中小功率晶体管芯片背面金属化的研制

科技论坛　・　１　・　中小功率晶体管芯片背面金属化的研制　宋海娟常婷婷郝晓波　（西安卫光科技有限公司，陕西西安７１００６５）　摘要：在电子产品的生产过程中，中小功率的晶体管生产是一个非常重要的生产环节。芯片作为晶体管的核心组成部分，其能否在　晶体管中正常使用是衡量晶体管生产质量的主要指标。这些晶体管芯片一般是以批量生产的方式单独生产，然后再通过集电极使其与晶　体管安装在一起，最终制成晶体管成品。但问题是在制备集电极时，金属和半导体之间并不能直接实现较好的接触，出现了整流效应。为　了能够更好的实现两者之间的接触，我们决定采用在芯片背面进行金属化的处理方法，来实现半导体与金属的良好接触。现本文就主要　研究探讨了中小功率晶体管芯片背面金属化的研制。　’　关键词：中小功率；晶体管；芯片；背面；金属化　众所周知，金属与半导体的材料有很大差异。在将两种不同材　除干净。即要将芯片背面上所粘附的所有水迹、灰尘或氧化层都进　料制成的元器件连接在一起时，就会出现接触势垒。这样一来，当不　行彻底清洗。在清洗的过程中，必须要认真仔细，以免破坏芯片的质　同的电流经过接触点时，就会出现整流特性，这就会使晶体管失去　量。使其出现脱金、金层变色、皱金、金花不好以及上芯不合格等问　　正常工作的性能。因此，在晶体管的制备过程中，要将半导体材料的　题。芯片与金属连接在一起，就需要避免两者出现整流效应，也就是要　２．４蒸发。我们首先对蒸发台内部结构进行改造，重新设计装片　使电压和电流之间的关系能够完全符合欧姆定律的要求，实现欧姆　片架、档板，调整悬挂钨丝的方法，改进升温加热程序。在操作过程　接触效应。只有使电压一电流呈现出线性关系，且相互对称的良好　中，注意掌握决窍，控制加灌液氮的时间、抽真空的方式、高阀开关　欧姆接触，才能达到较小的接触电阻。并且还能够增大其机械强度，　速度等等，以达到完美效果，我们在大批量生产过程发现必须严格　使接触点能够很好的承受各种外力作用，提高其可靠性。而在目前　执行操作规程，否则会出现整炉蒸金不合格，导致全部返工，这样会　甚至影响到成品管的性能。　的中小功率晶体管的生产中，常常采用将芯片背面进行金属化是方　造成极大浪费和损失，法来实现良好欧姆接触。　２．５合金。金蒸发淀积到芯片背面后，需进行合金化，使金硅之　１研制理论　间形成低阻欧姆接触，此外合金化还可增加金与硅之间的附着力，　由于在将晶体管芯片的背面进行金属化处理以后能够极大的　使金层与硅层粘附牢固，防止在放置过程中金层脱落。　提高芯片的可焊性，使其余金属的焊接更牢靠，欧姆接触电阻更小，　合金化，就是把蒸金后的硅片，放在氮气保护的炉管中，进行一　因此在现代中小功率晶体管的生产中，芯片背面金属化处理方法称　段时间的热处理，合金温度高于金硅共晶温度３７０℃即可。合金过　为了最重要的生产技术，应用非常广泛。极大的提高了生产效率，　程分为升温、恒温、降温三个阶段，当合金温度低于共晶温度时，金　实现了生产的自动化。以下我们就来简单分析芯片背面金属化研制　和硅基本不发生作用，都保持原来的固体状态。当温度升高到共晶　的理论基础。　温度时，在交界面上，金原子和硅原子相互扩散，并形成硅原子和金　为了得到半导体中导带电子所面临的势垒，把导带底Ｅｃ选作　原子的熔液，随着时间和温度的增加，金硅熔融速度也加快，最后整　电势能的零点，得到电子的势垒。对于一定的势垒高度，贯穿系数强　个金层全部变成金硅熔体。恒温一段时间，使合金熔液中的硅原子　烈地依赖于掺杂浓度。如果掺杂浓度很高，即势垒变得很薄时，贯穿　达到饱和。在缓慢降温时，硅原子在熔液中的溶解度下降，多余的硅　几率很大，这时将有相当大的隧道电流出现，甚至超过热电子发射　原子将沿着固体硅表面逐渐从熔液中析出，形成硅原子的再结晶　电流而成为电流的主要成份。于是由半导体流向金属的电子流所形　层。当温度降到金硅共晶温度３７０℃时，全部熔液凝固成金硅共晶　成的电流就发生了变化。　体。此后，温度继续降至室温，合金系统保持不变，并形成金花，这时　金属中的电子所面临的势垒高度不随外加电压变化，因而由金　合金系统就是金属与半导体的欧姆接触区。　属流向半导体的隧道电流与电压无关，其大小应等于不加电压时的　３研制结果　经过背面金属化的芯片性能状况如下：①外观整洁，金花均匀，　电流值。当半导体重掺杂时，它与金属的接触近似地有线性的和对　称的电流一电压关系，并且有较小的接触电阻，因而是接近理想的　不存在沾污、流金、变色、裂纹、起泡、球化、凸起、脱金等现象；②金　欧姆接触。　属与芯片背面粘附良好；③后工序装配时与框架焊接良好，推力大　于０．７ｋｇ，上芯温度４３Ｏ℃；④上芯时金属的溢出部分大于芯片周长　２研制过程　在实际的研制过程中，我们结合研制理论以及对国内外相关产　的７５％；⑤芯片被推掉后，残留面积大于芯片面积的９０％；⑥封装　品的分析对比，决定可以采用以下技术方案进行芯片背面金属化的　成成品管后，上芯温度较好，残留量低，金层厚度较薄，基本已经达　研制：减薄、抛光、清洗、蒸发、合金、试产、测试。在本研制方案是执　到了国际先进水平。证明我们研制出的中小功率晶体管背面金属化　行中，会遇到一定的问题，必须要积极采取措施加以解决。具体来　技术是很成功的。　讲，主要的技术问题与解决措施分别如下所示：　结束语　２．１减薄。在减薄的工序环节中，可能会出现较高的碎片率，片　综上所述，在中小功率晶体管芯片的背面金属化研制中，我们　间和片内的厚度也会有很大的误差，并且芯片的正面极易遭受污　通过研究其相关理论，为研制技术提供了理论基础和支持，并在反　染，背面磨痕也很粗。为此我们经过了多次的试验和改进，最终决定　复是试验探索中总结了一套完整的金属化工序流程。达到了较好的　以按时修整磨头、基座，并且在芯片的正面加贴一层保护膜的方法　金属化处理效果，并实现了批量生产，是一个非常值得推广应用的　中小功率晶体管背面金属化技术方法。　来解决这一问题　２．２抛光。在抛光的工序环节，极易出现背面抛光亮度不够、出　参考文献　现损伤层等问题，我们最终决定通过利用化学一机械抛光方式进行　［１】潘茹，李明娟，吴坚，刘英坤．半导体器件芯片焊接方法及控制［Ｊ】．　抛光，并且对抛光液的ＰＨ值、磨料的粒径大小、抛光液的稀释程　半导体技术，２００６，４．　度、抛光液的流量、抛光盘的表面温度、抛光布的韧性、和粗糙度、抛　［２】于炼克，曹泽良．中小功率晶体管芯片背面金属化的研制ｆＪ１．机电　２００２，１．　光布的蓄水性能、曝光底盘的转动速度与运行平稳性、空气压缩气　工程技术，压力的大小、芯片的粘贴的质量等等诸多影响抛光质量的因素都加　以严格控制，以此来保证抛光质量。　２．３清洗。在经过减薄与抛光的处理后，芯片上会粘附很多杂　质。比如油脂或蜡。在进行下道工序之前，首先应该将这些杂质都清