肖特基二極管產品多層金屬的濕法刻蝕及金屬翹銀問題的解決

張曉情（天光半導體有限責任公司，甘肅 天水 741000）

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肖特基二極管產品多層金屬的濕法刻蝕及金屬翹銀問題的解決

張曉情
（天光半導體有限責任公司，甘肅 天水 741000）

摘 要：肖特基二極管正面頂層金屬結構設計為Ag、Ti、Ti-W、Ni-Cr四層金屬，四層金屬在單層濕法刻蝕過程中必須選擇刻蝕本層不刻蝕其它層金屬的化學品，由于是多層金屬刻蝕，會出現過刻蝕現象，導致金屬翹銀，對于翹銀現象采取正反向濕法刻蝕方法進行解決。

關鍵詞：濕法刻蝕；過刻蝕；翹銀

在金屬與半導體界面之間形成的具有整流作用的的接觸叫肖特基勢壘，肖特基二極管集肖特基整流管和p-n結勢壘的優(yōu)點于一身，可制成不同電流、電壓、開關速度快、抗浪涌電流強的功率整流管。采用先進的硅肖特基技術，通過離子注入、蒸發(fā)、濺射、光刻刻蝕、減薄工藝以及新型合金勢壘金屬等工藝制作肖特基二極管產品，本文主要是介紹肖特基二極管正面頂層金屬結構設計為Ag、Ti、Ti-W、Ni-Cr四層金屬及四層金屬的濕法刻蝕工藝選擇，以及刻蝕后產生的翹銀問題的解決方法。

1 Ag、Ti、Ti-W、Ni-Cr四層金屬刻蝕工藝的選擇

1.1 Ag層金屬的濕法刻蝕工藝選擇

Ag層金屬作為焊接層金屬，一般厚度為30000-40000?，采用化學品刻蝕方法，選取不同濕法刻蝕液配方及配比進行分析比較：

1.1.1 NH4OH∶H2O2∶CH3OH= 1∶1∶4，刻蝕液溫度：常溫，經過試驗該刻蝕液刻蝕速率30000?/min，濕法刻蝕速率太快，刻蝕過程不易控制，容易造成Ag金屬過刻蝕現象。

1.1.2 H3PO4∶HNO3∶CH3COOH∶H2O=3∶3∶ 23∶1，刻蝕液溫度：常溫，經過試驗該刻蝕液刻蝕速率10?/min， 批量生產過程中，生產效率太低，無法做成量產。

1.1.3 H3PO4∶CH3COOH∶HNO3∶H2O=70∶10∶1∶3，刻蝕液溫度：常溫，經過試驗該刻蝕液與1.1.2相比，減少了HNO3的含量，既不影響光刻膠的抗蝕性，也降低了Ag的氧化速度，增加了CH3COOH的含量，在刻蝕過程中起緩沖刻蝕的作用，即降低了刻蝕速率，8000 ?/min，使刻蝕過程可控，Ag金屬層厚度一般為30000-40000?/min，可以滿足批量生產需要，也不影響刻蝕效率及刻蝕質量。

最終，經過分析試驗，選擇1.1.3化學刻蝕方法進行Ag層金屬的刻蝕，刻蝕干凈，速率可控，刻蝕效果好。

1.2 Ti層金屬的濕法刻蝕工藝選擇

Ti層金屬作為粘附層金屬，起到粘附Ag層及Ti-W層金屬的作用，一般厚度為1000?。

Ti層金屬的濕法刻蝕一般采用含有HF的化學品，選取不同濕法刻蝕液配方及配比進行分析比較。

1.2.1 HF∶H2O=1∶9，刻蝕液溫度：32℃，經過試驗，該刻蝕液速率快，2000?/Sec，即便在常溫下該刻蝕液的刻蝕速率也達到：1000?/Sec，生產過程不易控制，不能滿足批量生產的要求。

1.2.2 H2O∶H2O2∶HF=20∶1∶1，刻蝕液溫度：常溫，該刻蝕液相對1.2.1刻蝕速率慢，但增加了H2O2后，由于H2O2對光刻膠膜的強氧化性，故該刻蝕液會降低光刻膠的抗蝕性，也不建議采用。

1.2.3 HF∶HNO3∶H2O=5∶1∶500，刻蝕液溫度：常溫，該刻蝕液將HF與H2O的比例變更為1∶100，減少了HF的含量，增加了少量HNO3作為氧化物，這樣相對以上幾種方法，Ti刻蝕速率會明顯降低，約20?/Sec，1000?Ti金屬刻蝕時間約50Sec，刻蝕過程明顯可控，易操作，可以滿足批量生產需求，也不會對上層金屬造成過刻蝕現象。

最終，選擇1.2.3化學刻蝕方法刻蝕Ti層金屬。

1.3 Ti-W層金屬的濕法刻蝕工藝選擇

Ti-W層金屬作為勢壘與焊接金屬之間的金屬，對勢壘金屬起到阻擋作用，一般厚度為1000?，Ti-W層金屬在試驗過程中不同濕法刻蝕液配方及配比進行分析比較。

1.3.1 NH4F∶H2O2∶H2O=1∶1∶1，刻蝕液溫度：常溫，該刻蝕液主要是應用H2O2的氧化性將Ti-W金屬進行氧化，采用NH4F刻蝕液進行絡合刻蝕的方法，但該配方H2O2含量高，刻蝕速率太快，操作過程不易控制，還需進行優(yōu)化。

1.3.2 對1.3.1的配比進行優(yōu)化，NH4F∶H2O2∶H2O=1∶4∶120，刻蝕液溫度：常溫，該刻蝕液降低了H2O2的含量，使得刻蝕速率明顯降低，約20?/Sec，金屬刻蝕時間約50Sec，刻蝕過程明顯可控，易操作，可以滿足批量生產需求。

最終，選擇1.3.2方法刻蝕Ti-W層金屬。

1.4 Ni-Cr層金屬的濕法刻蝕工藝選擇

Ni-Cr層金屬作為合金勢壘層金屬，勢壘介于Ni金屬與Cr金屬之間，既可以解決單純使用Ni勢壘器件的高溫問題，又可以解決單純使用Cr勢壘，正向VF大，功耗大的問題，提高產品的可靠性能。Ni-Cr合金一般厚度約1000?，Ni-Cr合金在試驗過程中不同濕法刻蝕液配方及配比進行分析比較：

1.4.1 Ce（SO4）2?4H2O（硫酸鎬鈰）∶HNO3∶H2O=1.5（g）∶2（mL）∶10 （mL），刻蝕液溫度：常溫，該濕刻液為早期的Ni-Cr刻蝕液，可以將Ni-Cr合金刻蝕干凈，但是均勻性差，批量生產，在后續(xù)刻蝕過程中存在有刻蝕不干凈現象，故現在很少使用。

1.4.2 HCL∶H2O=1∶3，刻蝕液溫度：T=85±5℃，刻蝕時間約60sec，腐蝕干凈，但由于該刻蝕液需要加熱，需增加加熱缸及溫控設施，也增加了生產加熱的等待過程，且熱的刻蝕液會降低光刻膠的抗蝕性，故不建議采用該刻蝕液。

1.4.3 （NH4）2Ce（NO3）6（硝酸鈰氨）∶HNO3∶H2O=2（g）∶1（mL）∶20（mL），刻蝕液溫度：常溫，該刻蝕液在1.4.1基礎上進行了優(yōu)化改進，刻蝕過程中HNO起到氧化作用，增加NH+34可對氧化物進行絡合反應，使反應過程易控，刻蝕時間約50Sec，適合批量生產需要。

最終，選擇1.4.3方法刻蝕Ni-Cr層金屬。

經過綜合分析，最終選擇1.1.3、1.2.3、1.3.2、1.4.3中的化學品配比液對肖特基二極管產品頂層Ag、Ti、Ti-W、Ni-Cr進行濕法刻蝕。

2 四層金屬刻蝕后出現的翹銀問題解決

肖特基二極管產品金屬結構采用Ag、Ti、Ti-W、Ni-Cr金屬，采用從上層到下層逐層濕法刻蝕的正向刻蝕工藝，即刻蝕Ag金屬→Ti金屬→Ti-W金屬→Ni-Cr金屬，由于濕法刻蝕固有的特性各向同性原理，在多層金屬濕法刻蝕時，刻蝕終點難以判斷，導致下層金屬必須過刻蝕，在逐層刻蝕結束后剖面處分析會出現一個倒三角的形狀，即下層Ti-W金屬凹進去，相對來說上層Ag、Ti金屬會凸出來，那么去膠后貼膜或金屬表層在受到外力后，容易造成金屬翹銀或掉銀。在后期的壓焊封裝過程中容易造成金屬粘附差、拉力小、封裝良率低等可靠性問題。

為了避免出現翹銀、掉銀和可靠性差的問題，在采用從上層到下層逐層濕法刻蝕的正向刻蝕工藝的基礎上，再增加從下向上逐層刻蝕的反向濕法刻蝕工藝，金屬正反向刻蝕順序設定為：正向Ag金屬→Ti金屬→Ti-W金屬→Ni-Cr金屬→反向Ti-W金屬→Ti金屬→Ag金屬。在刻蝕后的剖面處分析不會出現倒三角現象，會出現金屬整齊的現象，在去膠后貼膜或金屬表層受到外力后不會出現金屬翹銀或掉銀問題，可靠性問題會大大改善。

結語

肖特基二極管正面頂層金屬結構設計為Ag、Ti、Ti-W、Ni-Cr四層金屬，在肖特基二極管整個工藝制作過程中至關重要，本文通過四層金屬與整個工藝的匹配性，分析試驗選擇生產過程最優(yōu)的濕法刻蝕液配方，對于多層金屬濕法刻蝕技術產生的問題，能夠采取預防解決措施，在工藝運行過程中，可能還會存在預料不到的問題，對此在以后的工作中還需要對工藝過程繼續(xù)跟蹤研究，以推動我國半導體行業(yè)濕法刻蝕的進步。若本文有不妥之處，希望各位老師能給予批評指導。

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中圖分類號：TN305

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