DD258875A1

DD258875A1 - GLASS PASSIVATION OF SEMICONDUCTOR POWER ELEMENTS

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.The inventive method ensures the stabilization of the electrical properties of semiconductor power devices by the hermetic protection of naked to the surface passing high-blocking pn-Geebergaenge before environmental influences with a passivation layer of glass. According to the invention, a 30 to 100 mm thick passivation glass plate is placed on the semiconductor wafer to be passivated, and with the aid of a laser beam adjusted on the passivation trench in the component, the glass region above the passivation trench is first removed from the glass platelet and then melted into the trench. The passivation glass used is a single-layer or multi-layer glass. The passivation trench can also be formed as a stepped trench.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for stabilizing the electrical properties of semiconductor power devices by the hermetic protection of the nude to the surface emerging high-barrier pn junctions from environmental influences with a passivation layer of glass. By improving the interfacial properties of semiconductors (HL) / glass and keeping the contact surfaces on the surface of the semiconductor body free from impurities during passivation, the electrical properties of the components are advantageously stimulated.

Characteristic of the known state of the art

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.According to the state of the art, the discrete component structures repeated several times on the HL disk are electrically insulated from one another by trenches which enclose these structures. The purpose of the trenches is to sever the pn junction created by full-surface diffusion in the HL pane and to take up the passivation glass in a closed layer. In this way, the high-barrier pn junction, which hits the HL surface in the region of the trench edges, is protected against environmental influences. The passivation glass used is usually zinc / boron or lead / aluminum / boron silicate glasses in a highly pure starting quality. Various methods are used to apply the passivation glasses to the HL body.

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.The best known methods include sedimentation and electrophoresis, spiders, cockroaches and screen printing. Prior to coating the HL body, certain materials are added to the glass powders as a processing aid so that the glass powders, either as a paste or as wet powders contaminated with the processing aid, are deposited on the HL surface. In a multi-stage heat process following the coating, first the excipients added to the glass powders as a processing aid are to be removed by burnout before the softening of the glass begins. According to Flowers and Hughes (J. Electrochem.Soc, 129 [1982] 1,154-160), it is absolutely necessary that in this process, which are also referred to as binders, mostly organic processing aids burned out without any residue from the initially granular glass application, before the softening point of the glass is reached. Only when the burn-out process is complete are the glass's original purity parameters restored and passivation achieved, which meets the highest standards of stability and reliability.

-2- ZUtS ΰ/Ü -2- ZUtS ΰ / Ü

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.In practice, however, it is not always possible to meet this requirement, particularly when it comes to baking glasses with a low softening point, which is close to the burn-off temperature of the binder, and to inclusions of binder residues in the glass flow leads.

Ziel der Erfindung . ·Object of the invention. ·

Ziel der Erfindung ist das Auftragen von tiefschmelzenden Passivierungsgläsern in hoher Reinheit, das die Herstellung von Leistungsbauelementen mit iioher Stabilität und Zuverlässigkeit gewährleistet.The aim of the invention is the application of low-melting Passivierungsgläsern in high purity, which ensures the production of power devices with iioher stability and reliability.

Explanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to specify a method for producing a glass passivation for semiconductor power components, in which the passivation glass is applied in high, unchanged purity to the HL surface. In addition, the passivation should be restricted to the area of the trench and not capture the contact areas.

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.According to the invention the object is achieved in that on the already structured and to be passivated semiconductor wafer, a 30 to 100 pm thick plate is placed from the passivation glass, which covers this semiconductor wafer. Subsequently, with the aid of a laser beam adjusted onto the passivation trench in the semiconductor wafer, the glass area located above the passivation trench is first removed from the glass plate and then melted into the trench. Thereafter, the remainders of the unmelted glass plate are removed from the semiconductor wafer, and the singulation of the device arrangements on the semiconductor wafer into chips is carried out by known means.

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.As passivation glass, single-layer or multi-layer glasses are used. The glass plates consisting of two or more layers make it possible to increase the absorption of the laser beam energy in the glass. In the construction of such multilayer glasses, the composition of the passivation glass is maintained by the layers consist of components of the desired on the pn junction of the semiconductor device glass composition.

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.The absorption factor of the laser energy in the glass plate is increased by adjusting the surface and volume structure by roughening the surface of the glass plate or using glass plates having a crystal structure.

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.In an embodiment according to the invention, the passivation trench is formed on the semiconductor wafer as a stepped trench. The exit of the high-barrier pn junction is then in the area of the narrow central trench, just below the terraced plateau. To melt the glass, the laser beam is effective in the area above the central trench and in a subsequent part of the terrace. The middle trench and the terraces are covered with a dense glass layer, without the melting edge of the glass plate over the terrace being in direct contact with the HL surface.

Das Anschmelzen des Glases im Graben wird begünstigt, indem die Halbleiterscheibe zusätzlich erwärmt wird.The melting of the glass in the trench is favored by the semiconductor wafer is additionally heated.

Die Wärmezufuhr wird auch verbessert, wenn Glasplättchen mit unterschiedlichen — den Passivierungsgraben angepaßten — Absorptionszonen für die Laserenergie verwendet werden.Heat input is also improved when glass slides are used with different laser energy absorption zones adapted to the passivation trenches.

Die Reste des Glasplättchens werden, da in unveränderter Reinheit erhalten, im Recycling zur Herstellung neuer Plättchen eingesetzt.The remains of the glass flakes, since obtained in unchanged purity, used in recycling for the production of new platelets.

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.The inventive method for producing a glass passivation, in which applying and melting takes place in one step, allows the application of low-melting Passivierungsgläsern in high purity.

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.Of course, the application of Passivierungsgläsern is possible, which melt at higher temperatures. In contrast to known passivation processes, the contact areas are free of compounds of binder and glass. The inventive method ensures the production of power devices with high quality and reliability.

embodiment

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.1 shows a section through a Passivierungsgraben with two stages 1 and located above the trench platelets from Passivierungsglas 2. With 3, the area of action of the laser beam is delimited.

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.FIG. 2 shows a section through a passivation trench after the passivation glass has melted out of the platelet and melted into the trench. The glass layer 4 covers the surface of the central trench along the terraces and the adjoining embankment of the main trench 5. The edges 6 of the plate made of the passivation glass project beyond the trench edges.

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.On a passivating Si high-voltage component, a 60 μηη thick glass plate, consisting of lead ZAluminium ZBor silicate glass with a coating of Al ₂ O ₃ , which is designed as a grid laid. With a laser operating in the IR field, the glass is partially removed from the glass plate and melted into the trench.

Claims

claims:

1. A process for producing a glass passivation for semiconductor power devices, characterized in that a 30 to ΙΟΟμηπ thick platelets passivation glass is placed on a structured and to be passivated semiconductor wafer, as this semiconductor wafer partially or completely covered, that a laser beam with with the platelet Passivation glass covered passivation trenches and that the remainders of the unmelted platelet of passivation glass are removed from the wafer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the passivation trenches are formed from the semiconductor power device as a stepped trench.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that are used as Passivierungsglas monolayer or multilayer glasses.

4. The method according to claim 3, characterized in that consisting of components of the targeted on the semiconductor power device glass composition existing multilayer glasses are used.

5. The method according to claim 1, characterized in that to increase the absorption factor of the laser energy in the platelet passivation glass, the surface of the glass plate is roughened.

6. The method according to claim 1, characterized in that are used to increase the absorption factor of the laser energy in the platelet of passivation glass platelets with a Kristailitstruktur.

7. The method according to claim 1, characterized in that for better melting of the passivation glass in the passivation trenches, the semiconductor wafer is heated during the action of the laser beam.

8. The method according to claim 1, characterized in that for better melting of the passivation glass in Passivierungsgräben platelets passivation glass with different - the passivation trenches adapted - absorption zones are used for the laser energy.

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