[發明專利]用于半導體器件的鈍化玻璃

有效

• 申請號: 201780048810.6
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN109564904B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 斯里尼瓦桑·斯里德哈蘭;約翰·J·馬洛尼;喬治·E·薩科斯克;格雷戈里·R·普林斯巴赫;大衛·維德萊夫斯基;杰基·戴維斯;布拉德福德·史密斯
• 申請（專利權）人: 福祿公司
• 主分類號: H01L23/29
• 分類號: H01L23/29;C03C8/24;C03C3/066;C03C3/093
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

提供了鈍化玻璃涂覆組合物，用于在具有p?n結的半導體基底上形成燒制的鈍化玻璃層。鈍化玻璃涂覆組合物包含無鉛、無鎘、無堿金屬氧化物并且無有色過渡金屬氧化物(即V、Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Mn的金屬氧化物)的玻璃組分。玻璃組分包括鉍基玻璃，并且提供500℃至900℃的燒制溫度范圍以及受控的失透。在被燒制到半導體器件上之后，燒制的鈍化玻璃層提供優異的器件性能，包括燒制的鈍化玻璃層不開裂、與硅優良的熱膨脹匹配、對酸和堿的良好的化學抗性以及改進的器件性能。

領域

本主題涉及在半導體器件中使用的鈍化玻璃、將鈍化玻璃應用至半導體器件的方法以及包括燒制的鈍化玻璃層的半導體器件。

背景

主要基于硅的半導體器件，例如晶體管、二極管、晶閘管和整流器，典型地包括在p型半導體和n型半導體之間的p-n結。p-n結在反向偏壓下經受較高的電壓。在某些電壓下，反向漏電流變得過大并且器件失效。p-n結的反向漏電流的主要貢獻者是在p-n結的表面(即外圍(periphery))上的缺陷處發生的表面漏電流，特別是在升高的操作溫度和在升高的器件電壓下。因此，半導體器件經常利用覆蓋p-n結的外圍的鈍化層以從其中提供低的漏電流。在鈍化的p-n結中，在鈍化層和硅之間的界面層處發生的漏電流也有助于反向漏電流。

許多常規的鈍化技術采用鉛基玻璃。然而，鉛是環境不友好的并且因此是不合意的。盡管無鉛的ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃已經被推進用于高電壓器件，但是這些玻璃遭受若干困難，例如較高的燒制溫度、導致不足的負表面電荷密度的過度的失透(devitrification)(即鋅硼酸鹽的結晶)，并且有時不利地需要添加一些較重的堿金屬氧化物，例如Cs₂O，以便在期望的較低溫度燒制。由于來自這些較重的堿金屬氧化物的堿金屬離子在施加高電壓期間可以在高電場下移動穿過玻璃的薄層，因此這種離子的移動可能導致高電壓器件的不穩定性。

因此，出于環境原因，存在對從這些玻璃中消除鉛的需求。當在半導體例如硅和碳化硅上燒制時，還存在對提供抗還原鈍化玻璃的需求。因此，存在對用于鈍化玻璃的改進的組合物的需求，所述改進的組合物解決了先前鈍化技術的缺點。

概述

在本發明的組合物、方法和組件中解決了與先前已知的體系相關的困難和缺點。

本主題提供了合適的鉍基玻璃，其無鉛、無鎘、無堿金屬氧化物并且無有色過渡金屬氧化物(colored transition metal oxide)(即V、Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Mn的金屬氧化物)。

鉍基玻璃被用作單一玻璃料(frit)或多種玻璃料的混合物，并且任選地與一種或更多種填料組合以被用作鈍化玻璃涂覆組合物(passivation glass coatingcomposition)中的玻璃組分。鈍化玻璃涂覆組合物可以包含媒介物，以能夠實現液體或糊劑沉積技術(paste deposition technique)并且可能改進分散性或其他性能，并且被應用于半導體器件中的p-n結的外圍并在該外圍上燒制，以形成鈍化玻璃層。鈍化玻璃層被用于鈍化半導體器件中的p-n結。包含鉍基玻璃組分的鈍化玻璃涂覆組合物提供在燒制期間500℃至950℃的燒制溫度范圍以及受控的失透。燒制的鈍化玻璃層提供優異的器件性能，包括鈍化玻璃層不開裂、與硅優良的熱膨脹匹配、對酸和堿的良好的化學抗性以及改進的器件性能。

本主題還包括各種應用方法、各種鈍化結構和疊層(stack)(即多個燒制的鈍化玻璃層的疊層)，以及包括包含燒制的鈍化玻璃層的硅基底的各種半導體。