一種提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)及制造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)，特別涉及一種提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)及制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基勢(shì)皇二極管(Schottky Barrier D1de,縮寫成SBD)的簡(jiǎn)稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬一半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢(shì)皇二極管，它是一種熱載流子二極管，是近年來(lái)問(wèn)世的低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航档?僅0.4V左右)，而整流電流卻可達(dá)到幾千毫安。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無(wú)法比擬的。
[0003]中、小功率肖特基整流二極管從封裝外形上看有帶引線的軸向型封裝(D0-41、R-6、MELF等)、TO系列封裝(T0-220，T0-263，T0-3P等)、無(wú)引線的貼片型封裝(S0D-123、SMA, SMC等)，這些封裝形式因其封裝工藝不同，對(duì)內(nèi)部肖特基芯片的正面金屬的要求主要分為兩類，正面金屬為銀(Ag)和正面金屬為鋁(AL)兩類。表面為銀的適用于利用焊錫膏或焊片進(jìn)行的封裝工藝；表面為鋁的適用于利用打金屬線進(jìn)行的封裝工藝。這些銀或鋁是實(shí)現(xiàn)從芯片到封裝外引線或引腳的歐姆連接，在芯片內(nèi)部也需要從肖特基勢(shì)皇層到這些金屬層的歐姆連接。在滿足歐姆連接時(shí)，通常都會(huì)用到多層金屬。以表面金屬為銀的肖特基芯片為例，從表至里通常采用銀(Ag) /鎳(Ni) /Ti (鈦)結(jié)構(gòu)。
[0004]在電學(xué)特性滿足要求時(shí)，前述的多層金屬層的物理特性方面常會(huì)因不同金屬間膜應(yīng)力、溫度系數(shù)等特性的差異，導(dǎo)致芯片在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)各種各樣的失效。其典型的失效現(xiàn)象是經(jīng)過(guò)溫度循環(huán)處理后，芯片的電學(xué)特性已被損壞，常表現(xiàn)為芯片短路。經(jīng)過(guò)對(duì)失效的芯片進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)溫度循環(huán)處理后，芯片正面的硅已經(jīng)被損壞。因此，如何改進(jìn)肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)及制造工藝以提高其溫度循環(huán)能力是該產(chǎn)品急于攻關(guān)的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和缺陷，本發(fā)明研發(fā)一種提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)及制造工藝。該工藝采用真空多層蒸鍍技術(shù)，是基于硅平面工藝的功率肖特基器件的正面金屬制造工藝。
[0006]通常采用銀(Ag) /鎳(Ni) /Ti (鈦)結(jié)構(gòu)時(shí)，銀層的膜應(yīng)力較低，而鎳層的膜應(yīng)力卻非常高(厚度為10nm的銀薄膜在玻璃基片上的張應(yīng)力僅為0.75*108/m2，而同厚度鎳薄膜的張應(yīng)力高達(dá)5?8*108/m2)。在鎳膜層下增加一層緩沖層鋁(AL)時(shí)，則可顯著緩沖鎳層應(yīng)力對(duì)下層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力失配(同厚度鋁膜在同材質(zhì)基片上的張應(yīng)力僅為1.2*108/m2)，提高器件的結(jié)構(gòu)韌性，顯著提升溫度循環(huán)能力。
[0007]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)為肖特基器件的正面金屬層，該正面金屬層共有五層；由表層至里層的金屬膜層順序?yàn)?銀膜層、鎳膜層、第二鈦膜層、鋁膜層、第一鈦膜層；其中第二鈦膜層、鋁膜層于鎳膜層和第一鈦膜層之間，鋁膜層作為應(yīng)力緩沖層；第二鈦膜層作為鋁膜層和鎳膜層之間的粘附和阻擋層。
[0008]本發(fā)明所述的提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于，在芯片加工到正面金屬蒸發(fā)步驟時(shí)，在金屬蒸發(fā)機(jī)臺(tái)上，控制真空度在2E-6托以下，并用170±20°C高溫烘烤腔室3分鐘后，即開(kāi)始蒸發(fā)工藝；蒸發(fā)過(guò)程中由金屬蒸發(fā)機(jī)臺(tái)控制依次以每秒20A速度蒸發(fā)第一鈦膜層、每秒40A速度蒸發(fā)鋁膜層、每秒20A速度蒸發(fā)第二鈦膜層、每秒1A速度蒸發(fā)鎳膜層和每秒30A速度蒸發(fā)銀膜層；蒸發(fā)完成后維持腔室的真空度在2E-6托以下10分鐘，然后充氮?dú)庵链髿鈮汉箝_(kāi)腔完成正面金屬蒸發(fā)工藝。
[0009]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:采用本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)良好的歐姆連接的同時(shí)，可以克服不同金屬膜層之間的應(yīng)力匹配度，顯著增強(qiáng)芯片的抗溫度循環(huán)的能力(參照IEC 68-2-30標(biāo)準(zhǔn)，可以承受500個(gè)以上的_55°C至150°C的低高溫循環(huán))。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為肖特基器件剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
參照?qǐng)D1，在芯片加工到正面金屬蒸發(fā)步驟時(shí)，要求在CHA公司生產(chǎn)的Mark-50型金屬蒸發(fā)機(jī)臺(tái)上，控制真空度在2E-6托(Torr)以下，并用170±20°C高溫烘烤腔室3分鐘后，即開(kāi)始蒸發(fā)工藝；蒸發(fā)過(guò)程中由金屬蒸發(fā)機(jī)臺(tái)控制依次以每秒20A速度蒸發(fā)第一鈦膜層(Ti),厚度為0.3um ;每秒40A速度蒸發(fā)鋁膜層(AL)，厚度為2.5um ;每秒20A速度蒸發(fā)第二鈦膜層(Ti)，厚度為0.12um ;每秒1A速度蒸發(fā)鎳膜層(Ni)，厚度為0.2um ;每秒30A速度蒸發(fā)銀膜層(Ag)，厚度為1.5um ;蒸發(fā)完成后維持腔室的真空度在2E-6 (Torr)托以下10分鐘，然后充氮?dú)庵链髿鈮汉箝_(kāi)腔完成正面金屬蒸發(fā)工藝。
[0012]與通常進(jìn)行的依次蒸發(fā)鈦(Ti)、鎳(Ni)、銀(Ag)后即完成的三層金屬工藝不同，本發(fā)明在第一鈦膜層I和鎳膜層4之間增加了鋁膜層2和第二鈦膜層3，其中鋁膜層2為應(yīng)力緩沖層，第二鈦膜層3為鋁膜層2和鎳膜層4間的粘附和阻擋層，銀膜層5為正面金屬層最外層，如圖1所示。正面金屬層之下為芯片的氧化鈍化層、肖特基勢(shì)皇層、P+保護(hù)環(huán)和N-外延層。
[0013]在相同的封裝工藝及操作后，將兩種工藝條件的樣品一起做溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果:采用通常的三層金屬工藝條件的22顆樣品中18顆失效，而采用本發(fā)明五層金屬工藝條件的22顆樣品中O顆失效(溫度循環(huán)條件參照IEC 68-2-30標(biāo)準(zhǔn)，為_(kāi)55°C至150°C區(qū)間，每個(gè)循環(huán)60分鐘，做50個(gè)循環(huán))。
根據(jù)上述說(shuō)明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)為肖特基器件的正面金屬層，該正面金屬層共有五層；由表層至里層的金屬膜層順序?yàn)?銀膜層、鎳膜層、第二鈦膜層、鋁膜層、第一鈦膜層；其中第二鈦膜層、鋁膜層于鎳膜層和第一鈦膜層之間，鋁膜層作為應(yīng)力緩沖層；第二鈦膜層作為鋁膜層和鎳膜層之間的粘附和阻擋層。
2.一種如權(quán)利要求1所述的提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于，在芯片加工到正面金屬蒸發(fā)步驟時(shí)，在金屬蒸發(fā)機(jī)臺(tái)上，控制真空度在2E-6托以下，并用170±20°C高溫烘烤腔室3分鐘后，即開(kāi)始蒸發(fā)工藝；蒸發(fā)過(guò)程中由金屬蒸發(fā)機(jī)臺(tái)控制依次以每秒20A速度蒸發(fā)第一鈦膜層、每秒40A速度蒸發(fā)鋁膜層、每秒20A速度蒸發(fā)第二鈦膜層、每秒1A速度蒸發(fā)鎳膜層和每秒30A速度蒸發(fā)銀膜層；蒸發(fā)完成后維持腔室的真空度在2E-6托以下10分鐘，然后充氮?dú)庵链髿鈮汉箝_(kāi)腔完成正面金屬蒸發(fā)工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于，蒸發(fā)第一鈦膜層厚度為0.3um、蒸發(fā)鋁膜層厚度為2.5um ;蒸發(fā)第二鈦膜層厚度為0.12um ;蒸發(fā)鎳膜層厚度為0.2um ;蒸發(fā)銀膜層厚度為1.5um。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高溫度循環(huán)能力的肖特基器件金屬結(jié)構(gòu)及制造工藝。金屬結(jié)構(gòu)為正面金屬層共有五層：銀膜層、鎳膜層、第二鈦膜層、鋁膜層、第一鈦膜層；在蒸發(fā)機(jī)臺(tái)上，控制真空度在2E-6托以下，并用170±20℃高溫烘烤腔室3分鐘后，即開(kāi)始蒸發(fā)工藝；以每秒20?、40?、20?、10?和30?速度分別蒸發(fā)第一鈦膜層、鋁膜層、第二鈦膜層、鎳膜層和銀膜層；蒸發(fā)完成后維持腔室的真空度在2E-6托以下10分鐘，然后充氮?dú)庵链髿鈮汉箝_(kāi)腔完成正面金屬蒸發(fā)工藝。采用本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)良好的歐姆連接的同時(shí)，可以克服不同金屬膜層之間的應(yīng)力匹配度，顯著增強(qiáng)芯片的抗溫度循環(huán)的能力。
【IPC分類】H01L29-872, H01L29-47, H01L21-285, H01L21-329
【公開(kāi)號(hào)】CN104701387
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510077641
【發(fā)明人】劉闖, 陳海洋, 樊賽
【申請(qǐng)人】天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日