半导体二极管电极的制造方法
阅读：264发布：2024-01-20
专利汇可以提供半导体二极管电极的制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 半导体 二极管 电极 的制造方法，其特征在于：依次包括以下步骤：(1)在形成半导 体二极管 的 硅 片 两个电极面上，用 蒸发 或溅射方法堆积金属 铝 层；(2)然后在 硅片 正反两个面的金属铝层外，同时电 镀 金属镍层；(3)对硅片 正面 的金属层进行 光刻 处理，形成图形；(4)对带上述金属层的硅片加温进行 合金 化片理。本 发明 由于在镀镍时可避免有原区与 电镀 液直接 接触 ，因此有原区表面带来的污染从理论上为零，从而改善了半导体器件电极的 欧姆接触 ，降低了电 力 消耗，提高了工作可靠性以及降低成本，对提高半导体二极管的市场竞争力以及 电子 产品小型化、便携式以及低电力损耗具有重要意义。，下面是半导体二极管电极的制造方法专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及半导体器件电极的制造方法，具体涉及半导体二极管金属电极 的制造方法。
背景技术
众所周知，当今随着半导体技术的发展，电子产品越来越趋向于小型化和 便携式，这客观上要求半导体器件的制作也要向小型化、低电力消耗以及高 可靠性方向发展。
二极管作为一种典型的半导体器件应用面广量大，其小型化程度以及低电 力消耗和高可靠性等性能直接影响着电子产品的小型化和便携式水平。然而， 在二极管的设计和制作过程中，电极对产品低电力消耗以及可靠性等性能的 影响是不容忽视的。
图1表示了以往二极管第一种典型电极构造示意图，其电极的构成是在形 成半导体器件硅片A的正反两面直接电镀或化学镀金属镍B形成。这种方法 的特点是硅片A正反两面同时电镀，工艺非常简单，尤其对低价二极管器件 非常适用，因此一直延用至今。但是，这种方法也存在下列问题：
1、由于这种方法在工艺上要经过电镀(Ni)、烧结(合金化处理)、腐蚀(光 刻)等工序。众所周知，镍是非常容易氧化的金属。为了避免或减少氧化， 在烧结工序中，加熱和冷却時圆片的周围气氛很难控制；腐蚀工序要求也非 常严格，因此，在批量生产时管理和控制难度很大，容易产生电接触阻值的 偏差。
2、为了避免氧化，有时在烧结工序中使用含有氢气的保护气体，这种气 体中的氢气又会使金属镍发生脆化现象而容易剥落。另外也会使硅与镍的合 金变得非常硬，如果在频繁开关条件下合金面难免被剥落导致损坏，这也是 此工序致命的缺陷。
3、在硅(Si)面上直接做镍电镀时，需要对硅表面进行喷砂处理来粗化 表面，这种处理对位于表面很浅P-N结来说，将会导致P-N结损坏，因此这 种电极制做方法不能应用于P-N结浅的器件中。
4、由于电镀镍是直接在硅表面进行的，硅表面直接与电镀液中的化学品 接触，化学品会给硅半导体带来化学污染，这种污染会导致二极管的反向漏 电流增加，工作可靠性下降。尤其是次亚磷酸钠特别有害。
图2表示了以往二极管第二种典型电极构造示意图，这种电极构造与图1 的不同之处在于：在电镀金属镍层的一面上还堆积有铬(Cr)或镍等金属薄 膜层C，或将铬、镍替换下来，使用钛(Ti)或钒(V)等金属薄膜层C。显 而易见，图1表示的第一种典型电极构造所存在的缺陷，在图2表示的第二 种典型电极构造中同样存在。另外，从图2中可以看出，如果金属薄膜层C 是采用蒸发或溅射形成的，还需要配备价格昂贵的蒸发设备或溅射设备，如 果还需要连续形成多层金属薄膜则还要更高级的设备。
图3表示了以往除单个二极管而外的其它半导体器件典型电极构造示意 图，这种电极构造的一面与图2中堆积铬或镍的金属薄膜C相同，而另一面 形成金属铝(Al)层D，并通过光刻形成图形，从而制成半导体器件。显而 易见，图2中堆积铬或镍金属薄膜C的电极所存在的缺陷，在图3反面的电 极中同样存在。而另一面为IC中常见的结构，主要是实施铝(Al)或金(Au) 丝键合的方法，所以采用焊锡组装的方式是行不通的，即无法应用于焊锡组 装上，这也是一个致命的缺点。
总而言之，采用现有电极制作技术来生产半导体器件，尤其是二极管，由 于存在上述缺点，已无法满足目前的市场需求，换句话说，电子产品小型化、 低损耗、高可靠性、低成本对半导体器件的技术要求。
二极管作为一种典型的半导体器件应用面广量大，其小型化程度以及低电 力消耗和高可靠性等性能直接影响着电子产品的小型化和便携式水平。然而， 在二极管的设计和制作过程中，电极对产品低电力消耗以及可靠性等性能的 影响是不容忽视的。
图1表示了以往二极管第一种典型电极构造示意图，其电极的构成是在形 成半导体器件硅片A的正反两面直接电镀或化学镀金属镍B形成。这种方法 的特点是硅片A正反两面同时电镀，工艺非常简单，尤其对低价二极管器件 非常适用，因此一直延用至今。但是，这种方法也存在下列问题：
1、由于这种方法在工艺上要经过电镀(Ni)、烧结(合金化处理)、腐蚀(光 刻)等工序。众所周知，镍是非常容易氧化的金属。为了避免或减少氧化， 在烧结工序中，加熱和冷却時圆片的周围气氛很难控制；腐蚀工序要求也非 常严格，因此，在批量生产时管理和控制难度很大，容易产生电接触阻值的 偏差。
2、为了避免氧化，有时在烧结工序中使用含有氢气的保护气体，这种气 体中的氢气又会使金属镍发生脆化现象而容易剥落。另外也会使硅与镍的合 金变得非常硬，如果在频繁开关条件下合金面难免被剥落导致损坏，这也是 此工序致命的缺陷。
3、在硅(Si)面上直接做镍电镀时，需要对硅表面进行喷砂处理来粗化 表面，这种处理对位于表面很浅P-N结来说，将会导致P-N结损坏，因此这 种电极制做方法不能应用于P-N结浅的器件中。
4、由于电镀镍是直接在硅表面进行的，硅表面直接与电镀液中的化学品 接触，化学品会给硅半导体带来化学污染，这种污染会导致二极管的反向漏 电流增加，工作可靠性下降。尤其是次亚磷酸钠特别有害。
图2表示了以往二极管第二种典型电极构造示意图，这种电极构造与图1 的不同之处在于：在电镀金属镍层的一面上还堆积有铬(Cr)或镍等金属薄 膜层C，或将铬、镍替换下来，使用钛(Ti)或钒(V)等金属薄膜层C。显 而易见，图1表示的第一种典型电极构造所存在的缺陷，在图2表示的第二 种典型电极构造中同样存在。另外，从图2中可以看出，如果金属薄膜层C 是采用蒸发或溅射形成的，还需要配备价格昂贵的蒸发设备或溅射设备，如 果还需要连续形成多层金属薄膜则还要更高级的设备。
图3表示了以往除单个二极管而外的其它半导体器件典型电极构造示意 图，这种电极构造的一面与图2中堆积铬或镍的金属薄膜C相同，而另一面 形成金属铝(Al)层D，并通过光刻形成图形，从而制成半导体器件。显而 易见，图2中堆积铬或镍金属薄膜C的电极所存在的缺陷，在图3反面的电 极中同样存在。而另一面为IC中常见的结构，主要是实施铝(Al)或金(Au) 丝键合的方法，所以采用焊锡组装的方式是行不通的，即无法应用于焊锡组 装上，这也是一个致命的缺点。
总而言之，采用现有电极制作技术来生产半导体器件，尤其是二极管，由 于存在上述缺点，已无法满足目前的市场需求，换句话说，电子产品小型化、 低损耗、高可靠性、低成本对半导体器件的技术要求。
发明内容
本发明提出了一种半导体二极管电极的制造方法，其目的是从半导体器件 电极的角度降低电力消耗，提高工作可靠性以及降低成本，进一步提高半导 体二极管的市场竞争力。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半导体二极管电极的制 造方法，依次包括以下步骤：
(1)、在形成半导体二极管的硅片两个电极面上，用蒸发或溅射方法堆积 金属铝层；
(2)、然后在硅片正反两个面的金属铝层外，同时电镀金属镍层；
(3)、对硅片正面的金属层进行光刻处理，形成图形；
(4)、对带上述金属层的硅片加温进行合金化处理。
上述技术方案中的有关内容和变化解释如下：
为了进一步提高效果，在第一步堆积金属铝层后，再在金属铝表面形成锌 或铂金属薄膜层，然后接着进行第二步电镀金属镍层。所述锌或铂金属薄膜 层可以采用电镀方法在金属铝表面形成。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明可以降低二极管的反向漏电流和正向电压降，从而直接降低二 极管的电力损耗，对于电子产品小型化、便携式发展具有重要意义。
2、本发明由两面相同的简单金属层构成，两面金属层可以在同一工序中 采用低价格的电镀工艺同时形成，因此可省去工序数量，降低成本，提高产 品的市场竞争力。
3、由于本发明电镀中使用的溶液不直接与硅(Si)基片及其表面的氧化 膜等接触，所以該电镀溶液给器件的表面带来的汚染从理论上为零，由此获 得高可靠及長寿命的器件。
4、由于本发明芯片背面与焊锡接触之前，通过导电性好的Al金属使电流 分散，所以理论上具有热斑难以发生之有利之处。
附图说明
附图1为以往二极管第一种典型电极构造示意图；
附图2为以往二极管第二种典型电极构造示意图；
附图3为以往半导体器件典型电极构造示意图；
附图4为本发明二极管第一种典型电极构造示意图；
附图5为本发明二极管第二种典型电极构造示意图；
附图6为本发明实施例肖特基二极管电极形成示意图(一)；
附图7为本发明实施例肖特基二极管电极形成示意图(二)；
附图8为本发明实施例肖特基二极管电极形成示意图(三)。
以上附图中：A、半导体硅片；B、金属镍层：C、金属铬或镍层；D、金 属铝层；E、金属锌或铂层；M、金属钼、铝层；S、二氧化硅层；W、外延 层。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半导体二极管电极的制 造方法，依次包括以下步骤：
(1)、在形成半导体二极管的硅片两个电极面上，用蒸发或溅射方法堆积 金属铝层；
(2)、然后在硅片正反两个面的金属铝层外，同时电镀金属镍层；
(3)、对硅片正面的金属层进行光刻处理，形成图形；
(4)、对带上述金属层的硅片加温进行合金化处理。
上述技术方案中的有关内容和变化解释如下：
为了进一步提高效果，在第一步堆积金属铝层后，再在金属铝表面形成锌 或铂金属薄膜层，然后接着进行第二步电镀金属镍层。所述锌或铂金属薄膜 层可以采用电镀方法在金属铝表面形成。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明可以降低二极管的反向漏电流和正向电压降，从而直接降低二 极管的电力损耗，对于电子产品小型化、便携式发展具有重要意义。
2、本发明由两面相同的简单金属层构成，两面金属层可以在同一工序中 采用低价格的电镀工艺同时形成，因此可省去工序数量，降低成本，提高产 品的市场竞争力。
3、由于本发明电镀中使用的溶液不直接与硅(Si)基片及其表面的氧化 膜等接触，所以該电镀溶液给器件的表面带来的汚染从理论上为零，由此获 得高可靠及長寿命的器件。
4、由于本发明芯片背面与焊锡接触之前，通过导电性好的Al金属使电流 分散，所以理论上具有热斑难以发生之有利之处。
附图说明
附图1为以往二极管第一种典型电极构造示意图；
附图2为以往二极管第二种典型电极构造示意图；
附图3为以往半导体器件典型电极构造示意图；
附图4为本发明二极管第一种典型电极构造示意图；
附图5为本发明二极管第二种典型电极构造示意图；
附图6为本发明实施例肖特基二极管电极形成示意图(一)；
附图7为本发明实施例肖特基二极管电极形成示意图(二)；
附图8为本发明实施例肖特基二极管电极形成示意图(三)。
以上附图中：A、半导体硅片；B、金属镍层：C、金属铬或镍层；D、金 属铝层；E、金属锌或铂层；M、金属钼、铝层；S、二氧化硅层；W、外延 层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种肖特基二极管的制造方法(其中包括肖特基二极管的电极 制造方法)，在含有1×1022/cm3以上的原子密度的高浓度砷(As)的硅(Si) 片表面上，将四氯化硅(SiCl4)在氢气气流中，1200℃温度下，一边添加磷 化氢(PH3)掺杂气体的同时做7分钟的处理，以此在硅片上实施外延工艺。 此时，生成硅(Si)外延层W的平均厚度为7μM，平均电阻率为0.5Ω·cm (Ohms-cm)。将此圆片(硅片)在水蒸气气氛中，1000℃下，加热3小时， 从而获得0.8μM的二氧化硅(SiO2)层S(氧化处理)。
在该圆片的表面涂布光刻胶，并120℃下加热，之后利用水银灯曝光、显 影，结果获得边长约0.8mm的正方形环。接下来用光刻胶作掩蔽，然后在含 有氢氟酸(HF)的溶液中去除氧化膜层，并去除残留的光刻胶。
接下来，将含有三氯化硼(BCl3)5000ppm(百万分之一)的氮气，通入 加热到1100℃的扩散炉中，预先在该扩散炉中设置好在硅片中做硼扩散，扩 散时间为30分钟，表面方块电阻为4～5Ω，硅片上形成硼硅玻璃，在 HF∶H2O＝1∶5中腐蚀30秒去除，进而在1100℃下再分布40分钟(N2+O2＝20 分钟，湿氧20分钟)，然后刻出肖特基二极管窗口，接着，在其上面做钼金 属(Mo)及钼铝金属(Mo-Al)的溅射，即堆积金属钼、铝层M，形成肖特 基势垒，获得二极管的特性。
接下来进行肖特基二极管的电极制作：见图6所示，在背面做7μM厚度 的铝金属(Al)的蒸发，然后把它投入到含有5％磷化学镀镍槽中浸泡，如 此两面同时形成2μM厚度的镍(Ni)金属层，见图7所示。
然后，肖特基势垒的图形外的金属，即把镀镍(Ni)的铝(Al)、钼(Mo) 金属层，以光刻胶作为掩蔽予以腐蚀去除，电镀过镍的铝层的腐蚀：H3PO4 (磷酸)∶CH3COOH(乙醇)∶HNO3(硝酸)＝12Kg∶810CC∶120CC，温 度65℃，15秒钟，加超声波。钼的腐蚀：H2SO4(硫酸)∶HNO3(硝酸)∶H2O＝1∶ 1∶1(体积)室温，30秒钟，见图8。最后加温进行合金化。
由以上电极制造方法可知，由于在实施两面镍电镀之前，进行过铝蒸发工 序，这样镍(Ni)电镀液与铝(Al)金属膜下的半导体有原区部分不直接接 触，因此有效的避免了电镀液化学品的污染。实验结构证明，此时，当附加 40V电压时，肖特基二极管的反向漏电流为5μA。如果利用上述图1所示的 现有技术来制作肖特基二极管时，同样条件下的反向漏电流大约为50μA， 也就是本发明实施例的约10倍之大，事实证明了本发明的有效性。
由于硅片背面也堆积了铝(Al)金属层，紧邻芯片下面的电流通过时被平 均化，因此正方向的电压降相应降低，即Vf由过去工程的0.55V，下降到 0.48V，整流效率大大提高，随之可望电池的工作时间也得以延长。
实施例二：一种肖特基二极管的制造方法(其中包括肖特基二极管的电极 制造方法)，一直到正背面铝(Al)金属蒸发工序为止，与上述实施例1相同。
之后，为了防止实际使用时，频繁的ON/OFF电周期带来金属剥离，所 以在镍(Ni)电镀之前(在图6后)实施锌(Zn)的0.1μM厚度的电镀， 然后再进行镍(Ni)电镀。这时，也可以不使用锌(Zn)，取而代之使用铂 (Pt)也可获得同样的效果。
接下来后面的工序，与实施例1相同制作成肖特基二极管，同样的条件下 测定反向漏电流，结果与上面完全相同。但这时，将P-N结温度设置在与环 境温度相差120℃的条件下，开关电信号加给肖特基二极管，重复ON/OFF周 期5万次，结果热阻基本上没有变化。可是同時进行试验的过去技术之样品， 在进行到约1万次时，热阻就增加约10％，到平均3万次时金属层就被剥离。
从上述实施例的结果中可以了解到，本发明的内容虽然简单，但它的效果 显著，即从降低成本、提高特性、降低电力损耗、延長电池工作時間以及小 型化等很多方面带来明显效果。特别是给移动通讯，便携式电器等领域带来 很大影响，所以本发明具有重要意义。
实施例一：一种肖特基二极管的制造方法(其中包括肖特基二极管的电极 制造方法)，在含有1×1022/cm3以上的原子密度的高浓度砷(As)的硅(Si) 片表面上，将四氯化硅(SiCl4)在氢气气流中，1200℃温度下，一边添加磷 化氢(PH3)掺杂气体的同时做7分钟的处理，以此在硅片上实施外延工艺。 此时，生成硅(Si)外延层W的平均厚度为7μM，平均电阻率为0.5Ω·cm (Ohms-cm)。将此圆片(硅片)在水蒸气气氛中，1000℃下，加热3小时， 从而获得0.8μM的二氧化硅(SiO2)层S(氧化处理)。
在该圆片的表面涂布光刻胶，并120℃下加热，之后利用水银灯曝光、显 影，结果获得边长约0.8mm的正方形环。接下来用光刻胶作掩蔽，然后在含 有氢氟酸(HF)的溶液中去除氧化膜层，并去除残留的光刻胶。
接下来，将含有三氯化硼(BCl3)5000ppm(百万分之一)的氮气，通入 加热到1100℃的扩散炉中，预先在该扩散炉中设置好在硅片中做硼扩散，扩 散时间为30分钟，表面方块电阻为4～5Ω，硅片上形成硼硅玻璃，在 HF∶H2O＝1∶5中腐蚀30秒去除，进而在1100℃下再分布40分钟(N2+O2＝20 分钟，湿氧20分钟)，然后刻出肖特基二极管窗口，接着，在其上面做钼金 属(Mo)及钼铝金属(Mo-Al)的溅射，即堆积金属钼、铝层M，形成肖特 基势垒，获得二极管的特性。
接下来进行肖特基二极管的电极制作：见图6所示，在背面做7μM厚度 的铝金属(Al)的蒸发，然后把它投入到含有5％磷化学镀镍槽中浸泡，如 此两面同时形成2μM厚度的镍(Ni)金属层，见图7所示。
然后，肖特基势垒的图形外的金属，即把镀镍(Ni)的铝(Al)、钼(Mo) 金属层，以光刻胶作为掩蔽予以腐蚀去除，电镀过镍的铝层的腐蚀：H3PO4 (磷酸)∶CH3COOH(乙醇)∶HNO3(硝酸)＝12Kg∶810CC∶120CC，温 度65℃，15秒钟，加超声波。钼的腐蚀：H2SO4(硫酸)∶HNO3(硝酸)∶H2O＝1∶ 1∶1(体积)室温，30秒钟，见图8。最后加温进行合金化。
由以上电极制造方法可知，由于在实施两面镍电镀之前，进行过铝蒸发工 序，这样镍(Ni)电镀液与铝(Al)金属膜下的半导体有原区部分不直接接 触，因此有效的避免了电镀液化学品的污染。实验结构证明，此时，当附加 40V电压时，肖特基二极管的反向漏电流为5μA。如果利用上述图1所示的 现有技术来制作肖特基二极管时，同样条件下的反向漏电流大约为50μA， 也就是本发明实施例的约10倍之大，事实证明了本发明的有效性。
由于硅片背面也堆积了铝(Al)金属层，紧邻芯片下面的电流通过时被平 均化，因此正方向的电压降相应降低，即Vf由过去工程的0.55V，下降到 0.48V，整流效率大大提高，随之可望电池的工作时间也得以延长。
实施例二：一种肖特基二极管的制造方法(其中包括肖特基二极管的电极 制造方法)，一直到正背面铝(Al)金属蒸发工序为止，与上述实施例1相同。
之后，为了防止实际使用时，频繁的ON/OFF电周期带来金属剥离，所 以在镍(Ni)电镀之前(在图6后)实施锌(Zn)的0.1μM厚度的电镀， 然后再进行镍(Ni)电镀。这时，也可以不使用锌(Zn)，取而代之使用铂 (Pt)也可获得同样的效果。
接下来后面的工序，与实施例1相同制作成肖特基二极管，同样的条件下 测定反向漏电流，结果与上面完全相同。但这时，将P-N结温度设置在与环 境温度相差120℃的条件下，开关电信号加给肖特基二极管，重复ON/OFF周 期5万次，结果热阻基本上没有变化。可是同時进行试验的过去技术之样品， 在进行到约1万次时，热阻就增加约10％，到平均3万次时金属层就被剥离。
从上述实施例的结果中可以了解到，本发明的内容虽然简单，但它的效果 显著，即从降低成本、提高特性、降低电力损耗、延長电池工作時間以及小 型化等很多方面带来明显效果。特别是给移动通讯，便携式电器等领域带来 很大影响，所以本发明具有重要意义。
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