论半导体器件芯片斜边处理和保护的方法

决定半导体分立器件电压高低，除了其内部结构参数以外，还取决于表面处理，减小表面电场，提高表面的耐压，使之高于体内耐压是一项非常重要的工作。这就是所谓的终端结构。因为单个器件总是要有外表面的，所以PN结在器件终端会与空气接触，如何将终端有效与空气隔离保护起来起来，是非常重要的问题。

【关键词】半导体器件 芯片斜边 处理和保护

1 引言

半导体分立器件芯片制造工艺中，为了将PN结断开，并减小漏电流的发生，需要对芯片用机械的方法进行磨角处理，用酸腐蚀的方法去除有机和无机杂质，然后用性能可靠的保护材料涂覆芯片斜边，以达到提高器件耐压的目的。

2 芯片表面处理和保护

由于管芯台面暴露在外面，所以它的表面很容易吸附一层离子，而且很容易被有害杂质所污染。此外，由于硅单晶结构在表面处中断，以及磨角所造成的表面机构损伤都会造成表面不同于体内的一些特性。我们知道决定体内少子寿命大小的是复合中心的数量，上述这些因素是对表面造成影响主要表现；也是由于大大增加了表面复合中心的数量，而使表面漏电流增大。由于吸附离子和表面污染同外界条件有很大关系，表面不加保护的管芯性能是不稳定的，特别是在加电压的情况下，在电场的作用下，周围环境中的杂质更容易吸附在管芯表面上造成漏电流急剧加大，阻断电压降低，所以为了器件提高可靠性和稳定性，需要对磨角表面很好地进行处理和保护（也叫做钝化），即对表面进行某种处理，使其对化学和电性能方面呈现一种稳定的状态。表面保护从原则上讲可分为两级：第一级是进行表面处理，以控制表面的电特性；第二级是对第一级表面处理加以保护，稳定它的电特性，同时对整个管芯起机械和化学的保护作用。

表面处理一般是对磨角后的表面进行腐蚀，去除表面在磨角过程中引起的机械损伤和污染，达到稳定表面电特性的作用。

表面腐蚀的方法有两种，即酸腐蚀和碱腐蚀。目前大多采用氢氟酸和硝酸的混合液进行酸腐蚀。酸腐蚀的机理是，硝酸作为氧化剂将硅表面氧化，成为二氧化硅（SiO2），而氢氟酸作为络合剂和二氧化硅络合成络离子而溶于溶液之中，这样硅就被腐蚀掉了。其反应为：

4HNO3+Si=SiO2+4NO2+2H2O

SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O

H2SiF6=2H++ SiF-6（络离子）

从反应的机制中可以看出，硅的腐蚀是络合剂（HF）和二氧化硅络合而不断将硅去除的，因此，腐蚀液和硅的反应速度就和络合剂（HF）在混合溶液中的比例有密切的关系。在一定范围内，HF占的比例越大，反应的速度就越快，用HF：HNO3=1：9的腐蚀液腐蚀硅片的反应速度要比HF：HNO3=1：6的反应速度来得慢。目前表面腐蚀采用HF：HNO3=1：6的较多。但也有为了改善1：6对N型硅和掺杂浓度较高的P型硅反应速度的差异，而在腐蚀液中加进一定量的H3PO4和冰醋酸，它们的比例（体积比）是：

硝酸：氢氟酸：磷酸：冰醋酸=3：2：2：2

腐蚀速度和温度有关，温度越高，反应速度越快。由于腐蚀时的化学反应是放热反应，腐蚀过程中温度要上升。反应速度就越来越快，放出的热量就越来越多，使温度更快升高，因而这个腐蚀过程是一个加速反应过程。如果温度过高，反应速度太快，就会使硅表面多处反应不均速，造成腐蚀后硅表面不平坦，出现许多“桔皮坑”和高低不平的“沟道”。从而使表面耐压降低漏电流增大，表面性能恶化。为了控制腐蚀温度，就要控制腐蚀液的配比、腐蚀液的量和腐蚀管芯的数量，并在腐蚀中不断将腐蚀液搅动，以保持各处温度均匀。同时一次腐蚀时间不要太长，一般可分为二次到三次腐蚀。

腐蚀速度和温度有密切的关系，在冬天和夏天由于温度的差异腐蚀速度就不相同，同样配比的腐蚀液夏天就会反应得快，随着季节的不同，就要适当更改腐蚀液的配比或改变腐蚀时间，以保证腐蚀的效果。

由于在磨角时造成的粗糙的表面，要在腐蚀过程中加以去除，从而使表面由粗糙变为光亮平坦，以获得良好的电特性，因此对台面的腐蚀要适当。腐蚀不充分，机械损伤层未完全去掉，这样的表面比较粗糙，仍存有大量的复合中心，从而造成表面漏电较大。如果腐蚀过深，因表面沟道的出现以及腐蚀而使表面形状的改变使表面耐压下降。故腐蚀时间要加以很好的控制。

化学腐蚀在各个方向上基本上是均匀进行的，对于较大的机械损伤，使如表面划道坑点等，不但在腐蚀过程中消除不了，反而更加扩大了，这使表面耐压大大下降。因此，在腐蚀前要仔细检查表面，不能有划道、坑点等，如有则需要反工重磨，直到消除为止。

随着硅片的腐蚀，下面的铝和钼都会暴露出来，并一起被腐蚀。这些金属除了随着化学反应或离子状态而附着在硅表面外，铝和钼还会由于被腐蚀而形成许多金属颗粒沾污硅表面，尤其是金属颗粒，它使表面耐压大大降低，表面漏电流大大升高。特别是以Ti、Ni、Al为成分的阴极多层金属，一旦保护不好被腐蚀会大大沾污表面，因此一定予以注意，因此化学腐蚀后，要用大量水冲洗，并在超声脱黑胶过程中，注意时间不易太长，及时更换容器，防止金属颗粒沾污表面。

硅表面是PN结暴露的地方，因而也是最脏的，腐蚀清洗干净的管芯，要及时地进行表面保护，否则随着PN结表面在空气中的暴露，又会吸附空气中的潮气和尘埃，从而使特性（尤其是高温特性）恶化。

3 理想的保护层满足要求

（1）本身要有良好的绝缘性能，在高电压下作用下不会发生击穿和老化现象；

（2）能够改善表面的电场分布，使器件工作可靠；

（3）能防止上述各种因素，带来的表面复合中心的增加，从而降低表面漏电；

（4）在高、低温及电压和各种环境下，保护稳定；

（5）同硅片表面粘附力强。

符合以上特点的材料有如下两种：

（1）无机材料：二氧化硅、氮化硅等；

（2）有机材料：硅漆、硅橡胶等。

4 结束语

通过以上对硅半导体分立器件芯片终端的清洗与保护，我们能够有效的去除终端的有机及无机杂质，并将终端与空气隔离，减小表面电场，提高表面的耐压，以保证器件高效、可靠的工作。

作者单位

阜新市天琪电子有限责任公司 辽宁省阜新市 123009