一種半導體設備及其制作方法
【專利摘要】一種半導體器件，尤其是采用以鋁硅酸鹽為基本成分的鈍化半導體器件，如氧化鉛鋁硅酸鹽玻璃，金屬氧化物玻璃保護層，適用于高壓應用。為了增加該半導體器件在反向偏壓和高溫熱應力下的可靠性，該鋁硅酸鹽玻璃鈍化層常常含有濃度在100ppm（mol，摩爾百分數(shù)）到1000ppm（mol，摩爾百分數(shù)）的氟。
【專利說明】
一種半導體設備及其制作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明通常應用于半導體設備，尤其是采用以鋁硅酸鹽為基本成分的鈍化半導體設備，如氧化鉛鋁硅酸鹽，金屬氧化物保護層，適用于高壓應用。更具體地說，它涉及高可靠性器件，尤其是在反向偏壓和高溫應力下。
【背景技術】
[0002]眾所周知，因半導體設備參數(shù)對于表面的雜質(zhì)沾污和可移動電荷在PN結附近的累積的高敏感性，在高要求應用環(huán)境，半導體設備的表面鈍化技術是獲得高可靠性的主要手段之一。在各種各樣鈍化設計和方法之中，已知的現(xiàn)有技術，玻璃鈍化技術，如1965年10月19日，美國專利3212921，已為半導體設備提供良好的化學、機械、電氣性能的鈍化膜。為進一步改善鈍化玻璃的環(huán)境、機械、電氣性能，2003年3月26日發(fā)布的中國專利CN1298029C或者2006年7月5日發(fā)布的中國專利CN100589234C，提出對玻璃組份構成進行適當控制。
[0003]在現(xiàn)有技術中，還有已知的為改善玻璃的機械、光學、電介質(zhì)等特性的方案。對特殊光學玻璃應用，有【背景技術】如1946年3月4日的美國專利2642633，以及1984年5月8日的美國專利44475450;對半導體設備的二氧化硅層，還有【背景技術】如1976年I月20日的美國專利3933530，和2009年5月7日的美國專利申請2009/0114990，分別通過鹵化工藝引入氟，來增強MOS晶體管的閾值電壓的穩(wěn)定性。
[0004]根據(jù)上述【背景技術】制備的玻璃鈍化層通常能對半導體設備提供良好的保護。但是鈍化層對可能出現(xiàn)的沾污，如快速擴散的堿金屬離子非常敏感，特別是鈉離子，以及在后續(xù)制造工序中，包括金屬接觸形成，甚至封裝過程中的沾污。沾污帶來的結果是:在BT-stress條件下，例如在反向偏置引起的高溫和強電場下，鈉離子最終累積在半導體設備的反偏電極區(qū)附近，在器件表面形成導電通道，這將導致半導體設備的電特性退化，甚至產(chǎn)生永久性的失效。
[0005]因此，需要對玻璃鈍化技術進一步提高，減緩甚至消除以上描述的玻璃鈍化半導體設備特性的退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明基于上述技術問題提供一種半導體設備。
[0007]—種半導體設備，包括鋁硅酸鹽玻璃鈍化層，其特征在于:所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層含有濃度在100ppm(mol，摩爾百分數(shù))到1000ppm(mol，摩爾百分數(shù))的氟。
[0008]本發(fā)明還提供了上述半導體器件的制作方法，其特征在于:氟通過在150°C-40(TC的溫度下，直接氟化，被引入到所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層。
[0009]作為優(yōu)選，氣態(tài)氟被引入到所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層，在玻璃粉的燒結過程中，所述玻璃粉沉積在所述半導體設備的表面。
[0010]作為優(yōu)選，氟通過在1500C -400 0C的溫度下，直接氟化，被引入到分散性從1nm到I OOnm的納米級鈍化玻璃粉。
[0011]作為優(yōu)選，氟作為原始玻璃配合料中的其他組分的添加劑被引入到所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層，所述原始玻璃配合料包含Al2O3，S12和PbO。
[0012]所述鋁硅酸鹽玻璃中摻入一定數(shù)量的具有高負電性的氟離子，可能在原則上減少了其它快速擴散的堿性雜質(zhì)的移動，尤其是鈉離子。因此，在半導體設備PN結附近的正電荷的累積也隨之減少。相應地，在BT-stress測試條件下，至少在指定的應變溫度范圍內(nèi)，半導體設備的電特性劣化程度降低。
【附圖說明】
[0013]圖1現(xiàn)有技術及本發(fā)明所形成的鈍化玻璃層的體積電阻率的極化曲線。
【具體實施方式】
[0014]下面將結合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述。
[0015]一種以鋁硅酸鹽為基本成分，包含如氧化鉛(PbO)或者氧化鋅(ZnO)鋁硅酸鹽，玻璃鈍化半導體設備。為了增加該半導體設備在反向偏壓和高溫熱應力下的可靠性，該鋁硅酸鹽玻璃鈍化層含有濃度在100ppm(mol，摩爾濃度)到1000ppm(mol，摩爾濃度)的氟。
[0016]我們觀察到在氧化鉛(PbO)-鋁硅酸鹽玻璃鈍化層，例如:來自日本NEG公司的玻璃GP-200，玻璃鈍化層的電阻率(使用ASTM D-257測量)相比較于現(xiàn)有技術的2*10η Ω.cm -3*10η Ω.cm 范圍，提升到了 4*1014 Ω.cm -2*1015 Ω.cm。
[0017]在觀察到玻璃鈍化層電阻率不同之后，我們也觀察到，本發(fā)明的半導體設備的玻璃鈍化層在BT-stress條件下，電特性的劣化比現(xiàn)有技術的半導體設備的玻璃鈍化層的劣化更小:可以顯著地縮小10倍。即BT-Stress試驗(150°C，168小時，1000V)前和試驗后，反向漏電流的變化不超過10%。值得注意的是，按照本發(fā)明實施例制作的半導體器件玻璃鈍化層，在高達150°C-175° C的溫度環(huán)境下，相比較于現(xiàn)有技術制作的玻璃鈍化層，有更高的平均失效時間(為現(xiàn)有技術的100%-150%)。
[0018]然而對于相應的機理，我們沒有一個明確的解釋。有可能是鋁硅酸鹽玻璃中摻入了一定數(shù)量的具有高負電性的氟離子的原因。原則上，導致了其它快速擴散的堿金屬離子沾污的迀移率的降低，尤其是鈉離子，因此，導致在半導體設備PN結附近的正電荷的累積減少。相應地，在BT-stress條件下(至少在指定的應變溫度范圍內(nèi))，電特性劣化程度明顯降低。
[0019]本發(fā)明的半導體設備的一種制作方法為:
在半導體晶圓的氧化鉛-鋁硅酸鹽(日本NEG公司產(chǎn)品:GP-200 )玻璃鈍化表面弓I入氟:首先，晶圓在200°C溫度下，F(xiàn)2+N2(2% F2，5L/min)氣氛中處理60分鐘;其次，晶圓在200°C溫度下，N2氣氛中退火360分鐘。
[0020]其他前置工藝和后續(xù)工藝參照現(xiàn)有的高壓半導體設備的制作以及玻璃鈍化技術進行。
[0021]應該注意的是，有多種方法把氟引入。如在一定的工序步驟和/或在玻璃組份中引入，例如，原始玻璃粉可以通過直接氟化被轉(zhuǎn)換成高BET因子的玻璃粉(納米測量值在1nm到10nm之間)?；蛘叻梢砸粋€合適的氟化物形式(例如PbF2或者AlF3)作為原始玻璃配合料的添加劑被引入，或者以現(xiàn)有已知的熟練掌握的化學或者物理方法被引入。因此本發(fā)明的基本方案簡單的包含在半導體器件表面的玻璃層引入濃度在100ppm(mol，摩爾百分數(shù))至1000ppm(mol，摩爾百分數(shù))之間的氟。
【主權項】
1.一種半導體設備，包括鋁硅酸鹽玻璃鈍化層，其特征在于:所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層含有濃度在I OOppm到I OOOppm的氟。2.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體器件的制作方法，其特征在于:氟通過在150°C_400 °C的溫度下，直接氟化，被引入到所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層。3.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體器件的制作方法，其特征在于:氣態(tài)氟被引入到所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層，在玻璃粉的燒結過程中，所述玻璃粉沉積在所述半導體設備的表面。4.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體器件的制作方法，其特征在于:氟通過在150°C_400 °C的溫度下，直接氟化，被引入到分散性從I Onm到I OOnm的納米級鈍化玻璃粉。5.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體器件的制作方法，其特征在于: 氟作為原始玻璃配合料中的其他組分的添加劑被引入到所述鋁硅酸鹽玻璃鈍化層，所述原始玻璃配合料包含Al2O3, S12和PbO。
【文檔編號】H01L21/56GK105914187SQ201610462387
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】李學良, 西里奧艾珀里亞科夫
【申請人】四川洪芯微科技有限公司