[发明专利]具有双层或多层插入层的砷化镓芯片背面金属的结构

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种具有双层或多层插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，属于半导体制造技术领域。

背景技术

GaAs 芯片背面金属结构，通常采用的是接触金属层和Au金属层两层结构。由于结构和材料相对简单和单一，因此在工艺实现上比较方便。但是，烧结时的高温作用下，焊料中的其它金属容易在Au中扩散，而背面金属中的Au也会往焊料中扩散。若焊料扩散至正面源漏金属中将影响器件的可靠性和性能；焊料若扩散至背面金属中，会改变背面金属的导热性、应力等，这将对芯片的结构以及散热产生不良影响。另一方面，背面金属中的Au也易在烧结时候向焊料中扩散，引起金属缺失，严重时产生空洞等。因此采用常规的背面金属结构，在一定程度上影响了芯片的可靠性和性能。这促使了研究人员考虑优化背面金属结构，在其中插入金属阻挡层，大大降低了烧结时金与焊料的互相扩散，提高烧结对芯片性能的不良影响。金属扩散阻挡层要慎重选择，插入层的电阻率，导热性以及扩散作用等也会对芯片性能和可靠性产生不良影响。因此对于金属扩散阻挡层的选择，本发明中采用Ti、Ni、W、WTi、WTiN、Pt等金属/合金。

实验证明钨对锡有优良的阻挡作用，并且钨在烧结时不容易向其他金属中钻蚀和扩散，因此可以采用钨来阻挡金属锡的扩散。而镍对金有优良的阻挡作用，因此可以采用WNi合金作为扩散阻挡层。但是即使W、Ni等金属对焊料金属有较强的阻挡特性，但并不是完全阻挡，试验分析表明，若采用单层阻挡层，总会有或多或少的焊料金属扩散至背面电极中。若单纯的增加单层阻挡层厚度又会引起应力集中等问题，所以根据用户需求的芯片烧结条件以及金属的扩散程度，可以选择双层或者是多层扩散阻挡层结构。

发明内容

本发明提出的是一种具有双层或多层插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，其目的在于克服现有技术所存在的上述缺陷，利用已完成正面流程的砷化镓芯片为衬底，在背面淀积多层不同的金属层结构，它可使得砷化镓芯片在烧结时候，有效地减小金属的扩散，保证烧结后芯片的良好性能。

本发明的技术解决方案：具有双层或多层插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，其特征是包括A金属层上是A金属扩散阻挡层；A金属扩散阻挡层上是B金属层；B金属层上是B金属扩散阻挡层；B金属扩散阻挡层上是C金属层；C金属层上是接触金属层；接触金属层上是衬底；衬底上提供的是正面图形。

本发明具有以下优点：1）采用本发明所述双层（或多层）插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，可以更有效地阻挡芯片烧结时焊料向芯片背面金属中，接触层中以及正面源漏金属中的扩散。相比之下，常规的砷化镓芯片背面金属结构，在烧结时，焊料扩散至背面金属层中，由于产生应力，影响芯片表面的结构以及器件的可靠性；2）采用本发明所述的双层（或多层）插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，可以更有利于芯片的散热，提高芯片的寿命以及性能。相比之下，常规的背面金属结构，由于焊料的热导率无法超过背面金属采用的Au的热导率，因此扩散至背面金属层中的焊料在一定程度上降低了背金的热导率，影响芯片的散热性；3）采用本发明的双层（或多层）插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，可以避免焊料扩散到与背面金属层相连的正面金属层中，提高器件的可靠性。相比之下，常规的背面金属结构，如果焊料扩散至正面图形中，会影响器件性能甚至造成失效；4）采用本发明所述的双层（或多层）插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，可以避免背面金属向焊料中的扩散，相比之下，常规的背面金属结构，若背面金属大量向焊料中扩散，容易在金属层中形成疏松的空洞，影响金属层的电导率，从而影响器件的性能。

附图说明

图1是砷化镓芯片的背面金属的结构剖面图。

图2是焊料金属在背面金属结构中的扩散示意图。

具体实施方式

具有双层或多层插入层的砷化镓芯片背面金属的结构，包括A金属层1、A金属扩散阻挡层2、B金属层3、B金属扩散阻挡层4、C金属层5、接触金属层6、衬底7、正面图形8，其中A金属层1上是A扩散阻挡层2；A金属扩散阻挡层2上是C金属层3；C金属层3上是B金属扩散阻挡层4；B金属扩散阻挡层4上是C金属层5；C金属层5上是接触金属层6；接触金属层6上是衬底7；衬底7上提供的是正面图形8。

所述的A金属层1为Au层，或是其他用作与芯片焊料配合的金属AuSn合金、AuTi合金、Cu，其厚度由与焊料烧结时最佳工艺厚度为100～1000nm，优选厚度300nm。