大功率肖特基二極管制造

大功率肖特基二極管制造摘要：本文從勢壘濺射工藝、勢壘形成工藝和粗鋁絲鍵合技術(shù)方面設(shè)計(jì)了高壓大功率肖特基二極管。關(guān)鍵詞：大功率，肖特基二極管肖特基二極管具有開關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、逆變電路中，主要起到續(xù)流、整流作用。為滿足高功率密度、高效率PPU設(shè)計(jì)的需求，設(shè)計(jì)了高壓大功率肖特基二極管。1.勢壘濺射工藝肖特基勢壘簡單來說是金屬-半導(dǎo)體接觸，但是不同的金屬與不同的半導(dǎo)體摻雜濃度構(gòu)成的勢壘高度變化很多。在電特性方面既要保證電流容量大的優(yōu)勢和反向擊穿電壓高、飽和壓降低的特性，又要極小的反向電流。這樣就必須首先摸清它的技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。為此，我們查閱了有關(guān)技術(shù)資料，對該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非常細(xì)致的分析。根據(jù)產(chǎn)品的各項(xiàng)電參數(shù)、各工藝的工藝條件、參數(shù)等，在設(shè)計(jì)上根據(jù)肖特基的勢壘高度對實(shí)用肖特基二極管的電學(xué)性質(zhì)有著重要的影響，為了制造不同性能的肖特基二極管，往往要求金-半之間有較高的勢壘。由于Mo雖有較低的勢壘，與Ni勢壘相當(dāng)，Ti有較低的勢壘，但漏電流較大。在半導(dǎo)體工藝中一般做為粘附層金屬使用，均不能單獨(dú)應(yīng)用到產(chǎn)品中；所以，我們成熟工藝是使用Ni、Pt、Cr等作為勢壘金屬，對不同勢壘特性進(jìn)行工藝試驗(yàn)。表1N型硅上金屬的功函數(shù)及肖特基勢壘高度金屬 N PCr W Mo

表2N型硅上金屬硅化物肖特基勢壘高度金屬硅硅硅化鎳表2N型硅上金屬硅化物肖特基勢壘高度金屬硅硅硅化鎳化鉑化鉻硅化鎢硅化鉬勢壘高度0.0.70.U/eV58857bi0.650.55工藝試驗(yàn)和組合篩選情況表明：Ni-Si勢壘的漏電流較小，勢壘高度低，可以滿足小電流芯片產(chǎn)品的電流要求；Pt-Si勢壘的漏電流小，勢壘較高，產(chǎn)品的正向壓降VF較高；Cr-Si勢壘的勢壘高度低，但是漏電流較大，不能滿足產(chǎn)品的反向漏電流IR要求。根據(jù)以上單一金屬得到的肖特基勢壘特性工藝試驗(yàn)結(jié)果，我們設(shè)計(jì)選擇小漏電流與結(jié)溫較高的金屬Pt來解決勢壘金屬問題。鎳通常用來與N型硅形成肖特基勢壘，勢壘高度隨著工藝變化而變化，其變化范圍在0.5eV-0.9eV。一般NiSi/Si可形成0.64eV的勢壘高度。而NiPt/Si形成0.78eV左右的勢壘高度。NiPt合金與N型硅肖特基勢壘高度通過調(diào)整NiPt合金中的Ni、Pt質(zhì)量原子比，在0.61eV到0.90eV之間確定勢壘高度，由此獲得所需的肖特基二極管電學(xué)特性本項(xiàng)目選用Ni-Ptl5合金作為肖特基勢壘金屬。選擇這個(gè)比例參數(shù)，是為了折中器件的正向壓降V、反向特性（反向漏電流I和最高結(jié)溫T）?；驹硎?FRjm通過金屬淀積窗口，在N型外延層上淀積NiPt薄膜。由于勢壘界面在硅片內(nèi)部硅化物與硅本體粘附力非常強(qiáng)，幾乎不存在缺陷，可以獲得理想的界面。1.勢壘形成工藝肖特基勢壘整流二極管的各項(xiàng)參數(shù)都取決于肖特基勢壘形成技術(shù)，勢壘形成的好壞決定了產(chǎn)品正向壓降能否滿足要求，決定了反向漏電流能否得到有效控制，決定了產(chǎn)品最高結(jié)溫是否達(dá)到使用要求，同時(shí)還決定產(chǎn)品可靠性是否達(dá)到預(yù)定等級。因此，勢壘形成技術(shù)是肖特基產(chǎn)品的重中之重，只要保證了勢壘的穩(wěn)定性，就能夠制作出高質(zhì)量的肖特基勢壘整流二極管。傳統(tǒng)意義上金屬與半導(dǎo)體接觸后，即金屬制作到半導(dǎo)體材料上就構(gòu)成肖特基勢壘，但是這種勢壘存在很大的不穩(wěn)定性，產(chǎn)品在工作過程中金屬與半導(dǎo)體材料逐步共晶，勢壘成份不斷變化，導(dǎo)致產(chǎn)品性能及參數(shù)發(fā)生變化。為了徹底解決這一問題，采用勢壘形成工藝技術(shù)，提前將勢壘制作成穩(wěn)定的金屬硅化物，保證在后續(xù)加工及使用過程中產(chǎn)品性能及參數(shù)穩(wěn)定可靠。由此，引入勢壘形成技術(shù)，該技術(shù)的重點(diǎn)是如何形成穩(wěn)定可靠的金屬硅化物。理論上，金屬與硅材料在很大的溫度范圍內(nèi)（200?800°C）都能夠形成金屬硅化物，只是不同溫度點(diǎn)形成的金屬硅化物金屬和硅材料的原子比不同。通過大量工藝試驗(yàn)和樣品制作數(shù)據(jù)顯示，金屬和硅材料原子比為1:1時(shí)產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)及參數(shù)均最佳，因此，目前生產(chǎn)的肖特基勢壘系列產(chǎn)品形成的勢壘金屬硅化物均為原子比為1:1。不同的金屬與硅材料形成金屬硅化物的工藝條件不盡相同，因此進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和樣品試制，確定不同金屬勢壘形成的工藝條件，以滿足實(shí)際產(chǎn)品研制和生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。目前我公司已經(jīng)掌握常用勢壘金屬Ti、Ni、Mo、Pt、Cr、NiPt合金等金屬材料的勢壘形成工藝技術(shù)，在不同肖特基產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)中進(jìn)行選擇使用。本項(xiàng)目產(chǎn)品，對硅化物合金工藝進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化和改良。濺射NiPt15合金薄膜后，采用DTUB-11勢壘爐管進(jìn)行硅化物合成，將爐管溫度控制在480?550°C范圍內(nèi)，時(shí)間為30分，在N2氣氛下通入少量02，使合金與硅外延片進(jìn)行固相互溶反應(yīng)，最終在硅外延層上形成具有一定厚度，且可重復(fù)性好的均勻鎳鉑硅化物勢壘層。3.粗鋁絲鍵合技術(shù)通常情況下100口m以上的鋁絲即為粗鋁絲，本項(xiàng)目產(chǎn)品電流分別為45A、80A、90A。鋁絲過流能力參照GJB597B-2012《半導(dǎo)體集成電路通用規(guī)范》中3.5.6.4，正文內(nèi)容如下：3.5.6.4內(nèi)引線內(nèi)引線或其他沿整個(gè)長度均與襯底不發(fā)生熱接觸的導(dǎo)體（如線狀或帶狀導(dǎo)體）應(yīng)這樣設(shè)計(jì)，使得在最大額定電流下，經(jīng)受的連續(xù)電流（對于直流）或方均根電流（對于交流或脈沖電流）不超過由式（1）所確定的數(shù)值：I=Kd3/2 （1）式中：I—最大允許電流，A;d—圓形引線的直徑（對非圓形引線導(dǎo)體，則為截面積相同的等效直徑），mmK—為表4中的常數(shù)（該常數(shù)與器件所用引線或?qū)w的長度和成分有關(guān)）。表4常數(shù)列表

成分與兩鍵合點(diǎn)間導(dǎo)體總長度對應(yīng)的K值長度LW1.0mm長度L>1.0mm鋁172118金234160銅234160銀11782其他金屬7049按照所給公式計(jì)算出不同絲徑鍵合絲的電流承載能力：單根鋁絲?380mm過流27.64A；?500mm過流41.7A。本項(xiàng)目選取?380mm鋁絲。為保證產(chǎn)品的可靠性，我們進(jìn)行了多次試驗(yàn)，最后確定鍵合引線盡量縮短，最長引線長度：LW6.5mm。芯片盡量靠近小電極一邊，使鍵合引線最短。鍵合點(diǎn)在芯片上的位置圖如下。通過以上技術(shù)