一種半導(dǎo)體器件的鈍化方法及半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】半導(dǎo)體器件的鈍化方法包含一個(gè)形成過程,例如:沉積、玻璃化、熔融、退火和冷卻階段,為了提升半導(dǎo)體器件在高溫反偏下的可靠性,硅酸鹽氧化物玻璃保護(hù)層是不同的。為降低應(yīng)變,熔融后的降溫速率小于或者等于1°C/min,從退火起始點(diǎn)溫度以前至少10?15℃開始;而在退火階段,降溫速率應(yīng)小于或等于0.5°C/min。
【專利說明】
一種半導(dǎo)體器件的鈍化方法及半導(dǎo)體器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件,尤其是采用硅酸鹽為主的表面鈍化器件,如氧化亞鉛或氧化鋅-鋁硅酸鹽。氧化物玻璃保護(hù)層適用于高壓應(yīng)用,更具體地說,它涉及到高可靠性器件,特別是在高偏置溫度應(yīng)力(BT-stress)條件下?!颈尘凹夹g(shù)】
[0002]由于器件參數(shù)對(duì)沾污和可移動(dòng)電荷在P-N結(jié)附近的累積的高敏感性,半導(dǎo)體器件的表面鈍化被認(rèn)為是高要求應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高可靠性的主要因素之一。在鈍化的各種設(shè)計(jì)和方法中,已知的玻璃鈍化現(xiàn)有技術(shù),例如:1965年10月19日發(fā)表的美國專利3212921或2005 年1月5日發(fā)表的中國專利CN1183582C,是以化學(xué)、機(jī)械、電學(xué)方式為半導(dǎo)體器件提供良好的鈍化涂層而為大家熟知。
[0003]—般情況下,鈍化技術(shù)包括步驟:淀積,通過沉降法、離心法、電泳法或其他方法將玻璃粉淀積在需要保護(hù)的界面上; 玻璃化,通過加熱到特定玻璃組分的轉(zhuǎn)換溫度之上來實(shí)現(xiàn);熔融,玻璃組分軟化溫度,即形成連續(xù)均勻的玻璃涂層;退火,在退火溫度的± 25 °C時(shí),成膜的玻璃層的特性穩(wěn)定。
[0004]在可控的加熱和冷卻條件下,進(jìn)行以上工序的轉(zhuǎn)換,而整個(gè)工藝在可控的氣氛、溫度和時(shí)間條件下進(jìn)行。
[0005]—般情況下,鈍化層會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件形成良好的保護(hù)。但是仍然容易受到快速擴(kuò)散的堿離子沾污,尤其是鈉。在后續(xù)的生產(chǎn)工藝中,包括金屬接觸的形成,甚至在最后的封裝工序,都會(huì)產(chǎn)生鈉離子沾污。在BT-stress條件下,例如:在高溫和反向電壓形成的強(qiáng)電場條件下,鈉離子最終聚集在半導(dǎo)體器件的反偏電極區(qū)附近,在器件表面產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)通的溝道,這會(huì)導(dǎo)致電特性的下降,甚至?xí)?dǎo)致災(zāi)難性失效。
[0006]因此,玻璃鈍化技術(shù)需要優(yōu)化,這將降低甚至或消除上述玻璃鈍化半導(dǎo)體器件惡化的機(jī)理。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]—種半導(dǎo)體器件鈍化方法,所述半導(dǎo)體器件包括由硅酸鹽熔融和退火形成的氧化玻璃保護(hù)層,其特征在于:熔融后降溫速率,小于或者等于l°C/min,從所述退火步驟的起始點(diǎn)溫度以前至少l〇°C開始;其中,退火步驟中的降溫速率小于或者等于0.5°C/min。
[0008]作為優(yōu)選,至少到退火步驟以后10°C,降溫速率小于或者等于1°C/min。
[0009]本發(fā)明同時(shí)還提供一種半導(dǎo)體器件,包括氧化玻璃保護(hù)層,其特征在于:所述氧化玻璃保護(hù)層由硅酸鹽熔融和退火形成;熔融后降溫速率,小于或者等于1°C /min,從所述退火步驟的起始點(diǎn)溫度以前至少l〇°C開始;其中,退火步驟中的降溫速率小于或者等于0.5 °C/min〇
[0010]作為優(yōu)選,至少到退火步驟以后1(TC,降溫速率小于或者等于1°C/min。
[0011]據(jù)我們對(duì)氧化亞鉛-鋁硅酸鹽玻璃鈍化層的研究,例如:日本NEG公司的GP-200玻璃粉,降低熔融步驟和退火步驟之間,以及退火結(jié)束點(diǎn)溫度和至少到玻璃應(yīng)變溫度以下10 °C_15°C之間的降溫速率到l°C/min以下。同時(shí),降低整個(gè)退火過程的降溫速率到0.5°C/min 以下,玻璃鈍化層的電阻率(使用ASTM D-257測量)提升到大約1*1012-2*1012Q ? cm,而按照現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行較快降溫速率的電阻率的范圍約在2+1(^-3=1=1011 n ? cm。
[0012]我們也研究了半導(dǎo)體器件在高溫反偏條件下的電特性惡化情況,結(jié)果令人滿意: 提升了 50%。使用本提案制作的玻璃鈍化層比使用現(xiàn)有技術(shù)制作的玻璃鈍化層的漏電更小, 同時(shí)也觀察到玻璃鈍化層電阻率的差異。換句話說,對(duì)比按照現(xiàn)有技術(shù):退火前降溫速率4° C/min,退火降溫速率1.3° C/min,退火后降溫速率5° C/min制作的半導(dǎo)體器件玻璃鈍化層, 在反偏測試(反向偏置電壓1000V,168小時(shí))時(shí),平均失效時(shí)間延長了 50%-60%?!靖綀D說明】
[0013]圖1按照現(xiàn)有技術(shù),玻璃鈍化層形成的典型的溫度-時(shí)間曲線圖:玻璃化、熔融和退火步驟。
[0014]圖2按照本提案,玻璃鈍化層形成的溫度-時(shí)間曲線圖?!揪唧w實(shí)施方式】
[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中典型的玻璃鈍化層形成的溫度-時(shí)間曲線圖,例如:中華人民共和國2005年1月5日的專利CN1183582C,對(duì)于特定的玻璃組分,玻璃的DTA熔凝曲線??梢钥闯觯瑥娜廴?玻璃形成)步驟后溫度T2到退火步驟的起始點(diǎn)溫度T3,降溫速率(溫度-時(shí)間梯度)為5° C/min,退火步驟的降溫速率為2°C/min,緊接著由退火步驟的結(jié)束點(diǎn)溫度T4到退火步驟的結(jié)束點(diǎn)溫度T4以下25° C,降溫速率轉(zhuǎn)換為約10° C/min。
[0016]關(guān)于氧化亞鉛硅酸鹽鈍化玻璃的形成,本提案的具體實(shí)施方案如下:在玻璃熔融步驟(在820 °C氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂脱鯕獾臍夥罩校?5-30分鐘)T2后的降溫速率為1° C/min,直到退火步驟的起始點(diǎn)溫度T3(630° C),然后降溫速率降低至0.25° C/min,直到退火步驟的結(jié)束點(diǎn)溫度T4(大約580° C)。此后,降溫速率控制在1° C/min,直到給定玻璃組分的應(yīng)變溫度以下 50°(:。接下來大約以5°(:/111111的速率降溫到出爐溫度1^^&。11(500°(:)?,F(xiàn)已發(fā)現(xiàn),對(duì)玻璃鈍化半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能更有益的是,繼續(xù)以低速降溫到最終的出爐溫度Textrac^c^SOO °C )以下,S卩至425° C-475。C。
[0017]據(jù)我們對(duì)氧化亞鉛-鋁硅酸鹽玻璃鈍化層的研究,例如:日本NEG公司的GP-200玻璃粉,降低熔融步驟和退火步驟之間,以及退火結(jié)束點(diǎn)溫度和至少到玻璃應(yīng)變溫度以下10 °C_15° C之間的降溫速率到1° C/min以下,而降低整個(gè)退火過程的降溫速率到0.5° C/min以下,玻璃鈍化層的電阻率(使用ASTM D-257測量)提升到大約1*1012-2*1012 Q ?〇!!,而按照現(xiàn)有技術(shù)執(zhí)行較快降溫速率的電阻率的范圍約在2+1(^-3+1011 Q ?cm。[〇〇18]我們也研究了半導(dǎo)體器件在高溫反偏條件下的電特性惡化情況,結(jié)果令人滿意: 提升了 50%。使用本提案制作的玻璃鈍化層比使用現(xiàn)有技術(shù)制作的玻璃鈍化層的漏電更小, 同時(shí)也觀察到玻璃鈍化層電阻率的差異。換句話說,對(duì)比按照現(xiàn)有技術(shù):退火前降溫速率4° C/min,退火降溫速率1.3° C/min,退火后降溫速率5° C/min制作的半導(dǎo)體器件玻璃鈍化層, 在反偏測試(反向偏置電壓1000V,168小時(shí))時(shí),平均失效時(shí)間延長了 50%-60%。
[0019]然而我們對(duì)原因機(jī)理沒有一個(gè)精確的解釋,這可能與更低的降溫速率減少了虛擬溫度和按照本案進(jìn)行玻璃制作過程中鋁硅酸鹽的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相應(yīng)致密有關(guān)。原則上,導(dǎo)致了快速擴(kuò)散的堿金屬,尤其是鈉離子的迀移率/擴(kuò)散因子的降低。因此,導(dǎo)致了較低的正電荷的累積,故在高溫反偏過程中,導(dǎo)致了較低的電特性的惡化。
[0020]應(yīng)該注意到,鈍化工藝中一些步驟的變更一直重復(fù)良好結(jié)果。因此,本發(fā)明的基本方案簡單地包括:至少在退火步驟的10_15°C附近,降溫速率小于等于l°/min。而在整個(gè)退火步驟中,降溫速率小于等于0.5° C/min。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件鈍化方法,所述半導(dǎo)體器件包括由硅酸鹽熔融和退火形成的氧化玻 璃保護(hù)層,其特征在于:熔融后降溫速率小于或者等于l°C/min,從所述退火步驟的起始點(diǎn) 溫度以前至少l〇°C開始;其中,退火步驟中的降溫速率小于或者等于0.5°C/min。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體器件鈍化方法,其特征在于:至少到退火步驟以后 l〇°C,降溫速率小于或者等于l°C/min。3.—種半導(dǎo)體器件,包括氧化玻璃保護(hù)層,其特征在于:所述氧化玻璃保護(hù)層由硅酸鹽 熔融和退火形成;熔融后降溫速率小于或者等于l°C/min,從所述退火步驟的起始點(diǎn)溫度以 前至少10°C開始;其中,退火步驟中的降溫速率小于或者等于0.5°C/min。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半導(dǎo)體器件,其特征在于:至少到退火步驟以后10°C,降 溫速率小于或者等于1°C/min。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK105957803SQ201610409030
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李學(xué)良, 西里奧·艾·珀里亞科夫
【申請(qǐng)人】四川洪芯微科技有限公司