中小功率晶体管芯片背面金属化的研制

万方数据与开发四哪翻皿翻亚国口围口健舞．翻中小功率晶体管芯片背面金属化的研制于炼克，曹泽良（汕头华汕电子器件有限公司广东汕头　　５１５０４１）摘要：中小功率品休管芯片制造完成后．贾封装成成品就必须制备集电极．而制备集电极则必须解决金属与半导体伎触的问题在一般情祝卜，余属和半导体接触会形成接触势嗽电流以不同方向流过接触处时将￥Ｔ枯流特性。这种附加的单向Ｙ电性将使晶体管不能正常丁作。在器件制造过程中，要求金属与半导体不能存在整流效应，即电压—电流关系打合欧姆定律，这种接触称为欧姆接触。中小功率品休管芯片背ＩＡｌ金属化的日的就是使集电极形成良好的欧姆接触，经过背面金属化的芯片具有饱和压降〔Ｖｃｅｓａｔ）小、辉接可靠、易于实现自动化生产等优点关健词：晶体管芯片：背面金属化平导体芯片中圈分类号：ＴＰ３９１．７５文献标识码：Ａ文章编号：１００９－９４９２　１２００２）　０７－００９２－０２１引言１　　　　９８９年，我公司投资近１亿元人民币从美国引进了芯Ｊａ４ａｒ（ｍ｝ｓ，ｓｏ／Ｎａ）ｎＶＡ．　ｅ　　｝Ｐ：一，・）‘ｐｍ．、片生产线，但却无法止常生产，其主要原因是当初美国专家上式表明半导体重掺杂时，它与金属的接触近似地有　　　　来汕头试产时未能将背面金属化技术试验成功，后来聘请线性的和对称的电流一电压关系，并且有较小的接触电阻．国内专家与国内厂家合作以及购买台湾技术都未能解决因而是接近理想的欧姆接触ｌｃｌ此难题致使生产好的芯片无法封装成晶体管成品，库存芯片已达数干片，造成资金积压，已使公司负债节节攀升。经３研制过程公司董事会研究决定，由微电子厂组织技术人员对中小功（１）方案制定　　　　率晶体管芯片背面金属化这一关键技术进行深人细致的研我们将国内外产品做了逐一对比和分析，其结果（以　　　　究与探索，力争试验成功并达到批量生产的成熟水平。８０５０为例）见表１２理论探讨综合理论分析和上表的分析结果确定了如下技术方案　　　　　　　　在实际生产‘｝，，主要是利用隧道效应的原理在半导体上减薄一抛光于清洗一蒸发一合金一试产　　　　卜测试。制造欧姆接触＿下面简单地讨论金属和：１型半导休接触的势（２）主要技术问题的解决　　　　１）减薄过程中存在碎片率过高、片间和片内厚度误差　　　　垒贯穿问题　　　　为了得到半导体中导带电子所而临的势垒．把导带底较大、正面被污染、背面磨痕较粗等间题。找们经过反复摸Ｅ，选作电势能的零点，得到电子的势垒为：索和实践，采用定期修整磨头和基座以及在正面加贴保护膜等方法克服了这些问题　　　　－ｑｖ（ｘ）＝ｑ％（Ｘ－ｄａ）｀／２ｓ，｝ｏ作坐标变换，　　　　取Ｙ＝ｄ．．－ｘ得２）　　　　抛光过程中存在背面抛不亮、有损伤层等现象，我们－ｑ｝（　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｙ）＝ｑ＇Ｎｐｙ０－／２ｓｓｏ采用化学一机械抛光的方法，发现如下因素影响抛光质量，根据量子力学中所得到的结论，半导体中导带电子贯　　　　要求严格控制，就可避免此类问题：穿势垒的贯穿系数是：　　　　①抛光液的酸碱度（ＰＨ值）和磨料颗粒的粒径及均匀性；②抛光液的稀释比例和流量；③抛光盘的表向温度；Ｐ，二ｅ」！「＇１２｝Ｌ　＂Ｊ）ｒ（ｖ协／Ｉ④抛光布的质量．主要是韧性粗糙度和蓄水性能⑤抛凡浅．；＇ｒｃｖ、一划市光底盘转动和运行的平稳性；⑥空气压缩气压为大小的调二弓ｅ　　　　　　　　　　　　由上式可看出。对于　　　　定的势垒高度，贯穿系数强烈地整；⑦芯片粘贴的质量依赖于掺杂浓度Ｎ，如果掺杂浓度很高，即势垒变得很薄３）清洗　　　　时，贯穿几率很大，这时将有相当人的隧道电流出现ｔ甚至经过机械加土和抛光的芯片粘附了许多杂质，如油脂、　　　　超过热电子发射电流而成为电流的主要成份。于是由半导蜡等，将其去除，芯片背面的水迹、灰尘、氧化层等在蒸金前体流向金属的电子流所形成的电流：应彻底清除Ｔ净，整个操作过程必须小ｌ．＂仔细．否则就会出现如下问题：Ｊ一。二ｅ｝游即咒’低曰・　ｅ＋，”，　　　　　　　　　　　　　　，饥①脱金逗金层变色；　　　　ｊ皱金润金花小好；⑤上芯不合格金属中的电子所面临的势垒高度不随外加电压变化４）蒸发　　　　囚而由金属流向半导体的隧道电流与电压无关，其大小应我们首先对蒸发台内部结构进行改造，重新设计装片　　　　等于不加电压时的Ｊ、值。因此，总的电流密度：片架、档板调整悬挂钨丝的方法，改进升温加热程序。在樱＆Ａ　Ｈ　Ｍ　：　２００２－０３－２７万方数据四困翻日目四睡和哮筹目曰研究与表Ｉ国内外产品性能对比厂家卜芯温度残留量Ｖ‘“ｓａｔｆｍｖ）推力（ｋｇ）金层厚度（ｗ间日本金花细小、均匀、光汗好、金４２（））９０７２２０．５－３４１．６　　　　　　＞０．７１．２６Ｒｏｈｍ层平整台湾金花细小、均匀、光洋好、少４４０〕８０２３０．８－３５４．２　　　　　　＞０７１．３２华听数片金花稍大，金层平整美国无金花、桔黄色、有时略带褐３９０）９５％２６３．２－３６１＿５　　　　　　＞０７０．９１０Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ色、有均匀对称的磨痕无锡无金花、桔黄色、金层平整４５（））７０铸２４３．６－３４８．４　　　　　　＞０．７０．５８７华晶香港无金花、桔黄色、光泽好、金４４０）７０胳２５３．３－３６３．４　　　　　　＞０．７０．８５０华科层平整作过程中，注意掌握决窍控制加灌液Ｘ的时间、抽真空的２５２．７－３４３．７ｉｎＶ方式、高阀开关速度等等，以达到完美效果，我们在大批量　　　　对比表Ｉ中的参数发现：经过我公司背面金属化的芯牛产过程发现必须严格执行操作规程，否则会出现整炉蒸片上芯温度比台湾华听、无锡华晶、香港华科好，稍逊于金不合格，导致全部返工，这样会造成极大浪费和损失，甚Ｒｏｈｍ和Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ芯片。残留量仅次于美国Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ．达到至影响到成品管的性能日本Ｒｏｈｍ的水平。比另外三家好。Ｖｃｅｓａｔ和推力与美国５）合金　　　　Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ和口本Ｒｏｈｍ处在同水平．金层厚度比日本　　　　金蒸发淀积到芯片背面后，需进行合金化，使金硅之间Ｒａｈ．、台湾华听稍薄，比美国Ｆａｉｃｒｈｉｌｄ、无锡华晶还厚，这些形成低阻欧姆接触，此外合金化还叮增加金与硅之间的附对比能充分证明我们研制的中小功率晶体管背面金属化技着力，使金层与硅层粘附牢固，防止在放置过程中金层脱术已达到国际先进水平‘落４小结合金化，就是把蒸金后的硅片，放在氮气保护的炉管　　　　中小功串晶体管背面金属化是一项看起来容易做起来　　　　中，进行段时间的热处理．合金温度高于金硅共晶温度难的技术，虽然其理论知识很多人都已掌握，但土艺实践经３７０℃即可合金过程分为升温、恒温、降温三个阶段，当合金验却很少。我公司的芯片背面金属化技术是在蒸发后进行温度低于共晶温度时．金和硅基本不发生作用，都保待原来合金，形成金一硅共熔体它保证金属化层与芯片背面牢固的固体状态当温度升高到共晶温度时，在交界面Ｌ卜金原结合。此技术于２００（！年１０月开始用于批量试产到现在已子和硅原子相互扩散，井形成硅原子和金原子的熔液随着累计生产背金片近１．５万片，综合成品率达到９５７以上，而时间和温度的增加，金硅熔融速度也加快，最后整个金层全且均已销售完毕，按每片７０１１兀的价格计算，共创产值１０５０部变成金硅熔体。恒温一段时间使合金熔液中的硅原子达万元，税利约３００万元用户反映良好，都认为我公司生产到饱和。在缓慢降温时，硅原子在熔液中的溶解度下降，多的背金芯片饱和压降Ｖｃｅｓａｔ比国外同类产品还小，而ｆｌ焊余的硅原子将沿着固体硅表面逐渐从熔液中析出、形成硅接可靠价格适宜原ｒ的再结晶层。当温度降到金硅共晶温度３７０℃时全部参考资料：熔液凝固成金硅共晶体。此后。温度继续降至室温，合金系川刘思科，朱柬升半导体物理学［Ｍｌ北京闰防工业出版统保持不变，并形成金花，这时合金系统就是金属与半导体社，１９７９　　　　的欧姆接触区（｝１阴庄同首集成电路制造枚术—原理与实践｛Ｍ｝北京电３研制结果子工业出版社，１　　　　９７８．经过背面金属化的芯片性能状况如下：　　　　１３１溯南大学．半导体化学讲义〔Ａｌｌ长沙：湖南大学出版社Ｊ外观Ｖ　　　　．洁金花均匀，不存在沽污、流金、变色、裂ｆ４１夏海良，张安康丰导体器件ｃ造工艺「Ｍ］上海：上海科纹、起抱、球化、凸起‘脱金等现象；学技术１　　　　；　６ｋ社．１９８５②金属与芯片背面粘附良好　　　　１５１张宝华塑封小功率晶体管芯片背面金属化与无坪料焊接③后工序装配时与框架焊接良好．　　　　推１Ｊ大于０．７ｋｇ，上阴　　　　半导体技术，１９９４，　　（５）：　５５－５８ｆ６１林迷丈，任忠祥功率晶休管骨芯背面多层金属电极工艺芯温度４３０Ｃ；ｆ　　　　ｉｌ丰导体技术，１９９７，　　（３）：４２－４３④上芯时金属的溢出部分大丁芯片周长的７５９０　　　　苏芯片被推掉后，　　　　残留面积大于芯片面积的９０％；作者简介：于炼克，男，１９５３年生，辽宁丹东人。大学木科．丁⑥封装成成品管后，　　　　以８０５０为例，饱和压降Ｖｃｅｓａｔ为程师，袖头华汕电子器件｛１限公司总经理。研究领域：半导体