DD258875A1

DD258875A1 - Glaspassivierung von halbleiter-leistungsbauelementen

Info

Publication number: DD258875A1
Application number: DD30084187A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Storch; Bernd Hahn; Hans-Friedrich Hadamovsky; Ulrich Mohr; Karl Fischer
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1988-08-03

Abstract

Das erfindungsgemaesse Verfahren gewaehrleistet die Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiter-Leistungsbauelementen durch den hermetischen Schutz der nackt an die Oberflaeche tretenden hochsperrenden pn-Uebergaenge vor Umgebungseinfluessen mit einer Passivierungsschicht aus Glas. Erfindungsgemaess wird auf die zu passivierende Halbleiterscheibe ein 30 bis 100 mm dickes Plaettchen aus Passivierungsglas gelegt, und mit Hilfe eines auf den Passivierungsgraben im Bauelement justierten Laserstrahls wird das ueber dem Passivierungsgraben befindliche Glasgebiet zuerst aus dem Glasplaettchen heraus- und dann in den Graben hineingeschmolzen. Als Passivierungsglas werden Einschicht- oder Mehrschichtglaeser verwendet. Der Passivierungsgraben kann auch als Stufengraben ausgebildet werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiter-Leistungsbauelementen durch den hermetischen Schutz der nackt an die Oberfläche tretenden hochsperrenden pn-Übergänge vor Umgebungseinflüssen mit einer Passivierungsschicht aus Glas. Durch Verbesserung der Grenzflächeneigenschaften Halbleiter (HL)/Glas und Freihalten der Kontaktflächen auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers vor Verunreinigungen bei der Durchführung der Passivierung werden die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente in vorteilhafterweise stimuliert.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Nach dem Stand der Technik werden die sich mehrfach auf der HL-Scheibe wiederholenden diskreten Bauelemente-Strukturen durch Gräben, die diese Strukturen umschließen, elektrisch gegeneinander isoliert. Die Gräben haben dabei die Aufgabe, den hochsperrenden, durch ganzflächige Diffusion in der HL-Scheibe erzeugten pn-übergang zu durchtrennen und das Passivierungsglas in geschlossener Schicht aufzunehmen. Auf diese Weise wird der hochsperrende pn-übergang, der im Bereich der Grabenflanken an die HL-Oberfläche stößt, vor Umgebungseinflüssen geschützt. Als Passivierungsglas werden zumeist Zink-/Bor- oder Blei-/Aluminium-/Bor-Silikatgläser in hochreiner Ausgangsqualität eingesetzt. Für das Auftragen der Passivierungsgläser auf den HL-Körper sind verschiedene Verfahren in Gebrauch.

Zu den bekanntesten Verfahren zählen die Sedimentation und Elektrophorese, Spinnen, Schaben und Siebdruck. Vor der Beschichtung des HL-Körpers werden den Glaspulvern bestimmte Stoffe als Verarbeitungshilfe zugesetzt, so daß die Glaspulver entweder als Paste oder als nasse Pulver, die mit der Verarbeitungshilfe verunreinigt sind, auf der HL-Oberfläche zur Abscheidung kommen. In einem auf die Beschichtung folgenden mehrstufigen Wärmeprozeß sind zuerst die den Glaspulvern als Verarbeitungshilfe zugesetzten Hilfsstoffe durch Ausbrennen zu entfernen, bevor das Erweichen des Glases beginnt. Nach Flowers und Hughes (J. Electrochem.Soc, 129 [1982] 1,154—160) ist es dabei unbedingt erforderlich, daß bei diesem Prozeß die auch als Binder bezeichneten, zumeist organischen Verarbeitungshilfen ohne jeden Rückstand aus dem zunächst noch körnigen Glasauftrag ausgebrannt werden, bevor der Erweichungspunkt des Glases erreicht wird. Nur bei absoluter Vollständigkeit des Ausbrennprozesses werden die ursprünglichen Reinheitsparameter des Glases wiederhergestellt und eine Passivierung erzielt, die höchsten Ansprüchen an Stabilität und Zuverlässigkeit genügt.

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In der Praxis ist es jedoch nicht immer möglich, diese Forderung zu erfüllen, und zwar im besonderen dann nicht, wenn es um das Einbrennen von Gläsern mit tiefem Erweichungspunkt geht, der in der Nähe der Ausbrenntemperatur des Binders liegt und zu Inklusionen von Binderresten im Glasfluß führt.

Ziel der Erfindung . ·

Ziel der Erfindung ist das Auftragen von tiefschmelzenden Passivierungsgläsern in hoher Reinheit, das die Herstellung von Leistungsbauelementen mit iioher Stabilität und Zuverlässigkeit gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Glaspassivierung für Halbleiter-Leistungsbauelemente anzugeben, bei dem das Passivierungsglas in hoher, unveränderter Reinheit auf die HL-Oberfläche aufgetragen wird. Außerdem soll sich die Passivierung ausschließlich auf das Gebiet des Grabens beschränken und die Kontaktflächen nicht erfassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die bereits strukturierte und zu passivierende Halbleiterscheibe ein 30 bis 100 pm dickes Plättchen aus dem Passivierungsglas gelegt wird, das diese Halbleiterscheibe überdeckt. Anschließend wird mit Hilfe eines auf den Passivierungsgraben in der Halbleiterscheibe justierten Laserstrahls das über dem Passivierungsgraben befindliche Glasgebiet zuerst aus dem Glasplättchen heraus- und dann in den Graben hineingeschmolzen. Danach werden die Reste des nicht geschmolzenen Glasplättchens von der Halbleiterscheibe entfernt, und es erfolgt mit bekannten Mitteln das Vereinzeln der Bauelemente-Anordnungen auf der Halbleiterscheibe zu Chips.

Als Passivierungsglas werden Einschicht- oder Mehrschichtgläser verwendet. Die aus zwei oder mehreren Schichten bestehenden Glasplättchen ermöglichen die Erhöhung der Absorption der Laserstrahlenergie im Glas. Beim Aufbau solcher Mehrschichtgläser wird die Zusammensetzung des Passivierungsglases gewahrt, indem die Schichten aus Bestandteilen der auf dem pn-übergang des Halbleiterbauelementes angestrebten Glaskomposition bestehen.

Der Absorptionsfaktor der Laserenergie im Glasplättchen wird durch Anpassung der Oberflächen-und Volumenstruktur erhöht, indem die Oberfläche des Glasplättchens aufgerauht wird oder Glasplättchen mit einer Kristallstruktur verwendet werden.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird der Passivierungsgraben auf der Halbleiterscheibe als Stufengraben ausgebildet. Der Austritt des hochsperrenden pn-Übergangs befindet sich dann im Gebiet des schmalen Mittelgrabens, dicht unterhalb des terrassierten Plateaus. Zum Aufschmelzen des Glases wird der Laserstrahl im Gebiet über dem Mittelgraben und in einem an diesen sich anschließenden Teil der Terrasse wirksam. Mittelgraben und Terrassen werden mit einer dichten Glasschicht bedeckt, ohne daß der Schmelzrand des Glasplättchens über der Terrasse in direktem Kontakt mit der HL-Oberfläche steht.

Das Anschmelzen des Glases im Graben wird begünstigt, indem die Halbleiterscheibe zusätzlich erwärmt wird.

Die Wärmezufuhr wird auch verbessert, wenn Glasplättchen mit unterschiedlichen — den Passivierungsgraben angepaßten — Absorptionszonen für die Laserenergie verwendet werden.

Die Reste des Glasplättchens werden, da in unveränderter Reinheit erhalten, im Recycling zur Herstellung neuer Plättchen eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Glaspassivierung, bei dem Auftragen und Einschmelzen in einem Arbeitsschritt erfolgt, ermöglicht das Aufbringen von tiefschmelzenden Passivierungsgläsern in hoher Reinheit.

Selbstverständlich ist auch das Aufbringen von Passivierungsgläsern möglich, die bei höheren Temperaturen schmelzen. Im Unterschied zu bekannten Passivierungsverfahren sind die Kontaktgebiete frei von Vereinigungen aus Binder und Glas. Das erfindungsgemäße Verfahren sichert die Herstellung von Leistungsbauelementen mit hoher Qualität und Zuverlässigkeit.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Passivierungsgraben mit zwei Stufen 1 und einem über dem Graben befindlichen Plättchen aus dem Passivierungsglas 2. Mit 3 ist das Wirkungsgebiet des Laserstrahls abgegrenzt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Passivierungsgraben nach dem Ausschmelzen des Passivierungsglases aus dem Plättchen und dem Einschmelzen in den Graben. Die Glasschicht 4 bedeckt die Oberfläche von Mittelgraben urrd Terrassen sowie die sich daran anschließende Böschung des Hauptgrabens 5. Die Kanten 6 des Plättchens aus dem Passivierungsglas überragen die Grabenkanten.

Auf ein zu passivierendes Si-Hochvolt-Bauelement wird ein 60 μηη dickes Glasplättchen, bestehend aus Blei-ZAluminium-ZBor-Silikatglas mit einem Überzug aus AI₂O₃, das als Raster ausgebildet ist, gelegt. Mit einem im IR-Gebiet arbeitenden Laser wird das Glas partiell aus dem Glasplättchen heraus- und in den Graben hineingeschmolzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Glaspassivierung für Halbleiter-Leistungsbauelemente, gekennzeichnet dadurch, daß auf eine strukturierte und zu passivierende Halbleiterscheibe ein 30 bis ΙΟΟμηπ dickes Plättchen aus Passivierungsglas gelegt wird, da diese Halbleiterscheibe teilweise oder vollständig überdeckt, daß ein Laserstrahl über mit dem Plättchen aus Passivierungsglas bedeckten Passivierungsgräben geführt wird und daß die Reste des nicht geschmolzenen Plättchens aus Passivierungsglas von der Halbleiterscheibe entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Passivierungsgräben aus dem Halbleiter-Leistungsbauelement als Stufengraben ausgebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Passivierungsglas Einschichtoder Mehrschichtgläser verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß aus Bestandteilen der auf dem Halbleiter-Leistungsbauelement angestrebten Glaskomposition bestehende Mehrschichtgläser verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung das Absorptionsfaktors der Laserenergie im Plättchen aus Passivierungsglas die Oberfläche des Glasplättchens aufgerauht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung des Absorptionsfaktors der Laserenergie im Plättchen aus Passivierungsglas Plättchen mit einer Kristailitstruktur verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum besseren Anschmelzen des Passivierungsglases im Passivierungsgräben die Halbleiterscheibe während der Einwirkung des Laserstrahls erwärmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum besseren Anschmelzen des Passivierungsglases im Passivierungsgräben Plättchen aus Passivierungsglas mit unterschiedlichen — den Passivierungsgräben angepaßten — Absorptionszonen für die Laserenergie verwendet werden.

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