功率肖特基二极管的制造技术.pdf
大功率肖特基二极管制造
大功率肖特基二极管制造摘要：本文从势垒溅射工艺、势垒形成工艺和粗铝丝键合技术方面设计了高压大功率肖特基二极管。
关键词：大功率，肖特基二极管肖特基二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，广泛应用于开关电源、逆变电路中，主要起到续流、整流作用。
为满足高功率密度、高效率PPU设计的需求，设计了高压大功率肖特基二极管。
1.势垒溅射工艺肖特基势垒简单来说是金属-半导体接触，但是不同的金属与不同的半导体掺杂浓度构成的势垒高度变化很多。
在电特性方面既要保证电流容量大的优势和反向击穿电压高、饱和压降低的特性，又要极小的反向电流。
这样就必须首先摸清它的技术特点，进行合理的设计。
为此，我们查阅了有关技术资料，对该产品的结构进行了非常细致的分析。
根据产品的各项电参数、各工艺的工艺条件、参数等，在设计上根据肖特基的势垒高度对实用肖特基二极管的电学性质有着重要的影响，为了制造不同性能的肖特基二极管，往往要求金-半之间有较高的势垒。
由于Mo虽有较低的势垒，与Ni势垒相当，Ti有较低的势垒，但漏电流较大。
在半导体工艺中一般做为粘附层金属使用，均不能单独应用到产品中；所以，我们成熟工艺是使用Ni、Pt、Cr等作为势垒金属，对不同势垒特性进行工艺试验。
表1 N型硅上金属的功函数及肖特基势垒高度表2 N型硅上金属硅化物肖特基势垒高度a) Ni-Si势垒的漏电流较小，势垒高度低，可以满足小电流芯片产品的电流要求；b) Pt-Si势垒的漏电流小，势垒较高，产品的正向压降VF较高；c) Cr-Si势垒的势垒高度低，但是漏电流较大，不能满足产品的反向漏电流IR要求。
根据以上单一金属得到的肖特基势垒特性工艺试验结果，我们设计选择小漏电流与结温较高的金属Pt来解决势垒金属问题。
镍通常用来与N型硅形成肖特基势垒，势垒高度随着工艺变化而变化，其变化范围在0.5eV-0.9eV。
一般NiSi/Si可形成0.64eV的势垒高度。
而NiPt/Si形成0.78eV左右的势垒高度。
肖特基二极管制备步骤
肖特基二极管制备步骤嘿，咱今儿就来讲讲肖特基二极管的制备步骤。
这可是个精细活儿，就像雕琢一件艺术品一样呢！首先得准备好材料呀，就好比大厨做菜得先有新鲜食材一样。
那半导体材料就是咱的主角啦。
然后呢，要进行清洗，把那些杂质啊灰尘啥的都洗掉，让材料干干净净的，这就像是给咱的宝贝材料洗个舒服的澡。
接下来就是关键的一步啦，要在材料上进行各种工艺处理，这可马虎不得。
就好像给它精心打扮一番，得让它呈现出最完美的状态。
再之后呢，要进行金属化的过程，这就像是给它穿上一件华丽的外衣，让它更加出众。
在这个过程中，每一步都得小心翼翼，不能有丝毫差错呀。
你想想，要是有一点疏忽，那不就前功尽弃啦？就像建房子，一块砖没放好，可能整座房子都不稳呢！制备肖特基二极管可不比种棵白菜容易呀！需要高度的专业知识和精湛的技术。
这可不是随随便便谁都能搞定的事儿。
而且在整个过程中，得时刻保持专注和耐心。
就跟绣花似的，一针一线都得仔仔细细。
稍有不慎，可能就会影响到最终的性能。
你说这肖特基二极管重要不？那当然重要啦！它在电子领域可是有着举足轻重的地位呢。
咱再回过头来想想那些制备步骤，每一步都凝结着科研人员的心血和智慧呀。
他们就像魔法师一样，把那些普通的材料变成了神奇的肖特基二极管。
所以说呀，可别小看了这制备过程，这里面的学问大着呢！咱得好好琢磨琢磨，才能真正理解其中的奥秘。
总之呢，肖特基二极管的制备步骤就像是一场精彩的演出，每一个环节都是必不可少的，只有大家齐心协力，才能呈现出最完美的效果。
你说是不是这个理儿呀？。
功率肖特基二极管
功率肖特基二极管功率肖特基二极管是一种特殊的二极管，其具有较高的工作频率能力和较低的开关损耗，被广泛应用于功率控制和高频电路中。
在本文中，我们将介绍功率肖特基二极管的工作原理、特点以及应用领域。
一、工作原理功率肖特基二极管由肖特基结和PN结组成。
肖特基结由金属与半导体P型材料形成，具有低电压降、快速开关速度和较低的逆向恢复时间等特点。
PN结则具有常见二极管的特征，用于电流的整流和导通控制。
当正向偏置时，PN结导通，而肖特基结截止；当反向偏置时，PN结截止，而肖特基结导通。
这种结构使得功率肖特基二极管能够在高频率和高电流下工作。
二、特点1. 快速开关速度：由于肖特基结的特殊结构，功率肖特基二极管具有快速的开关速度，可以实现高频率的开关操作。
2. 低电压降：功率肖特基二极管的正向电压降较低，可以减少能量损耗和发热，提高系统效率。
3. 低逆向恢复电荷：肖特基结的逆向恢复时间较短，减少了开关过程中的失真和损耗。
4. 高温工作能力：功率肖特基二极管具有较高的耐温能力，可以在高温环境下正常工作。
三、应用领域由于功率肖特基二极管的特点，它在许多领域中得到了广泛应用。
1. 电源管理：功率肖特基二极管可以用于电源开关、DC-DC转换器等电源管理应用中，提高电源的效率和稳定性。
2. 电动工具：由于功率肖特基二极管的快速开关速度和低电压降，它可以用于电动工具中的开关电路，提高工具的性能和使用寿命。
3. 电动汽车：功率肖特基二极管可以用于电动汽车的电源管理和电动驱动系统中，提高电池的充放电效率和车辆的续航里程。
4. 通信设备：功率肖特基二极管可以用于无线通信设备的功率放大器和射频开关等电路中，提高通信系统的传输速度和稳定性。
5. 太阳能发电：功率肖特基二极管可以用于太阳能发电系统中的光伏逆变器，将太阳能转换为可用的电能。
总结：功率肖特基二极管是一种具有快速开关速度、低电压降和低逆向恢复电荷的特点的二极管。
它在电源管理、电动工具、电动汽车、通信设备和太阳能发电等领域得到了广泛应用。
4H-SiC功率肖特基势垒二极管(SBD)和结型势垒肖特基(JBS)二极管的研究
4H-SiC功率肖特基势垒二极管（SBD）和结型势垒肖特基（JBS）二极管的研究4H-SiC功率肖特基势垒二极管（SBD）和结型势垒肖特基（JBS）二极管的研究引言：在现代电子设备中，功率器件的需求越来越高。
功率器件的研究和探索是提高电力传输效率和减少功率损耗的关键。
作为一种新型的功率器件，4H-SiC肖特基势垒二极管（SBD）和结型势垒肖特基（JBS）二极管已经引起了广泛关注。
本文将对这两种器件的研究进行探讨和分析。
1. 4H-SiC SBD器件的研究1.1 SiC的特性硅碳化物（SiC）是一种宽禁带半导体材料，具有优异的物理和化学性质。
相对于传统的硅（Si）材料，SiC具有更高的电场饱和速度、更高的击穿电压和更好的热导性能。
这些特性使得SiC成为功率器件研究的热点。
1.2 4H-SiC SBD的结构和特点4H-SiC SBD器件由p-n结组成，其中p型区域具有较低的掺杂浓度，n型区域具有较高的掺杂浓度。
这种结构使得4H-SiC SBD器件具有较低的反向漏电流和较短的开关时间。
研究表明，4H-SiC SBD器件能够在高温下工作，具有较低的导通压降和较高的散热能力。
2. 4H-SiC JBS器件的研究2.1 JBS器件的结构和特点结型势垒肖特基（JBS）二极管是在SBD的基础上发展而来的新型器件。
JBS器件在SBD的基础上引入了金属-半导体结（M-S）以增强电压承受能力和抑制反向漏电流。
JBS器件的结构相对复杂，但具有较低的开关损耗和较高的可靠性。
研究表明，JBS器件在高压应用中具有较大的优势。
3. 4H-SiC SBD和JBS器件的比较3.1 性能比较研究表明，4H-SiC JBS器件相比于4H-SiC SBD器件具有更低的反向漏电流、更高的开关速度和更低的开关损耗。
这些优势使得JBS器件在高频和高压应用中具有潜在的应用前景。
3.2 制造工艺比较相对于SBD器件，JBS器件的制造工艺更为复杂，成本也较高。
功率肖特基二极管esd
功率肖特基二极管esd
功率肖特基二极管（Power Schottky Diode）是一种特殊的肖特基二极管，用于在高功率和高频率应用中提供低压降和快速开关。
它由功能区域、阳极和阴极三部分组成，阳极作为高功率输入端，阴极为接地端。
功率肖特基二极管具有以下特点：
1. 低压降：由于其肖特基结的特殊构造，功率肖特基二极管具有低正向压降，可以减少能量损耗。
2. 高速开关：功率肖特基二极管具有快速开关特性，能够迅速地切换开关状态，适用于高频率应用。
3. 高温特性：功率肖特基二极管能够在高温环境下正常工作，具有良好的热稳定性。
4. 高电流承载能力：功率肖特基二极管能够承受较高的电流，适用于高功率应用。
5. ESD保护：功率肖特基二极管还具有电静电放电（ESD）保护功能，可以有效地防止和抑制ESD对电路的损害。
功率肖特基二极管常用于电源管理、交流/直流转换器、功率放大器、变换器等高功率和高频率应用中。
它们能够提供高效的能量转换和保护电路免受ESD等干扰。
功率肖特基二极管的制造技术
目录一、概述二、芯片结构与工艺三、前道技术四、后道技术五、ESD防护六、新的发展1.什么是肖特基二极管z肖特基二极管：英文缩写SBD（Schottky Barrier Diode ），是以发明人肖特基博士（W.Schottky）命名。
z肖特基二极管：是以金属为正极，以N型半导体为负极，利用接触面上形成的肖特基势垒具有整流特性而制成的金属-半导体两端器件。
4.肖特基二极管的特点z正向压降低：起始电压和正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V）。
z开关速度快：多子导电器件，反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合高频应用。
z击穿电压低：肖特基反向势垒较薄，并且在表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低。
5.SBD的应用领域z作为低压整流器件，应用于各种低压高频开关电源，如稳压器、整流器、逆变器、UPS等；z在非常高的频率下（如X波段、C波段、S波段和Ku波段）用于检波和混频；z在高速逻辑电路中用作箝位。
二、芯片结构与工艺1.点接触2.平面结构3.势垒金属选择4.平面工艺流程1.点接触z用一根有尖端的细金属丝与半导体接触制成。
z机械接触或用放电工艺得到的一个很小的合金结。
2.平面结构比点接触的正向压降低、电流大、击穿有所提高；但是在势垒结边缘电场集中，击穿漏电很大，VRM 在60V以下。
2.平面结构为了缓和边缘电场集中,采用了一些新的结构。
2.平面结构2.平面结构D ）其它一些结构3.势垒金属选择z不同的势垒金属，导致SBD参数有明显不同。
z主要原因是不同金属与半导体（硅）的接触势垒高度不同。
一般来说金属接触势垒高度高，二极管的漏电流小，正向压降大。
3.势垒金属选择1 初始氧化2 GR光刻3 GR掺杂6 势垒工艺4 钝化CVD-15 孔光刻7 正面金属化8 正面金属光刻9 钝化CVD-211 背面减薄12 背面金属化10 钝化光刻13 测试14 划片三、前道技术1.相关制造工艺技术介绍①热氧化工艺②介质淀积（钝化CVD）③光刻与刻蚀工艺④掺杂工艺⑤金属化工艺2.GR结构SBD芯片制造过程1.相关制造工艺技术介绍①热氧化工艺②介质淀积（钝化CVD）③光刻与刻蚀工艺④掺杂工艺⑤金属化工艺①热氧化工艺z硅在高温下与氧化剂反应生成SiO2的过程。
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目录
一、概述
二、芯片结构与工艺
三、前道技术
四、后道技术
五、ESD防护
六、新的发展
1.什么是肖特基二极管
z肖特基二极管：英文缩写SBD（Schottky Barrier Diode ），是以发明人肖特基博士
（W.Schottky）命名。
z肖特基二极管：是以金属为正极，以N型半导体为负极，利用接触面上形成的肖特基势
垒具有整流特性而制成的金属-半导体两端器
件。
4.肖特基二极管的特点
z正向压降低：起始电压和正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V）。
z开关速度快：多子导电器件，反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，故开
关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适
合高频应用。
z击穿电压低：肖特基反向势垒较薄，并且在表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较
低。
5.SBD的应用领域
z作为低压整流器件，应用于各种低压高频开关电源，如稳压器、整流器、逆变
器、UPS等；
z在非常高的频率下（如X波段、C波段、S波段和Ku波段）用于检波和混频；
z在高速逻辑电路中用作箝位。
二、芯片结构与工艺
1.点接触
2.平面结构
3.势垒金属选择
4.平面工艺流程
1.点接触
z用一根有尖端的细金属丝与半导体接触制成。
z机械接触或用放电工艺得到的一个很小的合金结。
2.平面结构
比点接触的正向压降低、电流大、击穿有所提高；但是
在势垒结边缘电场集中，击穿漏电很大，V
RM 在60V以
下。
2.平面结构
为了缓和边缘电场集中,采用了一些新的结构。
2.平面结构
2.平面结构
D ）其它一些结构
3.势垒金属选择
z不同的势垒金属，导致SBD参数有明显不同。
z主要原因是不同金属与半导体（硅）的接触势垒高度不同。
一般来说金属接触
势垒高度高，二极管的漏电流小，正向
压降大。
3.势垒金属选择
1 初始氧化
2 GR光刻
3 GR掺杂
6 势垒工艺
4 钝化CVD-1
5 孔光刻
7 正面金属化8 正面金属光刻9 钝化CVD-2
11 背面减薄
12 背面金属化
10 钝化光刻13 测试14 划片
三、前道技术
1.相关制造工艺技术介绍
①热氧化工艺
②介质淀积（钝化CVD）
③光刻与刻蚀工艺
④掺杂工艺
⑤金属化工艺
2.GR结构SBD芯片制造过程
1.相关制造工艺技术介绍
①热氧化工艺
②介质淀积（钝化CVD）
③光刻与刻蚀工艺
④掺杂工艺
⑤金属化工艺
①热氧化工艺
z硅在高温下与氧化剂反应生成SiO2的过程。
z高温：在高温炉管中进行，800~1200℃。
z氧化剂：O2、水汽、H2+O2
干氧氧化：O2
水汽氧化：纯水汽
湿氧氧化：O2+水汽
氢氧合成氧化：H2+O2
②介质淀积（钝化CVD）
z工艺方式：
常压化学气相淀积-APCVD
低压化学气相淀积-LPCVD
等离子体增强式化学气相淀积-PECVD
z介质种类（常用）：
USG：不掺杂SiO2，用于绝缘隔离。
PSG：掺磷SiO2，用于表面保护、钝化或回流工艺。
BPSG：掺硼磷SiO2，用于表面保护、钝化或回流工艺。
氮化硅：用于绝缘隔离，表面保护、阻挡水汽和钠离子。
z介质特点：疏松，一般需要进行高温退火进行致密。
炉管式LP-CVD
PSG-CVD(掺磷SiO2）：
低温淀积（300℃~500℃），由硅烷、掺杂气体、氧气反应，化学反应式：
可采用AP-CVD 和LP-CVD 生长。
2
2450242i H O S O SiH +⎯⎯→⎯+℃
2
52450236254H O P O PH +⎯⎯→⎯+℃
PE-CVD
氮化硅-CVD ：
低温淀积（300℃左右），由硅烷、氨气（或氮气）反应，化学反应式：
或
可采用PE-CVD 生长。
2
300343H SiNH NH SiH +⎯⎯→⎯+℃2
30024322H SiNH N SiH +⎯⎯→⎯+℃
③光刻与刻蚀工艺
z湿法化学腐蚀：将晶片浸入溶液或将溶液喷洒在晶片表面中进行。
SiO2：HF+NH4F等
金属：各种强酸，不同金属差异很大
硅：NaOH、KOH、HNO3+HF等
z干法刻蚀：等离子体辅助刻蚀。
SiO2、Si3N4、金属、硅
关注：刻蚀速率、选择比、轮廓控制等
干法刻蚀用化学气体
④掺杂工艺
将可控数量的杂质掺入半导体内，以改变半导体的电特性。
z热扩散掺杂（800℃~1200℃）：涂覆源、固态源、气态源（气体携带液态源）、CVD膜
源
z离子注入：将带电的且具有能量的高速粒子注入硅体内的过程。
扩散掺杂与离子注入比较
⑤金属化工艺
z物理气相淀积：
蒸发、电子束蒸发：在真空中，将金属加热到熔点以上，金属原子会以直线运动轨迹高速溢出，
碰到硅片后淀积在硅片上。
溅射：通过加速后的离子源撞击金属靶材表面，金属被溅射出，然后淀积在硅片上。
z化学镀
z化学气相淀积-CVD
三、前道技术
1.相关制造工艺技术介绍
①热氧化工艺
②介质淀积（钝化CVD）
③光刻与刻蚀工艺
④掺杂工艺
⑤金属化工艺
2.GR结构SBD芯片制造过程
1 初始氧化
2 GR光刻
3 GR掺杂
6 势垒工艺
4 钝化CVD-1
5 孔光刻
7 正面金属化8 正面金属光刻9 钝化CVD-2
11 背面减薄
12 背面金属化
10 钝化光刻13 测试14 划片
1 初始氧化热氧化：H2+O2
2 GR光刻烘片涂胶对版曝光
去胶刻蚀显影
3 GR掺杂薄氧氧化硼离子注入高温激活
4 钝化CVD-1
5 孔光刻烘片涂胶对版曝光
去胶刻蚀显影
6 势垒工艺势垒金属生长低温退火。