一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，包括共晶硅芯片、粘附層、過(guò)渡層、焊接層、焊料和焊接銅框架，所述粘附層通過(guò)磁控濺射法濺射在共晶硅芯片的背面上，所述焊接層通過(guò)電子束蒸發(fā)工藝鍍膜在過(guò)渡層上，所述焊料設(shè)置在焊接層與焊接銅框架之間。本實(shí)用新型為避免粘附層和焊接層這兩種金屬之間出現(xiàn)相互擴(kuò)散現(xiàn)象，需要在這兩中金屬薄膜之間加入金屬薄膜作為過(guò)渡金層，過(guò)渡金層可以減少這兩層金屬薄膜間產(chǎn)生的熱應(yīng)力，熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能要好，而且當(dāng)粘附層和焊接層之間附著力較弱的情況下，選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)渡金屬薄膜，同時(shí)能夠可以提高粘附層和焊接層薄膜間的附著力。
【專利說(shuō)明】
一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電路設(shè)計(jì)者對(duì)于大功率晶體管器件的性能和參數(shù)要求越來(lái)越苛刻，這樣對(duì)于在現(xiàn)有工藝技術(shù)上制備的大功率晶體管器件的可靠性提出了更高的要求。綜合分析影響功率晶體管器件可靠性的主要是所制備金屬薄膜的附著性以及器件結(jié)構(gòu)的熱不匹配所產(chǎn)生的應(yīng)力。這些因素和芯片背面金屬化工藝、芯片熱處理工藝、封裝焊料以及封裝框架等有關(guān)，其中以背面金屬化工藝作為最關(guān)鍵因素。高質(zhì)量的背面金屬化工藝技術(shù)，可以顯著的改善功率晶體管器件的電學(xué)性能和熱學(xué)性質(zhì)，尤其對(duì)于大功率晶體管器件的熱疲勞壽命和可靠性穩(wěn)定性的提高，具有特別重要的意義。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外的中小功率晶體管器件的背面金屬薄膜工藝普遍采用的是蒸金這種工藝技術(shù)，該工藝需要使用價(jià)格昂貴的金屬材料-金，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高。但在大功率晶體管器件的生產(chǎn)工藝中，硅基片的背面金屬化工藝初始一直是延用化學(xué)鍍鎳制備的單層電極工藝技術(shù)。在制備鎳金屬層時(shí)，硅基片背面與金屬鎳層未經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)熱處理工藝，因而金屬?zèng)]有與硅形成良好的歐姆接觸。而且由于化學(xué)鍍鎳金屬層的自身缺陷，在熱循環(huán)應(yīng)力的作用下，很容易導(dǎo)致背面金屬的熱疲勞失效，功率器件可靠性和穩(wěn)定性變差，并失去金屬電極作用。所以必須尋找一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，來(lái)解決目前對(duì)大功率晶體管器件可靠性和穩(wěn)定性的要求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，包括共晶硅芯片、粘附層、過(guò)渡層、焊接層、焊料和焊接銅框架，所述粘附層通過(guò)磁控濺射法濺射在共晶硅芯片的背面上，所述過(guò)渡層設(shè)置在粘附層與焊接層之間，所述焊接層通過(guò)電子束蒸發(fā)工藝鍍膜在過(guò)渡層上，所述焊料設(shè)置在焊接層與焊接銅框架之間。
[0006]優(yōu)選的，所述粘附層是采用濺射的方式鍍上Cr和Ti貴金屬層。
[0007]優(yōu)選的，所述焊接層是由Ag制成的焊接層。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn):該一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，粘附層金屬材料主要特性是要具有與Si或Si02浸潤(rùn)性好，浸潤(rùn)性好的不同材料之間，其接觸界面處可以容易形成較強(qiáng)的附著力，熱膨脹系數(shù)與Si接近、粘附力強(qiáng)，要與Si的歐姆接觸電阻小的特點(diǎn)，能夠與Si形成良好的金屬硅化物，經(jīng)過(guò)多次熱循環(huán)過(guò)程也不會(huì)導(dǎo)致硅與金屬層的脫落現(xiàn)象;焊接層是共晶硅芯片最外層金屬薄膜，該層通過(guò)焊料5使得共晶硅芯片與焊接銅框架焊接一起，所以要求該層金屬薄膜特性要具有不易氧化、性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性能良好、與銀漿焊料有親和性，經(jīng)過(guò)封裝焊接后在焊接面不易出現(xiàn)空洞等缺陷，而且用于該金屬層的金屬材料要有很好的延展性，使得產(chǎn)生的應(yīng)力能夠更容易通過(guò)該層被緩沖釋放;本實(shí)用新型為避免粘附層和焊接層這兩種金屬之間出現(xiàn)相互擴(kuò)散現(xiàn)象，需要在這兩中金屬薄膜之間加入另外一種金屬薄膜作為過(guò)渡金屬，選擇金屬材料時(shí)要考慮與選用的粘附層和焊接層金屬之間的熱膨脹系數(shù)匹配，可以減少這兩層金屬薄膜間產(chǎn)生的熱應(yīng)力，熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能要好，能很好的起到阻擋擴(kuò)散作用，而且當(dāng)粘附層和焊接層之間附著力較弱的情況下，選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)渡金屬薄膜，同時(shí)能夠可以提高粘附層和焊接層薄膜間的附著力。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1共晶硅芯片、2粘附層、3過(guò)渡層、4焊接層、5焊料、6焊接銅框架。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0012]本實(shí)用新型提供了如圖1所示的一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，包括共晶硅芯片1、粘附層2、過(guò)渡層3、焊接層4、焊料5和焊接銅框架6，所述粘附層2通過(guò)磁控濺射法濺射在共晶硅芯片I的背面上，所述粘附層2是采用濺射的方式鍍上Cr和Ti貴金屬層，粘附層2的金屬材料主要特性是要具有與Si或Si02浸潤(rùn)性好，浸潤(rùn)性好的不同材料之間，其接觸界面處可以容易形成較強(qiáng)的附著力，熱膨脹系數(shù)與Si接近、粘附力強(qiáng)，要與Si的歐姆接觸電阻小的特點(diǎn)，能夠與Si形成良好的金屬硅化物，經(jīng)過(guò)多次熱循環(huán)過(guò)程也不會(huì)導(dǎo)致硅與金屬層的脫落現(xiàn)象;所述過(guò)渡層3設(shè)置在粘附層2與焊接層4之間，所述焊接層4通過(guò)電子束蒸發(fā)工藝鍍膜在過(guò)渡層3上，所述焊接層4是由Ag制成的焊接層，所述焊料5設(shè)置在焊接層4與焊接銅框架6之間，焊接層4是共晶硅芯片I最外層金屬薄膜，該層通過(guò)焊料5使得共晶硅芯片I與焊接銅框架6焊接一起，所以要求該層金屬薄膜特性要具有不易氧化、性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性能良好、與銀漿焊料有親和性，經(jīng)過(guò)封裝焊接后在焊接面不易出現(xiàn)空洞等缺陷，而且用于該金屬層的金屬材料要有很好的延展性，使得產(chǎn)生的應(yīng)力能夠更容易通過(guò)該層被緩沖釋放;本實(shí)用新型為避免粘附層2和焊接層4這兩種金屬之間出現(xiàn)相互擴(kuò)散現(xiàn)象，需要在這兩中金屬薄膜之間加入另外一種金屬薄膜作為過(guò)渡層3，選擇金屬材料時(shí)要考慮與選用的粘附層I和焊接層4金屬之間的熱膨脹系數(shù)匹配，可以減少這兩層金屬薄膜間產(chǎn)生的熱應(yīng)力，熱穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能要好，能很好的起到阻擋擴(kuò)散作用，而且當(dāng)粘附層2和焊接層4之間附著力較弱的情況下，選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)渡金屬薄膜，同時(shí)能夠可以提高粘附層2和焊接層4薄膜間的附著力。
[0013]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，包括共晶硅芯片(I)、粘附層(2)、過(guò)渡層(3)、焊接層(4)、焊料(5)和焊接銅框架(6)，其特征在于:所述粘附層(2)通過(guò)磁控濺射法濺射在共晶硅芯片(I)的背面上，所述過(guò)渡層(3)設(shè)置在粘附層(2)與焊接層(4)之間，所述焊接層(4)通過(guò)電子束蒸發(fā)工藝鍍膜在過(guò)渡層(3)上，所述焊料(5)設(shè)置在焊接層(4)與焊接銅框架(6)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述粘附層(2)是采用濺射的方式鍍上Cr和Ti貴金屬層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高可靠功率器件共晶硅背面金屬化結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述焊接層(4)是由Ag制成的焊接層。
【文檔編號(hào)】H01L23/488GK205542755SQ201521025203
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日
【發(fā)明人】黃賽琴, 林勇, 黃國(guó)燦, 陳輪興
【申請(qǐng)人】福建安特微電子有限公司