CN104112655A - 一种半导体器件正面金属化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体器件正面金属化工艺，其在半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag共4层金属。其中，Al与Si有优良的粘附性，Ag有优良的导电性。此工艺将两者优点结合起来，这样4层结构既增加了金属与芯片的粘附性，又兼顾了后续的焊接、封装等工序对金属层的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制造工艺,特别涉及一种半导体器件正面金属化工艺。
背景技术
在半导体器件（如可控硅、整流管以及低通滤波器等器件）的制造领域，正面金属化都是一个重要的工艺步骤，它的作用是引出电极。对于正面金属化工艺而言，具有以下要求：一是金属与器件表面的粘附性要好；二是金属与器件表面形成欧姆接触且有良好的导电性；三是易于成膜生长以及后续光刻腐蚀；四是适合后续的焊接、封装。
目前很难有一种金属能同时满足上述条件，因此多采用复合结构。具体的说，用于半导体元器件正面金属化系统的结构主要包括3个方面：欧姆接触层、阻挡层（也叫过渡层）、导电层。欧姆接触层要求材料与Si／SiO2浸润性好、粘接力强、热膨胀系数相近，且与Si的欧姆接触系数小；阻挡层要求与上、下两层金属粘附良好,性能稳定，此层用作焊料的阻挡层能抗焊料焊接时的熔蚀作用；导电层是多层金属结构的最外层,要求电阻率低、抗电迁移能力强、性能稳定、不易氧化,易与焊料焊接且导热性能良好。
综上所述，目前通常做法是先蒸发一层薄薄的钛（Ti）作为接触层；再蒸发一层镍（Ni）作为阻挡层（也叫过渡层）；最后蒸发一层厚厚的银（Ag）作为导电层。此工艺的优点是相邻金属之间有很好的粘附性，能够满足制造工艺、封装工艺的要求。但是在实际制造过程中Ti与硅的粘附不稳定，在封装过程中会出现由于金属层脱落（peeling）导致的失效，影响封装合格率。
发明内容
本发明提供一种半导体器件正面金属化工艺,以解决现有的正面金属化工艺粘附性差的问题，提高封装合格率。
本发明提供一种半导体器件的正面金属化工艺，包括：
提供一半导体衬底：
在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni、Ag。
进一步的，所述半导体衬底为P型衬底。
进一步的，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag之前，还包括：将所述半导体衬底放入硫酸与双氧水的混合溶液中清洗，然后放入去离子水中冲洗，之后取出甩干。
进一步的，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag之前，还包括：将所述半导体衬底放入稀释的HF酸溶液中清洗，然后放入去离子水中冲洗，之后取出甩干。
进一步的，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag的步骤中，将所述半导体衬底装入蒸发台中，真空抽到4.0E-6Torr时开始加热，温度达到160℃且真空达到2.0E-6Torr时开始蒸发。
进一步的，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag的步骤中，蒸发银开始10分钟后停止加热。
本发明利用Al与硅接触电阻小、粘附性好的特点，先在半导体衬底表面蒸发一层Al作为接触层，再蒸发Ti、Ni作为过渡层，最后蒸发较厚的Ag作为导电层。此工艺既保证了金属层与硅片有很好的粘附性，又发挥了银良好的导电性以及易于焊接封装的优势，有利于提高封装的合格率。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的半导体器件正面金属化工艺形成的器件的剖面示意图；
图中：1-半导体衬底；2-P+区；3-多晶硅层；4-介质层；5-Al；6-Ti；7-Ni；8-Ag。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种半导体器件正面金属化工艺，首先提供一半导体衬底，所述半导体衬底形成有半导体器件，然后在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag。利用Al与硅接触电阻小、粘附性好的特点，既保证了金属层与硅片有很好的粘附性，又发挥了银良好的导电性以及易于焊接封装的优势，有利于提高封装的合格率。
下面以低通滤波器的正面金属化工艺为例，结合具体的实施方案以及图1对本发明做进一步说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本实施例中，选用P型硅片作为低通滤波器的半导体衬底1，并在高温扩散炉中生长硼（B）扩散所需的氧化层；然后利用光刻腐蚀工艺制作出B扩散区，并进行B扩散工艺形成P+区2；接着通过CVD工艺淀积SiO2和氮化硅薄膜，并进行光刻腐蚀形成介质层4；接着通过CVD工艺淀积多晶硅薄膜，并进行光刻腐蚀工艺形成多晶硅层3。如此，通过以上工艺流程将在半导体衬底1上制造出完整的低通滤波器芯片。
接下来进行低通滤波器的正面金属化工艺。
首先，将待蒸发的芯片放入硫酸与双氧水的混合溶液中清洗，时间是20分钟，然后放入去离子水中冲水，时间是10分钟，之后取出甩干。硫酸与双氧水的体积比是10:1，温度120±5℃。硫酸与双氧水具有强氧化性，对有机物很好的去除能力，同时又具有强酸性，对其它的颗粒也有很好的清洗作用，经过处理的芯片表面干净无杂质，满足工艺要求。
然后，将经过上述步骤的芯片放入稀释的氢氟（HF）酸溶液中浸泡30秒，取出放入去离子水槽中冲洗10分钟，之后取出甩干。HF:去离子水的体积比为1:50，温度控制在20-23℃之间。半导体衬底1在空气中放置以及经过硫酸和双氧水混合液的清洗，表面会产生薄薄的氧化层，这将会影响金属与芯片的接触，经过稀氢氟酸清洗后，芯片表面的氧化层将会去除。
随后将经过上述步骤的芯片装入蒸发台中，真空达到4.0E-6Torr以下时开始加热，温度达到160℃，真空达到2.0E-6Torr以下时，开始蒸发。蒸发顺序依次是Al5、Ti6、Ni7、Ag8,如图1所示。真空环境能够避免蒸发过程中引入其它杂质，温度加热到160℃使芯片与金属层有更好的粘附性。多层金属的结构兼顾了金属与芯片的粘附性和封装工艺对金属层的要求。优选的，在蒸银开始10分钟后停止加热，减少降温的时间，提高生产效率。较佳的，此步骤与上一步骤（芯片使用氢氟酸清洗）的时间间隔控制在2小时以内，否则由于芯片正面在空气中氧化容易出现金属层脱落的现象。
最后，通过光刻腐蚀工艺，制作出低通滤波器的电极，Al5、Ti6、Ni7、Ag8。
综上所述，本发明采用多层金属工艺，并配合清洗、蒸发工艺完成。芯片蒸发前的清洗工艺对蒸发本身有很大的影响，硫酸与双氧水能够很好的去除前道工序残留的有机物和杂质，稀氢氟酸能有效去除芯片表面的自然氧化层。经过两步清洗工艺后，芯片表面达到了蒸发所需要的理想状态。此外，蒸发过程中严格控制蒸发的工艺条件，温度真空的控制都是影响蒸发质量的重要因素。并且，金属Al5与硅片和介质层有良好的粘附性，过渡层Ti6和Ni7，与相邻的金属粘附性好，金属Ag8有优良的导电性，适合现有的封装工艺，因此本发明低通滤波器的正面金属化工艺在金属与芯片在粘附性、芯片的导电性、封装焊接方面得到提升。
Claims (6)
1.一种半导体器件正面金属化工艺，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底；
在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag。
2.根据权利要求1所述的半导体器件正面金属化工艺，其特征在于，所述半导体衬底为P型衬底。
3.根据权利要求1所述的半导体器件正面金属化工艺，其特征在于，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag之前，还包括：将所述半导体衬底放入硫酸与双氧水的混合溶液中清洗，然后放入去离子水中冲洗，之后取出甩干。
4.根据权利要求1或3所述的半导体器件正面金属化工艺，其特征在于，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag之前，还包括：将所述半导体衬底放入稀释的HF酸溶液中清洗，然后放入去离子水中冲洗，之后取出甩干。
5.根据权利要求1所述的半导体器件正面金属化工艺，其特征在于，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag的步骤中，将所述半导体衬底装入蒸发台中，真空抽到4.0E-6Torr时开始加热，温度达到160℃且真空达到2.0E-6Torr时开始蒸发。
6.根据权利要求5所述的半导体器件正面金属化工艺，其特征在于，在所述半导体衬底正面依次蒸发Al、Ti、Ni和Ag的步骤中，蒸发银开始10分钟后停止加热。
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