肖特基二极管常见异常击穿特性曲线分析及对策

  肖特基二极管的研制和生产已有近二十多年的历史。近几年来，随着电子行业的发展，肖特基二极管以其特有的性能参数迅速显示了其优越性。我们已为民用整机和一些重要军工项目提供了各种参数的系列产品。在多年的生产中，我们遇见了几种常见的异常击穿特性曲线。为此，我们做了大量的工艺实验，总结了经验教训，分析了常见异常击穿特性造成的原因，并提出了相应的改进措施。
 
  1. 器件的原理，结构性能特点
  当金属与半导体接触时，费米能级的匹配要求，导致了金属与半导体之间电荷转移的势垒，通常叫肖特基势垒，它是由于金属和半导体的功函数不同而产生的。肖特基二极管就是利用肖特基势垒的整流特性做成的，它与pn结二极管有几乎相向的等效电路，相似的伏安特性，其电容和耗尽层宽度的计算与单边突变结是一样的。但是肖特基二极管与pn结二极管相比，具有以下优点：a.特别低的正向压降；b.高的耐冲击电流能力；c.低的反向恢复时间。因此，肖特基二极管成为开关电源的关键部件，广泛用于计算机，雷达,电视机，航天飞行器，仪表仪器等方面。
  为了提高器件参数性能，工作结温和抗浪涌冲击能力,我们采用近十年国外研究的一项新工艺技术金属硅化物-硅接触势垒工艺；为了提高反向性能我们采用了广泛采用的保护环结构。
 
  2. 常见异常击穿电压曲线的分析与对策
  2.1 反向漏电流I_R上升

  如图1加电压后，击穿点(拐点)由IR₁上升到I_R2这主要是由于SiO₂层中钠离子沾污，形成表面沟道造成的。并且SiO₂中的N_a⁺在电场作用下会发生慢转移，在肖特基结附近局部集中，造成加电压后，慢慢变大。
  除了采取一些可能的减少N_a⁺沾污的设备和工艺外，根据N_a⁺在SiO₂表面层浓度高的特点，我们采取了延长1：10=HF:H₂O漂洗时间的办法，使N_a⁺减少至允许的范围之内,有效地克服了上述缺点。
 
  2.2 软击穿   如上所述，为了提高反向性能，克服棱角电场的影响，我们采用了在势垒接触界面的周围扩散一个保护环结构，如图2所示。保护环结构增大了边缘耗尽层的曲率半径，从而大大减弱了电场，使器件的反向性能明显改善。保护环是在N型外延层上势垒窗口边缘通过扩散硼形成的，如果扩散杂质硼的浓度太低，不能形成有效的pn结保护环，就起不到减弱棱角电场的作用，增大了反向漏电流，呈现软击穿特性，因此要及时检测方块电阻R_S及结深Xj，适时调整硼扩条件。
 
  2.3 反向击穿点附近大毛刺
  这种曲线除了与原材料的缺陷有关外，主要是由于硼扩散浓度太高而形成的合金点造成的，如图3。这与2.2所述恰好矛盾，要经过大量工艺实验，选取恰当的硼扩散条件，在保证硬击穿特性及I_R小的情况下，尽量降低硼预扩浓度，并且在硼预扩后，可适当延长1：10=HF:H₂O漂洗时间，以把表面的硼硅玻璃漂去。  
  2.4 反向漏电流I_R大
  这主要是由于退火条件没有掌握好造成的，如上所述我们采用硅化物-硅接触势垒工艺，这种工艺使接触界面深入硅表面下一定深度，这就避开了表面沾污，也避开了悬挂键引起的本征界面态，从而使器件的电学特性稳定，机械粘附性也好。硅化物是在惰性气体保护下在适当温度下形成的。如不能有效地形成硅化物，就不能很好地肖特基势垒，从而使反向漏电流I_R过大，关键是温度和时间的条件选取。几种主要硅化物形成的温度如下表。  
  2.5 穿通失效
  在加反向电压后，点测几次穿通失效，这主要是溅射或蒸发的势垒金属不够纯洁而造成的。如蒸发时，打开挡板过早，使表面氧化物蒸到硅片上；或没有及时清理掉蒸发到挡板的金属，在开关挡板时，金属碎屑掉到蒸发源里或电子束扫描不够稳定，蒸到硅片上一些金属大颗粒。如有可能，要及时更换蒸发源。
  
  2.6 大分叉
  如图4，这主要是分片时碰伤芯片而造成的，如分片造成的崩边，裂纹，划伤等。就会使击穿特性变坏，出现大分叉。管芯平面结构可见图5。要严格操作规程，减少损伤。   3. 结论
  在多年的生产实践中，我们遇到过上述常见的异常击穿特性曲线。实践证明，通过上述的分析与对策，基本上消除了这些异常特性曲线，提高了成品率与可靠性，满足了市场的要求。



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