一种钝化保护半导体玻璃粉、制备方法及应用与流程

1.本发明涉及研发一种保护半导体材料的粉体，用于保护一种易被酸碱等物质腐蚀或易被氧化的半导体材料而开发设计的玻璃粉。
2.背景领域
3.半导体材料应用是非常广泛的,从电子管到晶体管再到大规模和超大规模集成电路的应用都包含大量半导体材料。半导体存在于我们生活的方方面面，为我们的生活中提供了极大的帮助。但是随着电子技术的迅速发展，对半导体的电气特性、可靠性以及小型化等要求越来越高，而半导体裸露的表面实际上是半导体晶格排列到终止的边缘，在这终止的边缘上存在着不饱和键,易引起半导体表面状态发生变化,从而引起器件的电学性能变差；有些半导体裸漏在空气中，容易受到酸、碱、光等物质的腐蚀，使其性能减弱甚至消失，故需对半导体表面进行钝化保护处理。
4.六十年代中期，美国通用电气公司首次采用多组分氧化物玻璃，用于二极管的钝化并兼作外形封装料，大大提高了二极管的性能。从七十年代开始,美、日、德等国竞相研究，使玻璃钝化技术在耐高压、耐高温、大功率半导体器件中的应用范围不断扩大。我国对用于半导体芯片的玻璃粉的研究开始于八十年代，起步较晚，且研制的玻璃粉品质较世界先进水平存在一定差距，半导体芯片生产制造需要的玻璃粉及其助剂很大程度上依赖于国外进口，因此，研制高品质低熔点玻璃粉迫在眉睫。
5.其中，采用熔凝玻璃对半导体p
‑
n结进行钝化的玻璃钝化(简称gp)技术已广泛应用于半导体材料的生产制造中。gp技术的基础材料玻璃粉具备优良的电绝缘性能和化学稳定性，并且烧结后具有一定机械强度，因此选用熔点适宜且膨胀系数合适的玻璃粉在半导体p
‑
n结表面制备一层玻璃膜可以对半导体芯片p
‑
n结起到良好的钝化和保护作用。
6.研制能够形成有效保护层的低玻璃化转变温度的玻璃粉可以提高我国半导体材料的制造水平，促进我国半导体产业的发展和进步，提升我国在半导体材料市场的竞争力；可以克服大量半导体进口需求，实现半导体玻璃粉的自主知识产权以及国产化。因此，研制出钝化保护半导体和其他材料的玻璃粉刻不容缓。
7.众所周知，传统的玻璃粉采用熔融
‑
淬火的方法制备，需要在高温(大于1000℃)下熔融、淬火，用行星式球磨机研磨，能耗高且存在一定的安全隐患。玻璃粉的玻璃化转变温度高、对半导体的粘结能力差，因此不能起到保护半导体的作用。更重要的是，在玻璃粉制备过程中如何实现较低玻璃化转变温度对于有效保护半导体p
‑
n结具有重要意义。其中，可以通过调节助剂的类型和含量，降低玻璃粉的玻璃化转变温度，提高玻璃态致密层的粘附能力。


技术实现要素：

8.针对

背景技术：
存在的问题，本发明用溶胶
‑
凝胶法制备了一种无铅、粘附性能强的玻璃粉用于钝化保护半导体材料。
9.本发明的玻璃粉为r
‑
al2o3‑
b2o3‑
sio2‑
bi2o3(r为第二主族金属的氧化物)，原料质
量组成如下所示：bi2o3：49％
‑
52％、sio2：27％
‑
33％、b2o3：27％
‑
33％、al2o3：4％
‑
8％、r：1
‑
4％(r为第二主族金属的氧化物)。
10.本发明玻璃粉中各组分相互协同作用，其中bi2o3、sio2、b2o3是玻璃的主体成分，具备高粘附性能、低膨胀系数、电绝缘性能和化学稳定性等优点，r作为助剂添加到玻璃体系中，能够降低玻璃粉的玻璃化转变温度，进一步增加玻璃的粘附能力，提高玻璃的机械性能，其中r的添加量不宜超过8％。
11.本发明提供了一种简便的溶胶
‑
凝胶制备方法，包括如下步骤：
12.1)将正硅酸四乙酯(teos)溶于乙醇和去离子水溶液中于50
‑
80℃下搅拌30
‑
60min，其中teos与乙醇溶液的体积比控制在0.25
‑
0.5，随后加入硝酸，控制溶液ph在1
‑
3；
13.2)将一定质量的硼酸加入到1)中，继续水解15
‑
30min；
14.3)将一定质量的r(第二主族金属)盐原料和铝盐原料加入到2)中继续水解0
‑
5min；
15.4)将一定质量的铋盐原料加入到3)中，用硝酸调节其ph小于2，加入相同摩尔质量的络合剂，继续搅拌使其形成透明的凝胶；
16.5)将得到的透明凝胶在30
‑
60℃下干燥10
‑
24h，并于烘箱中在150
‑
200℃下干燥10h，得到干凝胶；
17.6)将得到的干凝胶于马弗炉中在保护气氛中保温30
‑
60min，温度设定为350
‑
500℃，将煅烧后的干凝胶研磨即可得到玻璃粉。
18.r盐原料为硝酸r、醋酸r、氯化r、乙酸r、硫酸r中的一种或两种以上。
19.铝盐原料为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种或两种。
20.铋盐原料为硝酸铋、硫酸铋、氯化铋的一种或两种。
21.络合剂为柠檬酸、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种或两种。
22.保护气氛为氮气、氩气、空气中的一种或两种。
23.本发明的优点：
24.本发明制备玻璃粉的方法能耗低，原料易得，经济性高；制备的玻璃粉具备高粘附性能、低膨胀系数、电绝缘性能和化学稳定性、玻璃化转变温度低，机械性能强等优点，用于钝化保护半导体材料。
25.说明书附图
26.图1到图4为本发明制得的r
‑
al2o3‑
b2o3‑
sio2‑
bi2o3玻璃粉图片。
27.图5到图8为本发明煅烧后制得的r
‑
al2o3‑
b2o3‑
sio2‑
bi2o3玻璃图片。
28.图9为本发明制得的mgo
‑
al2o3‑
b2o3‑
sio2‑
bi2o3玻璃粉xrd图
具体实施方式
29.实施例1
30.表一玻璃粉的组成如下：
31.组成bi2o3sio2b2o3al2o3mgo质量含量49％20％20％8％4％
32.按照表一称取各氧化物对应的盐原料，并按上述步骤制备出玻璃粉，所得玻璃粉的颜色为黄褐色，热处理后的玻璃粉在碾钵中研磨成细粉，称取一定量的玻璃粉放在石英
舟，于马弗炉中以5℃/min的升温速率加热到800℃，在马弗炉中自然冷却到室温即可。
33.本发明研发的一种钝化保护半导体的玻璃粉是一种环境友好型玻璃粉，无毒无害，在800℃下煅烧便可形成玻璃，此玻璃具有较强的粘附力、低膨胀系数、电绝缘性能和化学稳定性、较强的机械性能，可防酸、碱、光的腐蚀等，本发明研制的玻璃粉广泛的应用于钝化保护半导体材料。
34.实施例2
35.表二玻璃粉的组成如下：
36.组成bi2o3sio2b2o3al2o3cao质量含量49％20％20％8％4％
37.按照表二称取各氧化物对应的盐原料，并按上述步骤制备出玻璃粉，所得玻璃粉的颜色为灰褐色，热处理后的玻璃粉在碾钵中研磨成细粉，称取一定质量的玻璃粉放在石英舟，于马弗炉中以6℃/min的升温速率加热到800℃，在马弗炉中自然冷却到室温即可。
38.本发明研发的一种钝化保护半导体的玻璃粉是一种环境友好型玻璃粉，无毒无害，在800℃下煅烧便可形成玻璃，此玻璃具有较强的粘附力、低膨胀系数、电绝缘性能和化学稳定性、较强的机械性能，可防酸、碱、光的腐蚀等，本发明研制的玻璃粉广泛的应用于钝化保护半导体材料。
39.实施例3
40.表三玻璃粉的组成如下：
41.组成bi2o3sio2b2o3al2o3bao质量含量49％20％20％8％4％
42.按照表三称取各氧化物对应的盐原料，按上述步骤制备玻璃粉，所得玻璃粉的颜色为褐色，热处理后的玻璃粉在碾钵中研磨成细粉，称取一定质量的玻璃粉放在石英舟，在马弗炉中以6℃/min的升温速率加热到800℃，在马弗炉中自然冷却到室温即可。
43.本发明研发的一种钝化保护半导体的玻璃粉是一种环境友好型玻璃粉，无毒无害，在800℃下煅烧便可形成玻璃，此玻璃具有较强的粘附能力、低膨胀系数、电绝缘性能和化学稳定性、较强的机械性能，可防酸、碱、光的腐蚀等，本发明研制的玻璃粉广泛的应用于钝化保护半导体材料。
44.实施例4：
45.表四玻璃粉的组成如下：
46.组成bi2o3sio2b2o3al2o3sro质量含量49％20％20％8％4％
47.按照表四称取各氧化物对应的盐原料，按上述步骤制备玻璃粉，所得玻璃粉的颜色为暗褐色，热处理后的玻璃粉在碾钵中研磨成细粉，称取一定质量的玻璃粉放在石英舟，在马弗炉中以6℃/min的升温速率加热到800℃，在马弗炉中自然冷却到室温即可。
48.本发明研发的一种钝化保护半导体的玻璃粉是一种环境友好型玻璃粉，无毒无害，在800℃下煅烧便可形成玻璃，此玻璃具有较强的粘附能力、低膨胀系数、电绝缘性能和化学稳定性、较强的机械性能，可防酸、碱、光的腐蚀等，本发明研制的玻璃粉广泛的应用于钝化保护半导体材料。
49.综上所述为本发明的具体实施案例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。