硅半导体器件玻璃钝化工艺.pdf

一种硅半导体器件玻璃钝化工艺，其特征在于：a.将配制钝化玻璃的各种氧化物或相应的氢氧化物或碳酸盐制成颗粒直径≤1μm的超细微粉作为原材料；b.经高温烧结后，将已成的钝化玻璃重新制成颗粒直径≤1μm的超细微粉作为钝化器件的玻璃粉；c.在玻璃钝化热成型时采用低真空10－10－1Pa加热处理。采用本发明的工艺可以制取均匀性好，各种微缺陷基本消除，内应力小，窗孔刻蚀图形边缘完整性好，精度高的玻璃钝化膜，使玻璃钝化器件高温反向漏电流减小，成品率和可靠性均得到提高。

1.  一种硅半导体器件玻璃钝化工艺，其特征在于：
a.将配制钝化玻璃的各种氧化物或相应的氢氧化物或碳酸盐制成颗粒直径≤1μm的超细微粉作为原材料；
b.经高温烧结后，将已成的钝化玻璃重新制成颗粒直径≤1μm的超细微粉作为钝化器件的玻璃粉；
c.在玻璃钝化热成型时采用低真空10-10^-1Pa加热处理。

2.  根据权利要求1所述的硅半导体器件玻璃钝化工艺，其特征是将配制钝化玻璃的各种氧化物或相应的氢氧化物或碳酸盐制成颗粒直径≤100nm的超细微粉作为原材料。

3.  根据权利要求1所述的硅半导体器件玻璃钝化工艺，其特征是经高温烧结后，将已合成的钝化玻璃重新制成颗粒直径≤100nm的超细微粉作为钝化器件的玻璃粉。

硅半导体器件玻璃钝化工艺
技术领域
本发明属于半导体器件表面钝化技术领域，主要应用于硅半导体器件表面钝化。
背景技术
对于高压、大功率或无封装硅半导体器件，为获得高可靠性多倾向于采用玻璃钝化技术，这主要是玻璃钝化有以下独特的功能所决定的：
阻挡作用：玻璃钝化膜与二氧化硅膜相比，结构致密，故有较强的抗水、防潮及阻挡其它杂质离子玷污渗透的性能。
吸除作用：在高温钝化热成型过程中处于融熔状态的玻璃对于沉降于硅表面的金属杂质有较高的亲和力和固溶度，从而能达到充分吸除玷污的作用。
抗辐射作用：由于钝化玻璃结构致密，处于网络填隙状态的阳离子多由多种重金属离子组成，故有较强的抗辐射作用。
厚膜对外电场的缓解作用：玻璃钝化膜的热膨胀系数可以与硅相当匹配，故可以制成厚膜，这样它可以克服由于钝化膜外侧电荷在半导体表面感应相反电荷的影响。
膜内电荷效应：适当选择钝化玻璃的组分及热成型条件，可以使玻璃膜具有正的或负的电荷效应，因此它能够控制半导体表面的电荷状态，有效地提高器件的表面耐压。
钠离子陷阱及压制效应：在玻璃网络形成离子中，有的离子能形成带负电的固定中心，此负电中心能吸引处于填隙状态的带正电的碱金属离子，使之处于受陷状态，同时网络调节离子，由于它的加入，网络间隙将被填充得更加紧密，使游离的碱金属离子的活动空间和迁移受阻滞。
综上所述，玻璃钝化的效果除了取决于构成它的成分以外还取决于其微结构的特性，为了达到以上所述的良好的钝化效果，要求制成钝化膜的微结构应是很完善的，基本无缺陷的和非常均匀的。
但是现有的钝化玻璃的制备方法与一般的玻璃、陶瓷工艺相类似之处是使用常规的颗粒度较大(如Φ3μm～Φ5μm)的各类氧化物或相应的氢氧化物、碳酸盐粉末，经常压高温烧结而成，其原材料的颗粒度及颗粒形状会较大程度地影响原材料的表面活性，从而直接影响到制成品的均匀性、体密度、空隙率，及固相反应的完全程度等。所以用一般的工艺技术制造的钝化玻璃膜，其显微结构包括多种晶相、玻璃相、间隙相、气相(气泡)以及各种杂质、缺陷、微裂纹和所不希望的晶介特征等，因而是一种不完善的结构。联系到上述的玻璃钝化原理与功能，我们不难理解，微结构不完善的或是有缺陷的玻璃钝化膜将直接影响钝化效果及光刻等半导体后道工艺对它的进一步加工。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，采用新的工艺技术制备微结构完善的、基本无缺陷的、均匀性好的钝化玻璃膜，显著地提高钝化保护性能，显著地提高后道工艺对其加工的精度，拓展玻璃钝化器件应用领域。
其技术原理和方法如下：
为达到以上目的，本发明通过对配制钝化玻璃的原材料粉末的颗粒度进行精细的再加工，使其颗粒直径小于1μm(优选≤100nm)；对高温烧结后已合成的钝化玻璃粉末进行再次的精细加工，使其颗粒直径小于1μm(优选≤100nm)。
本发明还通过玻璃钝化热成型时的低真空热处理技术来控制钝化效果，优化其性能。
本发明可以通过以下的技术措施来达到：
a.将配制钝化玻璃的各种氧化物粉末或相应的氢氧化物或碳酸盐制成颗粒直径小于1μm(优选≤100nm)地超细微粉。
b.经过高温烧结后把已合成的钝化玻璃重新粉碎制成颗粒直径小于1μm(优选≤100nm)的超细钝化玻璃微粉。
c.在玻璃钝化热成型时采用10-10^-1Pa低真空热处理。
本发明的优点：
将配制钝化玻璃的原始氧化物或相应的氢氧化物或碳酸盐粉末制成颗粒直径小于1μm(优选≤100nm)的超细微粉；将经过高温烧结后已合成的钝化玻璃重新粉碎制成颗粒直径小于1μm(优选≤100nm)作为钝化玻璃粉。这两次精细的粉末加工工艺过程使材料的表面活性大大提高，使玻璃烧结或器件钝化热成型时固相反应的完全程度和制成品的均匀性大幅度提高。
使用上述技术方法和钝化时低真空热处理技术(使内涵气体在热成型过程通过相应连通的微孔被迫扩散逸出)相结合的综合结果使钝化玻璃膜的间隙相、气相、微缺陷，以及所不希望的晶介缺陷等基本消除，使钝化膜的完整性大大提高。
以上工艺技术的使用使玻璃钝化热成型的温度大幅度下降，降幅可达80℃-150℃，相对降低了高温下的沾污等不良影响。
以上的最终效果使玻璃钝化膜的质量显著提高。玻璃膜均匀性好，各种微缺陷基本消失，内应力减少，后道光刻工艺刻蚀图形边缘完整性好、精度高，器件高温反向漏电流减小，器件的成品率和可靠性均得到提升。
具体实施方式
实施例1：硅开关二极管玻璃钝化工艺
芯片尺寸：台面高度      30μm-35μm
          台面直径      Φ45μm-Φ50μm
          相邻管芯间距  300μm
          P⁺N^-结深    5μm-5.5μm
          N^-层厚度     24μm-25μm
          N^-N^-结深    100μm-120μm
玻璃粉颗粒度≤1μm，优选≤100nm
工艺步骤：
1.将腐蚀好台面的硅器件芯片进行严格的化学清洗并烘干。
2.采用刮涂法，将配制好的超细玻璃微粉(颗粒直径≤1μm，优选≤100nm)均匀涂敷于硅器件表面。
3.在红外灯下烘干并送入高温炉。
4.在低真空状态下(10-10^-1Pa)在玻璃除气温度区(470℃-550℃)除气10分钟，在玻璃软化温度区(600℃-630℃)预成型10分钟。在玻璃成型区750℃-760℃下成型30分钟。
5.关炉退火。
实施例2： 硅变容二极管玻璃钝化工艺
芯片尺寸：台面高度      8μm-10μm
          台面直径      Φ105μm-Φ120μm
          相邻管芯间距  300μm
          P⁺N^-结深    0.6μm-0.8μm
          N^-层厚度     2μm-2.5μm
          N^-N^-结深    100μm-120μm
玻璃粉颗粒度≤1μm，优选≤100nm
工艺步骤：
1.将腐蚀好台面的硅器件芯片进行严格的化学清洗并烘干。
2.采用刮涂法，将配制好的超细玻璃微粉(颗粒直径≤1μm，优选≤100nm)均匀涂敷于硅器件表面。
3.在红外灯下烘干并送入高温炉。
4.在低真空状态下(10-10^-1Pa)在玻璃除气温度区(470℃-550℃)除气10分钟，在玻璃软化温度区(600℃-630℃)预成型10分钟。在玻璃成型区(750℃-760℃)下成型30分钟。
6.关炉，降温，退火。