肖特基整流管及后道生产工艺注意事项简介
SBD是肖特基势垒整流管（Schottky Barrier Diode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）整流管或表面势垒整流管，它是一种热载流子整流管。是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复整流管所无法比拟的。
一、肖特基整流管结构
肖特基整流管SBD是通过金属与半导体接触而构成。金属材料可选用铝、金、铂、钼、钨、镍和钛等，半导体通常为硅（Si）或砷化镓（GaAs）。由于电子比空穴迁移率大，为获得良好的频率特性，故选用N型半导体材料作为基片。为了减小SBD的结电容，提高反向击穿电压，同时又不使串联电阻过大，通常是在N衬底上外延一层高阻N¯薄膜。N型外延片经过清洁处理及热氧化。随后用光刻技术开出窗口，并在真空系统中进行蒸发或溅射以淀积金属。金属图形由另一步光刻确定。如图1所示（见附图：略）。由于光刻陡峭的边沿以及在Si-SiO₂界面存在正的固定电荷。加之SiO₂表面和SiO₂层中存在着为数很多的可动正离子，这些正离子是由于碱金属离子沾污，其中最重要的是钠离子沾污引起的。这些带正电的电荷位于Si-SiO₂界面会在Si表面感应出负电荷，使半导体Si表面具有N型化的倾向，即有使N型Si表面变成N+型。Si表面N型化的结果使得这种肖特基整流管简单结构不能提供良好的势垒特性。这些因素使得在靠近周边的半导体耗尽区宽度变窄且电场增强，导致在拐角处有过量的饱和漏电流。这种拐角效应除了产生软的反向特征和低击穿电压之外还造成低劣的噪声特性。为了消除以上周边效应，通常工艺设计中采用以下两种措施：一是使金属电极适当搭接在周边氧化层上，如图2所示（见附图：略）；这时在金属-氧化物-半导体（MOS）电容下边的耗尽区得到修复，引起软击穿的陡沿被改善。搭接区不能太大，否则附加的电容会降低整流管的高频特性；二是为了得到比较理想的I-V特性，采用一种附加的P+扩散保护环来降低边沿效应，如图3所示（见附图：略）。
肖特基整流管芯片的基本制造工艺概述为：① N型外延片经过清洁处理后通过氧化形成二氧化硅膜；② 用光刻技术在二氧化硅膜上开出P+扩散保护环窗口，并进行浓硼杂质扩散形成P+扩散保护环；③ 再用光刻技术沿保护环内侧开出金属淀积窗口，然后在真空系统中进行电子束蒸发或溅射以淀积两种或以上合金材料（金属材料可选用铝、金、钼、钨、铂、镍和钛等）。例如使用铂-镍合金材料；④ 金属层图形由下一步光刻确定后经过相应的温度520~580℃（选用的金属材料不同而加热温度不同）的真空中或氮气中进行加热退火处理10~15分钟，以形成金属－金属硅化物－硅势垒提高肖特基势垒的高温性能与可靠性；⑤ 硅表面进行电子束蒸发或溅射多层金属化系统形成电极层（如钛、钯、银等贵金属）；⑥ 表面光刻金属电极图形；⑦ 硅片背面应用电子束蒸发金属层电极（如金、银、镍等）；⑧ 引线电极合金化及氮氢烘焙工艺处理。
二、产品特点
肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题（Qrr→0），使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。SBD的主要优点包括两个方面：
1、由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V）。
2、由于SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。
但是，由于SBD的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极管大。
三、后道封装生产工艺注意事项
肖特基二极管后道封装生产取决于芯片质量、关键工序环境和工艺卫生控制、焊接保护气体及焊接温度、组装操作工艺方法、塑料包封等工序的工艺控制。现分别简要叙述如下：
1、外购芯片的质量
⑴ SBD芯片合格分供方的确定。要了解芯片制备方式方法：① 芯片应具有保护环结构；② 采用磁控溅射方法形成的金属势垒接触区；③ 势垒金属采用铂、钼、钨、镍和钛等两种或以上合金材料制备；④ 正面电极采用电子束蒸发制备多层金属化工艺（如钛、钯、银等贵金属）。
⑵ 电性能检测：① 额定电流下的正向压降VF；② 常温（25℃）漏电流IR1；③ 高温（125℃）漏电流IR2；④ 反向恢复时间Trr。
注意：高温（125℃）漏电流IR2是SBD芯片进厂检验的重点控制参数。
2、关键生产工序的环境和工艺卫生控制
组装、焊接、塑封是SBD生产过程中的主要控制工序。虽然SBD芯片制备是利用半导体平面工艺技术，但器件后道封装工序的工艺过程的环境和工艺卫生控制不当，可使Si-SiO₂界面和SiO₂层中存在的固定正电荷、可动正离子电荷（如钠离子）等正电荷发生很大的变化和漂移。特别是器件工艺过程中的表面沾污会引起器件性能出现很大的不稳定性。如：击穿电压蠕变；常温、高温漏电漂移、变大等异常现象。因此组装、焊接、塑封工序的环境和工艺卫生要求如下：
⑴ 组装、焊接、塑封工序房间内最好具备带有过滤器的送风和排风装置。以保证工序整体环境卫生。
⑵ 配备相对封闭的组装操作工作台，工作台与焊接炉口连接（中间带有推拉门，便于放船。平时关闭）。台内送适量清洁气并要处于正压状态为好。以保证产品组装过程的工艺卫生。
⑶ 产品焊接出炉梳料后不能及时塑封的在制品要临时放在相对封闭的清洁箱厨内（通清洁气保护最好）。以避免环境卫生的污染。
⑷ 组装、焊接用工装夹具、设备要定期清洗处理，不用时要在洁净的相对封闭的箱厨内存放。以保证工装夹具、设备的工艺卫生。
⑸ 操作人员工作时要穿相对封闭的工作服，带口罩、手套和工作帽。并要定期洗涤。以保证操作人员的个人卫生。
3、焊接保护气体及焊接温度
⑴ 焊接炉所使用的保护气体通常为纯净氮气气体。它是制作SBD最为重要的辅助材料之一。是生产过程中控制的重点。焊接用保护氮气纯度要达到4个九以上（含氧量要小于15PPM）。
⑵ 国内半导体器件后封装生产厂家大部分都采用了空气制氮的方式。为了确保氮气纯度含氧量要小于15PPM。在氮气净化反应器中加入少量的氢气（大约2-3%）。因此空气制氮产生的氮气优于液氮，但要经过净化过滤器以确保去除氮气中的微量水分（油气）和粉末。
⑶ 焊接保护气体以N2-H2为佳。按工艺条件要求，调整好焊接炉三个区的氮气流量。同时，在主焊接区加入2-5%的净化氢气，利用其还原性改善产品的焊接质量。
⑷ 空气制氮的基本原理和要求简述如下：空气制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。
整套系统应由以下部件组成：空气压缩机、空气储罐、压缩空气净化组件、氧氮分离装置、氮气缓冲罐、氮气净化反应器。空气压缩机提供的压缩空气首先通入空气储罐，使热的压缩空气先在管道和储罐中自然冷却后除去大部分的油、水、尘；再经压缩空气净化组件中过滤器和冷冻干燥机进一步除水、精过滤器除油、除尘，并由在紧随其后的超精过滤器进行深度净化。由于夏季空气中湿度大，压缩空气的除水过滤、冷冻干燥除水尤为重要。此季节要加强这些设备装置的更换维护工作；空气储罐的作用是：降低气流脉动，起缓冲作用，从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件；自然冷却压缩空气预先除去部分油水杂质，减轻后续压缩空气净化组件的负荷。同时，在吸附塔进行工作切换时，它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行；氧氮分离装置装有专用碳分子筛的吸附塔共有A、B两只。当洁净的压缩空气进入A塔入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时，A塔自动停止吸附，压缩空气流入B塔进行吸氧产氮，对并A塔分子筛进行再生。分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2、CO2和H2O来实现的。两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氮气；氮气缓冲罐用于均衡从氮氧分离系统分离出来的氮气的压力和纯度，保证连续供给氮气稳定。同时，在吸附塔进行工作切换后，它将本身的部分气体回充吸附塔，一方面帮助吸附塔升压，另外也起到保护床层的作用，在设备工作过程中起到极重要的工艺辅助作用。
因此，可根据焊接用气量大小和设备出现故障时后续焊接所需用气量来选择空气储罐和氮气缓冲罐的容积大小。
⑸ 产品焊接一般采用链式炉流水作业工艺。在保证肖特基产品焊接质量的前提下，要求焊接温度越低越好（由工艺试验确定），且温度曲线平稳变化。焊接温度过高、高温时间长会不同程度的影响金属势垒区的性能和产品的稳定性。
4、组装工艺方法
⑴ 由于肖特基芯片制造为平面工艺，后道加工过程中芯片表面的损伤和沾污对产品的电性能有很大的影响。因此，芯片装填加工过程中要尽量避免芯片间的摩擦损伤和表面沾污。这也是是否能制造出高品质肖特基产品的关键工艺所在。为保证组装过程的工艺卫生，焊片、芯片的装填操作要在封闭清洁的操作箱内进行。并做到：
① 将不少于1500个芯片（每舟1500只，装填后剩余的芯片越少越好）倒入真空吸盘，一定要轻轻晃动（避免芯片间的摩擦）以填满洞孔。
② 翻转吸盘与另外一个空搪瓷盘上，轻敲吸盘背后，以倒掉多余的芯片。
③ 将装填剩余的芯片要保证在下次装填时用完。避免剩余芯片的反复装填使用，以减少芯片表面的摩擦损伤和沾污。
⑵ 为保证SBD焊接质量。目前国内大部分厂家采用松香型助焊剂。由于SBD的制造工艺焊接后不再进行清洗处理而直接塑封。所以，焊接使用助焊剂时挥发物会对芯片表面造成不同程度的污染。为将该污染降低到最低程度要做到：
① 保证助焊剂溶液的纯度要求；
② 在保证焊接质量的前提下，助焊剂溶液的浓度要尽量低些（由工艺试验确定）；
③ 只在上面石墨船的引线上刷助焊剂，且要量少而均匀（由工艺试验确定）。
⑶ 芯片焊锡层刚度低，相应的应力集中也低，对应力集中有缓解作用。引线的钉头的厚度相应薄一点为好。钉头厚度的增加虽利于散热但是却加大了封装件内部的热应力。
⑷ 焊接后的降温对SBD产品非常重要。尽量保持在5℃/min以下。因此，隧道炉的降温区要长一点。出炉后最好等一下自然降温到70℃以下再开模，以便降低封装件内部的热应力。
5、塑料包封工艺
焊接卸料后的在制产品（经过VB检测）要尽快实施塑封。避免在制品长时间的暴露在室内环境中，以减少环境的污染。有时塑封管在固化后或电镀后电性大幅衰降，如果排除了其它制程的问题，一般就是塑封工序操作出了问题。在此，特别提醒以下几点：
① 卸料后的产品要尽快塑封，以减少水气侵蚀；
② 环氧树脂在醒料时环境要干燥一些；
③ 压机的温度、压力和时间要恰当；
③ 环氧树脂料预热后要及时使用，以保证料的流动性；
④ 后固化要充分但不过分。烘箱的通风效果和温度均匀性要好。后固化温度160～175℃，6～10小时，要慢降温；
⑤ 如果产品的可靠性要求较高，要用质量好一点的塑封料；
⑥ 后固化后抽测产品，最好在出烘箱8小时以后进行。
6、电镀工艺
电镀的主要目的是保证可焊性，但有时会影响产品的电性。要注意去胶皮浸泡的温度和时间不要过度，其后的冲洗要彻底。电镀烘干后最好加烤150℃、2小时，目的是去除从引线和塑封本体之间进入的微量电解液，以提升良品率和产品品质。有时良品率的突然降低就是因为缺少此步骤。