CN204424217U - 一种金属电极制造装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种金属电极制造装置，装置包括由下至上依次设置的载片台(1)、盖板(4)和固定件(5)，载片台(1)中心设有方形孔，金属掩膜罩(2)跨放在所述方形孔上；位于金属掩膜罩(2)上方的所述盖板(4)纵剖面为延长的倒置凹槽，其两端的凸块支撑在载片件上；硅片上设有芯片，芯片的发射极为厚金属电极，金属掩膜罩(2)依据芯片的发射极的形状制备。该金属电极制造装置，金属通过金属掩膜罩的窗口到达硅片表面，在指定的区域淀积形成厚金属电极，减少了一次光刻和一次金属刻蚀工艺，缩短了加工周期，降低了生成成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体制备工艺，具体涉及一种金属电极制造装置。
背景技术
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)具有能够提供高工作电压、高耐压、大电流、高速、饱和压降低、低开关损耗、简单的门极电压控制、优良的开关可控性和高可靠性、低成本等优点，是当前电力电子的技术领域中最具有优势的功率器件之一，在高频中小容量的电力电子系统和装置中广泛应用，作为电力电子重要大功率主流器件之一的IGBT已经广泛应用于家用电器、交通运输、电力工程、可再生能源和智能电网等领域。在工业应用方面，如交通控制、功率变换、工业电机、不间断电源、风电与太阳能设备，以及用于自动控制的变频器。在消费电子方面，IGBT用于家用电器、相机和手机。传统的IGTB模块(含IGBT芯片和快速恢复二极管FRD芯片，二者有效结合，将转换状态的损耗减少)采用铝引线和陶瓷覆铜基板的多芯片并联的封装方式，由于工作中产生的热量只能通过覆铜基板导出，其散热性能、耐热冲击能力及可靠性均低于同等电压等级的大功率晶闸管。
为了解决上述问题，国际厂商如ABB、Westcode、东芝、富士等推出压接式IGBT模块，其封装形式参考了传统的晶闸管封装样式，电极引出采用金属压接代替铝引线以实现双面散热。同时，压接式封装模块可以实现短路失效，该特性在高压直流输电领域尤其重要，在系统设计时增加冗余的器件，当串联的IGBT中有一个或多个(小于设计冗余)失效时仍可以正常工作。
由于压接式封装，芯片要承受很高的压力(2kN或更高)，这个压力会对芯片的结构和电特性带来影响。为降低这种影响，可在传统IGBT和FRD芯片的电极基础上增加一层软金属(例如银、铝或铝合金)或增加金属电极厚度，利用金属的延展性降低压接封装时的压力对芯片的影响。
电极上增加一层软金属或增加电极厚度，有两种方案可选择：其一，常规金属电极完成后，再沉淀第二层金属、光刻、金属刻蚀；其二，直接淀积厚金属，通过两次光刻、金属刻蚀来完成。两种方案都需要增加一道光刻工艺，导致芯片加工周期延长和加工成本增高。
实用新型内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种金属电极制造装置。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种电极制造装置，装置包括由下至上依次设置的载片台1、盖板4和固定件5，载片台1中心设有方形孔，金属掩膜罩2跨放在方形孔上；位于金属掩膜罩2上方的盖板4纵剖面为延长的倒置凹槽，其两端的凸块支撑在载片件上；硅片上设有芯片，芯片包括元胞区、终端区和焊盘区；元胞区、终端区和焊盘区均包括N型衬底设置在N型衬底表面并行排列的场氧化层和栅氧化层、在场氧化层和栅氧化层的表面覆盖有多晶硅层、在多晶硅层的表面覆盖有层间介质ILD，在层间介质ILD的表面覆盖有金属电极金属电极包括沟槽形状的沟槽发射极，发射极为厚金属电极，金属掩膜罩2依据芯片的发射极的形状制备。
进一步的，下表面分布有芯片的硅片3嵌设于金属掩膜罩2的凹槽内，凹槽纵剖面为阶梯型，金属掩膜罩2置于可调载片台1上，盖板4罩设于金属掩膜罩2且其内表面与硅片3上表面贴合，固定件5为一端设于载片台1上且另一端压设于盖板4上的弹簧片。
进一步的，金属掩膜罩2采用不锈钢或铝合金材料，金属掩膜罩2厚度为20～200um。
进一步的，金属掩膜罩2的凹槽的纵剖面的阶梯高10～100um。
在边缘区域增加台阶，使加工过程中芯片与金属掩膜罩没有接触。
进一步的，金属掩膜罩2的凹槽底面对应硅片3上芯片的电极位置设有通孔。
一种电极制造装置的电极制造方法，包括如下步骤：
(1)硅片清洗：将金属化工艺加工后的硅片经药液清洗；
(2)将金属掩膜罩放置于载片台上；
(3)放置硅片：将经步骤1净化处理的硅片置于金属掩膜罩2上，使用盖板4和固定件5将硅片固定；
将硅片放置到载片台上，使用硅片的定位边或定位孔进行定位，使金属掩膜罩的窗口区域对准硅片上需要淀积金属的位置；
(4)金属蒸镀；
根据器件设计的需求，使用真空蒸镀设备进行单层或多层金属蒸镀，金属通过金属掩膜罩的窗口，在硅片的芯片上需要的位置淀积；为了去除金属表面的氧化层，进一步改善表面状态和提高厚金属的附着性，真空蒸镀设备中集成了等离子发生装置，在蒸镀前使用等离子体氩或者氮轰击第一层金属表面；
淀积的金属膜厚度为4～15um；
(5)移除盖板，取出样品。
移除固定硅片的金属盖板，硅片取出，厚金属电极形成。
本方法的加工工艺模块也可以在正面钝化工艺结束后，或者背面金属工艺完成后进行，可以根据实际的加工条件进行选择。工艺模块加工位置灵活，有三个位置可以选择：
(1)第一次正面金属化工艺完成后；
(2)钝化工艺完成后；
(3)背面金属化工艺完成后。
进一步的，步骤1使用药液为丙酮或异丙醇。
进一步的，硅片经步骤1药液清洗后，在真空工艺腔内，使用等离子发生装置轰击金属化工艺加工的第一层金属表面。
进一步的，等离子体发生装置产生的等离子体为氩或氮等离子体。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：
1.本实用新型的金属电极制造装置，在蒸镀过程中，金属通过金属掩膜罩的窗口到达硅片的芯片表面，在指定的区域淀积形成厚金属电极，减少了一次光刻和一次金属刻蚀工艺，缩短了加工周期，降低了生成成本。
2.本实用新型的金属电极装置不使用光刻工艺，大大降低了生成成本，缩短加工周期，提高生产效率。
3.本实用新型的金属电极装置，芯片与金属掩膜罩没有接触，使硅片与金属掩膜罩接触的区域没有金属淀积，避免了芯片接触损伤，避免了蒸镀完成后硅片与金属掩膜罩粘附在一起。
4.本实用新型的金属电极制造装置在金属掩膜罩边缘加工形成10～100um的台阶，避免芯片与金属掩膜罩之间接触发生损伤。
附图说明
图1是金属电极制造工艺流程图；
图2是金属电极制造装置示意图；
图3是金属电极蒸镀完成后示意图；
图4是图3的局部放大图；
其中，1-载片台，2-金属掩膜罩，3-硅片，4-盖板，5-弹簧片，6-金属膜，7-台阶；
具体实施方式
下面结合实例对本实用新型进行详细的说明。
实施例1：
如图1所示，本实用新型的一种电极制造装置，装置包括由下至上依次设置的载片台1、盖板4和固定件5，载片台1由在同一平面上的两块载片件组成，金属掩膜罩2跨放在其上；位于金属掩膜罩2上方的盖板4剖面为拉长的倒置凹槽，其两端的凸块支撑在载片件上；依据设于硅片上的芯片的电极形状敷设的金属掩膜罩2。
下表面分布有芯片的硅片3嵌设于金属掩膜罩2的凹槽内，凹槽纵剖面为阶梯型，金属掩膜罩2置于可调载片台1上，盖板4罩设于金属掩膜罩2且其内表面与硅片3上表面贴合，固定件5为一端设于载片台1上且另一端压设于盖板4上的弹簧片。
金属掩膜罩2采用不锈钢，金属掩膜罩2厚度为20um。
金属掩膜罩2的凹槽的纵剖面的阶梯高10um。
在边缘区域增加台阶，使加工过程中芯片与金属掩膜罩没有接触。
金属掩膜罩2的凹槽底面对应硅片3上芯片的电极位置设有通孔。
电极制造方法，包括如下步骤：
(1)硅片清洗：将金属化工艺加工后的硅片经丙酮清洗；
(2)将金属掩膜罩放置于载片台上；
(3)放置硅片：将经步骤1净化处理的硅片置于金属掩膜罩2上，使用盖板4和固定件5将硅片固定；
(4)将硅片放置到载片台上，使用硅片的定位边或定位孔进行定位，使金属掩膜罩的窗口区域对准硅片上需要淀积金属的位置；
为了去除金属表面的氧化层，进一步改善表面状态和提高厚金属的附着性，真空蒸镀设备中集成了等离子发生装置，在蒸镀前使用等离子体氩轰击第一层金属表面；
(5)金属蒸镀；
使用真空蒸镀设备进行单层，金属通过金属掩膜罩的窗口，在硅片的芯片上需要的位置淀积；淀积的金属膜厚度为4um；
(6)移除盖板，取出样品。
移除固定硅片的金属盖板，硅片取出，厚金属电极形成。
实施例2
如图1所示，本实用新型的一种电极制造装置，装置包括由下至上依次设置的载片台1、盖板4和固定件5，载片台1由在同一平面上的两块载片件组成，金属掩膜罩2跨放在其上；位于金属掩膜罩2上方的盖板4剖面为拉长的倒置凹槽，其两端的凸块支撑在载片件上；依据设于硅片上的芯片的电极形状敷设的金属掩膜罩2。
下表面分布有芯片的硅片3嵌设于金属掩膜罩2的凹槽内，凹槽纵剖面为阶梯型，金属掩膜罩2置于可调载片台1上，盖板4罩设于金属掩膜罩2且其内表面与硅片3上表面贴合，固定件5为一端设于载片台1上且另一端压设于盖板4上的弹簧片。
金属掩膜罩2采用铝合金材料，金属掩膜罩2厚度为200um。
金属掩膜罩2的凹槽的纵剖面的阶梯高10um。
在边缘区域增加台阶，使加工过程中芯片与金属掩膜罩没有接触。
金属掩膜罩2的凹槽底面对应硅片3上芯片的电极位置设有通孔。
电极制造方法，包括如下步骤：
(1)钝化工艺完成后,将硅片经异丙醇清洗；
(2)将金属掩膜罩放置于载片台上；
(3)放置硅片：将经步骤1净化处理的硅片置于金属掩膜罩2上，使用盖板4和固定件5将硅片固定；
将硅片放置到载片台上，使用硅片的定位边或定位孔进行定位，使金属掩膜罩的窗口区域对准硅片上需要淀积金属的位置；
(4)金属蒸镀；
为了去除金属表面的氧化层，进一步改善表面状态和提高厚金属的附着性，真空蒸镀设备中集成了等离子发生装置，在蒸镀前使用等离子体氮轰击第一层金属表面；
使用真空蒸镀设备进行多层金属蒸镀，金属通过金属掩膜罩的窗口，在硅片的芯片上需要的位置淀积；淀积的金属膜厚度为15um；
(5)移除盖板，取出样品；
(6)移除固定硅片的金属盖板，硅片取出，厚金属电极形成。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种金属电极制造装置，装置包括由下至上依次设置的载片台(1)、盖板(4)和固定件(5)，其特征在于：所述载片台(1)中心设有方形孔，金属掩膜罩(2)跨放在所述方形孔上；位于金属掩膜罩(2)上方的所述盖板(4)纵剖面为延长的倒置凹槽，其两端的凸块支撑在所述载片件上；硅片上设有芯片，所述芯片包括元胞区、终端区和焊盘区；所述元胞区、终端区和焊盘区均包括N型衬底设置在N型衬底表面并行排列的场氧化层和栅氧化层、在场氧化层和栅氧化层的表面覆盖有多晶硅层、在所述多晶硅层的表面覆盖有层间介质ILD，在层间介质ILD的表面覆盖有金属电极所述金属电极包括沟槽形状的沟槽发射极，所述发射极为厚金属电极，所述金属掩膜罩(2)依据所述芯片的发射极的形状制备。
2.如权利要求1所述的一种金属电极制造装置，其特征在于：下表面分布有芯片的硅片(3)嵌设于所述金属掩膜罩(2)的凹槽内，所述凹槽纵剖面为阶梯型，所述金属掩膜罩(2)置于可调载片台(1)上，所述盖板(4)罩设于所述金属掩膜罩(2)且其内表面与硅片(3)上表面贴合，所述固定件(5)为一端设于所述载片台(1)上且另一端压设于所述盖板(4)上的弹簧片。
3.如权利要求1所述的一种金属电极制造装置，其特征在于：所述金属掩膜罩(2)采用不锈钢或铝合金材料，所述金属掩膜罩(2)厚度为20～200um。
4.如权利要求2所述的一种金属电极制造装置，其特征在于：所述金属掩膜罩(2)的凹槽的纵剖面的阶梯高10～100um。
5.如权利要求2所述的一种金属电极制造装置，其特征在于：所述金属掩膜罩(2)的凹槽底面对应硅片(3)上芯片的电极位置设有通孔。
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| GR01 | Patent grant |