[发明专利]用于钝化半导体元器件的玻璃和熔融焊料

说明书

本发明涉及一种用于钝化半导体元器件的玻璃和熔融焊料、该玻璃或熔融焊料用于钝化半导体元器件的用途、钝化的半导体元器件以及用于钝化半导体元器件的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于钝化半导体元器件的玻璃和熔融焊料、用于钝化半导体元器件的该玻璃或熔融焊料的用途、钝化的半导体元器件以及用于钝化半导体元器件的方法。

背景技术

在现有技术中已知用于半导体的钝化、例如用于硅晶片的后端钝化或用于二极管的前端钝化的钝化剂、特别是玻璃和熔融焊料。这些玻璃的目的是钝化p-n结。良好的钝化的特点是击穿电压高且泄漏电流小。如今，实践中使用的所有钝化玻璃都含有铅。从环境保护的角度出发，应更换铅。在文献中描述了无铅的钝化玻璃，例如，Zn-B-Si玻璃体系中的此类钝化玻璃(JP S61-242928 A，JP 2016-222498 A2，DE 10 2006 062428 A1)以及Bi-B玻璃体系中的此类钝化玻璃(WO 2018/026402 A1)。原则上，硼酸锌玻璃非常适合用于钝化。但是这些玻璃的化学稳定性不足。在出于清洁目的对硅晶片上釉(glazing)之后，必须用酸蚀刻它们。为此，通常在半导体工业中使用HNO3或HF。根据浓度和处理时间，钝化层可能会受到严重损坏。相反，含铅玻璃对这些酸显示出非常好的抵抗性。

Zn-B-Si体系的玻璃具有相对较高的弹性模量(以下称为“E模量”)。例如，典型地，Zn-B-Si玻璃的E模量比典型的含铅钝化玻璃的E模量高约7GPa。在冷却的情况下，这可能会导致裂纹。这些裂纹是由于热膨胀方面的差异而在钝化层中产生张力的结果。多晶硅在20℃至300℃的温度范围内的平均热膨胀约为3ppm/K。在含铅玻璃的情况下，由于较小的E模量而引起的热膨胀失配不太关键。此外，在硼酸锌玻璃的情况下，可能形成间隙。这些间隙是半导体和钝化剂接触区域处的自由区域。这样的间隙是不利的，因为不能控制它们的形成，从而存在暴露出p-n结的风险。在生产中，未被钝化的这种组成部分将作为废物丢弃。

与含铅玻璃相比，硼酸锌玻璃的E模量较高，这导致在相同的机械运动情况下(例如，当玻璃和硅一起冷却时)，钝化剂中的张力更高。钝化层可能由于冷却期间的体积收缩和相对于热膨胀的差异而破裂。已经表明，1.1ppm/K的热膨胀失配已经足以在由硼酸锌玻璃制成的钝化层中引起裂纹。

除了原材料的高成本外，含铋的玻璃还有一个主要的缺点，即：由于在半导体钝化过程中使用的缺氧气氛，有可能使铋在半导体钝化过程中减少。因此，产生了气泡，该气泡在p-n结处导致未钝化的组成部分。

RoHS法规(有害物质限制；EU指令2011/65/EU)强行禁止含铅玻璃，仅由于例外许可，该禁令仍未在所有地区生效。该禁令要求用无铅替代品替换含铅玻璃。在此，将希望根本不或仅最小程度地将所建立的钝化方法调整为新的钝化剂。例如，一种新的钝化剂应具有尽可能低的熔融温度、特别是低于800℃，以能够促进尽可能经济的钝化过程并且不会危及硅晶片的稳定性。此外，钝化剂不应破裂并且应避免在待钝化的组成部分与钝化层之间形成间隙。最好的情况是，钝化剂还具有很高的耐酸性。

发明内容

本发明的目的是满足所描述的需求并且避免所提及的缺点。

该目的通过在此描述的玻璃、熔融焊料、半导体元器件、方法和用途来解决。

熔融焊料

在一个方面，本发明涉及一种具有以摩尔％计的以下成分的熔融焊料：