CN104409426A - 一种半导体台面及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体台面，其中，PN结交界面延伸至该半导体台面的表面，应用于半导体技术领域，该半导体台面包括：由第一钝化膜和覆盖于第一钝化膜上的第二钝化膜形成的钝化层；在钝化层上形成的保护层，本发明同时公开了制作该半导体台面的工艺步骤，包括：在该半导体台面上沉积类金刚石膜以形成第一钝化膜，在第一钝化膜上涂覆有机膜用以形成第二钝化膜，第一钝化膜和第二钝化膜形成钝化层；在钝化层上灌注保护橡胶以形成保护层。本发明采用双层钝化膜形成钝化层，可以实现钝化层与半导体台面的良好接触性能，提升可靠性，还可以屏蔽负电性的保护层对半导体台面的电场影响，改善半导体器件的阻断耐压。

Description

一种半导体台面及制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地说，涉及一种半导体台面及其制作方法。

背景技术

在大功率半导体器件的表面，尤其是PN结的交界面延伸至表面的区域，容易被电离子、化学物质、水等污染。若半导体器件表面被污染则会造成该器件的漏电流增大、阻断电压降低，使得该器件的可靠性降低，甚至导致该器件失效。所以，必须对半导体器件的表面，尤其是表面的PN结区域进行处理。

半导体器件的边缘通常设置台面，器件中的PN结的交界面延伸至该台面。台面设计包括台面的表面钝化。表面钝化是指在器件台面的表面覆盖一层或多层保护膜，使得台面的表面不直接接触外界，可用于保证台面区域不会被机械损伤、不会被渗透进杂质离子/分子。但是，目前通常采用的保护膜材料与半导体台面接触不好或者粘附性较差，形成的保护膜易发生脱落或者致密性不高而产生空洞。

通常，为了增大半导体器件的介电击穿电阻以及机械保护性，会在其保护膜上增加一层保护橡胶作为保护层。该保护橡胶带负电性，会对延伸到半导体台面的PN结的交界面的电场产生影响，从而会对半导体器件的性能产生影响。

基于上述情况，亟需一种能保持钝化层与半导体台面接触良好并且能屏蔽保护层负电性的半导体台面及其制作方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种既能保持保护膜与半导体台面接触良好并且能屏蔽保护层负电性的半导体台面及其制作方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种半导体台面，其PN结交界面延伸至所述半导体台面的表面，所述半导体台面包括：

由第一钝化膜和覆盖于所述第一钝化膜上的第二钝化膜形成的钝化层；

在所述钝化层上形成的保护层。

根据本发明的一个实施例，所述第一钝化膜为类金刚石膜。

根据本发明的一个实施例，所述第二钝化膜为有机膜。

根据本发明的一个实施例，所述有机膜为带正电性的有机膜。

根据本发明的一个实施例，所述保护层为保护橡胶。

根据本发明的另一个方面，制作如上任一项所述的半导体台面的方法，包括以下步骤：

在所述半导体台面上沉积类金刚石膜以形成第一钝化膜；

在所述第一钝化膜上涂覆有机膜用以形成第二钝化膜，所述第一钝化膜和所述第二钝化膜形成钝化层；

在所述钝化层上灌注保护橡胶以形成保护层。

根据本发明的一个实施例，形成所述第一钝化膜包括：

采用PECVD工艺沉积类金刚石膜；

对所述类金刚石膜进行退火工艺处理以形成第一钝化膜。

根据本发明的一个实施例，形成所述第二钝化膜包括：

在所述第一钝化膜上涂覆一层液态有机膜；

将所述液态有机膜在温度<＝300℃的条件下进行烘干固化以形成第二钝化膜；

确认所述第二钝化膜是否有空洞，如有空洞，则重新生成第二钝化膜。

根据本发明的一个实施例，形成所述保护层包括：

将所述钝化层上灌注的保护橡胶在温度<＝300℃的条件下进行烘干定型以形成保护层。

本发明带来了以下有益效果：

本发明采用双层膜设计，即在沉积的类金刚石膜形成的第一钝化膜上涂覆一层带正电性的有机膜形成第二钝化膜，第一钝化膜和第二钝化膜形成钝化层。该方法工艺简单，可以实现钝化层与半导体台面的良好接触性能，提升可靠性，还可以屏蔽负电性的保护层对半导体台面的电场影响，改善半导体器件的阻断耐压性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1为现有的一个半导体台面的剖面图；

图2为根据本发明的一个实施例的半导体台面的剖面图；以及

图3为根据本发明的一个实施例的制作本发明所述半导体台面的工艺流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1所示为现有技术中的一个半导体台面的剖面图。此处以半导体二极管为例来说明现有技术中半导体器件的PN结的交界面处的钝化结构。如图1所示，上部为P+型区域，对应阳极发射极1；下部为N型区域，对应阴极发射极2；P+型区域和N型区域之间为PN结交界面3。在半导体器件的边缘进行磨角形成半导体台面。在该半导体台面上设置有钝化层4和保护层5，其中钝化层4设置于半导体台面上，保护层5覆盖于钝化层4上。

常用于做钝化层4的材料主要有：多晶硅膜、有机膜和类金刚石膜。其中，多晶硅膜粘附性较差，易发生脱落。有机膜易于在工艺过程中掺入气泡，固化时气体挥发从而产生空洞，影响钝化成膜的致密性和可靠性。类金刚石膜致密性高(空洞少)，与硅粘附性好，电阻率高(寄生电流小)，可靠性高。在以上所述的三种钝化材料中，类金刚石膜为目前比较理想的钝化材料，但类金刚石膜的可行厚度不超过0.5um。若类金刚石膜过厚，其表面应力大易产生裂纹甚至脱落。并且，在成膜沉积速率一定时，增加膜厚必然增加工艺时间。同时，沉积成膜为发热反应，工艺时间越长则工艺温度越高，温度过高会影响成膜的结构特性及应力。

为了增大半导体器件的介电击穿电阻以及机械保护性，通常会在钝化层4上增加一层带负电性的保护橡胶用作保护层5。保护层5对半导体器件中的P+型区域的正电荷有吸引作用，而类金刚石膜的可行厚度无法较好屏蔽保护橡胶的负电性对P+型区域的正电荷的影响。因此，负电性的保护橡胶由于吸附P+型区域的正电荷导致PN结的交界面电场发生改变，耗尽电场宽度减小，降低了半导体器件的阻断耐压。因此，需要对半导体台面上的钝化层4和保护层5进行处理以屏蔽保护橡胶的负电性对半导体台面电场的影响，同时还要保证钝化层与半导体台面良好的接触性能。

如图2所示为根据本发明的一个实施例的半导体台面的剖面图。如图2所示，在半导体台面上沉积有第一钝化膜4，在第一钝化膜4上涂覆有第二钝化膜6，第一钝化膜4和第二钝化膜6共同形成钝化层。第一钝化膜4采用类金刚石膜形成。第二钝化膜6采用有机膜，有机膜优选采用带有正电性的有机胶。在第二钝化膜6上设有保护橡胶形成的保护层5。

由于在第一钝化膜4和保护层5之间设有第二钝化膜6，保护层5中的负电荷距离半导体台面的距离变大，保护橡胶中的负电荷吸附正电荷的能力减弱，聚集在P+型区域的半导体台面表面处的正电荷密度减小。第二钝化膜6的厚度越大，保护层5距离半导体台面的表面距离越大，保护橡胶中的负电荷吸附正电荷的能力越弱，聚集在P+型区域的半导体台面表面处的正电荷密度越小。当然，第二钝化膜6的厚度不能设置的过小，否则，保护层5与半导体台面的表面距离不足够大，保护橡胶中的负电荷还是会引起P+型区域的半导体台面处的正电荷聚集。在本发明的一个实施例中，第二钝化膜6优选采用带有正电性的有机胶，其中的正电荷能够补偿部分保护层5中的负电荷。

通过增大保护层5与半导体台面的距离和采用正电性的有机胶形成的第二钝化膜就使得半导体台面P+型区域的电场宽度由位置7扩展到了位置8，从而使得耗尽层的宽度变大，提升了半导体台面的耐压能力。该种方案主要针对电场向P+型区域扩展的半导体台面结构。

如图3所示为根据本发明的一个实施例的制作本发明所述的半导体台面的工艺流程图。

如图3所示，在步骤S001中，采用PECVD工艺沉积类金刚石膜以形成第一钝化膜。PECVD(等离子体增强化学气相沉积)借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体。等离子体化学活性很强，很容易发生反应，从而在基片上沉积出所期望的薄膜。

在本发明的一个实施例中，采用常规PECVD工艺在半导体台面上沉积类金刚石膜。在低压(0.1MPA)、高频(13.56MHz)、低温(<450℃)的条件下，将包括单一碳氢化合物或几种碳氢化合物的混合物的气源通过PECVD设备。调节PECVD设备中功率、气压、气源流量等工艺参数来控制成膜的速度、质量及厚度。在成膜的过程中，同时对承载半导体台面的基板进行冷却，以防止在成膜过程中温度过高影响成膜的质量。在该步骤中，利用与半导体台面接触良好的类金刚石膜作为第一钝化膜，其致密性高，与半导体台面的粘附性好，电阻率高，可靠性高。该第一钝化膜的厚度一般不超过0.5um。在类金刚石膜形成第一钝化膜后，采用退火工艺对第一钝化膜进行处理以改善该第一钝化膜的性能。

在步骤S002中，在第一钝化膜上涂覆一层有机膜用以形成第二钝化膜。在该步骤中，首先采用毛笔或针管在第一钝化膜的表面涂覆一层液态有机膜。在本发明的一个优选例子中，有机膜材料采用带正电性的有机胶。然后将该液态有机膜在温度<＝300℃的条件下进行烘干固化即形成第二钝化膜。第二钝化膜形成之后还要确认其表面是否有空洞，通常通过直接观察就可确认第二钝化膜是否有空洞。如果有空洞，则需要重新生成第二钝化膜，如果没有空洞则进入到下一步工艺处理。

在步骤S001中形成的第一钝化膜和在步骤S002中形成的第二钝化膜构成钝化层。

在步骤S003中，在钝化层上灌注保护橡胶以形成保护层。在该步骤中，首先在钝化层上灌注特定形状的保护橡胶。此处的特定形状依据该半导体台面安装位置的结构和周围电路元件的配置来确定。然后将该保护橡胶在温度<＝300℃的条件下进行烘干定型即形成保护层。该保护层具有电隔离性，可以提高介电击穿能力，还可起到对半导体器件封装定位的作用。目前，通常采用的保护橡胶带有负电性，会对PN结区域的电场产生影响。通过步骤S002的处理，可以减轻保护橡胶对PN结区域的电场影响。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种半导体台面，其PN结交界面延伸至所述半导体台面的表面，其特征在于，所述半导体台面包括：

由第一钝化膜和覆盖于所述第一钝化膜上的第二钝化膜形成的钝化层；

在所述钝化层上形成的保护层。

2.如权利要求1所述的半导体台面，其特征在于，所述第一钝化膜为类金刚石膜。

3.如权利要求2所述的半导体台面，其特征在于，所述第二钝化膜为有机膜。

4.如权利要求3所述的半导体台面，其特征在于，所述有机膜为带正电性的有机膜。

5.如权利要求4所述的半导体台面，其特征在于，所述保护层为保护橡胶。

6.制作如权利要求1～5中任一项所述的半导体台面的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在所述半导体台面上沉积类金刚石膜以形成第一钝化膜；

在所述第一钝化膜上涂覆有机膜用以形成第二钝化膜，所述第一钝化膜和所述第二钝化膜形成钝化层；

在所述钝化层上灌注保护橡胶以形成保护层。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述第一钝化膜包括：

采用PECVD工艺沉积类金刚石膜；

对所述类金刚石膜进行退火工艺处理以形成第一钝化膜。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，形成所述第二钝化膜包括：

在所述第一钝化膜上涂覆一层液态有机膜；

将所述液态有机膜在温度<＝300℃的条件下进行烘干固化以形成第二钝化膜；

确认所述第二钝化膜是否有空洞，如有空洞，则重新生成第二钝化膜。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述保护层包括：

将所述钝化层上灌注的保护橡胶在温度<＝300℃的条件下进行烘干定型以形成保护层。