NiCr势垒肖特基技术

唐 冬，刘 旸，刘德实

(中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032)

1 引言

提高反向性能，采用了保护环结构等新工艺技术。

肖特基二极管是以其发明人肖特基(Schottky)博士命名的，SBD是肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的功函数差势垒原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种多数载流子输运的单极器件。在通常情况下，一般采用金属—半导体接触来形成肖特基势垒，但是由于金属与半导体接触时，接触界面之间SiO2层的存在，使得接触电阻和表面态密度明显增大，致使器件的性能大大降低。，为了解决这个问题，我们采用近十年国外研究的一项新工艺技术—金属硅化物—硅接触势垒工艺，形成了非常可靠且重复的肖特基势垒。此外为了解决上层电极金属与硅化物层的兼容问题以及相互扩散和反应问题，我们采用了扩散势垒和多层金属化技术，为了

2 NiCr势垒肖特基工艺流程

以产品S2845为例:其中“S”代表肖特基，28是指产品的大小28mil，45代表反向击穿电压45V。S2845一般应用于1A的情况下。下面介绍产品的工艺流程:

场氧化→P+光刻→P+推结→势垒区光刻→溅射NiCr→NiCr合金→扒NiCr→正面蒸发→金属光刻→金属腐蚀→背面减薄→背面腐蚀→背面蒸发→测试划片

3 关键工步

3.1 势垒金属合金

采用NiCr金属作为势垒，通过溅射台3180进行溅射NiCr，因为Ni属于中势垒金属，利于参数的控制。通过合金工艺，控制温度，使Ni与Si发生反应形成NiSi势垒，然后通过硝酸铈铵扒掉多余的NiCr。合金工步主要控制肖特基的IR，VF两项参数。IR和VF成反比例，降低VF，IR就会变大，在工艺中要匹配好IR和VF。合金是肖特基的关键工步，它的好坏直接决定肖特基的电参数，采用的工艺条件为:N2氛围退火，工艺时间根据产品尺寸的不同而定，一般在20分钟－40分钟。温度需要拉网来做，进行温度选择，一般以10℃或者5℃来做，实验产品S2845合金温度在420℃。S2845产品合金后的参数控制在IR≤20μA@40V，VB≥47V。正向导通电压VF≤0.52V@1A。参数控制手段，扒NiCr后可以进行肖特基势垒的参数测试，同时在镜下观察肖特基的势垒情况(请见下图1和图2)。

图1 正常的势垒情况

图2 异常的势垒情况

3.2 三层金属蒸发

正面金属采取三层金属技术，即Ti/Ni/Ag三层金属。厚度一般控制在3KÅ/3KÅ/30KÅ。三层金属的作用如下:

(1)Ti层是粘附层。与Si和SiO2粘附性好，性能稳定。

(2)Ni层是阻挡层。此层与上、下两层金属粘附性良好、性能稳定。此层用作焊料的阻挡层，能抗焊料焊接时的熔蚀作用。而且Ni的热膨胀系数介于Ag和Ti之间，这样使得各金属的热膨胀系数依次递增，可以改善多层金属化系统的热匹配性能。

(3)Ag层是导电层。它是多层金属结构的最外层，电阻率低、抗迁移能力强、性能稳定、不易氧化，易与焊料焊接且导热性能良好。

我们用的是电子束蒸发台，装硅片的行星架是旋转式的，里面有4个坩锅分别装有不同的金属，金属厚度由晶体进行控制，其制备过程如下:①将清洗洁净的硅片放在行星架上;②开启电子束蒸发台，衬底加热150℃，抽真空;③当达到真空要求后，按照工艺条件进行三层金属膜的淀积;④蒸发结束后降温到50℃，然后取出硅片。

3.3 三层金属腐蚀

金属腐蚀采用两步对三层金属进行腐蚀。首先，用Ni—Ag腐蚀液对Ni和Ag一起腐蚀。其次，用50∶1的HF进行对Ti的腐蚀。最后，对三层金属腐蚀进行镜检。腐蚀值得注意的是，要先走一片样片进行腐蚀，然后再进行批次操作。根据腐蚀效果，增加或减少时间。依据上面的Ti/Ni/Ag三层的厚度，Ni和Ag的腐蚀时间在6—8分钟，Ti的腐蚀在1分钟。腐蚀时间一定要注意，时间过长会出现Ti的粘腐，造成正面金属脱落(如图3)，时间不够会造成场板边缘不齐，有金属“毛刺”现象(如图4)。

图3 金属脱落

图4 金属腐蚀出现“毛刺”

4 良率提升

由于采用了多项国内外新工艺技术，使器件的常温电参数和高温性能及反向抗浪涌冲击的能力等可靠性指标有了明显的提高。其特点总结如下:

(1)采用保护环结构

我们对比采用P+环结构比不采用保护环结构的参数如下:

采用的VB＞45V，不采用的VB＜10V;

采用P+环结构的漏电流要比不采用的低两个数量级。

(2)VF低

Ni属于中势垒金属，我们采用的NiSi势垒，其势垒高度为0.66V－0.75V，产品VF较低。

(3)抗静电特性好

目前，产品抗静电特性好，抗静电都能达到15KV。

工艺流程得到优化，工艺简洁稳定，产品生产顺畅，保证了产品良率的提升，S2845产品良率能达到98%以上。

5 结束语

肖特基产品品种繁多，仅以产品S2845为例，谈到工艺流程和关键工艺控制点及提升产品的良率。产品参数稳定，达到国内先进水平，并得到用户的一致好评。

衷心感谢肖特基小组成员对本工作的鼎力相助，感谢研究所芯片加工中心所有工作人员对工艺研发和生产流片的大力支持。

［1］孙卯秋.肖特基二极管多层金属化技术［J］.济南大学学报，1999，9(5):47 －50.

［2］李恒.微波肖特基势垒二极管硅化物工艺研究技术［J］.半导体技术，1999，24(6):24 －28.