NiCr勢壘肖特基技術

唐 冬，劉 旸，劉德實

(中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032)

1 引言

提高反向性能，采用了保護環結構等新工藝技術。

肖特基二極管是以其發明人肖特基(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型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理制作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的功函數差勢壘原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導體(接觸)二極管或表面勢壘二極管，它是一種多數載流子輸運的單極器件。在通常情況下，一般采用金屬—半導體接觸來形成肖特基勢壘，但是由于金屬與半導體接觸時，接觸界面之間SiO2層的存在，使得接觸電阻和表面態密度明顯增大，致使器件的性能大大降低。，為了解決這個問題，我們采用近十年國外研究的一項新工藝技術—金屬硅化物—硅接觸勢壘工藝，形成了非常可靠且重復的肖特基勢壘。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散和反應問題，我們采用了擴散勢壘和多層金屬化技術，為了

2 NiCr勢壘肖特基工藝流程

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

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

3 關鍵工步

3.1 勢壘金屬合金

采用NiCr金屬作為勢壘，通過濺射臺3180進行濺射NiCr，因為Ni屬于中勢壘金屬，利于參數的控制。通過合金工藝，控制溫度，使Ni與Si發生反應形成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兩項參數。IR和VF成反比例，降低VF，IR就會變大，在工藝中要匹配好IR和VF。合金是肖特基的關鍵工步，它的好壞直接決定肖特基的電參數，采用的工藝條件為:N2氛圍退火，工藝時間根據產品尺寸的不同而定，一般在20分鐘－40分鐘。溫度需要拉網來做，進行溫度選擇，一般以10℃或者5℃來做，實驗產品S2845合金溫度在420℃。S2845產品合金后的參數控制在IR≤20μA@40V，VB≥47V。正向導通電壓VF≤0.52V@1A。參數控制手段，扒NiCr后可以進行肖特基勢壘的參數測試，同時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

正面金屬采取三層金屬技術，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、性能穩定。此層用作焊料的阻擋層，能抗焊料焊接時的熔蝕作用。而且Ni的熱膨脹系數介于Ag和Ti之間，這樣使得各金屬的熱膨脹系數依次遞增，可以改善多層金屬化系統的熱匹配性能。

(3)Ag層是導電層。它是多層金屬結構的最外層，電阻率低、抗遷移能力強、性能穩定、不易氧化，易與焊料焊接且導熱性能良好。

我們用的是電子束蒸發臺，裝硅片的行星架是旋轉式的，里面有4個坩鍋分別裝有不同的金屬，金屬厚度由晶體進行控制，其制備過程如下:①將清洗潔凈的硅片放在行星架上;②開啟電子束蒸發臺，襯底加熱150℃，抽真空;③當達到真空要求后，按照工藝條件進行三層金屬膜的淀積;④蒸發結束后降溫到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進行對Ti的腐蝕。最后，對三層金屬腐蝕進行鏡檢。腐蝕值得注意的是，要先走一片樣片進行腐蝕，然后再進行批次操作。根據腐蝕效果，增加或減少時間。依據上面的Ti/Ni/Ag三層的厚度，Ni和Ag的腐蝕時間在6—8分鐘，Ti的腐蝕在1分鐘。腐蝕時間一定要注意，時間過長會出現Ti的粘腐，造成正面金屬脫落(如圖3)，時間不夠會造成場板邊緣不齊，有金屬“毛刺”現象(如圖4)。

圖3 金屬脫落

圖4 金屬腐蝕出現“毛刺”

4 良率提升

由于采用了多項國內外新工藝技術，使器件的常溫電參數和高溫性能及反向抗浪涌沖擊的能力等可靠性指標有了明顯的提高。其特點總結如下:

(1)采用保護環結構

我們對比采用P+環結構比不采用保護環結構的參數如下:

采用的VB＞45V，不采用的VB＜10V;

采用P+環結構的漏電流要比不采用的低兩個數量級。

(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，產品VF較低。

(3)抗靜電特性好

目前，產品抗靜電特性好，抗靜電都能達到15KV。

工藝流程得到優化，工藝簡潔穩定，產品生產順暢，保證了產品良率的提升，S2845產品良率能達到98%以上。

5 結束語

肖特基產品品種繁多，僅以產品S2845為例，談到工藝流程和關鍵工藝控制點及提升產品的良率。產品參數穩定，達到國內先進水平，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和生產流片的大力支持。

［1］孫卯秋.肖特基二極管多層金屬化技術［J］.濟南大學學報，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［J］.半導體技術，1999，24(6):24 －28.