功率肖特基二极管的制造技术.pdf

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