NiCr勢壘肖特基技術(shù)

唐 冬，劉 旸，劉德實(shí)

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032)

1 引言

提高反向性能，采用了保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)等新工藝技術(shù)。

肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基(Schottky)博士命名的，SBD是肖特基勢壘二極管(Schottky Barrier Diode)的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的功函數(shù)差勢壘原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢壘二極管，它是一種多數(shù)載流子輸運(yùn)的單極器件。在通常情況下，一般采用金屬—半導(dǎo)體接觸來形成肖特基勢壘，但是由于金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，接觸界面之間SiO2層的存在，使得接觸電阻和表面態(tài)密度明顯增大，致使器件的性能大大降低。，為了解決這個(gè)問題，我們采用近十年國外研究的一項(xiàng)新工藝技術(shù)—金屬硅化物—硅接觸勢壘工藝，形成了非?？煽壳抑貜?fù)的肖特基勢壘。此外為了解決上層電極金屬與硅化物層的兼容問題以及相互擴(kuò)散和反應(yīng)問題，我們采用了擴(kuò)散勢壘和多層金屬化技術(shù)，為了

2 NiCr勢壘肖特基工藝流程

以產(chǎn)品S2845為例:其中“S”代表肖特基，28是指產(chǎn)品的大小28mil，45代表反向擊穿電壓45V。S2845一般應(yīng)用于1A的情況下。下面介紹產(chǎn)品的工藝流程:

場氧化→P+光刻→P+推結(jié)→勢壘區(qū)光刻→濺射NiCr→NiCr合金→扒NiCr→正面蒸發(fā)→金屬光刻→金屬腐蝕→背面減薄→背面腐蝕→背面蒸發(fā)→測試劃片

3 關(guān)鍵工步

3.1 勢壘金屬合金

采用NiCr金屬作為勢壘，通過濺射臺(tái)3180進(jìn)行濺射NiCr，因?yàn)镹i屬于中勢壘金屬，利于參數(shù)的控制。通過合金工藝，控制溫度，使Ni與Si發(fā)生反應(yīng)形成NiSi勢壘，然后通過硝酸鈰銨扒掉多余的NiCr。合金工步主要控制肖特基的IR，VF兩項(xiàng)參數(shù)。IR和VF成反比例，降低VF，IR就會(huì)變大，在工藝中要匹配好IR和VF。合金是肖特基的關(guān)鍵工步，它的好壞直接決定肖特基的電參數(shù)，采用的工藝條件為:N2氛圍退火，工藝時(shí)間根據(jù)產(chǎn)品尺寸的不同而定，一般在20分鐘－40分鐘。溫度需要拉網(wǎng)來做，進(jìn)行溫度選擇，一般以10℃或者5℃來做，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品S2845合金溫度在420℃。S2845產(chǎn)品合金后的參數(shù)控制在IR≤20μA@40V，VB≥47V。正向?qū)妷篤F≤0.52V@1A。參數(shù)控制手段，扒NiCr后可以進(jìn)行肖特基勢壘的參數(shù)測試，同時(shí)在鏡下觀察肖特基的勢壘情況(請見下圖1和圖2)。

圖1 正常的勢壘情況

圖2 異常的勢壘情況

3.2 三層金屬蒸發(fā)

正面金屬采取三層金屬技術(shù)，即Ti/Ni/Ag三層金屬。厚度一般控制在3K?/3K?/30K?。三層金屬的作用如下:

(1)Ti層是粘附層。與Si和SiO2粘附性好，性能穩(wěn)定。

(2)Ni層是阻擋層。此層與上、下兩層金屬粘附性良好、性能穩(wěn)定。此層用作焊料的阻擋層，能抗焊料焊接時(shí)的熔蝕作用。而且Ni的熱膨脹系數(shù)介于Ag和Ti之間，這樣使得各金屬的熱膨脹系數(shù)依次遞增，可以改善多層金屬化系統(tǒng)的熱匹配性能。

(3)Ag層是導(dǎo)電層。它是多層金屬結(jié)構(gòu)的最外層，電阻率低、抗遷移能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、不易氧化，易與焊料焊接且導(dǎo)熱性能良好。

我們用的是電子束蒸發(fā)臺(tái)，裝硅片的行星架是旋轉(zhuǎn)式的，里面有4個(gè)坩鍋分別裝有不同的金屬，金屬厚度由晶體進(jìn)行控制，其制備過程如下:①將清洗潔凈的硅片放在行星架上;②開啟電子束蒸發(fā)臺(tái)，襯底加熱150℃，抽真空;③當(dāng)達(dá)到真空要求后，按照工藝條件進(jìn)行三層金屬膜的淀積;④蒸發(fā)結(jié)束后降溫到50℃，然后取出硅片。

3.3 三層金屬腐蝕

金屬腐蝕采用兩步對三層金屬進(jìn)行腐蝕。首先，用Ni—Ag腐蝕液對Ni和Ag一起腐蝕。其次，用50∶1的HF進(jìn)行對Ti的腐蝕。最后，對三層金屬腐蝕進(jìn)行鏡檢。腐蝕值得注意的是，要先走一片樣片進(jìn)行腐蝕，然后再進(jìn)行批次操作。根據(jù)腐蝕效果，增加或減少時(shí)間。依據(jù)上面的Ti/Ni/Ag三層的厚度，Ni和Ag的腐蝕時(shí)間在6—8分鐘，Ti的腐蝕在1分鐘。腐蝕時(shí)間一定要注意，時(shí)間過長會(huì)出現(xiàn)Ti的粘腐，造成正面金屬脫落(如圖3)，時(shí)間不夠會(huì)造成場板邊緣不齊，有金屬“毛刺”現(xiàn)象(如圖4)。

圖3 金屬脫落

圖4 金屬腐蝕出現(xiàn)“毛刺”

4 良率提升

由于采用了多項(xiàng)國內(nèi)外新工藝技術(shù)，使器件的常溫電參數(shù)和高溫性能及反向抗浪涌沖擊的能力等可靠性指標(biāo)有了明顯的提高。其特點(diǎn)總結(jié)如下:

(1)采用保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)

我們對比采用P+環(huán)結(jié)構(gòu)比不采用保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)的參數(shù)如下:

采用的VB＞45V，不采用的VB＜10V;

采用P+環(huán)結(jié)構(gòu)的漏電流要比不采用的低兩個(gè)數(shù)量級。

(2)VF低

Ni屬于中勢壘金屬，我們采用的NiSi勢壘，其勢壘高度為0.66V－0.75V，產(chǎn)品VF較低。

(3)抗靜電特性好

目前，產(chǎn)品抗靜電特性好，抗靜電都能達(dá)到15KV。

工藝流程得到優(yōu)化，工藝簡潔穩(wěn)定，產(chǎn)品生產(chǎn)順暢，保證了產(chǎn)品良率的提升，S2845產(chǎn)品良率能達(dá)到98%以上。

5 結(jié)束語

肖特基產(chǎn)品品種繁多，僅以產(chǎn)品S2845為例，談到工藝流程和關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)及提升產(chǎn)品的良率。產(chǎn)品參數(shù)穩(wěn)定，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，并得到用戶的一致好評。

衷心感謝肖特基小組成員對本工作的鼎力相助，感謝研究所芯片加工中心所有工作人員對工藝研發(fā)和生產(chǎn)流片的大力支持。

［1］孫卯秋.肖特基二極管多層金屬化技術(shù)［J］.濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，9(5):47 －50.

［2］李恒.微波肖特基勢壘二極管硅化物工藝研究技術(shù)［J］.半導(dǎo)體技術(shù)，1999，24(6):24 －28.