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1、玻璃钝化深度讲义对于中小电流，击穿电压低于 1600V 的器件，用玻璃钝化是相当普遍的。可以在金属化和划片之前使用简单的腐蚀造型法。玻璃料是由来自某些粘合剂（如异丙基醇，二乙二醇丁醚）中的精制玻璃粉末悬浮液涂敷上去的，在高温下粘合剂被烧掉了，玻璃熔化并在整个结的表面上形成密封保护层。涂敷玻璃主要有三种方法：医用手术刀法，电泳法和旋转匀涂法。淋式显影的方法来实现选择性保护。这种方法能实现均匀的涂层并利于大批量生产。还可以减轻由于热膨胀系数不匹配产生的应力和变形，并有利于划片。特别适用于具有场环或结终端延伸结构的全平面器件。其缺点是投入略大，材料浪费较多。沉积之后，粘合剂在低于玻璃熔点的温度上被烧
2、掉，若有微量的粘合剂存在，就会使熔化的玻璃结构变形。粘合剂烧除以后，将温度升至玻璃熔点以上，降温后玻璃粉就会熔化并结晶。熔凝典型温度在 650-900之间。它与玻璃成分有关。理想的情形是：温度低一点，使熔凝过程对已完成扩散的器件特性影响最小，并使由此产生热应力最低。如果可能，让金属化在玻璃钝化之前进行，以减少相互之间的影响。可惜低熔点玻璃的热膨胀系数较大，若涂层较厚就会造成龟裂现象，而厚涂层因击穿电压较高又是常被乐于采用的。钝化用玻璃所需具备的特性：a.可控制的表面电荷密度 NFB；b.同硅近似的热膨胀系数；c.较低的玻璃烧结温度；d.对 p-n 结性能无害。玻璃粉的制备：分别称取各成份所需的
3、重量，纯度要求大于 99.99%，并在旋转的搅拌器中混合后，将这些粉末在 1300下在空气中熔化，然后倒入冷水中，将产生的玻璃料放入球磨机中磨成细粒，平均直径为 4m。常用的玻璃粉是铅铝硅酸盐玻璃和锌硼硅酸盐玻璃。铅系玻璃的热膨胀系数较低，适用于厚层；而锌系玻璃的温度稳定性较高，且在高场强下也较稳定，但它的熔凝温度要比铅系玻璃高一些。钝化玻璃的关键特性是玻璃中所含有的固定电荷的数量及类型。它们能改变反偏 p-n 结空间电荷区的扩展范围。对于 p+-n 结来说，希望玻璃层中含有负电荷，以促使空间电荷区展宽，降低表面峰值电场。然而过多的负电荷会使空间电荷区过分展宽，可能使 n 基区穿通，漏电流增大
4、，或产生场感应结，使击穿在表面进行并降低击穿电压。玻璃中固定电荷的数量和极性与玻璃 的类型和工艺条件有关：锌硼硅酸盐玻璃具有纯的正电荷，该正电荷随融凝温度的增高而减少；也随着在氧气中加入氮气而减少。铅铝硅酸盐玻璃带有负电荷，它随着融凝过程中氧气浓度的增加而变得更负。通氧可以减少硅表面悬挂键，从而降低漏电流。划片工艺 气压：6.57.2kg/cm 2；转速 500-700r/s；速度 6-18mm/s；余高5m；刃宽 25-50m 裂片工艺，用纯水粘在不锈钢板上冷冻（-1830min）,取出后剥下蓝膜，用水冲入不锈钢筛网内，开水烫后在丙酮里浸泡20 分钟后，异丙醇超声三到四次，脱水烘干（如有光刻
5、胶残留须在白炽灯下3050烘干）由于硼铝在 800以上会向 n 基区扩散，且镀镍亦易导致芯片耐压降低，因此，在条件可能时应在玻璃层内外用 LPCVD 或 APCVD(TEOS+O 3)淀积 SiO2或 SIPOS。熔凝温度在 Tcs 与 Tc1 之间。结晶温度的变化会导致玻璃热膨胀系数的变化。由微分热分析结果来解释，Tcs 与 Tc1 之间的温差小一些较为有利（结晶迅速，晶粒小）。降温时在 Tf 与 Ts 之间，晶核生长，此时降温速度宜快一些，微晶体直径小，玻璃应力消失快；（用具有大晶体的玻璃钝化的器件具有很大的漏电流）而 Ts 与 Tt 之间，降温要慢一些，使应力在玻璃固化过程中消除。表面电
6、荷都是负电荷并随烧结温度的上升而增加。但在获得低热膨胀系数的工艺条件下不易得到高的击穿电压。开槽之后，在槽内先生长 12nm 厚的氧化层可能对阻断电压的形成更为有利。8005min 或 7201015min 可以生长1.5nm 左右的氧化层。（不包括 10 埃左右的原生氧化层）电泳方法1）.异丙醇（IPA)和乙基醋酸纤维素(EA)作为悬浮媒介，以体积比IPA:EA=50:50 混合。2）.每 100cc 悬浮液中加入 24g 玻璃粉，超声 45min 后静置 45 min 后将其倒入石英或具有特氟隆涂层的不锈钢液槽内。3）.按 2.04.0cc/L 的比例加入 28%的氨水（或通氨鼓泡至浓度为
7、0.03mol/L）.4）.上述电解液添加好后超声混合 4min 然后将携带硅片及其反电极的装置浸入电解液中，硅片和反电极的最佳距离是 2cm。5）.悬浮液静置 30sec 后由直流电源通过电泳装置的端子（如鳄鱼夹）加以100200V/cm 场强 24min。6）.装置将电极和硅片带出的速度为 5mm/sec。7）.硅片烘干约 5min 后，进入石英管熔凝。一般须通入干氧气氛。8）.芯片电极尽量由蒸发形成，以免在金属化过程中钝化层受到腐蚀导致芯片耐压下降。旋转匀涂法1）.将 450cp 负性光刻胶与玻璃粉按重量比 40 ：60 球磨 4h 或旋转搅拌 30h 以上。2）.匀胶 ：6001000
8、rpm/min,3040sec.3) .前烘 ：80/25min,110/25min.4) .曝光 ：50w/cm 2,60sec.5) .显影 ：90+90sec，60+60sec.6) .坚膜 ：140/40min.7) .去胶 ：500520，1520min, O 2 6L/min手术刀法1）.玻璃粘合剂 乙基纤维素 ：丁基卡必醇 = 1.5 -2.5g ：100 ml加热至 150使全部溶解，或加热至 80以上超声至全部溶解。2）.玻璃乳浆 玻璃粘合剂 ：玻璃粉 = 1 ：1.4 2.1稍加搅拌后超声 40-60 min 成悬浮液。乳浆的黏度决定玻璃层的厚度，而粘合剂的配比则决定了玻璃
9、乳浆的黏度。粘合剂的纯度可能对钝化玻璃的致密性产生较大的影响，从而影响器件的电特性。3）.用玻璃棒蘸 1-2 滴玻璃乳浆 涂到置于真空吸盘上的硅片上，用刀片沿矩形芯片对角线方向刮涂两次，将硅片旋转 90再刮涂两次，使槽中填满玻璃乳浆。4）.将硅片置于 1102烤盘上烘烤 2min 后在 1000rpm 下用橡胶圆块轻轻擦去硅片表面残留的玻璃粉，然后以一定间隔竖立插放在石英舟上准备进炉。5）.烧粉软化。推拉速度为 2inch/min，炉口预热及冷却各 510min。6). 沿对角线方向轻擦去硅片表面残留的玻璃粉（此步骤根据效果取舍）。7). 高温钝化。进出方式同烧粉软化。温度曲线按玻璃粉产品说明
10、。Glass CodesPropertie GP-180GP-190GP-200GP-230GP-620GP-5210 GP-350 GP-370Surface Charge DensityNFB (x1011/cm2)+7+8 1516 +6+7 +6+7 1415 +6+7 +2+3 +5+6Breakdown voltage level Medium High MediumMedium High Medium Low MediumThermal exp. Coeff. 30300 (x10 -7/)44.5 43.5 44 42 43 33 45 41.5Glass Type PbO S
11、iO2 Al2O3 PbZnBSi PbOB2O3SiO2Al2O3Transformation point( ) 590 525 595 620 625 560 470 475Dilatometric point ( ) 630 665 635 665 660 535 585Softening point ( ) 715 745 725 765 750 650 600 640Glass flowing point ( ) 775 810 780 820 810 690? 645 700Burn-out temperature( ) 650 670 650 670 670 590 520 57
12、0Fusing temperature 810 860 820 8605 860 7255 720 7555一种玻璃粉以 ZnO,B2O3,SiO2为主，而另一种以 PbO，SiO 2，Al 2O3为主。玻璃中加入 B2O3后，在硅氧四面体网络中形成硼氧四面体构成的负电中心，可减少离子迁移率，还可降低熔点，从而使这种玻璃适用于工作温度较高的器件（如大功率三极管），但热膨胀系数却增加了。通常把 ZnO 加到这种玻璃粉中以调整热膨胀系数。采用高熔点（780以上）含硼玻璃时，由于有掺杂效应，玻璃不能直接生长在硅上，必须在中间加一层 SiO2阻挡层。锌硼硅酸盐玻璃降低了离子迁移率，高温特性更好，但抗化
13、学腐蚀的能力不高，限制了它的使用。加入 SiO2 能提高玻璃的化学稳定性，但也提高了成型温度。含 PbO 的玻璃具有良好的化学稳定性，但在 125以上时，铅离子迁移率很高，限制了器件的工作温度，适合可控硅等大功率器件。Al 2O3因为高介电常数，较好的抗化学腐蚀性以及与 B2O3相似的负电荷效应因而有极佳的阻挡 Na+迁移的能力而备受欢迎。钝化玻璃中 Na+迁移率比在 SiO2中低六个数量级。另外一些玻璃粉的特性如下表：成 份 CTE Tcs TfPbO ZnO B2O3 Al2O3 SiO2 10-7/LBASG 30 - 13 7 50 35 950LASG 50 - - 10 40 40
14、 95077.2 7.8 13 - 2- 65.4 24.5 - 10.1 690 700IP760 ？ - ？ ？ ？ 42-48 720玻璃钝化与沟槽台面确定的电阻率，扩散浓度及结深即即有一个对应的理想击穿电压 BVpp(假设为平面）。为提高器件耐压，必须使 p-n 结能达到或接近 p-n 结体击穿电压，这需要解决两个问题：其一 必须使 p-n 结表面的沾污和单晶的结构缺陷得以消除并使表面得到有效的绝缘保护，其二 必须使 p-n 结表面有个合理的形状以使 p-n 结表面电场不高于或接近于体内电场强度。对于普通二极管，腐蚀线宽应在 240300m，直角边缘应采用一定的圆弧以降低棱角电场，其半
15、径应至少大于最大空间电荷区宽度，一般应放 23 倍的余量。对于台面斜角造型，由于电中性原理，空间电荷区在 p-n 结表面处必然弯曲。正斜角对耗尽区展宽有利，而负斜角只有很小的角度（36）才能达到令人满意的效果。负斜角的最大场强在高浓度一侧，正斜角的最大场强在低浓度一侧。用于玻璃钝化工艺的沟槽台面，在理论上同样也存在着正负斜角，光刻腐蚀的沟槽台面( ) （10)众所周知，如果不考虑其他因素，勉强可以接受的负角角度为 1030或 7590。而实际上光刻腐蚀的沟槽台面所形成的负角一般为 30-60对于设法提高器件击穿电压来讲，这样的角度是令人失望的。但较小的角度会损失很大的芯片面积，而要形成 759
16、0的负角，则需要腐蚀较深的槽并且横向腐蚀要小，这是很困难的。由于沟槽太深而导致工艺执行困难，虽然类正斜角对降低表面电场强度有益，实际上却很少采用。好在玻璃粉提供了一定数量的负电荷（2030m ,N FB = 2X1011cm-21.5x1012cm-2）,并且会由于在熔凝过程中通入氧气而变得更负。负电荷虽然对降低 p-n 结表面电场强度有利（即可获得接近体内雪崩击穿的反向电压），但是过多的负电荷（如 NFB 2X1011cm-2）确是危险的：由于负电荷的感应使槽底下面的 N 区耗尽甚至反型，从而使 p-n 结空间电荷区过分展宽直至划片裸露断面，使断面也承受一定的电场强度，有资料表明划片裸露断面所承受一定的电场强度可能从 0（Nss=0）直至 250kV/cm，这将导致漏电流（特别是高温漏电
