CN103963375B - 硅片背面金属化共晶结构及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了硅片背面金属化共晶结构及其制造工艺，其中硅片背面金属化共晶结构，包括设置在硅片上的Ti金属层、设置在Ti金属层上的Ni金属层、以及设置在Ni金属层上的Au‑Sn合金共晶金属层。本发明通过多层金属代替单层的金砷合金或者纯金来作为硅片背面的金属镀层，能与硅片形成良好的欧姆接触；同时通过Sn‑Au合金蒸发来产生共晶合金，具有无毒、成本低的优点。

Description

硅片背面金属化共晶结构及其制造工艺
技术领域
本发明涉及硅片背面金属化共晶结构及其制造工艺。
背景技术
共晶焊技术在电子封装行业得到广泛应用，如芯片与基板的粘接、基板与管壳的粘接、管壳封帽等等。与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板、基板与管壳的互联。对于有较高散热要求的功率器件必须采用共晶焊接。共晶焊是利用了共晶合金的特性来完成焊接工艺的。
共晶合金具有以下特性：
(1)比纯组元熔点低，简化了熔化工艺；
(2)共晶合金比纯金属有更好的流动性，在凝固中可防止阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善了铸造性能；
(3)恒温转变(无凝固温度范围)减少了铸造缺陷，如偏聚和缩孔；
(4)共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规则排列的层状或杆状共晶组织，可成为优异性能的原位复合材料。
共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段。其熔化温度称共晶温度。
通常使用的背面金属化共晶工艺用金砷合金或者纯金来作为背面金属镀层，通过退火工艺来实现背面金属的共晶合金化。因砷有剧毒，纯金价格又极其昂贵，所以都不是非常可取的工艺方案。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种无毒、成本低的硅片背面金属化共晶结构。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：硅片背面金属化共晶结构，包括设置在硅片上的Ti(钛)金属层、设置在Ti金属层上的Ni(镍)金属层、以及设置在Ni金属层上的Au-Sn(金-锡)合金共晶金属层。
硅片背面金属化共晶结构，还包括设置在Au-Sn合金共晶金属层上的Au(金)金属层。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供能够制造无毒、成本低的硅片背面金属化共晶结构的工艺。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的第一种技术方案是：硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，包括以下步骤：
①通过减薄设备，将硅片减薄；
②将减薄后的硅片放入腐蚀槽中，通过硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法对减薄后的硅片进行清洁；
③将清洁后的硅片送入用于背金蒸发炉中，背金蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti、第二层Ni、第三层Au-Sn合金。
所述步骤②中硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法具体为：首先，使用HF(氢氟酸)和HNO3(硝酸)的混合酸将硅片轻微腐蚀掉一层硅；然后冲水清洗；然后，再通过1∶100的HF腐蚀掉有可能存在的二氧化硅层；最后冲水甩干。
所述步骤②中对腐蚀速度的控制通过控制腐蚀槽的温度来实现。
本发明所提供的第二种技术方案是：硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，包括以下步骤：
①通过减薄设备，将硅片减薄；
②将减薄后的硅片放入腐蚀槽中，通过硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法对减薄后的硅片进行清洁；
③将清洁后的硅片送入用于背金蒸发炉中，背金蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti、第二层Ni、第三层Au-Sn合金、第四层Au。
所述步骤②中硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法具体为：首先，使用HF和HNO3的混合酸将硅片轻微腐蚀掉一层硅；然后冲水清洗；然后，再通过1∶100的HF腐蚀掉有可能存在的二氧化硅层；最后冲水甩干。
所述步骤②中对腐蚀速度的控制通过控制腐蚀槽的温度来实现。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：本发明通过多层金属代替单层的金砷合金或者纯金来作为硅片背面的金属镀层，能与硅片形成良好的欧姆接触；同时通过Sn-Au合金蒸发来产生共晶合金，具有无毒、成本低的优点。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的实施例1的硅片背面金属化共晶结构的示意图。
图2为本发明的实施例2的硅片背面金属化共晶结构的示意图。
附图中的标号为：
硅片1、Ti金属层2、Ni金属层3、Au-Sn合金共晶金属层4、Au金属层5。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本实施例的硅片背面金属化共晶结构，包括设置在硅片1上的Ti金属层2、设置在Ti金属层2上的Ni金属层3、以及设置在Ni金属层3上的Au-Sn合金共晶金属层4。
本实施例的硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，包括以下步骤：
①通过减薄设备，将硅片1减薄。
②将减薄后的硅片1放入腐蚀槽中，通过硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法对减薄后的硅片1进行清洁。硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法具体为：首先，使用HF和HNO3的混合酸将硅片1轻微腐蚀掉一层硅；然后冲水清洗；然后，再通过1∶100的HF腐蚀掉有可能存在的二氧化硅层；最后冲水甩干。腐蚀速度的控制通过控制腐蚀槽的温度来实现。
③将清洁后的硅片1送入用于背金蒸发炉中，背金蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti、第二层Ni、第三层Au-Sn合金。第三层Au-Sn合金也可以采用其它与Au-Sn合金具有类似性质的合金。
举例说明：采用四寸硅晶圆片，在通过减薄设备，将硅片减薄至210微米；减薄后使用HF-HNO3混合酸进行背面腐蚀，腐蚀至硅片厚度为200±20微米，清洗后用100∶1HF酸液进行进一步清洗，冲水甩干后送入背金蒸发炉。蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti；控制厚度为第二层Ni，控制厚度为第三层Au-Sn合金，控制厚度为
(实施例2)
见图2，本实施例的硅片背面金属化共晶结构，包括设置在硅片1上的Ti金属层2、设置在Ti金属层2上的Ni金属层3、设置在Ni金属层3上的Au-Sn合金共晶金属层4、以及设置在Au-Sn合金共晶金属层4上的Au金属层5。
本实施例的硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，包括以下步骤：
①通过减薄设备，将硅片1减薄；
②将减薄后的硅片1放入腐蚀槽中，通过硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法对减薄后的硅片1进行清洁。硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法具体为：首先，使用HF和HNO3的混合酸将硅片1轻微腐蚀掉一层硅；然后冲水清洗；然后，再通过1∶100的HF腐蚀掉有可能存在的二氧化硅层；最后冲水甩干。腐蚀速度的控制通过控制腐蚀槽的温度来实现。
③将清洁后的硅片1送入用于背金蒸发炉中，背金蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti、第二层Ni、第三层Au-Sn合金、第四层Au。第三层Au-Sn合金也可以采用其它与Au-Sn合金具有类似性质的合金。
举例说明：采用六寸硅晶圆片，在通过减薄设备，将硅片减薄至230微米；减薄后使用HF-HNO3混合酸进行背面腐蚀，腐蚀至硅片厚度为225±20微米，清洗后用100∶1HF酸液进行进一步清洗，冲水甩干后送入背金蒸发炉。蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti；控制厚度为第二层Ni，控制厚度为第三层Au-Sn合金，控制厚度为第四层Au，控制厚度为
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.硅片背面金属化共晶结构，其特征在于：包括设置在硅片(1)上的Ti金属层(2)、设置在Ti金属层(2)上的Ni金属层(3)、以及设置在Ni金属层(3)上的Au-Sn合金共晶金属层(4)、设置在Au-Sn合金共晶金属层(4)上的Au金属层(5)。
2.硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
①通过减薄设备，将硅片(1)减薄；
②将减薄后的硅片(1)放入腐蚀槽中，通过硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法对减薄后的硅片(1)进行清洁；
③将清洁后的硅片(1)送入用于背金蒸发炉中，背金蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti、第二层Ni、第三层Au-Sn合金。
3.根据权利要求2所述的硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，其特征在于：所述步骤②中硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法具体为：首先，使用HF和HNO3的混合酸将硅片(1)轻微腐蚀掉一层硅；然后冲水清洗；然后，再通过1:100的HF腐蚀掉有可能存在的二氧化硅层；最后冲水甩干。
4.根据权利要求3所述的硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，其特征在于：所述步骤②中对腐蚀速度的控制通过控制腐蚀槽的温度来实现。
5.硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
①通过减薄设备，将硅片(1)减薄；
②将减薄后的硅片(1)放入腐蚀槽中，通过硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法对减薄后的硅片(1)进行清洁；
③将清洁后的硅片(1)送入用于背金蒸发炉中，背金蒸发炉按照以下顺序蒸发金属：第一层Ti、第二层Ni、第三层Au-Sn合金、第四层Au。
6.根据权利要求5所述的硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，其特征在于：所述步骤②中硅腐蚀和二氧化硅腐蚀的方法具体为：首先，使用HF和HNO3的混合酸将硅片(1)轻微腐蚀掉一层硅；然后冲水清洗；然后，再通过1:100的HF腐蚀掉有可能存在的二氧化硅层；最后冲水甩干。
7.根据权利要求5所述的硅片背面金属化共晶结构的制造工艺，其特征在于：所述步骤②中对腐蚀速度的控制通过控制腐蚀槽的温度来实现。
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