雙極型功率晶體管基片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙極型功率晶體管基片，涉及晶體管【技術領域】。所述基片包括晶圓片，所述晶圓片的下表面從上到下依次設有鈦金屬層、鎳金屬層和金金屬層。所述基片提高了雙極型功率晶體管的背面金屬與晶圓片背面的粘附性能，又保證了管芯在與管座燒結(jié)在一起時的牢固可靠，同時又避免了燒結(jié)時容易在大功率芯片背面燒結(jié)處出現(xiàn)空洞造成功率晶體管熱斑對晶體管可靠性形成威脅的被動局面，主要適合于金金屬化系統(tǒng)，即管座燒結(jié)處是鍍金的，芯片背面金屬也是以金為主要參與燒結(jié)的金屬體系。
【專利說明】雙極型功率晶體管基片
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及晶體管【技術領域】，尤其涉及一種雙極型功率晶體管基片結(jié)構(gòu)。
【背景技術】
[0002]晶體管在芯片制造過程中，為保證晶片在加工過程中能順利完成各工序，避免晶片在加工過程中出現(xiàn)碎裂報廢，晶片都要求具有一定的厚度。在完成晶片的正面工藝后，常常要對晶片背面進行減薄，主要目的是降低晶體管的熱阻，提高晶體管的散熱能力。減薄后的晶片通常只有100-250微米厚，特殊要求的有時厚度要低于100微米，這對晶體管的熱阻降低有很大的益處。由于晶片厚度較薄，且機械減薄后晶片受到較大的應力會發(fā)生形變，在后續(xù)的工藝操作中很容易碎片。以往的晶片減薄后，晶片直接劃片或裂片，分離成一個個獨立的芯片，然后將芯片燒結(jié)在管殼上，隨后鍵合引線，就形成了晶體管或集成電路。
[0003]隨著不同的半導體工藝和芯片貼裝工藝的發(fā)展，部分芯片在燒結(jié)或貼裝前要求對芯片的背面進行金屬化，而為保證背面金屬層能與芯片背面形成良好的低歐姆接觸，要求背面金屬層不但要與芯片背面粘附好，還要求產(chǎn)生的損耗要盡量低。從目前的技術來看，采用單層金屬難以滿足要求，采用多層金屬化系統(tǒng)來滿足要求的報道不斷出現(xiàn)，但大都是采用銀為主體的金屬化系統(tǒng)，對鍍金管殼的燒結(jié)常常不適用。
[0004]功率晶體管管芯的背面金屬化對晶體管的性能和可靠性起著非常關鍵的作用，對于雙極型功率晶體管，從電性能上要求背面金屬與半導體材料要形成良好的歐姆接觸；從可靠性上要求背面金屬與半導體材料要接觸緊密，無空洞，實現(xiàn)良好的散熱。從測試參數(shù)看，要求BC結(jié)正向壓 降要低、飽和壓降要小，晶體管的輸出特性曲線在正常電流下無明顯雙線。若雙極型晶體管的BC結(jié)正向壓降和飽和壓降大，晶體管的性能不能很好的發(fā)揮，集電極效率會降低，還會增加晶體管的損耗，對晶體管性能的長期穩(wěn)定工作不利；若背面金屬與半導體材料之間有空洞，會造成晶體管管芯散熱不好，容易在芯片上形成熱斑，對晶體管的可靠性形成嚴重威脅，甚至造成晶體管的燒毀或過早失效。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種雙極型功率晶體管基片，所述基片提高了雙極型功率晶體管的背面金屬與晶圓片背面的粘附性能，又保證了管芯在與管座燒結(jié)在一起時的牢固可靠，同時又避免了燒結(jié)時容易在大功率芯片背面燒結(jié)處出現(xiàn)空洞造成功率晶體管熱斑對晶體管可靠性形成威脅的被動局面，主要適合于金金屬化系統(tǒng)，即管座燒結(jié)處是鍍金的，芯片背面金屬也是以金為主要參與燒結(jié)的金屬體系。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是:一種雙極型功率晶體管基片，其特征在于:包括晶圓片，所述晶圓片的下表面從上到下依次設有鈦金屬層、鎳金屬層和金金屬層。
[0007]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述鈦金屬層的厚度為::00.ν.1::00Α。
[0008]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述鎳金屬層的厚度為.L 5 μ ε:。[0009]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述金金屬層的厚度為3000A-1 J m。
[0010]采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于:由于在晶圓片的背面采用了多層金屬化結(jié)構(gòu)，避免了單純的金與硅形成不穩(wěn)定的金硅合金或與硅粘附不牢等問題，故背面金屬化的穩(wěn)定性得到了提升，表現(xiàn)在雙極型晶體管的飽和壓降和晶體管的BC極正向壓降不但降低而且一致性提高。多層金屬化還保證了背面金屬熱應力匹配要好于單層金屬，這也提高了背面金屬化的穩(wěn)定性。采用此方法，燒結(jié)后的管芯做剪切力試驗，均滿足相應的規(guī)范要求的剪切力強度，通過超聲波檢測未發(fā)現(xiàn)燒結(jié)處存在空洞現(xiàn)象，降低了晶體管的功耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0012]圖1是本實用新型雙極型晶體管基片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]其中:1、晶圓片2、鈦金屬層3、鎳金屬層4、金金屬層。
【具體實施方式】
[0014]當金與半導體硅材料直接接觸時，不容易實現(xiàn)很好的粘附，常常會出現(xiàn)金從硅表面大面積掀起、掉皮的現(xiàn)象，此外，金又容易與硅在低溫下形成合金，該合金不是很穩(wěn)定，導電性能也不好。本實用新型為解決此問題，采用與半導體硅接觸粘附性比較好的金屬鈦與其接觸，同時為避免金穿透鈦與硅反應形成導電性能不好的合金現(xiàn)象出現(xiàn)，在金屬鈦與背面金屬金之間插入一層金屬鎳，利用比較厚又能與鈦和金都粘附比較好的鎳作為阻擋層，防止金與硅和鈦反應形成不穩(wěn)定的合金物質(zhì)。另外由于硅的熱膨脹系數(shù)為2.5X 10-7°C,金的熱膨脹系數(shù)為14.2X10_6/°C，若直接接觸也很容易造成熱應力不匹配，對晶體管的可靠性形成威脅。而金屬鈦熱膨脹系數(shù)為8.5X10_6/°C，與硅比較接近，不會產(chǎn)生過大的熱應力失配，金屬鎳的熱膨脹系數(shù)為13X10_6/°C，又很好地起到了金屬鈦與金之間的應力過渡，故本實用新型采用的背面金屬化層實際為鈦-鎳-金體系。
[0015]根據(jù)硅雙極型晶體管背面減薄后的背面情況(如粗糙度等)，來決定背面金屬鈦的厚度，一般情況下控制在200AH0A,若表面很光滑，金屬鈦層可以薄些，若比較粗糙或有許多可見的條紋，可適當增加鈦的厚度，但也不能太厚，否則因熱膨脹系數(shù)并不完全一致，也容易引起金屬起皮，若太薄，再加之表面不光亮，金屬鈦可能不會完整地覆蓋在硅表面，后續(xù)的金屬會直接與硅接觸，形成應力不匹配，也容易產(chǎn)生金屬起皮，并對晶體管的可靠性不利。
[0016]鎳金屬層主要是形成應力過渡和阻擋金與硅或鈦形成不穩(wěn)定的合金，其厚度要保證這兩個作用的實現(xiàn)，故厚度一般控制在.§0A-L 5 ;:太薄起不到阻擋的作用，太厚容易造成浪費，也會引起接觸不良。
[0017]金金屬層是為保證燒結(jié)時提供充足的金，并保證金金屬層下面的金屬不被氧化，為保證器件的可靠性和燒結(jié)質(zhì)量，一般控制在JOChIV-1.δ.,金層太薄，無法得到良好燒結(jié)質(zhì)量和阻止金層下的金屬不被氧化，金層太厚的話，不但浪費貴重金屬還容易造成金與其它金屬粘附不牢固的問題。
[0018]為保證背面金屬化的質(zhì)量，本實用新型的背面金屬化在高真空的金屬蒸發(fā)臺內(nèi)完成，采用金屬濺射工藝也能實現(xiàn)此功能。為保證蒸發(fā)時金屬不被氧化，金屬蒸發(fā)時的真空度應控制在優(yōu)于5X10_4Pa的條件下，并在正式蒸發(fā)金屬前要對金屬進行預蒸，以充分排除金屬氧化的可能。
[0019]下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0020]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0021]實施例一
[0022]如圖1所示，本實用新型公開了一種雙極型功率晶體管基片，包括晶圓片，所述晶圓片I的下表面從上到下依次設有鈦金屬層2、鎳金屬層3和金金屬層4，所述鈦金屬層的厚度一般情況下為200A...1.::00Α ,所述鎳金屬層的厚度一般情況下為S000A-.1, 5 u π:>所述金金屬層的厚度一般情況下為W。顯而易見的本領域的技術人員還可以根據(jù)實際情況對上述層的厚度進行適當調(diào)整，以滿足不同器件的需求。
[0023]實施例二
[0024]本實用新型還公開了一種雙極型功率晶體管基片的制作方法，包括以下步驟: [0025]( I)將被面減薄后的晶圓片處理干凈，為避免其表面自然氧化層的存在，在清洗干凈后，要采用沖稀50倍到100倍的氫氟酸溶液再腐蝕表面10-30秒鐘，然后用去離子水沖洗10-20分鐘，最后用高純氮氣進行烘干。
[0026](2)將烘干后的晶圓片背面朝向金屬蒸發(fā)源，快速放入蒸發(fā)臺內(nèi)，快速抽真空，當真空度優(yōu)于5X KT5Pa時，開始進行金屬蒸發(fā)，在蒸發(fā)過程中由于金屬放氣等原因，真空度會降低，但為保證蒸發(fā)質(zhì)量，不建議在真空度劣于5X10_4Pa時進行正式的金屬蒸發(fā)。按設定的各層金屬化厚度和蒸發(fā)速率，計算各層金屬的蒸發(fā)時間，蒸發(fā)過程包括蒸發(fā)不同金屬之間的轉(zhuǎn)換，蒸發(fā)臺應一直保持比較高的真空度，一定要避免金屬氧化情況的發(fā)生，依次在其背面形成鈦金屬層、鎳金屬層和金金屬層。
[0027](3)待蒸發(fā)臺的真空室溫度低于50°C后，給真空室放氣，將蒸發(fā)完成的晶圓片取出，至此，本實用新型涉及到的背面金屬化工藝完成，基片的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0028]綜上，由于在晶圓片的背面采用了多層金屬化結(jié)構(gòu)，避免了單純的金與硅形成不穩(wěn)定的金硅合金或與硅粘附不牢等問題，故背面金屬化的穩(wěn)定性得到了提升，表現(xiàn)在雙極型晶體管的飽和壓降和晶體管的BC極正向壓降不但降低而且一致性提高。多層金屬化還保證了背面金屬熱應力匹配要好于單層金屬，這也提高了背面金屬化的穩(wěn)定性。采用此方法，燒結(jié)后的管芯做剪切力試驗，均滿足相應的規(guī)范要求的剪切力強度，通過超聲波檢測未發(fā)現(xiàn)燒結(jié)處存在空洞現(xiàn)象，降低了晶體管的功耗。
【權利要求】
1.一種雙極型功率晶體管基片，其特征在于:包括晶圓片(1)，所述晶圓片(I)的下表面從上到下依次設有鈦金屬層(2)、鎳金屬層(3)和金金屬層(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙極型功率晶體管基片，其特征在于:所述鈦金屬層的厚度為 200:1-12OOA。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙極型功率晶體管基片，其特征在于:所述鎳金屬層的厚度為S0CMX\-1,
4.根據(jù)權利要求1所述的雙極型功率晶體管基片，其特征在于:所述金金屬層的厚度為 300?Α-1 y η!。
【文檔編號】H01L29/06GK203826396SQ201420245891
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權日:2014年5月14日
【發(fā)明者】王強棟, 霍彩紅, 董軍平, 劉青林, 秦龍, 潘宏菽 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所