[发明专利]芯片表层蒸发锡工艺

说明书

本发明公开了一种芯片表层蒸发锡工艺，属于半导体分立器件技术领域。该工艺是在常规芯片结构的正面金属上采用真空蒸发锡，获得正面金属表层为锡连接层的芯片。本发明芯片正面金属的顶层进行再次蒸发锡，使芯粒间可以通过锡直接互连，省去封装时的粘片和烧结等工步，大大节省了原材料，减少了工艺步骤，提高了器件的使用质量和可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体分立器件技术领域，具体涉及一种芯片表层蒸发锡工艺。

背景技术

微电子工业兴起于20世纪50年代，至今已经经历了半个多世纪的快速发展，深刻改变了社会的面貌。功率分立器件已经产生了大量的器件种类，主要包括功率MOSFET、功率BJT、功率Diode和IGBT等半导体器件。功率器件几乎用于所有的电子制造业，所应用的产品包括计算机领域的笔记本、PC、服务器、显示器以及各种外设；网络通讯领域的手机、电话以及其它各种终端和局端设备；消费电子领域的传统家电和各种数码产品；工业控制类中的工业PC、各类仪器仪表和各类控制设备等。而且功率器件还能起到有效的节能作用。

肖特基二极管为功率Diode中的一种，同普通硅二极管一样，肖特基二极管也是具有单向导电特性的硅二极管。不同的是，普通二极管的工作是利用半导体PN结的单向导电特性，而肖特基二极管则是利用金属和半导体接触产生的势垒而起到单向导电作用，它是以多数载流子工作的整流器件，因而在开关时没有少数载流子的存储电荷和移动效应。所以，肖特基二极管的开关速度非常快，反向恢复时间trr很短(小于几十ns)；同时，其正向压降VF较小，尤其适用于高速开关电路和低压大电流输出电路，具有较高的整流效率和可靠性。

目前市场使用的肖特基二极管正面顶层金属结构一般为Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/AL多层金属，其中底层Ti为接触层(粘附层)，Ni为过渡层(阻挡层)，最上面的Ag为导电层。封装时，表面Ag与Ni与铅锡焊料进行熔合，焊接后电极与焊料之间的焊接界面终止于最底层金属的上表面。但由于封装熔合时，已经是小芯粒，易造成铅锡焊料与金属表面Ag的浸润程度不同，从而影响芯粒连接质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片表层蒸发锡工艺，该工艺以芯片表层Ti/Ni/Ag三层金属蒸发为工艺基础，在其表层Ag或Al金属上蒸发第四层金属Sn作为连接层。采用本发明工艺处理后，芯片正面金属变为Ti/Ni/Ag/Sn或Ti/Ni/Al/Sn，工艺相互兼容，方便后续的芯片间的互连，节省了原工艺的粘片和烧结等工艺步骤。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种芯片表层蒸发锡工艺，该工艺是在常规芯片结构的正面金属上采用真空蒸发锡，获得正面金属表层为锡连接层的芯片。该方法具体包括如下步骤：

(1)蒸发前清洗：

制备芯片正面金属前，首先采用硫酸和双氧水的混合溶液对芯片进行清洗，清洗时间10分钟，然后采用氢氟酸漂洗30秒；步骤(1)中，所述硫酸和双氧水的混合溶液是将浓度98wt.％硫酸和浓度30wt.％双氧水按照5：1的体积比例混合而成；所述氢氟酸是将氟化氢和水按照1：40的体积比例混合而成。

(2)芯片正面金属制备：

采用不同的坩埚分别盛装要蒸发的金属，采用MARK50蒸发台进行芯片正面金属的蒸发；其中：底层金属为Ti，层厚为100-300nm；次表层金属为Al或Ag，厚度为2000-3000nm；表层金属为Sn，层厚为2000-3000nm。

该方法中，在芯片清洗结束到入锅蒸发的时间差应小于30分钟，否则做清洗返工处理。

上述步骤(2)蒸发过程中，对蒸发台腔体内充入惰性气体，当温度达到设定温度前，腔体内真空度为4.0E-6Torr；当温度达到设定温度后，真空度达到2.0E-6Torr。所述设定温度是指各层金属的蒸发温度。