DE1464602B2

DE1464602B2 - Process for the surface treatment of semiconductor devices

Info

Publication number: DE1464602B2
Application number: DE19631464602
Authority: DE
Inventors: Hiromu Dipl.-Ing. Yokohama; Sekiya Tsuneto Dipl.-Ing. Kawasaki; Haruki (Japan)
Original assignee: Fuji Denki Seizo K.K., Tokio
Priority date: 1962-11-30
Filing date: 1963-11-23
Publication date: 1970-11-26
Also published as: DE1464602A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiteranordnungen mit pn-Übergängen, insbesondere auf der Basis eines Halbleiterkörpers aus Germanium oder Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. bzw. der II. und VI. Gruppe des Periodensystems. Bei derartigen Halbleiteranordnungen ergeben sich häufig Schwierigkeiten in der Erhaltung der Stabilität der Gleichrichtereigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Erhaltung der Stromspannungskennlinie. Es zeigt sich nämlich, daß entweder nach Wärmebehandlungen oder als Folge von thermischen Beanspruchungen während des Betriebs die Stromspannungskennlinie in Sperrichtung, welche die Halbleiteranordnung vor der Wärmeeinwirkung besaß, eine Veränderung erfährt, in der Weise, daß der Sperrspannungswert infolge der Oberflächenveränderungen des Halbleiterkörpers absinkt. Es ist bereits bekannt, diese Nachteile dadurch zu beseitigen, daß auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers ein Lack eingebrannt wird, der einen Zusatz enthält, der elektropositiv oder elektronegativ wirksam ist und außerdem einen derart niedrigen Dampfdruck hat, daß er bei den in Frage kommenden Behandlungstemperaturen in der Lacksubstanz suspendiert und an der Halbleiteroberfläche adsorbiert bleibt. Bei Halbleiteranordnungen, bei denen eine große Festigkeit gegen die Durchbruchspannung, wie bei einem Gleichrichter für Hochspannung, gefordert ist, ist der Zusatzstoff zweckmäßig für ein Halbleiterelement aus einem hochohmigen Grundkörper mit p-Leitungstyp elektropositiv und für ein Halbleiterbauelement mit einem hochohmigen Grundkörper vom p-Leitungstyp elektronegativ wirksam.The invention relates to a method for the surface treatment of semiconductor devices with pn junctions, in particular based on a semiconductor body made of germanium or silicon or an intermetallic compound of elements of III. and V. or II. and VI. Group of the periodic table. In such semiconductor arrangements there are often difficulties in maintaining the Stability of the rectifier properties, especially with regard to maintaining the current-voltage characteristic. It turns out that either after heat treatments or as a result of thermal stresses during operation, the current-voltage characteristic in the reverse direction, which the semiconductor device possessed before the action of heat, undergoes a change in such a way that the blocking voltage value decreases as a result of the changes in the surface of the semiconductor body. It is already known this To eliminate disadvantages in that a varnish is baked onto the surface of the semiconductor body that contains an additive that is electropositive or electronegative and also such low vapor pressure that it has at the treatment temperatures in question in the lacquer substance remains suspended and adsorbed on the semiconductor surface. In semiconductor arrangements, at which have great resistance to the breakdown voltage, such as a rectifier for high voltage, is required, the additive is useful for a semiconductor element made of a high-resistance base body with p-conductivity type electropositive and for a semiconductor component with a high-resistance base body of the p-type of conduction electronegatively effective.

Die Erfindung ist hauptsächlich bei solchen Halbleiteranordnungen anwendbar, welche einen Halbleiterkörper vom n-Leitungstyp als Grundkörper besitzen. The invention is mainly applicable to those semiconductor arrangements which have a semiconductor body have the n-conduction type as a base body.

Es ist bekannt, daß die Veränderung der Stromspannungskennlinie in Sperrichtung während der Fertigung der Halbleiteranordnungen oder nach längerem Betrieb meistens auf die Wirkung von Wassermolekülen zurückzuführen ist, die an der Oberfläche des Halbleiterkörpers adsorbiert sind. Das kann damit erklärt werden, daß die adsorbierten Wassermoleküle elektropositiv so wirksam werden, daß sie das Potential der Oberfläche des Halbleiterkörpers verändern und damit Kanäle an dieser Oberfläche ausbilden oder die Oberflächendurchbruchspannung verändern. Besonders bei einem Halbleiterbauelement auf der Basis eines Halbleiterkörpers vom n-Leitungstyp ergibt sich eine deutliche Herabsetzung der Oberflächendurchbruchspannung als Folge der Adsorption von Wassermolekülen, wodurch auch eine Verminderung der Ausbeute im Fertigungsgang und eine Herabsetzung der Lebensdauer der Halbleiterbauelemente verursacht wird.It is known that the change in the voltage characteristic curve in the reverse direction during the Manufacture of semiconductor arrangements or after long periods of operation mostly on the effect of water molecules is due, which are adsorbed on the surface of the semiconductor body. That can with it explained that the adsorbed water molecules are so electropositive that they increase the potential change the surface of the semiconductor body and thus form channels on this surface or change the surface breakdown voltage. Especially with a semiconductor component based on a semiconductor body of the n-conductivity type results in a significant reduction in the surface breakdown voltage as a result of the adsorption of water molecules, thereby also reducing the yield in the production process and a reduction in the service life of the semiconductor components will.

Es ergibt sich somit die allgemeine Lehre für das Wesen der Erfindung, daß dem Lack am zweckmäßigsten ein solcher Zusatzstoff zugesetzt wird, der beim Vorhandensein von Wassermolekülen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers verhindert, daß diese an der Oberfläche des Halbleiterkörpers adsorbiert werden und elektropositiv wirksam werden, oder daß der Zusatzstoff durch Reaktion mit den Wassermolekülen elektronegativ wirksam wird.It thus results in the general teaching for the essence of the invention that the paint is most appropriate such an additive is added, which in the presence of water molecules at the Prevents the surface of the semiconductor body from being adsorbed on the surface of the semiconductor body and become electropositive, or that the additive reacts with the water molecules becomes electronegatively effective.

Das eingangs beschriebene, bekannte Verfahren benutzt als Zusatz zu einem Lack eine als Alizarin bekanntgewordene Verbindung. Bei der Benutzung von Alizarin war man von dem Gedanken ausgegangen, ein dem Wasser in elektrischer Hinsicht ähnlich wirkendes Material auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufzubringen, das jedoch bei der Betriebstemperatur eines solchen Halbleiterbauelementes nicht wie Wasser flüchtig ist, sondern an der Oberfläche des Halbleiterkörper adsorbiert bleibt. Es erwies sich daher als notwendig, vor dem Aufbringen des Alizarins das Wasser durch Erwärmung von der Oberfläche desThe known method described at the beginning uses a lacquer which has become known as alizarin as an additive to a lacquer Link. When using Alizarin one had started from the idea, a material that has an electrical effect similar to water on the surface of the semiconductor body to apply, but not at the operating temperature of such a semiconductor component how water is volatile but remains adsorbed on the surface of the semiconductor body. It therefore turned out to be as necessary, before applying the alizarin, the water by heating from the surface of the

ίο Halbleiterkörpers zu entfernen. Das Alizarin muß dann in einem trockenen Raum auf die Oberfläche der Halbleiterkörper aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist jedoch relativ umständlich.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiteranordnungen mit pn-Übergängen. Es ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers ein Lack, dem eine organische Säure mit einer oder mehreren Carboxylgruppen oder dem ein Anhy-ίο to remove the semiconductor body. The alizarin must then be applied to the surface of the semiconductor body in a dry room. However, this procedure is relatively cumbersome.
The invention relates to a method for the surface treatment of semiconductor arrangements with pn junctions. According to the invention, it is characterized in that a varnish containing an organic acid with one or more carboxyl groups or an anhy-

ao drid einer solchen Säure zugesetzt ist, als Schutzüberzug aufgebracht wird.ao drid is added to such an acid, is applied as a protective coating.

Als Lack kann dabei ein Siliconlack dienen. Als Zusatz werden zweckmäßigerweise folgende Verbindungen verwendet:A silicone varnish can serve as the varnish. The following compounds are expediently used as additives used:

1. Eine organische Säure oder deren Anhydrid mit einem Schmelzpunkt über 150° C auf der Basis eines Benzolkerns, dessen Wasserstoffatome mindestens zu einem Teil durch Carboxylgruppen" substituiert sind. &' 1. An organic acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C based on a benzene nucleus, the hydrogen atoms of which are at least partially substituted by carboxyl groups ". &'

2. Eine organische Säure oder deren Anhydrid auf der Basis eines Benzolkerns, dessen Wasserstoffatome zu einem weiteren Teil durch Oxy- und/ oder Halogen-, Aldehyd-, Hydroxyl-, Amino-, Keton-, Alkyl- und Benzylgruppen substituiert sind. 2. An organic acid or its anhydride based on a benzene nucleus, the hydrogen atoms of which are further substituted by oxy and / or halogen, aldehyde, hydroxyl, amino, ketone, alkyl and benzyl groups.

3. Eine organische Säure oder deren Anhydrid mit einem Schmelzpunkt über 150° C auf der Basis eines Naphthalinkerns.3. An organic acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C on the base of a naphthalene nucleus.

4. Eine organische Säure oder deren Anhydrid mit einem Schmelzpunkt über 150° C auf der Basis eines Anthracenkerns.4. An organic acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C on the base of an anthracene kernel.

5. Eine organische Säure oder deren Anhydrid mit einem Schmelzpunkt über .150 'C auf der Basis5. An organic acid or its anhydride with a melting point above .150 'C on the base

eines Diphenylkerns. /a diphenyl nucleus. /

6. Eine organische Säure oder deren Anhydrid mit einem Schmelzpunkt über 150° C auf der Basis eines Phenanthrenkerns.6. An organic acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C on the base a phenanthrene nucleus.

7. Eine organische Säure oder deren Anhydrid mit7. An organic acid or its anhydride with

einem Schmelzpunkt über 150°C auf der Basis eines Pyridinkerns.a melting point above 150 ° C based on a pyridine core.

8. Eine organische Säure oder deren Anhydrid mit einem Schmelzpunkt über 150° C auf der Basis eines Chinolinkerns.8. An organic acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C on the base a quinoline nucleus.

Untersuchungen, welche an gemäß der Erfindung behandelten Thyristoren mit Halbleiterkörpern aus Silizium vom n-Leitungstyp angestellt wurden, führten zu folgendem Ergebnis:Investigations carried out on thyristors with semiconductor bodies treated according to the invention Silicon of the n-conductivity type were employed, led to the following result:

unter 0,9below 0.9

SperrspannungswertReverse voltage value

(nach Ätzung = 1)(after etching = 1)

I 0,9 bis 1,1 II 0.9 to 1.1 I.

über 1,1over 1.1

Nach Einbrennen des Lacks
Nach FertigungAfter the paint has burned in
After manufacturing

Nach Einbrennen des Lacks
Nach Fertigung 15°/o
18,5%After the paint has burned in
After production 15 ° / o
18.5%

7%
3,5%7%
3.5%

48%
45%
48%
46%48%
45%
48%
46%

37% 36,5%37% 36.5%

45% 50,5%45% 50.5%

(Verteilung des Sperrspannungswertes in %)(Distribution of the reverse voltage value in%)

In dieser Tabelle ist mit A eine Halbleiteranordnung bezeichnet, das mit einem eine organische Säure nicht enthaltenden Siliconharz überzogen ist; mit B ist eine Halbleiteranordnung bezeichnet, welches mit einem Siliconharz überzogen ist, das 20 Gewichtsprozente Pyromellitsäure enthält. Beide Siliconharze sind unter den gleichen Bedingungen eingebrannt.In this table, A denotes a semiconductor device, and that denotes an organic acid containing silicone resin is coated; with B a semiconductor device is referred to, which with a Silicone resin is coated, which contains 20 percent by weight pyromellitic acid. Both silicone resins are under branded under the same conditions.

Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, wird die Sperreigenschaft der Halbleiteranordnung, das mit einem Pyromellitsäure enthaltenden Lack überzogen ist, gleich nach dem Einbrennen des Lackes und auch im Laufe der weiteren Fertigung verbessert. Nachdem beide Arten von Halbleiteranordnungen einer Alterung durch einen ununterbrochenen Betrieb von etwa 100 Stunden Dauer unterworfen worden sind, beträgt die Anzahl der Halbleiteranordnungen mit Vermindertem Sperrspannungswert im FaIIeB nur 3,5%) im Falle A aber 11 %· Wie Versuche zeigten, hat sich der mit einer organischen Säure oder deren Anhydrid versetzte Lack als Schutzüberzug für die Oberfläche von Halbleiterkörpern besonders gut bewährt.As can be seen from the table, the locking property of the semiconductor device equipped with a Pyromellitic acid-containing lacquer is coated immediately after the lacquer has been stoved and also in the Improved in the course of further production. After both types of semiconductor devices an aging have been subjected to uninterrupted operation of about 100 hours the number of semiconductor arrangements with a reduced reverse voltage value in the case only 3.5%) in the Trap A but 11% · As experiments have shown, an organic acid or its anhydride has been added Lacquer has proven particularly effective as a protective coating for the surface of semiconductor bodies.

Claims

Patent claims:

1. Process for the surface treatment of semiconductor arrangements with pn junctions, thereby characterized in that a varnish on the surface of the semiconductor body, the an organic acid with one or more carboxyl groups or the anhydride one such acid is added, is applied as a protective coating.

2. The method according to claim 1, characterized in that on the surface of the semiconductor body a silicone varnish containing an organic acid with one or more carboxyl groups or to which an anhydride of such an acid is added, is applied as a protective coating.

3. The method according to claim 1, characterized in that an organic acid or as an additive whose anhydride with a melting point above 150 ° C based on a benzene nucleus, whose Hydrogen atoms are at least partially substituted by carboxyl groups, is used.

4. The method according to claim 3, characterized in that an organic acid or as an additive its anhydride based on a benzene nucleus, its hydrogen atoms to a further part substituted by oxy and / or halo, aldehyde, hydroxyl, amino, ketone, alkyl and benzyl groups are used.

5. The method according to any one of claims 1 or 3, characterized in that an additive organic acid or its anhydride with a-. Melting point over 150 ° C based on a naphthalene core is used.

6. The method according to any one of claims 1 or 3, characterized in that an organic additive Acid or its anhydride with ^ a Melting point above 150 ° C on the basis of an anthracene core is used. '' <

7. The method according to any one of claims 1 or 3, characterized in that an organic additive Acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C on the basis of a Diphenyl nucleus is used.

8. The method according to any one of claims "1 or 3, 'characterized in that an organic additive Acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C on the basis of a Phenanthrene nucleus is used.

9. The method according to any one of claims 1 or 3, characterized in that an organic additive Acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C on the basis of a Pyridine nucleus is used.

10. The method according to any one of claims 1 or 3, characterized in that as an additive an organic acid or its anhydride with a melting point above 150 ° C based on ' a quinoline nucleus is used. ^