一种半导体器件的钝化方法及半导体器件的制作方法
【专利摘要】半导体器件的钝化方法包含一个形成过程，例如：沉积、玻璃化、熔融、退火和冷却阶段，为了提升半导体器件在高温反偏下的可靠性，硅酸盐氧化物玻璃保护层是不同的。为降低应变，熔融后的降温速率小于或者等于1°C/min，从退火起始点温度以前至少10?15℃开始；而在退火阶段，降温速率应小于或等于0.5°C/min。
【专利说明】
一种半导体器件的钝化方法及半导体器件
技术领域
[0001]本发明涉及半导体器件，尤其是采用硅酸盐为主的表面钝化器件，如氧化亚铅或氧化锌-铝硅酸盐。氧化物玻璃保护层适用于高压应用，更具体地说，它涉及到高可靠性器件，特别是在高偏置温度应力(BT-stress)条件下。【背景技术】
[0002]由于器件参数对沾污和可移动电荷在P-N结附近的累积的高敏感性，半导体器件的表面钝化被认为是高要求应用中实现高可靠性的主要因素之一。在钝化的各种设计和方法中，已知的玻璃钝化现有技术，例如:1965年10月19日发表的美国专利3212921或2005 年1月5日发表的中国专利CN1183582C，是以化学、机械、电学方式为半导体器件提供良好的钝化涂层而为大家熟知。
[0003]—般情况下，钝化技术包括步骤:淀积，通过沉降法、离心法、电泳法或其他方法将玻璃粉淀积在需要保护的界面上； 玻璃化，通过加热到特定玻璃组分的转换温度之上来实现；熔融，玻璃组分软化温度，即形成连续均匀的玻璃涂层；退火，在退火温度的± 25 °C时，成膜的玻璃层的特性稳定。
[0004]在可控的加热和冷却条件下，进行以上工序的转换，而整个工艺在可控的气氛、温度和时间条件下进行。
[0005]—般情况下，钝化层会对半导体器件形成良好的保护。但是仍然容易受到快速扩散的碱离子沾污，尤其是钠。在后续的生产工艺中，包括金属接触的形成，甚至在最后的封装工序，都会产生钠离子沾污。在BT-stress条件下，例如:在高温和反向电压形成的强电场条件下，钠离子最终聚集在半导体器件的反偏电极区附近，在器件表面产生一个导通的沟道，这会导致电特性的下降，甚至会导致灾难性失效。
[0006]因此，玻璃钝化技术需要优化，这将降低甚至或消除上述玻璃钝化半导体器件恶化的机理。
【发明内容】
[0007]—种半导体器件钝化方法，所述半导体器件包括由硅酸盐熔融和退火形成的氧化玻璃保护层，其特征在于:熔融后降温速率，小于或者等于l°C/min，从所述退火步骤的起始点温度以前至少l〇°C开始;其中，退火步骤中的降温速率小于或者等于0.5°C/min。
[0008]作为优选，至少到退火步骤以后10°C，降温速率小于或者等于1°C/min。
[0009]本发明同时还提供一种半导体器件，包括氧化玻璃保护层，其特征在于:所述氧化玻璃保护层由硅酸盐熔融和退火形成;熔融后降温速率，小于或者等于1°C /min，从所述退火步骤的起始点温度以前至少l〇°C开始；其中，退火步骤中的降温速率小于或者等于0.5 °C/min〇
[0010]作为优选，至少到退火步骤以后1(TC，降温速率小于或者等于1°C/min。
[0011]据我们对氧化亚铅-铝硅酸盐玻璃钝化层的研究，例如:日本NEG公司的GP-200玻璃粉，降低熔融步骤和退火步骤之间，以及退火结束点温度和至少到玻璃应变温度以下10 °C_15°C之间的降温速率到l°C/min以下。同时，降低整个退火过程的降温速率到0.5°C/min 以下，玻璃钝化层的电阻率(使用ASTM D-257测量)提升到大约1*1012-2*1012Q ? cm，而按照现有技术执行较快降温速率的电阻率的范围约在2+1(^-3=1=1011 n ? cm。
[0012]我们也研究了半导体器件在高温反偏条件下的电特性恶化情况，结果令人满意: 提升了 50%。使用本提案制作的玻璃钝化层比使用现有技术制作的玻璃钝化层的漏电更小， 同时也观察到玻璃钝化层电阻率的差异。换句话说，对比按照现有技术:退火前降温速率4° C/min，退火降温速率1.3° C/min，退火后降温速率5° C/min制作的半导体器件玻璃钝化层， 在反偏测试(反向偏置电压1000V，168小时)时，平均失效时间延长了 50%-60%。【附图说明】
[0013]图1按照现有技术，玻璃钝化层形成的典型的温度-时间曲线图:玻璃化、熔融和退火步骤。
[0014]图2按照本提案，玻璃钝化层形成的温度-时间曲线图。【具体实施方式】
[0015]图1是现有技术中典型的玻璃钝化层形成的温度-时间曲线图，例如:中华人民共和国2005年1月5日的专利CN1183582C，对于特定的玻璃组分，玻璃的DTA熔凝曲线。可以看出，从熔融(玻璃形成)步骤后温度T2到退火步骤的起始点温度T3,降温速率(温度-时间梯度)为5° C/min，退火步骤的降温速率为2°C/min，紧接着由退火步骤的结束点温度T4到退火步骤的结束点温度T4以下25° C，降温速率转换为约10° C/min。
[0016]关于氧化亚铅硅酸盐钝化玻璃的形成，本提案的具体实施方案如下:在玻璃熔融步骤(在820 °C氮气或者氮气和氧气的气氛中，15-30分钟)T2后的降温速率为1° C/min，直到退火步骤的起始点温度T3(630° C)，然后降温速率降低至0.25° C/min，直到退火步骤的结束点温度T4(大约580° C)。此后，降温速率控制在1° C/min，直到给定玻璃组分的应变温度以下 50°(:。接下来大约以5°(:/111111的速率降温到出炉温度1^^&。11(500°(:)。现已发现，对玻璃钝化半导体器件的电学性能更有益的是，继续以低速降温到最终的出炉温度Textrac^c^SOO °C )以下，S卩至425° C-475。C。
[0017]据我们对氧化亚铅-铝硅酸盐玻璃钝化层的研究，例如:日本NEG公司的GP-200玻璃粉，降低熔融步骤和退火步骤之间，以及退火结束点温度和至少到玻璃应变温度以下10 °C_15° C之间的降温速率到1° C/min以下，而降低整个退火过程的降温速率到0.5° C/min以下，玻璃钝化层的电阻率(使用ASTM D-257测量)提升到大约1*1012-2*1012 Q ?〇!!，而按照现有技术执行较快降温速率的电阻率的范围约在2+1(^-3+1011 Q ?cm。[〇〇18]我们也研究了半导体器件在高温反偏条件下的电特性恶化情况，结果令人满意: 提升了 50%。使用本提案制作的玻璃钝化层比使用现有技术制作的玻璃钝化层的漏电更小， 同时也观察到玻璃钝化层电阻率的差异。换句话说，对比按照现有技术:退火前降温速率4° C/min，退火降温速率1.3° C/min，退火后降温速率5° C/min制作的半导体器件玻璃钝化层， 在反偏测试(反向偏置电压1000V，168小时)时，平均失效时间延长了 50%-60%。
[0019]然而我们对原因机理没有一个精确的解释，这可能与更低的降温速率减少了虚拟温度和按照本案进行玻璃制作过程中铝硅酸盐的网格结构相应致密有关。原则上，导致了快速扩散的碱金属，尤其是钠离子的迀移率/扩散因子的降低。因此，导致了较低的正电荷的累积，故在高温反偏过程中，导致了较低的电特性的恶化。
[0020]应该注意到，钝化工艺中一些步骤的变更一直重复良好结果。因此，本发明的基本方案简单地包括:至少在退火步骤的10_15°C附近，降温速率小于等于l°/min。而在整个退火步骤中，降温速率小于等于0.5° C/min。
【主权项】
1.一种半导体器件钝化方法，所述半导体器件包括由硅酸盐熔融和退火形成的氧化玻 璃保护层，其特征在于:熔融后降温速率小于或者等于l°C/min，从所述退火步骤的起始点 温度以前至少l〇°C开始;其中，退火步骤中的降温速率小于或者等于0.5°C/min。2.根据权利要求1所述的一种半导体器件钝化方法，其特征在于:至少到退火步骤以后 l〇°C，降温速率小于或者等于l°C/min。3.—种半导体器件，包括氧化玻璃保护层，其特征在于:所述氧化玻璃保护层由硅酸盐 熔融和退火形成;熔融后降温速率小于或者等于l°C/min，从所述退火步骤的起始点温度以 前至少10°C开始;其中，退火步骤中的降温速率小于或者等于0.5°C/min。4.根据权利要求3所述的一种半导体器件，其特征在于:至少到退火步骤以后10°C，降 温速率小于或者等于1°C/min。
【文档编号】H01L21/02GK105957803SQ201610409030
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】李学良, 西里奥·艾·珀里亚科夫
【申请人】四川洪芯微科技有限公司