CN109256331B - 一种超薄芯片背面金属溅射的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电子芯片领域，具体而言，涉及一种超薄芯片背面金属溅射的方法。所述方法至少包括以下步骤：(a)制作的片托用于承片，制作的机械手臂用于DCM传动，改造片筐适用于超薄芯片；(b)更换三个腔室的靶材，设定好预设的工艺条件，使用程序做设备PM恢复后验证；(c)将清洗后的超薄芯片放置于片托上；(d)将装有超薄芯片的片托放入溅射台片筐内，调整放片方向防止超薄芯片在传动过程出现位移；(e)调整片筐升降台角度，以便有利于超薄芯片传动；(f)选择相应片齿及程序运行设备；(g)将完成溅射的超薄芯片从片托上取下放入传片筐待传。

Description

一种超薄芯片背面金属溅射的方法
技术领域
本发明涉及微电子芯片领域，具体而言，涉及一种超薄芯片背面金属溅射的方法。
背景技术
IGBT从1988年出现到目前归纳起来国际上总共经历了6代产品，第一代平面穿透型(PT)，第二代改进的平面穿透型(PT)，第三代沟槽型 (Trench)，第四代透明集电区非穿透性(NPT)，第五代电场截止型(FS)，第六代沟槽型电场截止型(FS-Trench)。芯片的发展趋势是小管芯、大硅片、新材料、薄片工艺，其中薄片工艺主要是减少热阻，减小衬底电阻从而减小通态损耗，而薄片工艺一直是工艺技术瓶颈，需要先进的工艺技术与先进的工艺设备。
发明内容
本发明的目的包括提供一种超薄芯片背面金属溅射的方法，其能够改善IGBT产品背面金属的方法，通过溅射的方式实现背面金属化，该方法能够提高芯片的质量，保证品质稳定，有利于大规模流水线生产。
本发明的另一目的包括提供一种超薄IGBT产品，其通过上述方法制成，该IGBT产品具有品质高、稳定性好的优点，达到了世界先进水平。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种超薄芯片背面金属溅射的方法，方法至少包括以下步骤：
(a)制作的片托用于承片，制作的机械手臂用于DCM传动，改造片筐适用于超薄芯片；
(b)更换三个腔室的靶材，设定好预设的工艺条件，使用程序做设备 PM恢复后验证；
(c)将清洗后的超薄芯片放置于片托上；
(d)将装有超薄芯片的片托放入溅射台片筐内，调整放片方向防止超薄芯片在传动过程出现位移；
(e)调整片筐升降台角度，以便有利于超薄芯片传动；
(f)选择相应片齿及程序运行设备；
(g)将完成溅射的超薄芯片从片托上取下放入传片筐待传。
在本发明的一种实施例中：
上述所制作的片托使用石英材质或金属材质，形状与超薄芯片相似，较超薄芯片尺寸略大，可以用来限制超薄芯片位置。
在本发明的一种实施例中：
上述改造的机械手与原机械手形状完全一致，机械手承片台边缘大一圈以便片托可以刚好落入机械手承片台上(即尺寸大于机械手承片台边缘)。
在本发明的一种实施例中：
上述改造的片筐为13齿片筐，以防止因超薄芯片翘曲引起的传动异常。
在本发明的一种实施例中：
上述放片方法上要求超薄芯片平边与片托平边平行。
在本发明的一种实施例中：
上述放片方法上要求片托平边与片筐平边呈45°角。
在本发明的一种实施例中：
上述片筐升降台角度需要根据片筐进行调整，以便于机械手从片筐中将片托取出。
在本发明的一种实施例中：
上述超薄芯片溅射结束后将超薄芯片从片托上取下，放入传片筐内待传。
在本发明的一种实施例中：
上述背面金属材料选择如下：
第一种是纯铝，作为与硅直接接触的第一种材料，第二种是镍矾合金，作为背面金属的中间材料，第三种是纯银，作为背面金属的表层材料。
一种超薄IGBT产品，其经由上述任一项的方法制备得到。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明提供的超薄IGBT产品背面金属化的方法是采用直流溅射的方法所制作的，其背面金属品质明显优于蒸发工艺的背面金属，其第一项优越性在于溅射金属较纯净，沾污少。首先靶材材料纯度较高，从材料供应商出厂到安装到溅射台上不涉及化学处理、存储、手工夹取等二次沾污的隐患，一旦安装后该靶材一直处于真空状态，洁净度水平与真空腔室保持一致，溅射过程中不会引入多余杂质，而蒸发工艺在材料洁净度上首先是无法保证的，在存储、夹取及化学处理过程会引入不同程度的杂质。其次在蒸发过程中由于需要使用电子束加热，在电子束扫描过程中不可避免的会引入坩埚上的杂质，因此金属的纯度无法保证。再次蒸发过程中存在充放气过程，充放气过程中芯片、蒸发源、蒸发腔室同时与大气接触，易被空气中的水汽、氧气及其他杂质沾污，实际蒸发腔室的洁净度水平与溅射腔室至少差2个数量级。其第二项优越性在于金属致密度好，附着力强。直流溅射工艺利用氩气电离通过电场加速实现金属的致密化淀积，有研究表明其附着力可以达到蒸发工艺的100倍以上(蒸发工艺使用电子束加热，在真空条件下结合分子平均自由程利用蒸发热运动，其致密性及附着力远远差于溅射工艺)。
本发明提供的超薄IGBT产品背面金属溅射的方法突破了普通溅射台不能加工超薄芯片的限制，为突破国际高端设备封锁，降低溅射成本提供了新的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的超薄芯片背面金属溅射的方法的示意图；
图2是本发明实施例提供的方法中材料选择后实施在超薄芯片上的背面金属的示意图；
图3是本发明实施例提供的方法中过程实现中步骤(a)中的石英片托示意图；
图4是本发明实施例提供的方法中过程实现中步骤(a)中的DCM机械手示意图及步骤(b)中的更换三个腔室靶材示意图；
图5是本发明实施例提供的方法中过程实现中步骤(c)中超薄芯片放入片托的示意图；
图6是本发明实施例提供的方法中过程实现中步骤(d)中片筐示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
请参照图1至图6，以了解超薄芯片背面金属溅射的方法的细节。一种超薄芯片背面金属溅射的方法，方法至少包括以下步骤：
(a)制作的片托用于承片，制作的机械手臂用于DCM传动，改造片筐适用于超薄芯片；
(b)更换三个腔室的靶材，设定好预设的工艺条件，使用程序做设备 PM恢复后验证；
(c)将清洗后的超薄芯片放置于片托上；
(d)将装有超薄芯片的片托放入溅射台片筐内，调整放片方向防止超薄芯片在传动过程出现位移；
(e)调整片筐升降台角度，以便有利于超薄芯片传动；
(f)选择相应片齿及程序运行设备；
(g)将完成溅射的超薄芯片从片托上取下放入传片筐待传。
进一步的，上述所制作的片托使用石英材质或金属材质，形状与超薄芯片相似，较超薄芯片尺寸略大，可以用来限制超薄芯片位置。
进一步的，上述改造的机械手与原机械手形状完全一致，机械手承片台边缘大一圈以便片托可以刚好落入机械手承片台上。
进一步的，上述改造的片筐为13齿片筐，以防止因超薄芯片翘曲引起的传动异常。
进一步的，上述放片方法上要求超薄芯片平边与片托平边平行。
进一步的，上述放片方法上要求片托平边与片筐平边呈45°角。
进一步的，上述片筐升降台角度需要根据片筐进行调整，以便于机械手从片筐中将片托取出。
进一步的，上述超薄芯片溅射结束后将超薄芯片从片托上取下，放入传片筐内待传。
进一步的，需要说明的是，第一方面，本发明的实施例提供的超薄芯片背面金属溅射的方法首先确定了背面溅射材料及工艺，具体包括(a)背面金属材料选择。第一种是纯铝，作为与硅直接接触的第一种材料，第二种是镍矾合金，作为背面金属的中间材料，第三种是纯银，作为背面金属的表层材料。(b)背面溅射工艺的选择。本底真空达到1E-7torr以上，衬底温度采用室温，溅射功率及电离气体压力依据不同金属特性分别确定。
其次实现了超薄芯片的加工过程，具体包括(a)制作的片托用于承片，制作的机械手臂用于DCM传动，改造片筐适用于超薄芯片。(b)更换三个腔室的靶材，设定好确定的工艺条件，使用程序做设备PM恢复后验证。(c) 将清洗后的超薄芯片放置于片托上。(d)将装有超薄芯片的片托放入溅射台片筐内，调整放片方向防止超薄芯片在传动过程出现位移。(e)调整片筐升降台角度，以便有利于超薄芯片传动。(f)选择相应片齿及程序运行设备。(g)将完成溅射的超薄芯片从片托上取下放入传片筐待传。
本发明提供的超薄IGBT产品背面金属化的方法是采用直流溅射的方法所制作的，其背面金属品质明显优于蒸发工艺的背面金属，其第一项优越性在于溅射金属较纯净，沾污少。
首先靶材材料纯度较高，从材料供应商出厂到安装到溅射台上不涉及化学处理、存储、手工夹取等二次沾污的隐患，一旦安装后该靶材一直处于真空状态，洁净度水平与真空腔室保持一致，溅射过程中不会引入多余杂质，而蒸发工艺在材料洁净度上首先是无法保证的，在存储、夹取及化学处理过程会引入不同程度的杂质。
其次在蒸发过程中由于需要使用电子束加热，在电子束扫描过程中不可避免的会引入坩埚上的杂质，因此金属的纯度无法保证。
再次蒸发过程中存在充放气过程，充放气过程中芯片、蒸发源、蒸发腔室同时与大气接触，易被空气中的水汽、氧气及其他杂质沾污，实际蒸发腔室的洁净度水平与溅射腔室至少差2个数量级。
其第二项优越性在于金属致密度好，附着力强。直流溅射工艺利用氩气电离通过电场加速实现金属的致密化淀积，有研究表明其附着力可以达到蒸发工艺的100倍以上(蒸发工艺使用电子束加热，在真空条件下结合分子平均自由程利用蒸发热运动，其致密性及附着力远远差于溅射工艺)。
本发明实施例还提供一种超薄IGBT产品，其经由上述任一项的方法制备得到。本发明实施例提供的超薄IGBT产品背面金属溅射的方法突破了普通溅射台不能加工超薄芯片的限制，为突破国际高端设备封锁，降低溅射成本提供了新的方法。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超薄芯片背面金属溅射的方法，其特征在于：
所述方法至少包括以下步骤：
(a)制作的片托用于承片，制作的机械手臂用于DCM传动，改造片筐适用于超薄芯片；
(b)更换三个腔室的靶材，设定好预设的工艺条件，做设备PM恢复后验证；
(c)将清洗后的超薄芯片放置于片托上；
(d)将装有超薄芯片的片托放入溅射台片筐内，调整放片方向防止超薄芯片在传动过程出现位移；背面溅射工艺的选择；本底真空达到1E-7torr以上，衬底温度采用室温，溅射功率及电离气体压力依据不同金属特性分别确定；本方法采用直流溅射，直流溅射工艺利用氩气电离通过电场加速实现金属的致密化淀积；
(e)调整片筐升降台角度，以便有利于超薄芯片传动；
(f)选择片齿运行设备；
(g)将完成溅射的超薄芯片从片托上取下放入传片筐待传；
所制作的片托使用石英材质或金属材质，形状与超薄芯片相似，较超薄芯片尺寸大，可以用来限制超薄芯片位置；
改造的机械手与原机械手形状完全一致，机械手承片台边缘大于片托以便片托可以刚好落入机械手承片台上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
改造的片筐为13齿片筐，以防止因超薄芯片翘曲引起的传动异常。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
放片方法上要求超薄芯片平边与片托平边平行。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于：
放片方法上要求片托平边与片筐平边呈45°角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：片筐升降台角度需要根据片筐进行调整，以便于机械手从片筐中将片托取出。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
背面金属材料选择如下：
第一种是纯铝，作为与硅直接接触的第一种材料，第二种是镍矾合金，作为背面金属的中间材料，第三种是纯银，作为背面金属的表层材料。
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