硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)及其制造工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)及其制造工藝，其中硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在硅片上的Ti金屬層、設(shè)置在Ti金屬層上的Ni金屬層、以及設(shè)置在Ni金屬層上的Au-Sn合金共晶金屬層。本發(fā)明通過(guò)多層金屬代替單層的金砷合金或者純金來(lái)作為硅片背面的金屬鍍層，能與硅片形成良好的歐姆接觸；同時(shí)通過(guò)Sn-Au合金蒸發(fā)來(lái)產(chǎn)生共晶合金，具有無(wú)毒、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)及其制造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)及其制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]共晶焊技術(shù)在電子封裝行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如芯片與基板的粘接、基板與管殼的粘接、管殼封帽等等。與傳統(tǒng)的環(huán)氧導(dǎo)電膠粘接相比，共晶焊接具有熱導(dǎo)率高、電阻小、傳熱快、可靠性強(qiáng)、粘接后剪切力大的優(yōu)點(diǎn)，適用于高頻、大功率器件中芯片與基板、基板與管殼的互聯(lián)。對(duì)于有較高散熱要求的功率器件必須采用共晶焊接。共晶焊是利用了共晶合金的特性來(lái)完成焊接工藝的。
[0003]共晶合金具有以下特性:
[0004](I)比純組元熔點(diǎn)低，簡(jiǎn)化了熔化工藝；
[0005](2)共晶合金比純金屬有更好的流動(dòng)性，在凝固中可防止阻礙液體流動(dòng)的枝晶形成，從而改善了鑄造性能；
[0006](3)恒溫轉(zhuǎn)變(無(wú)凝固溫度范圍)減少了鑄造缺陷，如偏聚和縮孔；
[0007](4)共晶凝固可獲得多種形態(tài)的顯微組織，尤其是規(guī)則排列的層狀或桿狀共晶組織，可成為優(yōu)異性能的原位復(fù)合材料。
[0008]共晶是指在相對(duì)較低的溫度下共晶焊料發(fā)生共晶物熔合的現(xiàn)象，共晶合金直接從固態(tài)變到液態(tài)，而不經(jīng)過(guò)塑性階段。其熔化溫度稱(chēng)共晶溫度。
[0009]通常使用的背面金屬化共晶工藝用金砷合金或者純金來(lái)作為背面金屬鍍層，通過(guò)退火工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)背面金屬的共晶合金化。因砷有劇毒，純金價(jià)格又極其昂貴，所以都不是非?？扇〉墓に嚪桨浮?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)毒、成本低的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)。
[0011]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在硅片上的Ti (鈦)金屬層、設(shè)置在Ti金屬層上的Ni (鎳)金屬層、以及設(shè)置在Ni金屬層上的Au-Sn (金-錫)合金共晶金屬層。
[0012]硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在Au-Sn合金共晶金屬層上的Au (金)金屬層。
[0013]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供能夠制造無(wú)毒、成本低的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的工藝。
[0014]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的第一種技術(shù)方案是:硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括以下步驟:
[0015]①通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片減??；
[0016]②將減薄后的硅片放入腐蝕槽中，通過(guò)硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法對(duì)減薄后的硅片進(jìn)行清潔；
[0017]③將清潔后的硅片送入用于背金蒸發(fā)爐中，背金蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層T1、第二層N1、第三層Au-Sn合金。
[0018]所述步驟②中硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法具體為:首先，使用HF(氫氟酸)和HN03(硝酸)的混合酸將硅片輕微腐蝕掉一層硅；然后沖水清洗；然后，再通過(guò)1: 100的HF腐蝕掉有可能存在的二氧化硅層；最后沖水甩干。
[0019]所述步驟②中對(duì)腐蝕速度的控制通過(guò)控制腐蝕槽的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0020]本發(fā)明所提供的第二種技術(shù)方案是:硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括以下步驟:
[0021]①通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片減??；
[0022]②將減薄后的硅片放入腐蝕槽中，通過(guò)硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法對(duì)減薄后的硅片進(jìn)行清潔；
[0023]③將清潔后的硅片送入用于背金蒸發(fā)爐中，背金蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層T1、第二層N1、第三層Au-Sn合金、第四層Au。
[0024]所述步驟②中硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法具體為:首先，使用HF和HN03的混合酸將硅片輕微腐蝕掉一層硅；然后沖水清洗；然后，再通過(guò)1: 100的HF腐蝕掉有可能存在的二氧化硅層；最后沖水甩干。
[0025]所述步驟②中對(duì)腐蝕速度的控制通過(guò)控制腐蝕槽的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0026]采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下的有益效果:本發(fā)明通過(guò)多層金屬代替單層的金砷合金或者純金來(lái)作為硅片背面的金屬鍍層，能與硅片形成良好的歐姆接觸；同時(shí)通過(guò)Sn-Au合金蒸發(fā)來(lái)產(chǎn)生共晶合金，具有無(wú)毒、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中
[0028]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0030]附圖中的標(biāo)號(hào)為:
[0031]娃片1、Ti金屬層2、Ni金屬層3、Au-Sn合金共晶金屬層4、Au金屬層5。
【具體實(shí)施方式】
[0032](實(shí)施例1)
[0033]見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在硅片I上的Ti金屬層
2、設(shè)置在Ti金屬層2上的Ni金屬層3、以及設(shè)置在Ni金屬層3上的Au-Sn合金共晶金屬層4。
[0034]本實(shí)施例的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括以下步驟:
[0035]①通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片I減薄。
[0036]②將減薄后的硅片I放入腐蝕槽中，通過(guò)硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法對(duì)減薄后的硅片I進(jìn)行清潔。硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法具體為:首先，使用HF和HN03的混合酸將硅片I輕微腐蝕掉一層硅；然后沖水清洗；然后，再通過(guò)1: 100的HF腐蝕掉有可能存在的二氧化硅層；最后沖水甩干。腐蝕速度的控制通過(guò)控制腐蝕槽的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0037]③將清潔后的硅片I送入用于背金蒸發(fā)爐中，背金蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層T1、第二層N1、第三層Au-Sn合金。第三層Au-Sn合金也可以采用其它與Au-Sn合金具有類(lèi)似性質(zhì)的合金。
[0038]舉例說(shuō)明:采用四寸硅晶圓片，在通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片減薄至210微米；減薄后使用HF-HN03混合酸進(jìn)行背面腐蝕，腐蝕至硅片厚度為200±20微米，清洗后用100: IHF酸液進(jìn)行進(jìn)一步清洗，沖水甩干后送入背金蒸發(fā)爐。蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層Ti ;控制厚度為800±80 A;第二層Ni，控制厚度為2500±250 A;第三層Au-Sn合金，控制厚度為 15000±1500A。
[0039](實(shí)施例2)
[0040]見(jiàn)圖2，本實(shí)施例的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在硅片I上的Ti金屬層
2、設(shè)置在Ti金屬層2上的Ni金屬層3、設(shè)置在Ni金屬層3上的Au-Sn合金共晶金屬層4、以及設(shè)置在Au-Sn合金共晶金屬層4上的Au金屬層5。
[0041]本實(shí)施例的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，包括以下步驟:
[0042]①通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片I減??；
[0043]②將減薄后的硅片I放入腐蝕槽中，通過(guò)硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法對(duì)減薄后的硅片I進(jìn)行清潔。硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法具體為:首先，使用HF和HN03的混合酸將硅片I輕微腐蝕掉一層硅；然后沖水清洗；然后，再通過(guò)1: 100的HF腐蝕掉有可能存在的二氧化硅層；最后沖水甩干。腐蝕速度的控制通過(guò)控制腐蝕槽的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0044]③將清潔后的硅片I送入用于背金蒸發(fā)爐中，背金蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層T1、第二層N1、第三層Au-Sn合金、第四層Au。第三層Au-Sn合金也可以采用其它與Au-Sn合金具有類(lèi)似性質(zhì)的合金。
[0045]舉例說(shuō)明:采用六寸硅晶圓片，在通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片減薄至230微米；減薄后使用HF-HN03混合酸進(jìn)行背面腐蝕，腐蝕至硅片厚度為225±20微米，清洗后用100: IHF酸液進(jìn)行進(jìn)一步清洗，沖水甩干后送入背金蒸發(fā)爐。蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層Ti ;控制厚度為18000± 180 A;第二層Ni，控制厚度為3000±300 A;第三層Au-Sn合金，控制厚度為12000± 1200A;第四層Au，控制厚度為1000± 100A。
[0046]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括設(shè)置在硅片(I)上的Ti金屬層(2)、設(shè)置在Ti金屬層⑵上的Ni金屬層(3)、以及設(shè)置在Ni金屬層(3)上的Au-Sn合金共晶金屬層⑷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括設(shè)置在Au-Sn合金共晶金屬層⑷上的Au金屬層(5)。
3.硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于:包括以下步驟: ①通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片(I)減??； ②將減薄后的硅片(I)放入腐蝕槽中，通過(guò)硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法對(duì)減薄后的硅片(I)進(jìn)行清潔； ③將清潔后的硅片(I)送入用于背金蒸發(fā)爐中，背金蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層T1、第二層N1、第三層Au-Sn合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于:所述步驟②中硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法具體為:首先，使用HF和HN03的混合酸將硅片(I)輕微腐蝕掉一層硅；然后沖水清洗；然后，再通過(guò)1: 100的HF腐蝕掉有可能存在的二氧化硅層；最后沖水甩干。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于:所述步驟②中對(duì)腐蝕速度的控制通過(guò)控制腐蝕槽的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6.硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于:包括以下步驟: ①通過(guò)減薄設(shè)備，將硅片(I)減?。? ②將減薄后的硅片(I)放入腐蝕槽中，通過(guò)硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法對(duì)減薄后的硅片(I)進(jìn)行清潔； ③將清潔后的硅片(I)送入用于背金蒸發(fā)爐中，背金蒸發(fā)爐按照以下順序蒸發(fā)金屬:第一層T1、第二層N1、第三層Au-Sn合金、第四層Au。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于:所述步驟②中硅腐蝕和二氧化硅腐蝕的方法具體為:首先，使用HF和HN03的混合酸將硅片(I)輕微腐蝕掉一層硅；然后沖水清洗；然后，再通過(guò)1: 100的HF腐蝕掉有可能存在的二氧化硅層；最后沖水甩干。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅片背面金屬化共晶結(jié)構(gòu)的制造工藝，其特征在于:所述步驟②中對(duì)腐蝕速度的控制通過(guò)控制腐蝕槽的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】C23C14/24GK103963375SQ201310033818
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月30日
【發(fā)明者】馮異, 陸寧 申請(qǐng)人:蘇州同冠微電子有限公司