CN105470150B - 一种硅台面二极管的玻璃钝化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅台面二极管的玻璃钝化方法，依次包括如下步骤：玻璃浆料的配制、玻璃涂覆、多余台顶玻璃清除、玻璃烧结和成型的步骤，本发明通过优化玻璃浆料的配制比例，采取粘除法清除台顶玻璃，之后再进行玻璃烧结的工艺，在达到理想的钝化效果的前提下，降低了清除台顶玻璃的工艺难度，缩短工艺时间。通过本方法制造的玻璃钝化器件，可有效缩短台顶玻璃腐蚀时间，提高电极窗口图形质量和精度，工艺简单易行，降低了生产成本。

Description

一种硅台面二极管的玻璃钝化方法

技术领域

本发明属于硅器件表面钝化技术领域，具体地涉及一种硅台面二极管的玻璃钝化方法。

背景技术

对于硅台面二极管器件，由于PN结裸露在空气中，对外界的影响尤为敏感，表面沾污和表面电荷会对器件参数产生影响。利用钝化膜可以钝化活性的半导体Si表面，改善器件的性能，强化器件的密封性，屏蔽外界杂质、离子电荷、水汽等对器件的有害影响，增强器件的稳定性和可靠性。

玻璃钝化技术，是将钝化玻璃粉末涂覆于硅器件表面，通过加热烧结制成玻璃介质膜的工艺过程。玻璃钝化形成的介质膜，结构致密，具有良好的化学稳定性，能够有效的抵御外界杂质气体的渗透，膜中自由离子迁移率低，且其与Si的热匹配性能和粘润性良好。由玻璃钝化膜钝化表面的台面器件，其可靠性可以得到有效的提高。

对于需要玻璃钝化的台面功率器件，其钝化部分应能够得到完全、严密的覆盖保护，所引入的杂质沾污应尽可能少，图形的均匀性要好，成品率高，钝化方法要易于操作、重复性好。

在进行玻璃钝化之后，二极管还需要在台顶制作电极窗口，因此往往希望台顶在玻璃钝化之后没有残余的玻璃或残余的台顶玻璃尽可能的薄。

目前半导体制造商使用的方法主要有传统刮涂法、电泳法以及光刻法。

一般刮涂法是将玻璃浆料涂覆在晶片表面，高温烧结使玻璃成型，一般台顶会存在一层3～10μm的玻璃介质膜，在台顶电极制作前需通过光刻掩膜，使用湿法腐蚀的方式将晶片台顶玻璃清除，因台顶玻璃较厚，光刻和湿法腐蚀玻璃的工艺步骤往往不能一次完成，需重复多遍才可将台顶玻璃清除干净，且腐蚀窗口图形质量较差。

电泳法是将玻璃粉料泳到晶片表面，通过高温烧结使晶片表面形成一层玻璃介质膜，一般在台顶玻璃膜厚度在1～3μm左右，之后通过光刻、腐蚀的方式将台顶玻璃清除。此方法形成的玻璃介质膜较薄，对中高压的二极管钝化效果略差，且工艺操作繁琐。

光刻法是使用光刻胶和玻璃粉料混合，将混合料涂覆在晶片表面，利用光刻显影的方法将台顶不必要的玻璃粉和光刻胶去除，再高温下烧结成玻璃介质膜。光刻法简化了烧结后腐蚀台顶玻璃的工艺步骤，但其需要有用于光刻玻璃的光刻显影设备，该方法对设备要求较高，增加了生产成本。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种操作工艺简单、效率高、腐蚀电极窗口图形质量好、对设备要求低的硅台面二极管的玻璃钝化方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种硅台面二极管的玻璃钝化方法，包括如下步骤：

(1)玻璃浆料的配制：将乙基纤维素与稀释剂混合配成浆料溶剂，然后将浆料溶剂与玻璃粉混合配成玻璃浆料；

(2)玻璃涂覆：将玻璃浆料使用刀口平整的刮刀均匀的涂覆在已经制做PN结和芯片台面沟槽的硅晶片上，使台侧壁沟槽内填满玻璃浆料；

(3)多余台顶玻璃清除：烘干步骤(2)得到的涂覆有玻璃浆料的晶片，将晶片放置在平坦的石英板上，使用硅胶粘尘滚轮在晶片上均匀滚过，通过硅胶粘尘滚轮上粘尘介质的粘度将台顶玻璃粉料粘除；

(4)玻璃烧结成型：将待成型的晶片在烧结炉中烧结成型，烧结温度为810～865℃，烧结过程通纯度至少为99.99％的氧气；

(5)重复步骤(2)～(4)步骤的1～3次。

具体地，步骤(1)中，乙基纤维素与稀释剂按1g∶25ml～1g∶40ml的比例混合配制成浆料溶剂，然后将浆料溶剂与玻璃粉按1ml∶2.0g～1ml∶3.4g混合制成玻璃浆料；优选地，步骤(1)中，乙基纤维素与稀释剂按1g∶30ml～1g∶35ml的比例混合配制成浆料溶剂，然后将浆料溶剂与玻璃粉按1ml∶2.0g～1ml∶3.4g的比例配混合制成玻璃浆料，浆料溶剂与玻璃粉的具体比例应根据具体产品的工艺条件选择。

优选地，所述的稀释剂为有机溶剂，包括但不限于丙酮、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯中的任意一种

优选地，步骤(1)中，所述的混合采用球磨机进行混合，球磨转速150～250转/分，球磨时间不少于6小时。

优选地，步骤(2)中，所示的刮刀的材质为不锈钢或橡胶。

优选地，步骤(3)中，通过红外灯烘干步骤(2)得到的涂覆有玻璃浆料的晶片。

为了达到更好的去除多余台顶玻璃的效果，步骤(3)中，使用硅胶粘尘滚轮在晶片上均匀滚过的步骤重复若干次，每次使用的硅胶粘尘滚轮上的粘尘介质应是干净的。对于粘尘介质的材质不做限制，市售的可以用于粘趁的硅胶类材质均可实现本发明的目的。

为了达到台面侧壁的钝化效果，在步骤(4)和步骤(5)中，烧结的温度为810～865℃，烧结过程中通入纯度至少为99.99％的氧气，且最后一次玻璃烧结的时间为20～30min，其余每次烧结时间为5～15min。

有益效果：本发明的玻璃钝化工艺方法主要用于钝化中高电压的硅台面二极管，其与一般刮涂法相比，其技术优势在于本方法在玻璃成型之前增加了使用粘尘滚轮将多余的台顶玻璃清除的工艺步骤，减少了台顶玻璃的残余量和残余厚度，降低了烧结之后使用湿法腐蚀电极窗口的工艺难度，提高了腐蚀电极窗口的图形质量，缩短工艺时间；与光刻法相比，其技术优势在于本方法无需增加用于光刻玻璃胶的光刻显影设备，对设备的依赖性小，工艺简单易于操作。

本发明提供了合适的玻璃浆料的配制比例，采取粘除法清除台顶玻璃，之后再进行玻璃烧结的工艺方法。本发明对于硅台面二极管可以达到理想的钝化效果(通过漏电流指标体现)，并很大程度的减小了台顶玻璃的残余厚度，降低了清除台顶玻璃的工艺难度，缩短工艺时间，且制作出的电极窗口图形质量较佳。

附图说明

图1涂覆玻璃浆料的晶片效果图；

图2台顶玻璃粘除效果图；

图3粘尘滚轮示意图；

图4本发明的工艺流程图；

图5本方法制作的某产品腐蚀电极窗口的图形

图6一般刮涂法(未进行台顶玻璃清除工艺步骤)的某产品腐蚀电极窗口的图形；

具体实施方式

本发明提出了一种硅台面二极管的玻璃钝化方法，其工艺流程如图4所示，包括如下步骤：

(1)PN结台面的制作：使用扩散或注入的方式制作PN结，通过掩蔽腐蚀的方法制作出芯片台面沟槽。

(2)清洗工艺：晶片在进行玻璃钝化工艺前必须经过有效的清洗，以去除晶片表面的杂质离子。烧结炉在进行工艺前需进行必要的清洗，以去除炉体内多余的反应物及杂质。

(3)玻璃浆料配制工艺：将乙基纤维素按1g∶25ml～1g∶40ml的比例加入到稀释剂中，待其充分溶解后即成配制玻璃浆料的溶剂，将浆料溶剂与玻璃粉按1ml∶2.0g～1ml∶3.4g的比例置于玛瑙球磨罐中进行球磨，球磨转速(150～250)转/分，球磨时间不小于6小时。

(4)玻璃浆料涂覆工艺：将玻璃浆料使用刀口平整的刮刀均匀的涂覆在晶片表面，其中，刮刀的材质为不锈钢或橡胶。涂覆玻璃浆料后的晶片的效果图如图1所示。

(5)台顶玻璃粉料清除工艺：将涂覆有玻璃浆料的晶片在红外灯下烘干后，将晶片放置在平坦的石英板上，使用洁净厂房用硅胶粘尘滚轮在晶片上均匀滚过，通过粘尘滚轮上粘尘介质的粘度将台顶玻璃粉料粘除，使用过的硅胶粘尘滚轮纸应撕除，不可重复使用。粘尘滚轮宽度应大于晶片宽度，为达到较好的粘除效果，必要时可重复。其中，粘尘滚轮主要由粘尘纸和手柄两部分组成(如图3所示)，粘尘纸为硅胶粘尘纸。对于粘尘介质的材质不做限制，市售的可以用于粘趁的硅胶类材质均可实现本发明的目的。台顶玻璃的粘除效果图如图2所示。

(6)玻璃烧结成型工艺：将待成型的晶片在烧结炉中烧结成型，烧结温度为810～865℃，烧结过程通纯度至少为99.99％的氧气。烧结成型后重复“玻璃涂覆-多余台顶玻璃清除-玻璃烧结”的工艺过程1～3次，最后一次玻璃烧结的时间为20～30分钟，其余每次烧结时间为5～15分钟。

下面通过具体的实施例来详细说明本发明。

实施例1

在本实施例中，参照上述方法进行硅台面二极管的玻璃钝化。其中，玻璃浆料按照如下方法配制：将乙基纤维素按1g∶25ml的比例加入到丁基卡必醇溶液中，待其充分溶解后成配制玻璃浆料的溶剂，将浆料溶剂与玻璃粉按1ml∶2g的比例置于玛瑙球磨罐中进行球磨，球磨转速220转/分，球磨时间8小时，制得玻璃浆料，然后将玻璃浆料用刀口平整的不锈钢刮刀均匀的涂覆在已经制做PN结和芯片台面沟槽的硅晶片上，使台面沟槽内填满玻璃浆料，用红外灯烘干上述涂覆有玻璃浆料的晶片，将晶片放置在平坦的石英板上，使用硅胶粘尘滚轮在晶片上均匀滚过，通过硅胶粘尘滚轮上粘尘介质的粘度将台顶玻璃粉料粘除，将待成型的晶片在烧结炉中烧结成型，烧结过程通纯度至少为99.99％的氧气，烧结温度为855℃，“玻璃涂覆-多余台顶玻璃清除-玻璃烧结”的工艺过程共进行3次，前两次烧结时间为10分钟，第三次烧结时烧结时间为30分钟。

按照本实施例的工艺条件对参数指标要求为I_R≤10μA(V＝V_RM)的某产品进行5个批次验证，产品的平均漏电流I_R＝0.022～0.032μA(V＝V_RM)，均远远优于参数指标要求，本方法钝化效果良好。

对按照本实施例的工艺条件生产的某产品台顶残留玻璃厚度进行测定，并与一般刮涂法(未进行多余台顶玻璃清除工艺步骤，其他条件同实施例)钝化的某产品台顶残留玻璃厚度进行对比，本实施例方法制作的产品台顶玻璃厚度明显少于一般刮涂法制作的产品，且腐蚀的电极窗口图形边缘整齐，图形质量较佳，如图5和图6所示。

表1.本方法与一般刮涂法台顶玻璃厚度对比

本领域技术人员可以调整乙基纤维素与稀释剂以及浆料溶剂与玻璃粉的比例按照实施例1的方法进行操作。

Claims (6)

1.一种硅台面二极管的玻璃钝化方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）玻璃浆料的配制：将乙基纤维素与稀释剂混合配成浆料溶剂，然后将浆料溶剂与玻璃粉混合配成玻璃浆料，乙基纤维素与稀释剂按1g：25ml~1g：40ml的比例混合配制成浆料溶剂，然后将浆料溶剂与玻璃粉按1ml：2.0g~1ml：3.4g的比例配混合制成玻璃浆料；

（2）玻璃涂覆：将玻璃浆料使用刀口平整的刮刀均匀的涂覆在已经制做PN结和芯片台面沟槽的硅晶片上，使台面沟槽内填满玻璃浆料，得到涂覆有玻璃浆料的晶片；

（3）多余台顶玻璃清除：烘干步骤（2）得到的涂覆有玻璃浆料的晶片，将晶片放置在平坦的石英板上，使用硅胶粘尘滚轮在晶片上均匀滚过，通过硅胶粘尘滚轮上粘尘介质的粘度将台顶玻璃粉料粘除；

（4）玻璃烧结成型：将待成型的晶片在烧结炉中烧结成型，烧结温度为810~865℃，烧结过程通纯度至少为99.99%的氧气；

（5）重复步骤（2）~（4）步骤的1~3次，最后一次玻璃烧结的时间为20~30 min，其余每次烧结时间为5~15 min。

2.根据权利要求1所述的硅台面二极管的玻璃钝化方法，其特征在于，步骤（1）中的稀释剂为有机溶剂，包括丙酮、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的硅台面二极管的玻璃钝化方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的混合采用球磨机进行混合，球磨转速150~250转/分，球磨时间不少于6小时。

4.根据权利要求1所述的硅台面二极管的玻璃钝化方法，其特征在于，步骤（2）中，所示的刮刀的材质为不锈钢或橡胶。

5.根据权利要求1所述的硅台面二极管的玻璃钝化方法，其特征在于，步骤（3）中，通过红外灯烘干步骤（2）得到的涂覆有玻璃浆料的晶片。

6.根据权利要求1所述的硅台面二极管的玻璃钝化方法，其特征在于，步骤（3）中，使用硅胶粘尘滚轮在晶片上均匀滚过的步骤重复若干次，每次使用的硅胶粘尘滚轮上的粘尘介质是干净的。