein Teil des Siliciumdioxids verbraucht, so daß die Bemessung schwierig ist.

Es ist auch aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Mai 1961, S. 30, bekannt, eine Glasschicht auf andere Weise auf die Dioxidschicht aufzubringen. Trotzdem tritt im Lauf der Zeit oder bei hohen Temperaturen eine chemische Reaktion mit dem Dioxid auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein passiviertes Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem die auf der Isolierschicht aus einem Dioxid des Siliciums aufge-

brachte Stabilisierungsschicht das Dioxid nicht angreift und die Instabilitäten vermeidet, die durch Verunreinigungen durch Ionenwanderung oder durch Polarisationserscheinungen verursacht sind.

Ausgehend von einem passivierten Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die weitere Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid besteht.

Ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterbauelements ist dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumnitridschicht auf der Oxidschicht abgeschieden wird, indem der Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise bei einer Temperatur von etwa 1000⁰C einer Atmosphäre von Silan und Ammoniak ausgesetzt wird.

Die auf der Schicht aus Siliciumdioxid aufgebrachte weitere Isolierschicht aus Siliciumnitrid bildet eine ausgezeichnete Sperre für die Verunreinigungen, die die Eigenschaften der Oxidschicht verschlechtern könnten. Sie ist für diese Verunreinigungen im wesentlichen undurchlässig. Die weitere Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid ist ferner auch hitzebeständig. Halbleiterbauelemente, die mit diesen beiden Isolierschichten versehen sind, weisen deshalb erheblich bessere elektrische Eigenschaften auf. Beispielsweise hat ein Feldeffekttransistor, bei dem die zusätzliche Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid verwendet wird, eine Drift von weniger als 1 Volt, wenn er für 10 Stunden auf 300°C gehalten wird. Entsprechend werden durch die weitere Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid die Oberflächen-Kriechströme und die Durchbruchsspannung der Kollektorübergänge von Planartransistoren verbessert, und zwar nicht wegen erhöhter dielektrischer Durchschlagfestigkeit — da der Durchbruch nicht im Siliciumnitrid, sondern an der Oberfläche des Siliciumhalbleiterkörpers erfolgt —, sondern weil durch die Eigenschaft des Siliciumnitrids als Schutz gegen Verunreinigungen die Reinheit der Oxidschicht aufrechterhaltenwird.

In dem ersten Zusatz Nr. 85 677 zur französischen Patentschrift 13 82 625 ist zwar schon die Verwendung von Siliciumnitrid zum Passivieren von PN-Übergängen von Halbleiterkörpern beschrieben, jedoch befindet sich in diesem Zusatz kein Hinweis darauf, daß Siliciumnitrid als Schutz für Schichten aus einem Oxid von Silicium verwendet werden kann.

Aus der Zeitschrift Electronics, Band 39, Nr. 1 (10. Januar 1966), Seiten 156 bis 164 ist es ferner in erster Linie bekannt, daß eine Isolier- bzw. Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid bessere Eigenschaften haben soll, als eine Isolier- bzw. Passivierungsschicht aus Siliciumoxid (s. Seite 156, linke Spalte, Abs. 2 sowie Text zu dem Bild auf dieser Seite). Auch durch den Hinweis auf Seite 158, Abs. 2, daß die Nitridschicht allein oder in Verbindung mit einer niedergeschlagenen Oxidschicht eine gute Isolation bildet, kann die zur Lösung der dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegenden speziellen Aufgabe vorgesehene Siliciumnitridschicht auf einer Schicht aus Siliciumdioxid nicht vorwegnehmen oder nahelegen, da nach der Erfindung die Siliciumnitridschicht zur Stabilisierung der Isolierungsschicht aus Siliciumdioxid verwendet wird.

Das S13N4 auf Silicium stellt eine gute Ionensperre dar und kann auch als Arbeitsmaterial zur Bildung der Halbleiterbauelemente benutzt werden. Jedoch treten an der Grenzschicht Nitrid-Silicium Polarisationswirkungen auf, die durch Ladungswanderungen in und aus der Nitridschicht verursacht sind und die unkontrollierbare Oberflächeneigenschaften mit sich bringen. Außerdem hat das Siliciumnitrid eine große feste positive Ladung, die Ströme hervorruft, die die Grenzschicht durchqueren.

Die Erfindung benutzt das Siliciumdioxyd, um einwandfreie elektrische Oberflächeneigenschaften auf der Siliciumoberflächen zu gewährleisten, um Polarisationen zu vermeiden. Das Siliciumdioxyd hat weniger positive Ladungsträger. Das Siliciumnitrid ergibt einen

ίο guten Schutz für das Siliciumdioxyd und verhindert Ionendrift und das Eintreten von Verunreinigungen.

Die isolierenden Schichten dienen zum Passivieren der darunterliegenden Teile, z. B. der Zonen mit verschiedener Leitfähigkeit oder der zwischen diesen liegenden Übergänge. Die Dicke der Oxidschicht kann hierbei zwischen 0,1 und 1 μπι und die Dicke der Siliciumnitridschicht zwischen 50 und 500 Ä liegen. Bei anderen Ausführungsbeispielen, bei denen eine metallische Elektrode auf der Siliciumnitridschicht vorgesehen ist und zwischen ihr und dem unter der Schicht liegenden Halbleiterkörper eine Spannung angelegt

wird, kann die Oxidschicht 100 bis 3000Ä und die Nitridschicht 50 bis 500 Ä dick sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 bis 4 Schnitte durch verschiedene Ausführungsformen eines Halbleiterbauelements nach der Erfindung. ·

JO Die Fig. 1 zeigt einen Transistor 1, der einen Siliciumkörper 2 mit drei Zonen verschiedener Leitfähigkeit enthält. Hier und im folgenden bedeutet der Ausdruck »verschiedene Leitfähigkeit« einen Unterschied im Wert der Leitfähigkeit und/oder einen

J5 Unterschied im Leitungstyp. Beim Transistor nach der Fig. 1 kann beispielsweise mit 3 eine mit Phosphor dotierte N-leitende Zone (Kollektor), mit 4 eine mit Bor dotierte P-leitende Zone (Basis) und mit 5 eine mit Phosphor dotierte N-leitende Zone (Emitter) bezeichnet sein.

Bei den üblichen Verfahren werden derartige Halbleiterbauelemente dadurch hergestellt, daß ein mit Phosphor dotierter Halbleiterkörper 2 auf einer ebenen Oberfläche 6 mit einer Oxidschicht versehen, dann Bor durch eine öffnung in der Oxidschicht eindiffundiert, dann die öffnung erneut oxidiert und schließlich durch eine andere öffnung mit geringerem Durchmesser innerhalb des Bereichs der ersten öffnung Phosphor eindiffundiert wird.

Nach der Herstellung einer oder mehrerer Siliciumdioxidschichten wird bei dem Ausführungsbeispiel eine Siliciumnitridschicht (SbN₄) aufgebracht, wobei die Zahl der Nitridschichten von den an das spezielle Bauelement gestellten Anforderungen abhängt. Handelt es sich um einen Transistor, dann kann es ausreichen, auf der ersten Oxidschicht eine Siliciumnitridschicht vorzusehen, die den Kollektor-Basis-Übergang, wo er an die Oberfläche tritt, abdeckt. Da dieser Übergang zwischen zwei schwach dotierten Zonen liegt, besitzt er eine nur

w) geringe Durchbruchspannungsfestigkeit. Die Siliciumnitridschicht erhöht die Durchbruchspannung um das Zwei- oder Mehrfache. Eine einzige Siliciumnitridschicht reicht aus, wenn die in späteren Herstellungsstufen erzeugten Oxidschichten für den beabsichtigten

^h*> Zweck für ausreichende Stabilität sorgen. Bei anderen Halbleiterbauelementen kann es erwünscht sein, auf mehreren oder allen Oxidschichten oder auch nur auf der letzten Oxidschicht eine Siliciumnitridschicht

anzubringen.

Bei dem Transistor nach der F i g. 1 ist zum leichteren Verständnis die Siliciumnitridschicht nur auf der ersten Oxidschicht aufgetragen. Eine Oxidschicht 7 ist mit einer Siliciumnitridschicht 8 bedeckt, und im mittleren Bereich des Halbleiterbauelementes sind diese Schichten auf fotolithografischem Wege entfernt, damit eine Verunreinigung eindiffundiert werden kann, die die Zone 4 und den Übergang 9 bildet. Entweder beim oder nach dem Diffusionsprozeß wird eine weitere Oxid- to schicht 10 im Silicium erzeugt, in der wieder auf fotolithografischem Wege eine öffnung ausgebildet wird. Durch Eindiffusion einer entsprechenden Verunreinigung erhält man dann die Zone 5 und den Übergang 11. Gleichzeitig mit dem oder auch nach dem Diffusionsprozeß kann eine weitere Oxidschicht 12 auf der Zone 5 ausgebildet werden. Schließlich werden Löcher in den verschiedenen Schichten ausgebildet und durch Aufdampfen eines Metalls, z. B. Aluminium, werden Elektroden 13 und 14 in den Löchern und auf weiteren Teilen der Oberfläche angebracht, um Bereiche 16,17 zu schaffen, an denen Drahtzuleitungen befestigt werden können.

Die Durchbruchsspannung und die Oberflächenkriechströme des Kollektor-Basis-Übergangs, der einen Siliciumnitridüberzug aufweist, sind gegenüber den Werten bei ähnlichen Übergängen, die mit einer Oxidschicht und einer Phosphorsilikatglasschicht überzogen sind, verbessert.

Das Siliciumnitrid verhindert das Eindringen von Verunreinigungen wie beispielsweise Alkalimetallionen oder Wasserdampf, die bisher für einen wesentlichen Teil der bei bekannten Vorrichtungen gefundenen Instabilitäten verantwortlich gemacht werden. Die Alkalimetallionen können beispielsweise während des Aufdampfens oder der Kontakt-Metallisierung der Elektroden in die Oxidschicht eingeführt werden. Diese Ionen driften dann durch die Oxidschicht, wodurch sich Feldverschiebungen ergeben, die die Betriebseigenschaften des Halbleiterbauelementes verändern. Wasserdampf dagegen kann aus der Atmosphäre in die Oxidschicht eintreten, selbst wenn sie ein Glas enthält und hat ebenfalls auf die Oxidschicht und die Kennlinien einen schädlichen Einfluß. Bei dem Halbleiterbauelement nach der Erfindung werden die Instabilitäten, die beim Betrieb der bekannten, mit Glas-Oxidschichten bedeckten Halbleiterbauelementen auftreten, durch die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einem Siliciumnitridüberzug vermieden.

In den unterhalb der Aluminiumelektroden liegenden Abschnitten der Oxidschicht, die z. B. unterhalb der Bereiche 16 und 17, die in der Fig. 1 als Teile der Elektroden 13 und 14 gezeigt sind, liegen, bilden sich leicht Strompfade durch die Oxidschicht aus, wenn diese Abschnitte genügend lange positiv vorgespannt sind. Bei mit Siliciumnitridschichten versehenen Halbleiterbauelementen wird dieser Effekt nicht beobachtet, da die Bereiche 16 und 17 auf Siliciumnitrid und nicht auf dem Oxid gebildet werden. Außerdem sind die Durchbruchspannungen der mit Nitridschichten verse- w) henen Halbleiterbauelemente größer, was offenbar auf die höhere dielektrische Festigkeit des Siliciumnitrids im Vergleich zu den üblichen Glas-Oxid-Isolierschichten zurückzuführen ist.

Das Halbleiterbauelement nach der Fi g. 1 soll nur als es Beispiel dienen. Die hier verwendeten Ausdrücke planar oder nahezu planar oder eben sind für Halbleiterbauelemente und integrierte Halbleiterbauelemente gedacht, die durch Eindiffusion von Verunreinigungen in oder durch epitaktisches Niederschlagen von dünnen Schichten von Verunreinigungen auf einen Halbleiterkörper mit nahezu ebenen bzw. planaren Oberflächen entstehen. Geringe Schwankungen, die durch das epitaktische Niederschlagen oder durch Umwandlung von Teilen der Oberfläche in ein Dioxid oder Entfernen eines Teils der Dioxidschicht in ausgewählten Bereichen herrühren, verursachen nur Schwankungen von einigen μΐη in einem Halbleiterbauelement mit einer Breite von 1 oder 2 mm und einer Dicke von '/2 mm, so daß sie nicht bedeutend sind.

In den speziellen Fällen, bei denen es sich um Halbleiterbauelemente mit PN-Übergängen handelt, bei denen die Übergänge und die Zonen verschiedener Leitfähigkeit an die planare Oberfläche des Halbleiterkörpers treten, ist die verwendete Dioxidschicht relativ dick und dient als Passivierungsschicht. Unter Passivierung versteht man dabei die elektrische Isolierung gegenüber den darüberliegenden Elektroden, die chemische Isolierung des Halbleiterkörpers gegenüber atmosphärischen Verunreinigungen und das Verhindern von Durchbrüchen auf Grund der Bildung von Strompfaden im Bereich der Übergänge im darauf liegenden Material. Bei derartigen Halbleiterbauelementen wird vorzugsweise eine Dioxidschicht von 0,1 bis 1 μΐη Dicke verwendet, obwohl in Spezialfällen auch Schichten mit anderen Dicken möglich sind. Die Siliciumnitridschicht braucht dagegen nur einige hundert Angström dick sein, wenn man die oben beschriebenen Vorteile erzielen möchte. Im allgemeinen sollte die Siliciumnitridschicht eine Dicke von 50 bis 500 Ä aufweisen. Dickere Schichten sind ebenfalls möglich.

In der F i g. 2 ist ein Transistor gezeigt, bei dem während der einzelnen Herstellungsstufen des Halbleiterbauelementes jede Oxidschicht mit einer Nitridschicht überzogen wird, während ansonsten der Transistor ähnlich dem nach der Fig. 1 ist. Die zusätzlichen Siliciumnitridschichten 18 und 19 werden auf den Oxidschichten 10 und 12 ausgebildet, indem nach der Herstellung jeder Oxidschicht und vor dem Einätzen einer öffnung durch die entsprechende Oxidschicht für den nächsten Diffusionsschritt Siliciumnitrid auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers niedergeschlagen wird.

Die erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente weisen die Vorteile der bekannten, lediglich mit Oxiden und Glas beschichteten planaren Halbleiterbauelemente auf, vermeiden aber ihre Nachteile. Die bekannten, mit Oxidschichten versehenen Halbleiterbauelemente sind beispielsweise deswegen vorzuziehen, weil die Grenzfläche Halbleiter-Oxid im Halbleitermaterial ein gegebenes Oberflächenpotential aufrechterhält, wohingegen andere Isolatoren Leckströme oder eine Drift des Oberflächenpotentials zulassen. In manchen Fällen sorgt das Oxid während der Eindiffusion oder des Einbringens der Verunreinigungen für eine bessere Maskierung als Schichten aus anderem Material.

Für eine gute Passivierung ist eine dicke Oxidschicht vorteilhaft

Das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Halbleiterbauelemente umfaßt das Oxidieren eines Halbleiterkörpers, das Herstellen von Masken und das fotolithografische Ätzen zur Herstellung von öffnungen in den Masken und schließlich das Einführen der erwünschten Verunreinigungea Das Einführen von Verunreinigungen kann durch direkte Diffusion oder

durch vorheriges Abscheiden und anschließende Diffusion erfolgen. Zum Aufbringen der Siliciumnitridschicht nach dem Aufwachsen der Dioxidschicht kann irgendein geeignetes System zum Niederschlagen von Siliciumnitrid verwendet werden. Beispielsweise verwendet man einen Ofen, in dem eine SiHU- und Ammoniak-Atmosphäre herrscht. Wenn man den Halbleiterkörper etwa 1 Minute lang in einer solchen Atmosphäre auf einer Temperatur von etwa 1000°C hält, dann werden etwa 300 A dicke Siliciumnitridschichten erzeugt.

Die zum Ätzen des Oxids verwendeten Ätzmittel können auch zum Ätzen von Siliciumnitrid verwendet werden, obgleich die Ätzzeiten etwas länger sind. In eine lOOOOÄ dicke Oxidschicht kann mit einer HF-Lösung innerhalb von 1 Minute eine geeignete öffnung geätzt werden, während man zum Ätzen einer 300 Ä dicken Siliciumnitridschicht mit der gleichen Lösung etwa 2 Minuten benötigt.

In der Fig.3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ein Kondensator gezeigt, der z. B. als Varactor verwendet werden kann. Er enthält einen Halbleiterkörper 20 und eine Metallschicht 21, die durch Isoliermaterial voneinander getrennt sind. Gemäß der Erfindung ist die übliche Dioxidschicht 22 mit einer Siliciumnitridschicht 23 überzogen. Bei Kondensatoren oder ähnlichen Schaltungselementen, bei denen an der Isolierschicht eine Spannung liegt, ist die Dicke der Oxidschicht wesentlich kleiner als die Dicke einer für Passivierungszwecke bei Halbleiterbauelementen mit PN-Übergängen verwendeten Oxidschicht. Die Dicke liegt nur in der Größenordnung von einigen hundert bis tausend Angström im Vergleich zu einigen tausend Angström bei Passivierungsschichten.

Bei den bekannten Halbleiterbauelementen wird eine stabile Betriebsweise besonders durch die Verunreinigung der Oxide durch Ionen und anschließendes Driften der Ionen verhindert, insbesondere wenn es sich um dünne Oxidschichten handelt, da die Betriebsweise dieser Halbleiterbauelemente von der Spannung an der Oxidschicht abhängt. Die durch die Ionen hervorgerufenen Schwierigkeiten werden noch dadurch erhöht, daß die Metallelektroden relativ großflächig sind und damit die Zahl der Ionen, die in die Oxidschicht eintreten können, ebenfalls erhöht ist. Außerdem wird die Zerstörung von Siliciumdioxid in Gegenwart von Metallen, z. B. Aluminium, und das daraus folgende Entstehen von Kurzschlüssen durch die Oxidschicht hindurch bei Verwendung großflächiger Elektroden und geringer Dicken für die Oxidschicht vergrößert. Diese Schwierigkeiten sind auch bei einer Glas-Oxidschicht vorhanden und können sogar noch dadurch verschärft werden, daß das Glas Wasser absorbiert und die Reaktion des Aluminiums mit dem Oxid fördert.

Die bestehenden Schwierigkeiten werden durch die Verwendung einer Siliciumnitridschicht auf dem Oxid überwunden, und man erhält Halbleiterbauelemente, die stabiler sind und weniger leicht als die bekannten Halbleiterbauelemente zerstört werden. Alkalimetallionen, die während des Aufdampfens der Elektroden zugegen sind, können die Siliciumnitridschicht nicht durchdringen und können daher die Betriebseigenschaften der Halbleiterbauelemente nicht verändern. Das Aluminium der Elektroden kann außerdem nicht mit dem Oxid chemisch reagieren, weil es von ihm getrennt ist, so daß Kurzschlüsse durch die Oxidschicht nicht möglich sind. Schließlich können die Halbleiterbauelemente mit aufgebrachten Siliciumnitridschichten ohne zusätzlichen Aufwand an Gewicht, Größe und Kosten für die Einkapselung betrieben werden, da die Verunreinigungen in der umgebenden Atmosphäre, z. B. Wasserdampf, die Siliciumnitridschichl nicht durchdringen können, während sie die bekannten Oxidschichten zerstören. Obwohl die bisherigen Schwierigkeiten also mit Hilfe der Siliciumnitridschichten überwunden werden können, bleiben die von den Halbleiterbauelementen mit Dioxidschichten her bekannten Vorteile erhalten, die z. B. in den sauberen Grenzflächen, in der verbesserten Maskierung gegenüber einigen Verunreinigungen und in der verbesserten Steuerungsmöglichkeit der Diffusionsvorgänge bestehen.

In der Fig.4 ist ein Unipolar-Transistor gezeigt, der aus einem Siliciumkörper 24 vorgewählter Leitfähigkeit besteht, in den zwei getrennte Zonen 25 und 26 von entgegengesetztem Leitungstyp eingelassen sind. Die planare Oberfläche 27 des Halbleiterkörpers ist in bekannter Weise mit einer Dioxidschicht 28 überzogen, die nach der Erfindung mit einer Siliciumnitridschicht 29 bedeckt ist. Eine Steuerelektrode 30 aus Aluminium und Elektroden 31 an den verschiedenen Zonen vervollständigen das Halbleiterbauelement. Die Dioxidschicht 28 ist außer in dem Mittelabschnitt zwischen den beiden Zonen 25, 26 von entgegengesetztem Leitungstyp relativ dick und dient zur Passivierung. Gemäß der üblichen Betriebsweise derartiger Halbleiterbauelemente wird im mittleren Bereich ein Feld an die Oxidschicht gelegt', durch das der Stromkanal zwischen den beiden Zonen hinsichtlich seiner Weite und dadurch auch hinsichtlich der Stromdichte gesteuert wird. Die Oxidschicht besitzt bei derartigen Halbleiterbauelementen üblicherweise eine Dicke von einigen hundert bis mehr als tausend Angström.

Die Dioxidschicht ist mit einer einige hundert Angström dicken Siliciumnitridschicht überzogen, die im Bereich, wo die Oxidschicht relativ dick ist, genauso wie bei den Halbleiterbauelementen nach den Fig. 1 und 2 zur Verbesserung der Passivierung dient. Im mittleren Bereich oberhalb des Stromkanals, wo die Oxidschicht relativ dünn ist, wirkt die Siliciumnitridschicht etwa so wie bei einem Halbleiterbauelement nach der F i g. 3, d. h, sie isoliert die Dioxidschicht von der Aluminiumelektrode 30, verhindert das Eindringen von Ionen, die beim Anlegen eines Feldes stören könnten, und erhöht die Durchbruchspannung der Isolationsschicht.

Versuche mit diesen Halbleiterbauelementen haben ergeben, daß die Siliciumnitridschicht auf der Oxidschicht im Bereich oberhalb des Stromkanals vorzugsweise dünner als die Oxidschicht sein kann. Die Erfindung führt dann wiederum auf ein Halbleiterbauelement, welches die Vorteile der bekannten Oxidschicht besitzt und bei dem außerdem die beschriebenen Schwierigkeiten nicht auftreten.

Bei Halbleiterbauelementen wie z. B. Unipolar-Transistoren, bei denen Teile von Halbleiterbauelementen mit PN-Übergängen mit Teilen von Halbleiterbauelementen in Form von Kondensatoren kombiniert sind, ist die zusätzliche Siliciumnitridschicht besonders vorteilhaft. Die Oxidschicht muß relativ dünn sein, damit das angelegte Feld die erwünschte Wirkung hat. Wegen der geringen Dicke der Oxidschicht könnten Spannungsdurchbrüche auftreten. Die höhere dielektrische Festigkeit der Siliciumnitridschicht erhöht die Durchbruchspannung, ohne daß die Dicke der Schicht wesentlich vergrößert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 809 621/16

Claims

Patentansprüche:

1. Passiviertes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus Silicium vorgegebener Leitfä- ^r> higkeit, einer auf eine Oberflächenseite des Halbleiterkörpers aufgewachsenen, isolierenden Passivierungsschicht aus Siliciumdioxid und mit einer auf dieser Schicht aufgebrachten weiteren Passivierungsschicht aus isolierendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Passivierungsschicht (8, 18, 19; 23; 29) aus Siliciumnitrid besteht.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht dicker als die Siliciumnitridschicht ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht mindestens 1000 Ä und die Siliciumnitridschicht etwa 50 bis 500 Ä dick ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden Passivierungsschichten (22, 23; 28, 29) eine der Anlegung einer elektrischen Spannung dienende metallische Schicht (21; 30) aufgebracht ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumnitridschicht auf der Oxidschicht abgeschieden wird, indem der Halbleiterkörper bei einer Temperatur von etwa 1000°C einer Atmo- ^M Sphäre von Silan und Ammoniak ausgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend mindestens eine Öffnung in die Siliciumnitridschicht und die Siliciumoxidschicht geätzt wird, um die aktive Oberfläche des ^V} Halbleiterkörpers freizulegen, eine den Leitungstyp des Halbleiterkörpers modifizierende Aktivatorverunreinigung durch diese öffnungen hindurchdiffundiert wird, um an die Oberfläche angrenzende Bereiche unterschiedlichen Leitungstyps auszubil- ^l() den, und Elektroden durch Aufdampfen eines Metalls in den Öffnungen und auf weiteren Teilen der Oberflächen angebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodenmaterial Aluminium verwendet wird.