肖特基二極管背面金屬化工藝技術(shù)

薛建國

天水天光半導(dǎo)體有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741000

利用EBX2000蒸發(fā)臺(tái)，根據(jù)各種金屬的熱膨脹系數(shù)、電阻率以及與Si/SiO2的粘附性等性質(zhì)，制作肖特基二極管背面鈦(Ti)-鎳（Ni）-銀（Ag）多層金屬化系統(tǒng)。電子束制備薄膜的工藝條件可形成良好歐姆接觸，該多層金屬化系統(tǒng)制備的薄膜性能優(yōu)良，純度高、鈉離子沾污少、厚度均勻，表面致密、粘附性好，產(chǎn)品可靠性高。

1、電子束蒸發(fā)原理

在高真空條件下，利用電子束將被淀積材料加熱，電子的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)換成熱能，被淀積材料被加熱發(fā)出蒸氣，蒸氣原子以直線運(yùn)動(dòng)通過腔體達(dá)到圓片表面，堆積為薄膜。電子束蒸發(fā)是材料蒸發(fā)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以避免待蒸發(fā)材料與坩堝發(fā)生反應(yīng)，從而得到高純的薄膜。

2、三層金屬采用的工藝原則

肖特基二極管背面金屬化，金屬材料必須具備電阻率較低，具有良好的導(dǎo)電性。作業(yè)目的容易實(shí)現(xiàn)。鍍膜時(shí)，易于沉積，容易成膜，加工過程較容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)要滿足金屬化工藝要求。金屬膜之間粘附強(qiáng)，不易脫落。還要為下一工序做好準(zhǔn)備。每層金屬在下一工序易刻蝕。多層金屬蒸發(fā)后，穩(wěn)定可靠。金屬層之間可靠性高，鍍膜性能穩(wěn)定。在鍍制多層金屬介質(zhì)交替膜時(shí)，過大應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致薄膜牢固性降低，甚至開裂［1］。金屬成膜后，應(yīng)力低。

3、Ti-Ni-Ag金屬層的性能

2）、蒸發(fā)第2層 Ni過渡層，蒸發(fā)厚度為2500～3500。Ni與Ti上層、Ag下兩層金屬粘附良好，性能穩(wěn)定。層間熱應(yīng)力匹配好，歐姆接觸性能優(yōu)良，具有良好的浸錫沾潤性能和很強(qiáng)的附著能力。特別是Ni作為焊料的過渡層，可以抗焊料焊接時(shí)的熔蝕， Ni的熱膨脹系數(shù)處于Ag與Ti之間，使得各金屬的熱膨脹系數(shù)依次遞增，導(dǎo)致 Ti-Ni金屬之間及Ni-Ag金屬之間熱匹配性能穩(wěn)定可靠，熱彭漲與冷收縮效應(yīng)較一致，這樣金屬鍍層相互之間就更加不易脫落。

4、背面金屬化三層金屬的制備

金屬層的厚度與蒸發(fā)數(shù)率，在蒸發(fā)過程中由設(shè)備上的計(jì)算機(jī)依靠晶體自動(dòng)顯示，蒸發(fā)前需對(duì)單層金屬樣片試驗(yàn)，以確定具體鍍膜厚度。3層金屬鍍膜結(jié)束后，使用四探針進(jìn)行方塊電阻R□測(cè)試。

小圓柱狀蒸發(fā)源金屬Ti、Ni、Ag在進(jìn)行蒸發(fā)前必須分別進(jìn)行清洗。

行星架旋轉(zhuǎn)速度10rpm,每爐裝硅片54片，其中必須裝1片測(cè)試片。真空2.0x10-4Pa,氮?dú)猓∟2≥99.999%,含氧量≤5ppm,含水量≤5 p p m）。設(shè)備周圍的潔凈度為10000級(jí)，裝取硅片的超凈工作臺(tái)潔凈度為100級(jí),空氣濕度35%～50%，室溫20℃～25℃。風(fēng)速≥0.2m/s。冷卻水采用純水(≥15MΩ.cm)，水溫＜20℃。

2)、背面金屬化三層金屬的制備過程

使用EBX-2000電子速蒸發(fā)臺(tái)，真空室里4個(gè)鉗鍋，采用高純水進(jìn)行冷卻，其中3個(gè)鉗鍋分別裝有Ti、 Ni、Ag不同的蒸發(fā)源金屬。在超凈工作臺(tái)內(nèi)將待蒸發(fā)的硅片背面朝上放置行星架上。將裝滿硅片的3個(gè)行星架放置在蒸發(fā)臺(tái)內(nèi)的軌道上，開啟電子束蒸發(fā)臺(tái)，選定設(shè)備蒸發(fā)程序，使設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)，4分鐘內(nèi)設(shè)備達(dá)到低真空40Pa。進(jìn)行襯底預(yù)加熱，當(dāng)真空抽到300×14-4Pa時(shí)，溫度自動(dòng)升至160℃,對(duì)真空室和硅片進(jìn)行烘烤。在20分鐘內(nèi)，真空達(dá)到2.0×10-4Pa時(shí)，按蒸發(fā)的設(shè)定工藝條件進(jìn)行三層金屬膜的沉積。蒸發(fā)結(jié)束，設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉冷泵閥、機(jī)械泵閥，往真空室沖入氮?dú)?，冷卻后取出行星架，然后在超凈工作臺(tái)內(nèi)取硅片。

5、蒸發(fā)結(jié)束后金屬層發(fā)霧、脫落

原因分析：1）硅片背面的光潔度不夠，影響了金屬膜與硅襯底的粘附力。所以在蒸發(fā)前硅片必須進(jìn)行仔細(xì)有效的清潔處理。真空室所涉及的部位必須潔凈。定期清理真空室內(nèi)壁和行星架。蒸發(fā)前按要求清洗金屬源。2）蒸發(fā)前，保持真空室無水氣、無其他氣體，包括設(shè)備內(nèi)壁及硅片吸附的各種氣體。所以在開始沉積金屬膜前，必須進(jìn)行規(guī)定溫度烘烤，高溫下可以使襯底表面吸附空氣的雜質(zhì)氣體釋放出來，然后被冷泵吸收。3）對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。使用高純氮?dú)舛ㄆ趯?duì)冷泵進(jìn)行再生，為了保證蒸發(fā)時(shí)的高真空，必須使冷泵處于的正常運(yùn)行狀態(tài)。檢查行星架是否按正常的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以減小蒸發(fā)淀積金屬膜過程中對(duì)硅片表面上的淀積不均勻的影響。

6、蒸發(fā)源在蒸發(fā)過程中產(chǎn)生濺源。

1）在蒸發(fā)時(shí)，注意觀察蒸發(fā)源熔化的情況，以避免金屬內(nèi)吸附的空氣突然釋放，導(dǎo)致濺源發(fā)生。2）在行星架上安裝硅片時(shí)，由于安裝位置沒有就位，導(dǎo)致行星架在旋轉(zhuǎn)時(shí)，硅片脫落。3)安裝硅片前，仔細(xì)檢查硅片的表面情況，發(fā)現(xiàn)有微小裂紋，及時(shí)處理，避免濺源。

7、金屬Ni與金屬Ag的粘附性不穩(wěn)定

金屬Ni常溫下在潮濕空氣中表面形成致密的氧化膜，所以在蒸鎳時(shí)，熔源要充分，清除鎳表面的氧化膜，金屬Ag不能蒸的太厚，避免應(yīng)力過大，否則在銀層很容易產(chǎn)生脫落現(xiàn)象。

8、開啟設(shè)備前，檢查鉗鍋旋轉(zhuǎn)是否正常

防止出現(xiàn)卡住鉗鍋的情況，同時(shí)金屬源添加應(yīng)該在鉗鍋的2/3高度。每種金屬蒸發(fā)快結(jié)束時(shí)，注意源冷卻的情況，否則在蒸發(fā)下一種金屬時(shí)，鉗鍋會(huì)被變形的金屬源卡住。

使用四探針分別進(jìn)行測(cè)試方塊電阻R□，以確定鍍膜的厚度符合工藝要求。

使用EBX-2000電子速蒸發(fā)臺(tái)進(jìn)行背面鈦(Ti)-鎳（Ni）-銀（Ag）多層金屬化技術(shù)，確保肖特基二極管金屬化薄膜性能優(yōu)良、粘附性好，產(chǎn)品在抗熱疲勞等性能方面有了較大的提高。

[1]盧寶文，徐學(xué)科等 .不同沉積數(shù)率下熱蒸發(fā)銀膜的光學(xué)性能和結(jié)構(gòu)分析 .光學(xué)學(xué)報(bào), 2010年10期

[2]孫卯秋. 肖特基二極管多層金屬化技術(shù).濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào),1999年05期