功率肖特基二极管的制造技术

功率肖特基二极管的制造技术一、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、新的发展目录功率肖特基二极管的制造技术1.什么是肖特基二极管z肖特基二极管：英文缩写SBD（SchottkyBarrierDiode），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。概述功率肖特基二极管的制造技术2.肖特基二极管的结构概述N－N＋＋－绝缘介质金属结构示意图电路符号＋－功率肖特基二极管的制造技术3.肖特基势垒形成原理N型半导体的功函数小于金属的功函数;当N型半导体与金属接触时，N型半导体中的电子将向金属一边转移;结果就造成半导体表面空间电荷区中有正电荷，在金属表面（界面）上有负电荷，从而产生一个由N型半导体指向金属表面的电场。概述E空间电荷区N型硅金属功率肖特基二极管的制造技术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。概述功率肖特基二极管的制造技术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。概述功率肖特基二极管的制造技术二、芯片结构与工艺1.点接触2.平面结构3.势垒金属选择4.平面工艺流程芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术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。芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术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。芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术2.平面结构为了缓和边缘电场集中,采用了一些新的结构。芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术2.平面结构芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术2.平面结构芯片结构与工艺D）其它一些结构功率肖特基二极管的制造技术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。芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术3.势垒金属选择芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术3.势垒金属选择10A/45V产品，不同势垒比较芯片结构与工艺μA82.55.8VR=45VIRV57.250.9IR=5mAVR0.6560.732IB=20A0.5150.593IB=10A0.4350.509IB=5A0.3430.414IB=1A0.2060.273IB=10mAV0.1440.211IB=1mAVF单位钼势垒铂势垒条件参数功率肖特基二极管的制造技术芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术4.平面工艺流程z目前60V~150V产品大量采用P型保护环（GR）结构。z以此为例，介绍功率肖特基芯片的制造流程和工艺技术。芯片结构与工艺N＋N－PP4.平面工艺流程1初始氧化2GR光刻3GR掺杂4钝化CVD-15孔光刻6势垒工艺7正面金属化8正面金属光刻9钝化CVD-210钝化光刻12背面金属化13测试14划片11背面减薄功率肖特基二极管的制造技术芯片结构与工艺功率肖特基二极管的制造技术三、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芯片制造过程前道技术功率肖特基二极管的制造技术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金属化工艺前道技术功率肖特基二极管的制造技术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前道技术功率肖特基二极管的制造技术zSiO2厚度：Si消耗厚度=1：0.46前道技术N＋N－N＋N－0.46μm1.0μmSiSiO2功率肖特基二极管的制造技术前道技术功率肖特基二极管的制造技术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-PECVDz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。前道技术功率肖特基二极管的制造技术炉管式LP-CVD前道技术功率肖特基二极管的制造技术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。前道技术22450242iHOSOSiH+⎯⎯→⎯+℃252450236254HOPOPH+⎯⎯→⎯+℃功率肖特基二极管的制造技术PE-CVD前道技术功率肖特基二极管的制造技术氮化硅-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。前道技术2300343HSiNHNHSiH+⎯⎯→⎯+℃230024322HSiNHNSiH+⎯⎯→⎯+℃功率肖特基二极管的制造技术③光刻与刻蚀工艺z烘片z涂胶z对版z曝光z显影z刻蚀z去胶前道技术N＋N－功率肖特基二极管的制造技术③光刻与刻蚀工艺z烘片z涂胶z对版z曝光z显影z刻蚀z去胶前道技术N＋N－正胶功率肖特基二极管的制造技术③光刻与刻蚀工艺z烘片z涂胶z对版z曝光z显影z刻蚀z去胶前道技术N＋N－正胶功率肖特基二极管的制造技术③光刻与刻蚀工艺z烘片z涂胶z对版z曝光z显影z刻蚀z去胶前道技术N＋N－正胶功率肖特基二极管的制造技术③光刻与刻蚀工艺z烘片z涂胶z对版z曝光z显影z刻蚀z去胶前道技术N＋N－正胶功率肖特基二极管的制造技术③光刻与刻蚀工艺z烘片z涂胶z对版z曝光z显影z刻蚀z去胶前道技术N＋N－正胶功率肖特基二极管的制造技术③光刻与刻蚀工艺z烘片z涂胶z对版z曝光z显影z刻蚀z去胶前道技术N＋N－功率肖特基二极管的制造技术前道技术N＋N－N＋N－N＋N－N＋N－N＋N－N＋N－N＋N－N＋N－曝光显影刻蚀去胶正胶负胶功率肖特基二极管的制造技术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、轮廓控制等前道技术功率肖特基二极管的制造技术干法刻蚀用化学气体前道技术功率肖特基二极管的制造技术湿法、干法刻蚀效果比较前道技术湿法刻蚀效果有侧向刻蚀干法刻蚀效果无侧向刻蚀N－N－N－N－功率肖特基二极管的制造技术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。前道技术功率肖特基二极管的制造技术扩散掺杂与离子注入比较前道技术功率肖特基二极管的制造技术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前道技术功率肖特基二极管的制造技术三、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芯片制造过程前道技术1初始氧化2GR光刻3GR掺杂4钝化CVD-15孔光刻6势垒工艺7正面金属化8正面金属光刻9钝化CVD-210钝化光刻12背面金属化13测试2.GR结构SBD芯片制造技术14划片11背面减薄功率肖特基二极管的制造技术前道技术1初始氧化SiO2N＋N－热氧化：H2+O2功率肖特基二极管的制造技术前道技术2GR光刻烘片SiO2N＋N－涂胶对版曝光去胶刻蚀显影功率肖特基二极管的制造技术前道技术3GR掺杂SiO2N＋N－硼离子PP薄氧氧化硼离子注入高温激活功率肖特基二极管的制造技术前道技术4钝化CVD-1SiO2N＋N－PPCVD钝化层功率肖特基二极管的制造技术前道技术5孔光刻SiO2N＋N－PPCVD钝化层烘片涂胶对版曝光去胶刻蚀显影功率肖特基二极管的制造技术前道技术6势垒工艺势垒金属生长低温退火SiO2N＋N－CVD钝化层PP功率肖特基二极管的制造技术前道技术7正面金属化SiO2N＋N－PPCVD钝化层金属蒸发金属功率肖特基二极管的制造技术前道技术8金属光刻SiO2N＋N－PPCVD钝化层金属烘片涂胶对版曝光去胶刻蚀显影功率肖特基二极管的制造技术前道技术9钝化CVD-2SiO2N＋N－PPCVD钝化层金属CVD钝化层PE-CVD功率肖特基二极管的制造技术前道技术10钝化光刻SiO2N＋N－PPCVD钝化层金属CVD钝化层烘片涂胶对版曝光去胶干法刻蚀显影功率肖特基二极管的制造技术前道技术11背面减薄正面贴膜背面磨片去膜SiO2N＋N－PPCVD钝化层金属CVD钝化层功率肖特基二极管的制造技术前道技术12背面金属化泡酸金属蒸发SiO2N＋N－PPCVD钝化层金属CVD钝化层金属功率肖特基二极管的制造技术前道技术13测试功率肖特基二极管的制造技术前道技术14划片背面贴膜烘片划片清洗烘干功率肖特基二极管的制造技术前道技术功率肖特基二极管的制造技术四、后道技术根据应用场合的不同及工作电流的大小，选择不同的封装外形。1.5A以下的产品一般采用单管封装，外形可以是贴片或者轴向。2.工作电流大于5A的产品一般采用TO系列封装，并可根据需要封装成单管芯或双管芯。后道技术功率肖特基二极管的制造技术后道技术功率肖特基二极管的制造技术3.TO-220封装工艺介绍①装片：引线框架、焊料②键合：铝丝③塑封：前烘、后固化④去飞边：⑤电镀⑥打印⑦切筋⑧测试⑨可靠性考核后道技术功率肖特基二极管的制造技术①装片：引线框架、焊料后道技术1.预热框架2.点焊料3.压模4.装片功率肖特基二极管的制造技术②键合：铝丝后道技术功率肖特基二极管的制造技术③塑封：前烘、注塑、后固化（高温存储）后道技术功率肖特基二极管的制造技术④去飞边：去除塑封料毛边⑤电镀：裸露的铜（主要是管脚）镀锡⑥打印：激光打印,商标、产品名和批次代码后道技术功率肖特基二极管的制造技术⑦切筋：切筋机后道技术功率肖特基二极管的制造技术⑧测试z测试仪器：„图示仪（QT-2、370B）„JUNODTS-1000„辅助设备：烘箱或热板z主要参数：后道技术mA150.05VR=100VTc=125℃VR=100VTc=25℃IR瞬态反向漏电流V0.850.700.950.80IF=10ATc=25℃IF=10ATc=125℃IF=20ATc=25℃IF=20ATc=125℃VF瞬态正向压降V100IR=1mAVBR击穿电压最大最小单位规范值测试条件符号参数功率肖特基二极管的制造技术⑨可靠性考核后道技术TA=-55℃,TB=150℃，t1=10min，t2=2～3min，温度循环T=120℃，P=2个大气压，RH=100%高压蒸煮Ta=150℃，VR=80%VRRM高温反偏Ta=85℃，RH=85%，VR=80%VRRM稳态湿热Ta=150℃高