一種半導體設備及其制作方法
【專利摘要】一種半導體設備，尤其是采用以鋁硅酸鹽為基本成分，如氧化鉛鋁硅酸鹽氧化玻璃鈍化的半導體設備。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，該玻璃鈍化覆蓋層的表面和0.5μm?5μm的次表層中常常含有濃度在0.1at%?0.5at%范圍的氟。
【專利說明】
一種半導體設備及其制作方法
技術領域
[0001] 本發明通常應用于半導體設備，尤其是采用以硅酸鹽為基本成分的表面鈍化半導 體設備，如氧化鉛(PbO-)鋁硅酸鹽氧化玻璃保護覆蓋層，適用于高壓應用。更具體地說，它 涉及高可靠性器件，尤其是高溫應力(BT-應力)條件下。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，因半導體設備參數對于表面的雜質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境、機械、電氣性能，2003年3月26日發布的中國專利CN1298029C或 者2006年7月5日發布的中國專利CN100589234C，提出對玻璃組份構成進行適當控制。
[0003] 根據上述現有技術制作的玻璃鈍化覆蓋層，在一般情況下能夠為半導體設備提供 一個良好的保護。但是鈍化層對于可能出現的沾污非常敏感，如快速擴散的堿性離子，特別 是鈉離子，以及在后續制造工序中，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，甚至產生永久性的失效。
[0004] 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。
[0005] 因此，本
【申請人】于2016年6月23日提出申請的中國專利CN 2016104618163,一種半 導體器件及其制造方法，在鈍化覆蓋層中引入濃度為100ppm-1000ppm的氟，用于改進玻璃 鈍化半導體設備的可靠性。
[0006] 本發明引入專利CN2016104618163的方法，并基于該方法進行了更深入的闡述，目 的是簡化玻璃鈍化覆蓋層的氟化處理，當表面快速擴散的堿性離子的主要沾污，如鈉離子， 出現在玻璃覆蓋層形成之后時，仍然提供鈍化半導體設備的高可靠性。
【發明內容】
[0007] 本發明基于上述技術問題提供一種半導體設備。
[0008] -種半導體設備，包括玻璃鈍化覆蓋層，其特征在于:所述玻璃鈍化覆蓋層的表面 和0·5μπι-5μπι厚的次表面層包含濃度在0· lat%-〇.5at%(原子百分數)的氟。
[0009 ]作為優選，氟在150 °C -400 °C溫度下，通過直接氟化作用被引入到以鋁硅酸鹽為基 本成分的玻璃鈍化層。
[0010] 作為優選，氟由氣相被引入至以鋁硅酸鹽為基本成分的鈍化玻璃層，在堆積玻璃 粉的燒結處理期間。
[0011] 作為優選，氟通過離子束植入被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層，在 堆積玻璃粉的燒結處理之后。
[0012] 作為優選，氟通過等離子源植入被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層， 在堆積玻璃粉的燒結處理之后。
[0013] 本發明還提供一種半導體設備的制造方法，用于制作前述的一種半導體設備，其 特征在于:氟在150 °C -400 °C的溫度下，通過直接氟化處理被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分 的玻璃鈍化層。
[0014] -種半導體設備的制造方法，用于制作前述的一種半導體設備，其特征在于:氟由 氣相被引入至以鋁硅酸鹽為基本成分的鈍化玻璃層，在堆積玻璃粉的燒結處理期間。
[0015] -種半導體設備的制造方法，用于制作前述的一種半導體設備，其特征在于:氟通 過離子束植入被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層，在堆積玻璃粉的燒結處理之 后。
[0016] -種半導體設備的制造方法，用于制作前述的一種半導體設備，其特征在于:氟通 過等離子源植入被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層，在堆積玻璃粉的燒結處理 之后。
[0017] 在鋁硅酸鹽玻璃鈍化覆蓋層的表面上以及次表面中引入一定數量的具有高負電 性的氟離子的原因。原則上，導致了其它快速擴散的堿性離子沾污在次表面的堆積，尤其是 Na離子。從而阻擋了堿性離子沾污在BT-應力下擴散至鈍化玻璃覆蓋層以及在隨后堆積于 PN結附近。使得表面污染快速擴散的堿性離子的表面沾污進一步擴散至所述玻璃中的主要 污染途徑被大大阻塞。而專利CN2016104618163中描述的更常用的方法，是降低玻璃覆蓋層 中的所述沾污的移動性，而與沾污源的引入無關。因此，該方法最適合的。
【附圖說明】
[0018] 圖1在沒有被氟化的鈍化玻璃次表層引入指定劑量的Na沾污以后，23Na(Is)的光 譜； 圖2在按照本發明提出的鈍化玻璃的次表層引入指定劑量的Na沾污以后，23Na(Is)的 光譜。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。
[0020] 實施例一 一種以鋁硅酸鹽為基本成分，包含氧化鉛鋁硅酸鹽（日本NEG公司產品:GP-200)的玻璃 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，在玻璃鈍 化覆蓋層的表面和〇. 5μπι-5μπι厚的次表面層包含濃度在0.49at%的氟。
[0021] 本實施例中，在半導體晶圓的氧化鉛鋁硅酸鹽玻璃鈍化表面引入氟為： 首先，晶圓在300°C溫度下，F2+N2(2% F2, 5L/min)氣氛中處理30分鐘； 其次，晶圓在300 °C溫度下，N2氣氛中退火60分鐘。
[0022]其他前置工藝和后續工藝參照現有的高壓半導體的玻璃鈍化技術進行。
[0023]另外，氟也在堆積玻璃粉的燒結處理過程中，以氣相的形式被引入至以鋁硅酸鹽 為基本成分的鈍化玻璃層。或者在堆積玻璃粉的燒結處理之后，通過離子束植入的方式被 引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層。又或者在堆積玻璃粉的燒結處理之后，通過 等離子源植入的方式被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層。
[0024]將經過表面氟化和未氟化的鈍化玻璃樣本中引入Na沾污：在0 . IM的NaCl溶液中、 80°C溫度下加熱3小時，并隨后在350°C溫度下退火24小時。
[0025]并對引入Na沾污后的鈍化玻璃樣本的次表層XPS(光電子能譜）分析表明：表面氟 化樣本中，Na的表面濃度顯著增加（"堆積"），如圖2;而未氟化樣本中，Na無阻礙地擴散至鈍 化玻璃中，如圖1:
然而對于相應的機理，我們沒有一個明確的解釋。有可能是在鋁硅酸鹽玻璃鈍化覆蓋 層的表面上以及次表面中引入一定數量的具有高負電性的氟離子的原因。原則上，導致了 其它快速擴散的堿性離子沾污在次表面的堆積，尤其是Na離子。從而阻擋了他們在BT-應力 下擴散至鈍化玻璃覆蓋層以及隨后堆積在PN結附近。玻璃鈍化覆蓋層的表面沾污進一步擴 散至所述玻璃中的主要污染途徑被大大阻塞。而專利CN2016104618163中描述的更常用的 方法，是降低玻璃覆蓋層中的所述沾污的移動性，而與沾污源的引入無關。
[0026]我們也觀察到，本發明的半導體設備在BT-stress條件下，電特性的劣化比現有技 術的半導體設備的電特性的劣化更小：可以顯著地縮小10倍。相比按照現有技術處理的無 氟化的半導體設備更小。值得注意的是，按照本發明對半導體設備進行鈍化，相比較于無氟 化半導體設備，特別是在高達150°c的應力溫度下，高達168小時。
[0027]應該注意在鈍化設計中的一些變化，如在一定的工序步驟和/或在玻璃組分中引 入鈍化層，或者采用其他對本領域技術人員來講已知的，或者可通過實驗獲得的方法。因 此，本發明的基本方案簡單包括在所述玻璃鈍化覆蓋層的表面上或者〇. 5μπι至5μπι厚的次表 層中的濃度為〇. lat%-0.5at%的氟的引入。
【主權項】
1. 一種半導體設備，包括玻璃鈍化覆蓋層，其特征在于:所述玻璃鈍化覆蓋層的表面和 0 · 5μπι-5μπι厚的次表面層包含濃度在0 · lat%-0 · 5at%的氟。2. 根據權利要求1所述的一種半導體設備，其特征在于:氟在150°C-40(TC溫度下，通過 直接氟化作用被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層。3. 根據權利要求1所述的一種半導體設備，其特征在于:氟由氣相被引入至以鋁硅酸鹽 為基本成分的鈍化玻璃層，在堆積玻璃粉的燒結處理期間。4. 根據權利要求1所述的一種半導體設備，其特征在于:氟通過離子束植入被引入到以 鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層，在堆積玻璃粉的燒結處理之后。5. 根據權利要求1所述的一種半導體設備，其特征在于:氟通過等離子源植入被引入到 以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層，在堆積玻璃粉的燒結處理之后。6. -種半導體設備的制造方法，用于制作如權利要求1所述的一種半導體設備，其特征 在于:氟在150°C-400 °C的溫度下，通過直接氟化處理被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻 璃鈍化層。7. -種半導體設備的制造方法，用于制作如權利要求1所述的一種半導體設備，其特征 在于:氟由氣相被引入至以鋁硅酸鹽為基本成分的鈍化玻璃層，在堆積玻璃粉的燒結處理 期間。8. -種半導體設備的制造方法，用于制作如權利要求1所述的一種半導體設備，其特征 在于:氟通過離子束植入被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層，在堆積玻璃粉的 燒結處理之后。9. 一種半導體設備的制造方法，用于制作如權利要求1所述的一種半導體設備，其特征 在于:氟通過等離子源植入被引入到以鋁硅酸鹽為基本成分的玻璃鈍化層，在堆積玻璃粉 的燒結處理之后。
【文檔編號】H01L21/56GK106057746SQ201610646333
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月9日 公開號201610646333.0, CN 106057746 A, CN 106057746A, CN 201610646333, CN-A-106057746, CN106057746 A, CN106057746A, CN201610646333, CN201610646333.0
【發明人】李學良, 艾 珀里亞科夫 西里奧
【申請人】四川洪芯微科技有限公司