CN1152178A - 半导体器件表面钝化保护材料及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
半导体器件表面钝化保护材料及其制备与应用，本发明属于半导体器件生产工艺中的一种表面钝化保护材料及其制备、应用，是将具负电荷效应的金属氧化物和二氧化硅按比例渗入有机硅漆中，均匀混合后成为糊状物，涂布在半导体器件表面上，形成钝化保护层。采用本发明可使半导体器件平均漏电流减少12.6mA，电压平均提高150V，产品合格率提高15％,优品率提高36％。
Description
本发明属于半导体器件生产工艺中的一种表面钝化保护材料及其制备、应用。
随着空间技术和工农业迅速发展，尤其是我国高压直流输电、铁路电气化、冶金、化工、机械和轧钢等行业中电力电子装置应用的发展，对电子工业中的新技术、新材料和新产品的研究和开发提出愈来愈高的要求，特别是对硅器件耐压水平和高温特性的要求日益提高，要想保证器件具有漏电流小、高电压，并能稳定地在高温下可靠运行，器件表面特性的控制和绝缘保护是非常关键的。由于半导体表面状态的恶化会严重影响到器件的电压水平、稳定性和可靠性，甚至有的表面器件的性能直接受到表面状态的影响和控制。因此，半导体表面状态和表面保护在器件制造上的重要性越来越突出，它已成为半导体物理的一个重要研究领域，引起了人们的极大关注和重视。
近几年，半导体表面钝化保护材料的发展很快，主要分为无机保护和有机保护两大类。有机保护材料以其优良的介电性能和理化性能被广泛地应用于电力半导体硅器件的表面保护中。国内外使用的有机钝化保护材料多为硅有机树脂和硅橡胶或聚酰亚胺之类的材料。目前使用较普遍的是硅有机高分子聚合物，主要是硅漆和硅橡胶两大类，也有使用聚酰亚胺漆和二苯醚漆的。比较广泛使用的硅有机钝化保护材料有1053硅漆、聚酯改性硅漆(SP)、室温硫化硅橡胶等。SP硅漆是用聚酯改性的硅有机漆，有931、W30-P、1054、937等型号，均为同性质产品。硅有机材料H级绝缘材料，可允许长期工作温度为180℃，所以可满足大功率高压硅器件的耐热要求。虽然这些钝化保护材料各有优点，在半导体表面钝化保护上起了一定的作用，但也存在一些缺点。例如，硅橡胶为糊状体，与Si的粘附力较差，透气性强，抗撕抗拉强度低，尤其是在工艺过程中，先涂复硅橡胶，后用甲苯或二甲苯去除黑胶时，造成边缘硅橡胶皱曲，容易引起台面杂质污染，因而导致电流增大，以致影响到器件的高压特性、稳定性和可靠性。硅漆为液体，易挥发，易污染，并因其具有正电荷效应，导致器件的高温性能变差。
半导体器件的P-N结和表面造型确定后，决定高压器件在高温下漏电流小和保持电压稳定的关键是器件的表面耐压程度，关键是如何控制或限制半导体表现特性，使其表面由可变态达到稳定态，其表面保持“洁净”和“稳固”的状态是非常重要的。除管芯加工工艺之外，达到上述目的，主要是从表面钝化保护入手，重要措施是制备优质的表面钝化保护层。本发明的目的就在于克服已有半导体表面钝化保护材料的缺点，提供一种新型钝化保护材料，最终达到改善器件电特性，提高产品合格率、优品率之目的。
通过对现有的表面钝化保护材料的结构、组成、杂质含量及电性能的分析研究，找出影响钝化保护材料的电气和物化性能的主要因素，从而确定了本钝化保护材料的基本方案：以已有技术中的SP硅漆为原料，加入具有负电荷效应的ZrO2、TiO2、ZnO，并以SiO2作为增强剂。
这种表面钝化保护材料的制备方法为，在每20毫升的SP硅漆中，加入0.3～0.8克ZrO2、0.8～2克TiO2、0.2～0.6克ZnO和0.6～2克SiO2，经充分均匀混合制成糊状物。
采取本发明的新材料，经过系列的工艺过程，在半导体表面形成牢固的并具有负电荷效应的固体介质保护层。
山东省电力试验研究所对本表面钝化保护材料进行了理化及电性能检测：
1、外观：常温为白色的糊状体，高温固化后为坚硬的高密度无弹性的白色固体。
2、体电阻率 室 温：＞1.8×1015Ω·cm
100℃：＞5×1013Ω·cm
150℃：3×1012Ω·cm
3、击穿强度：＞15KV/mm
4、介电常数(室温，50Hz)：4.4
5、介质损耗角正切(50Hz)：＜2.16×10-2
本表面钝化保护材料的优点：
1、与硅粘附力强，坚硬牢固，高密度，无弹性，不透气，机械强度高，耐振耐冲击，可有效地阻挡外来杂质的侵入。
2、防潮，防腐蚀，耐高低温，抗氧化能力强，有良好的憎水性，化学稳定性好。
3、电绝缘性能好，体电阻率高，击穿强度大，介质损耗小。
4、有较强的负电荷效应，具有良好的钝化性能。已有的有机硅漆中存在着正电荷，半导体器件台面造型、腐蚀处理及接触环境气氛、器皿、用具等，也不可避免的要沾污上正离子。为消除这些正离子对表面P-N结的耐压造成的不良影响，应选择具有强负电荷效应的金属氧化物加入钝化保护材料中。这种金属氧化物不仅要求纯度高(含金属杂质极少)，而且它能够抵消上述正离子的作用，还能在台面上呈现负电荷效应，有利于P-N结的空间电荷层的展宽，即对表面钝化有明显的改善，尤其是在电场集中处有改善电场分布的效果，进而减少漏电流，达到提高器件的耐压水平。此外，所选用的金属氧化物还必须有高的耐热性，颗粒很细，有良好的增强效果。
5、用于半导体器件表面钝化保护，平均漏电流减少12.6mA，电压平均提高150V以上，产品合格率提高15％，优品率提高36％。
6、该材料的制备工艺简便，设备投资少，稳定可靠，周期短，成本较低，容易推广。
7、该材料无毒、安全，对环境无污染。
本发明的实施：
本半导体器件表面钝化保护材料是以SP硅漆为原料，加入具有负电荷效应的ZrO2、TiO2、ZnO，并以SiO2作为增强剂。具体制备方法是，在每20毫升的SP硅漆中，加入0.3～0.8克ZrO2、0.8～2克TiO2、0.2～0.6克ZnO和0.6～2克SiO2，经充分均匀混合制成糊状物。SP硅漆、金属氧化物和填充剂的纯度≥99.99％。所用器皿、用具要严格清洗，并在洁净环境条件下进行材料的配制。
制备实施例1：每20毫升的SP硅漆中，加入0.3克氧化锆、0.8克氧化钛0.2克氧化锌和0.6克二氧化硅，经充分均匀混合制成糊状物。
制备实施例2：每20毫升的SP硅漆中，加入0.8克氧化锆、2克氧化钛、0.6克氧化锌和2克二氧化硅，经充分均匀混合制成糊状物。
制备实施例3：每20毫升的SP硅漆中，加入0.6克氧化锆、1.2克氧化钛0.4克氧化锌和1.2克二氧化硅，经充分均匀混合制成糊状物。
本发明的应用：
应用实施例1：
1、管芯经过台面造型和腐蚀处理后，将配制本材料涂布在台表面上，涂层要均匀、无气泡、无杂质污染；
2、室温下存放6-8小时；
3、然后在真空干燥箱中，60-80℃条件下处理2-3小时，100-120℃条件下处理3-4小时，140-160℃条件下恒温4-5小时，200-230℃条件下固化10-15小时，干燥箱真空度保持1.33-0.133帕；
4、自然降温。
应用实施例2：
1、管芯(如晶闸管)经过台面造型和腐蚀处理后；进行液相钝化，硫酸∶硝酸∶高纯水＝5∶1∶(8-9)，室温下钝化60-90秒，在台面上形成二氧化硅薄膜；将配制本材料涂布在台表面上，涂层要均匀、无气泡、无杂质污染；
2、室温下存放6-8小时；
3、然后在真空干燥箱中，60-80℃条件下处理2-3小时，100-120℃条件下处理3-4小时，140-160℃条件下恒温4-5小时，200-230℃条件下固化10-15小时，干燥箱真空度保持1.33-0.133帕；
4、自然降温。
Claims (4)
1、一种半导体器件表面钝化保护材料，以SP硅漆为原料，加入具有负电荷效应的ZrO2、TiO2、ZnO，并以SiO2作为增强剂。
2、根据权利要求1所述的半导体器件表面钝化保护材料，其制备方法为，在每20毫升的SP硅漆中，加入0.3～0.8克ZrO2、0.8～2克TiO2、0.2～0.6克ZnO和0.6～2克SiO2，经充分均匀混合制成糊状物。
3、根据权利要求1所速的半导体表面钝化保护材料，其应用方法为，
(1).管芯经过台面造型和腐蚀处理后，将配制本材料涂布在台表面上，涂层要均匀、无气泡、无杂质污染；
(2).室温下存放6-8小时；
(3).然后在真空干燥箱中，60-80℃条件下处理2-3小时，100-120℃条件下处理3-4小时，140-160℃条件下恒温4-5小时，200-230℃条件下固化10-15小时，干燥箱真空度保持1.33-0.133帕；
(4).自然降温。
4、根据权利要求1所速的半导体表面钝化保护材料，其应用方法为，
(1).管芯经过台面造型和腐蚀处理后；进行液相钝化，硫酸∶硝酸∶高纯水＝5∶1∶(8-9)，，室温下钝化60--90秒，在台面上形成二氧化硅薄膜；将配制本材料涂布在台表面上，涂层要均匀、无气泡、无杂质污染；
(2).室温下存放6-8小时；
(3).然后在真空干燥箱中，60-80℃条件下处理2-3、时，100-120℃条件下处理3-4小时，140-160℃条件下恒温4-5小时，200-230℃条件下固化10-15小时，干燥箱真空度保持1.33-0.133帕；
(4).自然降温。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 96116021 CN1101588C (zh) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 半导体器件表面钝化保护材料及其制备与方法 |
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|---|---|---|---|
| CN 96116021 CN1101588C (zh) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 半导体器件表面钝化保护材料及其制备与方法 |
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|---|---|
| CN1152178A true CN1152178A (zh) | 1997-06-18 |
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| CN 96116021 Expired - Fee Related CN1101588C (zh) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 半导体器件表面钝化保护材料及其制备与方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN1101588C (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112226089A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-15 | 华南理工大学 | 耐漏电起痕加成型液体硅橡胶组合物及其制备方法与应用 |
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1996
- 1996-10-30 CN CN 96116021 patent/CN1101588C/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN112226089A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-15 | 华南理工大学 | 耐漏电起痕加成型液体硅橡胶组合物及其制备方法与应用 |
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|---|---|
| CN1101588C (zh) | 2003-02-12 |
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