本發(fā)明通常應(yīng)用于半導(dǎo)體器件，尤其是一種采用以鋁硅酸鹽為基本成分，如PbO-或者ZnO-鋁硅酸鹽，氧化玻璃保護(hù)層的表面鈍化器件，適用于高壓應(yīng)用。更具體地說(shuō)，它涉及高可靠性器件，尤其是在高偏壓-高溫應(yīng)力（BT-Stress）條件下。
背景技術(shù)：
眾所周知，因半導(dǎo)體器件參數(shù)對(duì)于PN結(jié)附近的表面的可移動(dòng)電荷的沾污和累積的高敏感性，在高要求應(yīng)用環(huán)境，半導(dǎo)體器件的表面鈍化技術(shù)是獲得高可靠性的主要因素之一。在各種各樣鈍化設(shè)計(jì)和方法之中，現(xiàn)有的玻璃鈍化技術(shù)，如1965年10月19日，美國(guó)專(zhuān)利3212921，已為半導(dǎo)體器件提供良好的化學(xué)、機(jī)械、電氣性能的鈍化膜。為進(jìn)一步改善鈍化玻璃的環(huán)境、機(jī)械、電氣性能，2003年3月26日發(fā)布的中國(guó)專(zhuān)利CN1298029C或者2006年7月5日發(fā)布的中國(guó)專(zhuān)利CN100589234C，提出對(duì)玻璃組份構(gòu)成進(jìn)行適當(dāng)控制。
上述CN100589234C專(zhuān)利中，講述了通過(guò)采用ZnO替代PbO，實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)良化學(xué)、機(jī)械、電絕緣性能的對(duì)環(huán)境安全的玻璃，其基本成分大致包括SiO2(3-12%), B2O3 (24-35%), CeO2 (0.1-1%)和ZnO (50-65%)，以及可選的（起始濃度為0%）添加物Al2O3, Cs2O, MgO, BaO, Bi2O3, MoO3或Sb2O3。
2006年7月5日中國(guó)專(zhuān)利CN200589234C，以及2007年1月25日，日本提出的專(zhuān)利IP2007019503，2007年1月11日德國(guó)提出的專(zhuān)利DE102005031658A1，2007年12月21日的美國(guó)專(zhuān)利US8163392B2所提出的改進(jìn)的玻璃組成，并沒(méi)有規(guī)定必須要添加銫。因?yàn)樯鲜鰧?zhuān)利講述是提出一種滿(mǎn)足半導(dǎo)體器件機(jī)械、化學(xué)和電氣絕緣特性的無(wú)鉛鈍化玻璃。銫作為可選的添加物的存在，其主要目的是改善鈍化玻璃的粘性。
1984年9月18日，另一個(gè)美國(guó)專(zhuān)利4472030提出一種玻璃組成，包含最低6%（mol）的銫，用于將光纖的傳輸損失減到最少。然而，所述玻璃的化學(xué)、機(jī)械和電氣特性不適用于半導(dǎo)體器件的鈍化。
1979年7月17日，美國(guó)另一個(gè)專(zhuān)利4161744，2007年11月13日，美國(guó)專(zhuān)利7294884，1972年9月2日，美國(guó)專(zhuān)利4009483，1992年6月3日，歐洲專(zhuān)利0519268B1均提出為半導(dǎo)體器件的鈍化玻璃（或者其他絕緣體）補(bǔ)充添加半絕緣無(wú)機(jī)（或有機(jī)）鈍化層。
一般來(lái)說(shuō)，玻璃鈍化層能對(duì)半導(dǎo)體器件提供良好的保護(hù)。但鈍化層對(duì)可能出現(xiàn)的沾污，如快速擴(kuò)散的堿性離子，特別是鈉離子，非常敏感，在后續(xù)制造工序中，包括金屬接觸形成，甚至封裝過(guò)程中的沾污。沾污帶來(lái)的結(jié)果是：在BT-Stress條件下，例如，在高溫和反向偏壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)下，鈉離子最終堆積在在半導(dǎo)體器件的反向偏壓的陰極區(qū)附近，導(dǎo)致器件的表面形成導(dǎo)電通道，這將導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的電特性退化，甚至產(chǎn)生災(zāi)難性的故障。
因此，對(duì)于仍然需要進(jìn)一步提高玻璃鈍化技術(shù)，來(lái)減緩甚至消除以上描述的玻璃鈍化半導(dǎo)體器件特性的退化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明基于上述技術(shù)問(wèn)題提供一種玻璃鈍化半導(dǎo)體器件，其特征在于：包含玻璃鈍化次表層，所述玻璃鈍化次表層構(gòu)成該玻璃鈍化半導(dǎo)體的玻璃厚度的5%，并且含有表面濃度在8*1018cm-3至9*1019cm-3范圍內(nèi)的銫。
本發(fā)明還提出了一種上述玻璃鈍化半導(dǎo)體器件制作方法，銫通過(guò)在50℃-100℃的溫度下、在銫鹽溶液中被引入到鈍化玻璃，隨后在100℃-400℃的溫度下、在受控氣氛中退火。
作為優(yōu)選，銫通過(guò)在50℃-100℃下、在銫鹽溶液中被引入到鈍化玻璃，隨后在100℃-400℃的溫度下真空退火。
鋁硅酸鹽玻璃中摻入了一定數(shù)量的具有高正電性、低遷移率和較大離子半徑的銫，原則上導(dǎo)致了在退火處理過(guò)程中形成電子元件的次表導(dǎo)電層，該次表導(dǎo)電層可將側(cè)面的電場(chǎng)強(qiáng)度削弱至最小。從而將半導(dǎo)體器件P-N結(jié)附近的正電荷的離子（比如快速擴(kuò)散的堿性污染離子，尤其是鈉離子）的傳導(dǎo)和積累減到最小。相應(yīng)地，在BT-Stress條件下，至少在指定的應(yīng)變溫度范圍內(nèi)，將半導(dǎo)體器件的電特性劣化程度減到最小。
附圖說(shuō)明
圖1本發(fā)明所形成的鈍化玻璃層的體積電阻率和表面電阻率的極化曲線(xiàn)。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
一種采用以鋁硅酸鹽為基本成分，如氧化鉛-（PbO-）或（ZnO-）氧化鋅-鋁硅酸鹽，玻璃鈍化保護(hù)層的半導(dǎo)體器件。為了增加該玻璃鈍化半導(dǎo)體器件在反向偏壓和高溫?zé)釕?yīng)力下的可靠性，該玻璃鈍化半導(dǎo)體器件包含玻璃鈍化次表層，該次表層含有濃度在8*1018cm-3至9*1019cm-3范圍內(nèi)的銫，并且該次表層構(gòu)成玻璃厚度的5%。
采用XPS（ X-ray photoelectron spectroscopy, X射線(xiàn)光電子能譜分析）技術(shù)測(cè)量的結(jié)果顯示，玻璃覆蓋層的次表層的銫濃度與本發(fā)明設(shè)定的一致，具體為8*1018 cm-3。在氧化鉛-（PbO-）鋁硅酸鹽玻璃鈍化層上，例如：來(lái)自日本NEG公司的玻璃GP-200，玻璃鈍化層的體積電阻率（使用ASTM D-257測(cè)量）在2*1015 ?·cm - 4*1015 ?·cm范圍，而其表面電阻在2*1013 ? -4*1013 ?。
我們也觀察到，采用本發(fā)明的玻璃鈍化層的半導(dǎo)體器件在BT-Stress條件下，電特性的劣化比采用現(xiàn)有技術(shù)的玻璃鈍化層的半導(dǎo)體器件的劣化更?。猴@著地縮小了10-15倍。換句話(huà)說(shuō)，在BT-Stress試驗(yàn)（150℃，168小時(shí)，1000V）前和試驗(yàn)后，漏電流的變化不超過(guò)10%。值得注意的是，本發(fā)明的玻璃鈍化半導(dǎo)體器件，在高于150°C的應(yīng)力溫度范圍中，相比現(xiàn)有技術(shù)的玻璃鈍化半導(dǎo)體器件，具有更高的平均失效時(shí)間(為現(xiàn)有技術(shù)的100%-150%)。
然而對(duì)于相應(yīng)的機(jī)理，我們沒(méi)有一個(gè)明確的解釋。有可能是因?yàn)殇X硅酸鹽玻璃中摻入了指定數(shù)量的具有高正電性、低遷移率的、以及大離子半徑的銫。原則上，導(dǎo)致了在退火處理過(guò)程中形成電子元件的次表導(dǎo)電層，該次表導(dǎo)電層可將側(cè)面的電場(chǎng)強(qiáng)度削弱至最小。因此，將半導(dǎo)體器件P-N結(jié)附件的正電荷的離子（比如快速擴(kuò)散的堿性污染離子，尤其是鈉離子）的傳導(dǎo)和累積減到最少。相應(yīng)地，在BT-Stress條件下（至少在指定的應(yīng)變溫度范圍內(nèi)），半導(dǎo)體器件的電特性劣化程度將減至最少。我們也觀察到引入類(lèi)似的摻雜劑也有類(lèi)似的效果。我們推測(cè)在提高溫度時(shí)，特別是到150°C以上時(shí)，玻璃基體中的具有較高遷移率的其他堿性離子的效果都不如銫。
本發(fā)明的具體實(shí)施方案是，在半導(dǎo)體晶圓的氧化鉛-（PbO-）鋁硅酸鹽（日本NEG公司產(chǎn)品：GP-200）玻璃鈍化表面（按照現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程制造到這一步）引入銫，按如下操作：
第一，在80℃溫度下，將晶圓放入氯化銫（1M）水溶液中120分鐘；第二，在25°C溫度下，用水沖洗晶圓30分鐘，然后用離心機(jī)甩干；第三，晶圓在可控氣氛（N2，5L/min，T=350℃）下退火4小時(shí)?；蛘?，所述退火也可以在≦1mTorr的真空環(huán)境下進(jìn)行。晶圓接下來(lái)的工藝過(guò)程按照現(xiàn)有的玻璃鈍化高壓半導(dǎo)體器件的制作方法進(jìn)行。
應(yīng)該注意的是，在某些處理步驟上的變化，例如銫可以通過(guò)等離子體的方法、化學(xué)/物理氣相沉積的方法或者其他已知的可能仍被使用的具有良好結(jié)果的熟練工藝，被引入至已形成的玻璃層中。因此本發(fā)明的基本方案簡(jiǎn)單的包含：一種玻璃鈍化半導(dǎo)體器件，其特征在于：包含玻璃鈍化次表層，所述玻璃鈍化次表層構(gòu)成該玻璃鈍化半導(dǎo)體的玻璃厚度的5%，并且含有表面濃度在8*1018cm-3至9*1019cm-3范圍內(nèi)的銫。