肖特基二极管金属质量问题分析及改进措施研究

  肖特基势垒二极管，简称肖特基二极管(SBD)，是一种优良的低功耗、大电流、超高速半导体器件。肖特基二极管为芯片面积较大的功率器件，正、背面均采用TI-NI-AG三层金属镀膜工艺。金属质量的好坏不仅影响片面，甚至会影响到产品的电参数和良率，因此研究金属质量对肖特基产品有着非常重要的意义。
 
  1. 异常现象及原因分析
  1.1金属迸溅
  金属迸溅是金属化蒸发工艺经常出现的问题，表征现象为金属表面出现不规则的金属突起点，显微镜镜检表现为大黑点，如图1所示。金属迸溅后的片面，严重影响片面质量，并极易造成晶圆片在减薄过程中碎片。严重的迸溅有时会导致金属层局部破损，伤及势垒层，如图2所示，严重金属迸溅的片面，进而导致产品的击穿电压降低。

  针对上述现象，做实验跟踪排查，发现蒸发金属源清洗是导致此异常现象的直接原因。
  之前常规的金属源清洗主要是采用乙醇超声来去除源表面的有机物，但在蒸发过程中仍能发现金属源锭表面上浮游一些杂质。分析金属源在清洗时虽然去掉了有机物，但会有金属氧化物等其他杂质，在高温蒸发时这些杂质会导致整个蒸发源锭表面熔融状态不一致，导致蒸发源轻微迸溅，进而造成晶圆片表面出现上述现象。
 
  1.2金属“毛刺”
  金属毛刺是金属异常的另一现象。表征现象为在晶圆片经过背面腐蚀工步后，正面金属边缘出现刺状物，如图3所示为轻微“毛刺”，现象，严重的情况会聚集成絮状，如图4所示。严重“毛刺”现象会严重影响晶圆片的片面质量及最终的参数结果。
  经过排查实验及数据积累，发现现象主要发生在背面腐蚀工步之后，之前工步并没有出现，并且只有晶圆片外边缘才有，严重者才会延伸到晶圆片中心位置。因此分析应该是在背面腐蚀时腐蚀液通过裂片槽从晶圆片四周渗入，腐蚀到了金属，使金属“起刺”。
 
  1.3金属DIC模式“鼓泡”
  现象为镜检DIC模式下引线孔内出现不规则鼓泡，图5为DIC鼓泡现象一、图6为DIC鼓泡现象二。有此现象的晶圆片在中测时会出现正向压降Vf升高，致使产品成品率降低，而且会在后道封装划片时出现正面金属层大面积翘起，而使晶圆片整片报废。
  金属鼓泡主要是由于金属化工艺中，晶圆片在进行前清洗时，由于清洗的效果不好，不够彻底，致使图形里残留杂质。正是这些杂质的存在导致金属与硅基底粘附性变差，甚至金属脱落。
 
  2. 改进措施
  2.1改进清洗金属源方法
  针对常规的清洗源方法无法有效去除金属氧化物这一敝处，我们在常规清洗后采取了增加金属腐蚀液的办法。经过不同配比的腐蚀液对比实验，找到了最佳的腐蚀液配比，能更有效的去除金属氧化物，并把清洗后的金属源存放在氮气环境下防止再次氧化。经过这种方法清洗的金属源在高温蒸发时源表面杂质大量减少，迸溅现象几乎消失。
 
  2.2优化背面腐蚀工艺
  针对背面腐蚀液钻蚀金属的异常现象，我们对背面腐蚀液的比例进行了多次调整，同时对腐蚀液的温度进行拉网实验，最终确定了腐蚀时间和腐蚀速率最优的组合工艺条件，在满足正常的背面腐蚀要求基础上，使正面金属钻蚀现象得到控制。同时，调整了减薄前贴膜时的
温度，并发明了特有的操作手法，使得兰膜的贴合效果更佳，更好的在背面腐蚀时对正面金属进行保护。经过上述两项改进，使金属起刺的现象得到了彻底控制。
 
  2.3改进金属前清洗设备
  金属前清洗是金属化工艺非常关健的一步，由于以前的冲水效果不是很好，针对DIC鼓泡现象，我们对清洗台进行了彻底改造，更换了老旧的控制部分，让冲水过程更加稳定。通过调整喷射口的位置，加大水压，恢复清洗槽底部氮气发泡功能，使晶圆片清洗得更加充分彻底。同时，加强对甩干桶的过程控制，使整个清洗甩干过程更加稳定。经过改进，金属DIC鼓泡问题得到彻底解决。
 
  3. 应用结果
  经过多次实验，并对上述单项工艺进行改进，对晶圆片出现的金属异常现象有了很好的抑制作用，并且同时并未发现有其他异常现象出现，最后我们将上述优化改进工艺应用到实际生产中，连续追踪了数十批产品，均未发现异常现象的再次发生，效果明显，有效提高了肖特基二极管的成品率。而且上述问题的研究对其他金属质量问题的解决有很强的帮助。



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