RU2718134C1 - Электродная структура тыльного электрода полупроводниковой подложки, способ ее получения и распыляемая мишень для применения в получении электродной структуры - Google Patents

Электродная структура тыльного электрода полупроводниковой подложки, способ ее получения и распыляемая мишень для применения в получении электродной структуры Download PDF

Info

Publication number
RU2718134C1
RU2718134C1 RU2019122822A RU2019122822A RU2718134C1 RU 2718134 C1 RU2718134 C1 RU 2718134C1 RU 2019122822 A RU2019122822 A RU 2019122822A RU 2019122822 A RU2019122822 A RU 2019122822A RU 2718134 C1 RU2718134 C1 RU 2718134C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
alloy
electrode
back electrode
less
Prior art date
Application number
RU2019122822A
Other languages
English (en)
Inventor
Йохей МИЗУНО
Тецуя КАТО
Тихару ИСИКУРА
Original Assignee
Танака Кикинзоку Когио К.К.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Танака Кикинзоку Когио К.К. filed Critical Танака Кикинзоку Когио К.К.
Application granted granted Critical
Publication of RU2718134C1 publication Critical patent/RU2718134C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45—Ohmic electrodes
    • H01L29/456—Ohmic electrodes on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28568—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising transition metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3426—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by physical means, e.g. sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401—Multistep manufacturing processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41741—Source or drain electrodes for field effect devices for vertical or pseudo-vertical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45—Ohmic electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электродной структуре тыльного электрода, способу получения электродной структуры тыльного электрода и распыляемой мишени для формирования слоя Ag-го сплава для применения в способе получения электродной структуры тыльного электрода. Электродная структура тыльного электрода, сформированного на тыльной поверхности полупроводниковой подложки и имеющего многослойную структуру, включает металлические слои, наслоенные в следующем порядке: слой Ti, слой Ni и слой Ag-го сплава, где слой Ag-го сплава включает сплав Ag и дополнительного металла M, выбранного из Sn, Sb и Pd, электродная структура тыльного электрода выполнена так, что, когда тыльный электрод подвергается элементному анализу с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра в направлении глубины от слоя Ag-го сплава к слою Ni, на границе между слоем Ni и слоем Ag-го сплава наблюдается промежуточная область, где могут быть обнаружены спектры, полученные от всех металлов, т.е. Ni, Ag и дополнительного элемента M, и, когда содержание каждого металла в промежуточной области пересчитывается, исходя из спектров, полученных от всех металлов, т.е. Ni, Ag и дополнительного элемента M, максимум содержания дополнительного элемента M составляет 5 ат. % или более. Изобретение обеспечивает получение электродной структуры тыльного электрода, устойчивой к вызывающему поломку электрода расслоению, которое возникает вблизи слоя Ni. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Description

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к электродной структуре тыльного электрода, сформированного на тыльной (обратной) поверхности полупроводниковой подложки полупроводникового устройства, такого как силовой модуль. Оно, в частности, относится к тыльному электроду, сформированному на тыльной поверхности полупроводниковой подложки и имеющему многослойную структуру из слоя Ti/слоя Ni/слоя Ag-го сплава, которая превосходна в свойствах связывания между слоем Ni и слоем Ag-го сплава, а также в устойчивости к отслаиванию.
Предпосылки создания изобретения
[0002] В полупроводниковом устройстве, называемом силовым модулем, таком как MOSFET (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник) или IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), электрод устанавливается на каждой из передней и тыльной поверхностей полупроводниковой подложки, такой как Si или SiC, тем самым обеспечивая проводимость в вертикальном направлении. В качестве такого тыльного электрода, установленного на тыльной поверхности полупроводниковой подложки, обычно применяется электрод с многослойной структурой, сформированный слоистым изделием из множества металлических слоев.
[0003] Конкретная конфигурация тыльного электрода является следующей. На полупроводниковой подложке формируется слой Ti для обеспечения адгезии к подложке и формирования электрического омического перехода, а на слое Ti формируется слой Ni для обеспечения связывающих свойств между подложкой и припоем при монтаже полупроводниковой подложки. Дополнительно, для улучшения связывающих свойств слоя Ni, с точки зрения предотвращения поверхностного окисления слоя Ni, формируется слой Ag. В качестве примера полупроводникового устройства, применяющего такой тыльный электрод с многослойной структурой из слоя Ti/слоя Ni/слоя Ag, может быть упомянуто устройство, описанное, например, в патентном документе 1. В данном случае электродная структура тыльного электрода по сути является вышеупомянутой трехслойной структурой. Однако, в некоторых случаях в качестве нижележащего слоя для слоя Ti дополнительно формируется контактный слой, выполненный из металла с низким электронным барьером для Si, формирующего полупроводниковую подложку, такого как Al.
Документы уровня техники
Патентные документы
[0004] Патентный документ 1: JP 2003-347487 A
Сущность изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
[0005] В силовом модуле и т.п. с установленной в нем полупроводниковой подложкой, оснащенной вышеупомянутым тыльным электродом с многослойной структурой, в то время как размер устройства становится меньше и меньше, выходная мощность увеличивается. При такой тенденции температура смонтированного полупроводникового устройства растет, и его долговечность стала предметом беспокойства. Чтобы справиться с таким ростом температуры в полупроводниковом устройстве, были изучены меры, такие как улучшение свойств рассеяния тепла теплоотвода, смонтированного на подложке, и также ожидается, что будет эффективным улучшение электродной структуры.
[0006] В качестве направления улучшения электродной структуры, в частности, относительно вышеописанного тыльного электрода с многослойной структурой, проблемой было улучшение адгезии между слоем Ni и слоем Ag. Согласно исследованиям, выполненным авторами настоящего изобретения, в ходе использования модуля между слоем Ni и слоем Ag может возникать расслоение, вызывая неисправность. Также в прошлом такая поломка электрода вследствие расслоения была явлением, которое может быть проблемой. Однако, в будущих полупроводниковых устройствах с более высокой выходной мощностью, это явление, как ожидается, станет даже более серьезной проблемой.
[0007] Настоящее изобретение было выполнено относительно вышеупомянутого уровня техники и относится к электродной структуре тыльного электрода полупроводниковой подложки, которая устойчива к вызывающему поломку электрода расслоению, которое возникает вблизи слоя Ni. Дополнительно, также будет раскрыт способ получения такой электродной структуры.
Средство решения проблем
[0008] Настоящее изобретение, которое решает вышеописанные проблемы, является электродной структурой тыльного электрода, сформированного на тыльной поверхности полупроводниковой подложки и имеющего многослойную структуру, включающую металлические слои, наслоенные в следующем порядке от полупроводниковой подложки: слой Ti, слой Ni и слой Ag-го сплава. Слой Ag-го сплава включает в себя сплав Ag и дополнительного металла (элемента) M, выбранного из Sn, Sb и Pd. Электродная структура тыльного электрода выполнена так, что, когда тыльный электрод подвергается элементному анализу с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра в направлении глубины от слоя Ag-го сплава к слою Ni, на границе между слоем Ni и слоем Ag-го сплава, наблюдается промежуточная область, где могут быть обнаружены спектры (спектральные характеристики), получаемые от всех металлов, т.е. Ni, Ag и дополнительного элемента M, и дополнительно, когда содержание (ат.%) каждого металла в промежуточной области пересчитывается на основе спектров, получаемых от всех металлов, т.е. Ni, Ag и дополнительного элемента M, максимум содержания дополнительного элемента M составляет 5 ат.% или более.
[0009] Согласно настоящему изобретению, с точки зрения адгезии, сочетание Ni и Ag не является изначально предпочтительным сочетанием металлов. Обычно множество металлов имеют некоторую адгезию при наслоении посредством технологии получения тонких пленок, такой как метод напыления, метод вакуумного осаждения, метод нанесения покрытий или CVD-метод (химическое осаждение из паровой фазы). Однако, это необязательно применяется ко всем сочетаниям, и некоторые сочетания металлов являются плохими в адгезии. Также в сочетании Ni и Ag, непосредственно после получения тыльного электрода вышеуказанным методом, не возникают легко дефекты или расслоение. Однако, поскольку это сочетание не является изначально сочетанием с высокой адгезией, вероятно в высокотемпературной атмосфере должно возникать расслоение.
[0010] В электродной структуре тыльного электрода согласно настоящему изобретению материал металлического слоя, сформированного на слое Ni, изменяется с Ag (чистого Ag) на Ag-ый сплав, содержащий заданный дополнительный элемент M, и также подходящим является состояние границы раздела между слоем Ni и слоем Ag-го сплава. В результате выполнения таких изменений в материале и структуре тыльного электрода получают тыльный электрод с многослойной структурой, устойчивой к расслоению. Далее здесь более подробно будет описан тыльный электрод согласно настоящему изобретению.
[0011] Электродная структура по настоящему изобретению включает в себя множество металлических слоев и применяется в качестве тыльного электрода полупроводниковой подложки. Металлические слои наслаиваются в следующем порядке от полупроводниковой подложки: слой Ti/слой Ni/слой Ag-го сплава. Этот порядок наслоения и техническая значимость слоя Ti и слоя Ni в основном являются такими же, как в предшествующем уровне техники.
[0012] Кроме того, техническая значимость слоя Ag-го сплава также является такой же, как в традиционном тыльном электроде. В настоящем изобретении, с целью намеренного формирования нижеописанной промежуточной области для улучшения адгезии к слою Ni, Ag (чистое Ag) изменяется на Ag-ый сплав. Кроме того, в процессе получения тыльного электрода, слой Ag-го сплава может действовать в качестве источника подачи элемента M в промежуточной области.
[0013] Слой Ag-го сплава выполняется из сплава Ag и дополнительного металла M, выбранного из Ag, Sn, Sb и Pd (сплав Ag-M). Эти три вида металлов применяются, поскольку, согласно конкретным исследованиям, выполненным авторами настоящего изобретения, эти металлы могут быть эффективными в обеспечении адгезии к Ni-слою.
[0014] Дополнительно, в электродной структуре согласно настоящему изобретению на границе между слоем Ag-го сплава и слоем Ni наблюдается промежуточная область, где составляющие элементы этих металлических слоев сосуществуют в конкретных условиях. Промежуточная область является областью, где, когда тыльный электрод подвергается элементному анализу с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра (XPS) в направлении глубины от слоя Ag-го сплава к слою Ni, на границе слоя Ni и слоя Ag-го сплава, одновременно детектируются все спектры, производные от Ni, Ag и дополнительного элемента M.
[0015] XPS является анализатором, который измеряет, исходя из энергии фотоэлектронов, высвободившихся при рентгеновском облучении на измеряемом образце, составные элементы образца и его электронное состояние (энергию связи). Дополнительно, XPS является анализатором, способным к превосходным качественному анализу и количественному анализу на месте измерения. Кроме того, в XPS в устройстве поочередно повторяются травление (распыление ионами аргона и т.д.) и измерение на образце, и результирующая спектральная информация анализируется, в результате чего могут быть оценены состав/состояние образца в направлении глубины.
[0016] Также в настоящем изобретении, когда применяется XPS, могут быть измерены спектры, получаемые от всех металлов из Ni, Ag и дополнительного элемента M, и, исходя из них, может быть измерено содержание (ат.%) каждого металла в промежуточной области. В промежуточной области в настоящем изобретении каждый из спектров Ni, Ag и дополнительного элемента M имеет независимое изменение, а дополнительный элемент M показывает изменение в форме симметричной, приблизительно шевронообразной кривой.
[0017] Дополнительно, в тыльном электроде согласно настоящему изобретению необходимо, чтобы пик спектра дополнительного элемента M, который имеет форму симметричной, приблизительно шевронообразной кривой, показывал максимум 5 ат.% или более. Когда максимальное количество дополнительного элемента M в промежуточной области меньше 5 ат.%, даже когда вместо чистого Ag наносится слой Ag-го сплава, адгезия к слою Ni является недостаточной, вызывая возможность расслоения. Дополнительно, когда максимальное количество дополнительного элемента M в промежуточной области увеличивается с 5 ат.% или более, эффект предотвращения расслоения слоя Ag-го сплава увеличивается. Максимальное количество дополнительного элемента M предпочтительно составляет 7 ат.% или более. Кроме того, верхний предел максимального количества дополнительного элемента M в промежуточной области предпочтительно составляет 40 ат.% или менее. Также, когда содержание дополнительного элемента M в промежуточной области является слишком высоким, адгезия к слою Ag-го сплава и слою Ni может уменьшаться. В данном случае толщина промежуточного слоя составляет предпочтительно 40 нм или более и 150 нм или менее, а более предпочтительно 70 нм или более и 150 нм или менее.
[0018] Кроме того, дополнительный элемент M является металлическим элементом, выбранным из Sn, Sb и Pd. Согласно исследованиям, выполненным авторами настоящего изобретения, за счет такого дополнительного элемента демонстрируются эффекты предотвращения отслаивания слоя Ag-го сплава. В случае, когда такой дополнительный элемент присутствует вблизи границы между слоем Ag-го сплава и слоем Ni и формирует промежуточную область вместе с Ag и Ni, обеспечивается адгезия.
[0019] Вышеописанная промежуточная область формируется между слоем Ni и слоем Ag-го сплава тыльного электрода. Здесь слой Ag-го сплава является металлическим слоем, имеющим ту же функцию, что и слой Ag в предшествующем уровне техники, и предотвращает поверхностное окисление слоя Ni. Этот слой Ag-го сплава выполняется из Ag-го сплава, содержащего вышеупомянутый дополнительный элемент M в количестве 1,5 ат.% или более и 4,5 ат.% или менее. Кроме того, толщина слоя Ag-го сплава предпочтительно составляет 50 нм или более и 1000 нм или менее. Когда толщина меньше 50 нм, эффект предотвращения окисления слоя Ni является недостаточным, в то время как толщина более 1000 нм приводит в результате к увеличенному механическому напряжению, возможно формирующему другую причину отслаивания от слоя Ni.
[0020] Слой Ag-го сплава формируется на поверхности слоя Ni. Техническим значением слоя Ni, как и в предшествующем уровне техники, является обеспечение связывающих свойств с припоем при монтаже полупроводниковой подложки. Его толщина предпочтительно составляет 200 нм или более и 7000 нм или менее.
[0021] Дополнительно, слой Ni формируется на поверхности слоя Ti. Технической значимостью слоя Ti является, как в предшествующем уровне техники, улучшение адгезии к подложке и установление электрического омического перехода на полупроводниковой подложке. Толщина слоя Ti предпочтительно составляет 20 нм или более и 1000 нм или менее.
[0022] Тыльный электрод с вышеописанной электродной структурой формируется на тыльной поверхности полупроводниковой подложки. Полупроводниковая подложка выполняется из полупроводника, такого как Si, SiC или GaN. Кроме того, также возможно, чтобы в качестве контактного слоя на полупроводниковой подложке формировался металлический слой, такой как Al, а тыльный электрод по настоящему изобретению (слой Ti/слой Ni/слой Ag-го сплава) формировался на нем.
[0023] Далее будет описан способ получения электродной структуры тыльного электрода по настоящему изобретению. Способ получения тыльного электрода по настоящему изобретению в основном аналогичен традиционному способу получения тыльного электрода. Т.е. в настоящем изобретении на полупроводниковой подложке последовательно формируются слой Ti и слой Ni, и дополнительно формируется слой Ag-го сплава. Однако, настоящий тыльный электрод имеет промежуточную область между слоем Ni и слоем Ag-го сплава, и, таким образом, требуется этап для его формирования. Здесь для процесса формирования промежуточной области целесообразными являются некоторые способы.
[0024] В качестве первого способа может быть предложен способ, в котором сначала получают электрод с трехслойной структурой из слоя Ti/слоя Ni/слоя Ag-го сплава, а затем из слоя Ag-го сплава на границу раздела со слоем Ni подается дополнительный элемент M, тем самым формируя промежуточную область. Этот способ является полезным в случае, когда дополнительный элемент M представляет собой Sn или Sb. Т.е. способ включает в себя этап формирования слоя Ti на тыльной поверхности полупроводниковой подложки, этап формирования слоя Ni на слое Ti, этап формирования на слое Ni слоя Ag-го сплава, включающего сплав Ag, содержащий Sn или Sb в количестве 2,0 мас.% или более и 9,5 мас.% или менее, и дополнительно, после формирования слоя Ag-го сплава, этап нагрева подложки до 100°C или более и 300°C или менее.
[0025] слой Ti, слой Ni и слой Ag-го сплава могут быть сформированы на подложке с помощью обычной технологии получения тонких пленок, такой как метод напыления, метод вакуумного осаждения, метод нанесения покрытий или CVD-метод. Толщина может регулироваться при известных условиях в каждом процессе. Предпочтительным методом формирования каждого металлического слоя является метод напыления.
[0026] В этом способе получения тыльного электрода, после того как на слое Ni сформирован слой Ag-го сплава, выполняют нагрев до 100°C или более и 300°C или менее, тем самым подавая дополнительный элемент M на границу раздела слоя Ni/слоя Ag-го сплава. Причина того, почему температура термической обработки составляет 100°C или более и 300°C или менее, заключается в том, что, когда температура меньше 100°C, дополнительный элемент M недостаточно подается в промежуточную область, в то время как, когда температура больше 300°C, внутренняя структура пленки изменяется, увеличивая влияние на шероховатость поверхности пленки. В данном случае время обработки при термической обработке предпочтительно составляет 15 минут или более и 120 минут или менее. Атмосфера термической обработки может быть нормальной атмосферой, может быть восстановительной атмосферой или неокисляющей атмосферой или может быть вакуумом.
[0027] Таким образом, способ получения тыльного электрода, включающий формирование слоя Ag-го сплава на слое Ni, является полезным в случае, когда дополнительный элемент M является Sn или Sb. Это обусловлено тем, что Sn или Sb является элементом, который перемещается относительно легко в Ag-ом сплаве и таким образом может быть надлежащим образом подан на границу раздела слоя Ni/слоя Ag-го сплава. В данном случае в этом способе содержание Sn или Sb в подлежащем формированию слое Ag-го сплава составляет 2,0 мас.% или более и 9,5 мас.% или менее с целью создания максимума содержания дополнительного элемента M в промежуточной области (значение, измеренное посредством XPS) 5 ат.% или более.
[0028] Вторым способом получения тыльного электрода является способ, в котором формируется слой Ti/слой Ni, на нем формируется металлический слой из дополнительного элемента M, затем формируется слой Ag, и эти слои термически обрабатываются, образуя промежуточную область при диффузии/высвобождении части дополнительного элемента M из металлического слоя дополнительного элемента M в слой Ag. Этот способ является полезным в случае, когда дополнительным элементом M является Pd. Т.е. способ является способом получения тыльного электрода, включающим: выполнение этапа формирования слоя Ti на тыльной поверхности полупроводниковой подложки и этапа формирования слоя Ni на слое Ti; формирование тонкой Pd-ой пленки на слое Ni, а затем формирование слоя Ag; и последующий нагрев подложки до 100°C или более и 300°C или менее.
[0029] В этом способе получения тыльного электрода, после того как на слое Ni сформированы слой Pd и слой Ag, выполняют нагрев до 100°C или более и 300°C или менее, тем самым формируя промежуточную область. При этой термической обработке Pd диффундирует из слоя Pd в слой Ag, образуя промежуточную область, и одновременно слой Ag становится слоем Ag-го сплава. Причина того, почему температура термической обработки составляет 100°C или более и 300°C или менее, в том, что, когда температура меньше 100°C, дополнительный элемент M недостаточно диффундирует, в то время как, когда температура больше 300°C, внутренняя структура пленки изменяется, увеличивая влияние на шероховатость поверхности пленки. В данном случае время обработки при термической обработке предпочтительно составляет 15 минут или более и 120 минут или менее. Атмосфера термической обработки может быть нормальной атмосферой, может быть восстановительной атмосферой или неокисляющей атмосферой или может быть вакуумом.
[0030] Способы формирования слоя Ti, слоя Ni и слоя Ag являются такими же, что и в вышеуказанном первом способе. Кроме того, слой Pd может также быть сформирован посредством той же технологии получения тонких пленок. В этом способе толщина слоя Pd предпочтительно составляет 5 нм или более и 50 нм или менее.
[0031] В вышеописанных способах получения тыльного электрода, в первом способе, в котором требуется формирование слоя Ag-го сплава, для формирования слоя Ag-го сплава предпочтительно применяется метод напыления. Здесь в качестве распыляемой мишени для формирования слоя Ag-го сплава методом напыления предпочтительно применять распыляемую мишень, включающую Ag-ый сплав, содержащий Sn или Sb в количестве 2,0 мас.% или более и 9,5 мас.% или менее, в котором кристаллические зерна Ag-го сплава имеют средний размер зерна 20 мкм или более и 300 мкм или менее, а относительное стандартное отклонение (вариация) кристаллических зерен составляет 20% или менее относительно среднего размера зерна.
[0032] В этой распыляемой мишени, относительно среднего размера зерна составляющих кристаллических зерен, задается предпочтительный диапазон размеров зерен, и, в дополнение к этому, требуется, чтобы вариация в размере зерна между отдельными кристаллическими зернами являлась небольшой. Причины того, почему задаются эти условия, являются следующими. Средний размер зерна менее 20 мкм вызывает увеличение в стоимости производства и является нереалистичным. Между тем, когда средний размер зерна больше 300 мкм, во время напыления с расходом мишени увеличиваются неровности на распыляемой поверхности, в результате чего имеет тенденцию увеличиваться микродуговой разряд. Кроме того, когда относительное стандартное отклонение (или вариация) больше 20% среднего размера зерна, имеет тенденцию быть неоднородным распределение толщины в плоскости мишени.
[0033] Способ измерения размера кристаллического зерна может быть, например, следующим. Образец в форме прямоугольного параллелепипеда размером около 10 мм извлекают из произвольной части плоскости мишени каждого образца и протравливают, открывая границу кристаллического зерна, и под оптическим микроскопом при увеличении 60 или более и 120 или менее получают фотографию. В качестве увеличения фотографии выбирают увеличение, которое облегчает вычисление числа кристаллических зерен. На каждой фотографии в произвольной позиции в каждом из продольного и поперечного перпендикулярных направлений чертится прямая линия, и подсчитывается число кристаллических зерен, вырезанных с помощью каждой прямой линии. Каждое из продольного и поперечного измерений фотографии делится на число кристаллических зерен, и результат определяется в качестве среднего размера зерна.
Преимущественные эффекты изобретения
[0034] Вышеописанная электродная структура тыльного электрода полупроводниковой подложки по настоящему изобретению имеет многослойную структуру из слоя Ti/слоя Ni/слоя Ag-го сплава, и на границе раздела между слоем Ni и слоем Ag-го сплава присутствует промежуточная область, наблюдаемая с помощью заданного метода. Согласно настоящему изобретению, в тыльном электроде полупроводниковой подложки менее вероятно возникает отслаивание слоя Ag-го сплава от слоя Ni. В результате становится возможным стабильно приводить в действие устройство, одновременно сохраняя первоначальную функцию каждого металлического слоя.
Краткое описание чертежей
[0035] Фиг. 1 показывает результаты XPS-анализа на тыльном электроде по примеру 1 (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Sn) первого варианта осуществления.
Фиг. 2 показывает результаты XPS-анализа на тыльном электроде по примеру 3 (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Sb) первого варианта осуществления.
Фиг. 3 показывает результаты XPS-анализа на тыльном электроде по второму варианту осуществления (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Pd).
Описание вариантов осуществления
[0036] Далее здесь на основе последующих примеров будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения.
Первый вариант осуществления: В этом варианте осуществления получали каждый электрод с многослойной структурой из слоя Ti/слоя Ni/слоя сплава Ag-Sn (примеры 1 и 2) или слоя Ti/слоя Ni/слоя сплава Ag-Sb (пример 3), и изучали конфигурацию. В каждом примере при получении электрода с многослойной структурой в качестве подложки использовали кремниевую подложку (размер: 20 мм × 20 мм, толщина 625 мкм), и каждый металлический слой формировали на подложке методом напыления. Для формирования слоя Ti и слоя Ni использовали имеющиеся в продаже Ti-ую мишень и Ni-ую мишень, имеющие чистоту 99,9%. Толщины слоя Ti и слоя Ni были 100 нм и 300 нм, соответственно.
[0037] Для слоя Ag-го сплава использовали следующие мишени: сплав Ag-7,5 мас.% Sn (пример 1), сплав Ag-9,5 мас.% Sn (пример 2) и сплав Ag-5,0 мас.% Sb (пример 3). Эти мишени имели средние размеры зерна 23,3 мкм (пример 1), 164,6 мкм (пример 2) и 30,5 мкм (пример 3), соответственно. Кроме того, в каждой мишени было подтверждено, что относительное стандартное отклонение кристаллических зерен составляет 20% или менее относительно среднего размера зерна. Затем, с применением такой мишени формировали 200 нм слой Ag-го сплава.
[0038] После формирования слоя Ti/слоя Ni/слоя Ag-го сплава выполняли термическую обработку, образуя промежуточную область. В качестве условий термической обработки, при температуре 250°C выполняли нагрев в нормальной атмосфере в течение 60 минут. В результате этой термической обработки получали электрод с трехслойной структурой из слоя Ti/слоя Ni/слоя Ag-го сплава, включающей промежуточную область.
[0039] Дополнительно, полученный электрод с многослойной структурой по каждому примеру подвергали XPS-анализу для изучения конфигурации промежуточной области. XPS-анализ выполняли на электроде по каждому примеру на следующих стадиях: непосредственно после формирования слоя Ag-го сплава, после термической обработки и после PCT-испытания.
[0040] При XPS-анализе в качестве анализатора использовали PHI Quantera SXM (произведенный компанией ULVAC-PHI), и условия анализа были следующими.
- Область измерения: 500 мкм × 500 мкм
- Диаметр пучка: φ 100 мкм
- Режим измерения: выбор "100 мк, 20 Вт, 15 кВ". При "выборе импульсной энергии", выбор "Высокий 4".
- Время измерения: выбранное число орбит каждого обозначенного элемента × четыре цикла
- Обозначение элементов: Ag (3d), Ni (2p), Ti (2p), Si (2p), C (1s), O (1s), Sn (3d5), Sb (3d5)
- Условия напыления: Число циклов: 140
Скорость напыления: 2 кВ, 2 мм × 2 мм
Время напыления: 60 с/цикл
[0041] Аналитические данные, полученные при вышеуказанных условиях, анализировали с помощью программного обеспечения для анализа "Multipak" посредством следующих процедур, подготавливая профиль состава (ат.%).
(1) Для каждого элемента из данных измерений извлекается фон. Одновременно выбранный диапазон энергии [эВ] каждого элемента назначается следующему диапазону.
- Ag (3d): Два пика присутствуют вблизи 368 эВ (i) и вблизи 374 эВ (ii); для них совокупно выполняется обозначение. Обозначенный диапазон находится от позиции пика (i)-2 эВ до позиции пика (ii)+3 эВ.
- Ni (2p): Обозначение выполняется только для пика вблизи 852 эВ. Обозначенный диапазон находится от позиции пика -2,0 эВ до +2,5 эВ.
- Ti (2p): Обозначение выполняется только для пика вблизи 454 эВ. Обозначенный диапазон находится от позиции пика -1,0 эВ до +3,0 эВ.
- Si (2p): Обозначение выполняется только для пика вблизи 99 эВ. Обозначенный диапазон является позицией пика ±1,0 эВ.
- C (1s): Обозначение выполняется только для пика вблизи 285 эВ. Обозначенный диапазон является позицией пика ±0,5 эВ.
- O (1s): Обозначение выполняется только для пика вблизи 530 эВ. Обозначенный диапазон является позицией пика ±0,5 эВ.
- Sn (3d5): Обозначение выполняется вместе для пика вблизи 485 эВ и пика вблизи 487 эВ. Обозначенный диапазон находится от находящейся вблизи 485 эВ позиции пика -2,5 эВ до находящейся вблизи 487 эВ позиции пика +3,0 эВ.
- Sb (3d5): Обозначение выполняется вместе для пика вблизи 528 эВ и пика вблизи 530 эВ. Обозначенный диапазон находится от находящейся вблизи 528 эВ позиции пика -2,5 эВ до находящейся вблизи 530 эВ позиции пика +3,5 эВ.
(2) После обозначения фонового диапазона для каждого элемента, это обозначение отражают в данных измерений, выполняя корректировку.
(3) Из скорректированных данных измерений вычисляют ат.%.
(4) Данные вычислений извлекают, и подготавливают профиль состава согласно глубине напыления.
[0042] В этом варианте осуществления анализу подвергалась центральная часть подложки (20 мм × 20 мм). Рассматривая область измерения во время анализа (500 мкм × 500 мкм) и вышеописанные условия напыления во время анализа (2 кВ, 2 мм × 2 мм), для конкретизации конфигурации тыльного электрода согласно настоящему изобретению предпочтительно анализировать одну точку на область 10 мм × 10 мм. При анализе по этому варианту осуществления метка травления в результате напыления, как ожидается, достигает около 5 мм × 5 мм. Следовательно, может считаться достаточным проанализировать одну точку (центральную часть) на область 10 мм × 10 мм.
[0043] В данном случае, а также в фактических полупроводниковых устройствах, часто применяют подложки, чей размер является таким же или меньше размера подложки, используемой в этом варианте осуществления. Следовательно, в случае, когда условия являются такими же, как указано выше, ожидается, что предпочтительно выполнять анализ по одной произвольной точке подложки для полупроводникового устройства перед обработкой нарезки на кристаллы.
[0044] Профиль, получающийся в результате XPS-анализа на основе вышеописанных условий анализа, (состав (ат.%) относительно цикла напыления (глубины)), показан на фиг. 1 (пример 1) и фиг. 2 (пример 3). Со ссылкой на структуру по примеру 1 (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Sn) на фиг. 1 можно увидеть, что после формирования пленки Ag-го сплава, в результате термической обработки на границе между слоем Ni и слоем Ag-го сплава формируется область, содержащая элементы Ni, Ag и Sn, где содержание Sn имеет приблизительно шевронообразный пик. Эта область является промежуточной областью, и пик (максимум) содержания Sn в этом случае составляет 12,7 ат.%. В этом электроде по фиг. 1 формируется и затем термически обрабатывается слой Ag-го сплава из сплава Ag-7,5 мас.% Sn (сплава Ag-6,9 ат.% Sn), образуя промежуточную область. В результате этой термической обработки слой Ag-го сплава становится сплавом Ag-4,0 ат.% Sn, подтверждающим изменения состава.
[0045] Дополнительно, из профиля XPS измеряли толщину промежуточной области по примеру 1. Толщину промежуточной области вычисляли из ширины области, где детектировали все элементы Ni, Ag и дополнительный элемент (число циклов), и глубины травления для каждого цикла, оцененной для каждого металла. В результате толщина промежуточной области по примеру 1 была 80 нм, и было подтверждено, что толщина была в предпочтительном диапазоне (40 нм или более и 150 нм или менее).
[0046] Кроме того, как показано на фиг. 2, в примере 3 (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Sb) также наблюдали аналогичные результаты, что и в примере 1. Пик (максимум) содержания дополнительного элемента M (Sb) в промежуточной области в примере 3 составляет 12,4 ат.%. Кроме того, в примере 3 формировали и затем термически обрабатывали слой Ag-го сплава из сплава Ag-5,0 мас.% Sb (сплава Ag-4,5 ат.% Sb), образуя промежуточную область. В результате этой термической обработки состав слоя Ag-го сплава изменился на Ag-2,4 ат.% Sb. Дополнительно, вычисляли толщину промежуточной области по примеру 3. В результате было подтверждено, что толщина была 100 нм, т.е. в предпочтительном диапазоне (40 нм или более и 150 нм или менее).
[0047] В данном случае также в примере 2 (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Sn) измеряли состав и толщину промежуточной области. Пик (максимум) содержания дополнительного элемента M (Sn) в промежуточной области по примеру 2 был 21,9 ат.%. Толщина промежуточной области была 80 нм.
[0048] Далее электрод по каждому примеру подвергали PCT-испытанию (климатическому испытанию при повышенных давлении и температуре: испытанию насыщенным сжатым паром), которое является испытанием ускоренным нагревом, и оценивали адгезию слоя Ni/слоя Ag-го сплава. В PCT-испытании подложку со сформированным на ней электродом подвергали воздействию атмосферы при температуре 120°C, относительной влажности (RH) 100% и давлению 2 атм в течение 96 часов. Дополнительно, электроды после подвергания воздействию изучали в отношении наличия отслаивания слоя Ag-го сплава.
[0049] Относительно тыльного электрода по каждому примеру в этом варианте осуществления, максимум содержания дополнительного элемента M (Sn, Sb) в промежуточной области и результаты PCT-испытания (наличие отслаивания) показаны в Таблице 1.
[0050] Таблица 1
Электродная структура Дополнительный элемент M
Максимум		 Толщина промежуточной области Отслаивание при PCT-испытании
Пример 1 Ti/Ni/Ag-Sn 12,7 ат.% 80 нм Нет
Пример 2 21,9 ат.% 80 нм Нет
Пример 3 Ti/N/Ag-Sb 12,4 ат.% 100 нм Нет
[0051] Как ясно из Таблицы 1, тыльный электрод по каждому примеру имеет промежуточную область, содержащую дополнительный элемент M в количестве не менее 5 ат.%, которое является требуемым количеством. Дополнительно, подтверждалось, что в тыльном электроде по каждому примеру отслаивание слоя Ag-го сплава не происходит даже при PCT-испытании, и адгезия к слою Ni является превосходной.
[0052] Дополнительно, чтобы подтвердить адгезию слоя Ag-го сплава к слою Ni, измеряли устойчивость к отслаиванию слоя Ag-го сплава. Для измерения устойчивости к отслаиванию использовали тестер "SAICAS NN", изготовленный компанией Daipla Wintes Co., Ltd. При этом измерении от поверхностного слоя (слоя Ag-го сплава) тыльного электрода до границы раздела со слоем Ni-го сплава выполняют резку с низкой скоростью с помощью острого режущего лезвия, отслаивая поверхностный слой. Измеряют горизонтальные и вертикальные усилия, прикладываемые при этом к режущему лезвию, а также вертикальное смещение, и вычисляют устойчивость к отслаиванию поверхностного слоя. В этом варианте осуществления применяли следующие условия.
- Режим измерения: режим с постоянной скоростью
- Горизонтальная скорость: 40 нм/с
- Вертикальная скорость: 2 нм/с
Режущее лезвие: монокристаллический алмаз (ширина лезвия: 0,3 мм, угол наклона: 20°, задний угол: 10°)
[0053] Устойчивость к отслаиванию измеряли на электроде по примеру 2 (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Sn) после PCT-испытания. Кроме того, для сравнения, тому же измерению также подвергали тыльный электрод предшествующего уровня техники, т.е. тыльный электрод, имеющий конфигурацию слой Ti/слой Ni/ слой Ag (после PCT-испытания). Результаты показаны в таблице 2.
[0054] Таблица 2
Электродная структура Толщина промежуточной области Устойчивость к отслаиванию (после PCT)
Пример 2 Ti/Ni/Ag-Sn 80 нм 0,266 кН/м
Сравнительный пример Ti/Ni/Ag - 0,052 кН/м
[0055] Как ясно из Таблицы 2, в тыльном электроде в этом варианте осуществления устойчивость к отслаиванию слоя Ag-го сплава является высокой, и эта устойчивость к отслаиванию в четыре раза больше устойчивости к отслаиванию слоя Ag традиционного тыльного электрода.
[0056] Второй вариант осуществления: В этом варианте осуществления получали тыльный электрод, имеющий нанесенный на него Pd в качестве дополнительного элемента M (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Pd). При получении этого электрода с многослойной структурой сначала на той же подложке, что и в первом варианте осуществления, способом напыления формировали слой Ti и слой Ni. Толщины слоя Ti и слоя Ni были 100 нм и 300 нм, соответственно.
[0057] Дополнительно, в этом варианте осуществления на поверхности слоя Ni формировали тонкую Pd-ую пленку, а затем формировали слой Ag-го сплава, с последующей термической обработкой, с образованием тем самым промежуточной области и слоя Ag. При формировании тонкой Pd-ой пленки и последующем формировании слоя Ag применяли метод напыления, и формировали 20 нм тонкую Pd-ую пленку и 500 нм слой Ag.
[0058] После формирования слоя Ti/слоя Ni/тонкой Pd-ой пленки/слоя Ag выполняли термическую обработку, образуя промежуточную область, тем самым получая тыльный электрод. В качестве условий термической обработки, при температуре 250°C выполняли нагрев в атмосфере в течение 60 минут. В результате этой термической обработки получали электрод с трехслойной структурой из слоя Ti/слоя Ni/слоя Ag-го сплава, включающей промежуточную область.
[0059] Тем же образом, что и в первом варианте осуществления, тыльный электрод согласно этому варианту осуществления также подвергали PCT-испытанию и XPS-анализу. Условия XPS-анализа были теми же, что и в первом варианте осуществления. Однако, в обозначении аналитических элементов, в дополнение к Ag (3d), Ni (2p), Ti (2p), Si (2p), C (1s) и O (1s) также включали Pd (3d). Кроме того, при анализе данных измерений, выбранный энергетический диапазон для корректировки фона был следующим: Pd (3d): Обозначение выполняется вместе для пика вблизи 335 эВ и пика вблизи 340 эВ. Обозначенный диапазон был от позиции пика вблизи 335 эВ - 2,5 эВ до позиции пика вблизи 340 эВ + 5,0 эВ.
[0060] Результаты XPS-анализа на тыльном электроде по второму варианту осуществления показаны на фиг. 3. В случае электрода согласно этому варианту осуществления, в состоянии от формирования тонкой Pd-ой пленки до формирования слоя Ag, вблизи границы раздела со слоем Ni виден высокий пик Pd. Однако, в результате термической обработки, содержание Pd снижается, приводя к широкому пику. Вместо этого, Pd диффундирует в слой Ag, формируя слой Ag-го сплава. Пик содержания Pd в промежуточной области, сформированный в результате термической обработки, был 16,5 ат.%. Слой Ag-го сплава имеет состав Ag-2,3 ат.% Pd. Дополнительно, тыльный электрод по этому второму варианту осуществления также подтверждался как находящийся в благоприятном состоянии без отслаивания слоя Ag-го сплава после PCT-испытания.
[0061] Также в этом варианте осуществления толщину промежуточной области вычисляли, исходя из профиля XPS-анализа. В результате толщину промежуточной области вычисляли, как составляющую 80 нм. Также в этом варианте осуществления толщина промежуточного слоя была в предпочтительном диапазоне (40 нм или более и 150 нм или менее).
[0062] Третий вариант осуществления: В этом варианте осуществления получали тыльный электрод (слой Ti/слой Ni/слой сплава Ag-Sn), содержащий Sn в качестве дополнительного элемента M и отличающийся составом промежуточной области (максимумом содержания дополнительного элемента M). Сначала, тем же образом, что и в первом варианте осуществления, на кремниевой подложке способом напыления формировали слой Ti и слой Ni. Толщины слоя Ti и слоя Ni были 100 нм и 300 нм, соответственно.
[0063] В этом варианте осуществления использовали следующие мишени: сплав Ag-5,0 мас.% Sn (пример 4) и сплав Ag-1,7 мас.% Sn (сравнительный пример 1) для формирования слоя сплава Ag-Sn. Каждую из этих мишеней подтверждали как имеющую средний размер зерна Ag-го сплава в диапазоне 20 мкм или более и 300 мкм или менее.
[0064] После формирования слоя Ti/слоя Ni/слоя сплава Ag-Sn тем же образом, что и в первом варианте осуществления, выполняли термическую обработку, образуя промежуточную область. В качестве условий термической обработки, при температуре 250°C выполняли нагрев в атмосфере в течение 60 минут.
[0065] Дополнительно, каждый из электродов по примеру и сравнительному примеру подвергали XPS-анализу, измеряя максимальное содержание Sn в промежуточной области и толщину промежуточной области. Кроме того, тем же образом, что и в первом варианте осуществления, выполняли PCT-испытание, и оценивали адгезию слоя Ni/слоя Ag-го сплава. Результаты показаны в таблице 3. В данном случае, в таблице 3 результаты примеров 1 и 2 по первому варианту осуществления также показаны вместе.
[0066] Таблица 3
Электродная структура Состав мишени Промежуточная область Количество Sn в слое Ag-го сплава (ат.%) Отслоение при PCT-испытании
мас.% ат.% Максимальное количество Sn (ат.%) Толщина
(нм)
Пример 1 Ti/Ni/Ag-Sn Ag-7,5 Sn Ag-6,9 Sn 12,7 80 4,0 Нет
Пример 2 Ag-9,5 Sn Ag-8,7 Sn 21,9 80 3,5 Нет
Пример 4 Ag-5,0 Sn Ag-4,6 Sn 6,2 100 3,5 Нет
Сравнительный пример 1 Ag-1,7 Sn Ag-1,5 Sn 2,8 160 1,3 Произошло отслаивание
[0067] Из таблицы 3, в электроде по сравнительному примеру 1, на который наносили слой Ag-го сплава, имеющий низкую концентрацию дополнительного элемента M (Sn), максимум содержания Sn в промежуточной области также был ниже стандартного (5 ат.%). Дополнительно, в результате PCT-испытания, произошло отслаивание. Между тем, в промежуточной области по примеру 4, хотя максимум содержания Sn был ниже по сравнению с примерами 1 и 2, он не был ниже стандартного значения, и отслаивания не произошло.
Промышленная применимость
[0068] Электродная структура тыльного электрода полупроводниковой подложки согласно настоящему изобретению имеет многослойную структуру слой Ti/слой Ni/слой Ag-го сплава и демонстрирует превосходную адгезию между слоем Ni и слоем Ag-го сплава. Согласно настоящему изобретению, становится возможным стабильно приводить в действие устройство, одновременно сохраняя функцию каждого металлического слоя, формирующего тыльный электрод. Настоящее изобретение, как ожидается, подлежит применению в полупроводниковых устройствах, таких как силовые модули, включающие в себя MOSFET и IGBT.

Claims (19)

1. Электродная структура тыльного электрода, сформированного на тыльной поверхности полупроводниковой подложки и имеющего многослойную структуру, включающую металлические слои, наслоенные в следующем порядке от полупроводниковой подложки: слой Ti, слой Ni и слой Ag-го сплава, при этом
слой Ag-го сплава включает сплав Ag и дополнительного металла M, выбранного из Sn, Sb и Pd,
при подвергании тыльного электрода элементному анализу с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра в направлении глубины от слоя Ag-го сплава до слоя Ni на границе между слоем Ni и слоем Ag-го сплава наблюдается промежуточная область, где могут быть детектированы спектры, получаемые от всех металлов, Ni, Ag и дополнительного элемента M, и дополнительно,
при пересчете содержания (ат. %) каждого металла в промежуточной области на основе спектров, полученных от всех металлов, Ni, Ag и дополнительного элемента M, максимум содержания дополнительного элемента M составляет 5 ат. % или более.
2. Электродная структура тыльного электрода по п. 1, в которой максимум содержания дополнительного элемента M в промежуточной области составляет 7 ат. % или более.
3. Электродная структура тыльного электрода по п. 1 или 2, в которой промежуточная область имеет толщину 40 нм или более и 150 нм или менее.
4. Электродная структура тыльного электрода по любому из пп. 1-3, в которой слой Ag-го сплава является сплавом Ag, содержащим дополнительный элемент M в количестве 1,5 ат. % или более и 4,5 ат. % или менее, и слой Ag-го сплава имеет толщину 50 нм или более и 1000 нм или менее.
5. Электродная структура тыльного электрода по любому из пп. 1-4, в которой слой Ni имеет толщину 200 нм или более и 7000 нм или менее.
6. Электродная структура тыльного электрода по любому из пп. 1-5, в которой слой Ti имеет толщину 20 нм или более и 1000 нм или менее.
7. Способ получения электродной структуры тыльного электрода, охарактеризованной в любом из пп. 1-6, при этом дополнительным элементом M является Sn или Sb,
способ содержит этап формирования слоя Ti на тыльной поверхности полупроводниковой подложки, этап формирования на слое Ti слоя Ni и этап формирования на слое Ni слоя Ag-го сплава, включающего Ag-й сплав, содержащий Sn или Sb в количестве 2,0 мас. % или более и 9,5 мас. % или менее, и
способ дополнительно содержит, после формирования слоя Ag-го сплава, этап нагрева подложки до 100°C или более и 300°C или менее.
8. Способ получения электродной структуры тыльного электрода, охарактеризованной в любом из пп. 1-6, при этом дополнительным элементом M является Pd, и
способ содержит:
выполнение этапа формирования слоя Ti на тыльной поверхности полупроводниковой подложки и этапа формирования на слое Ti слоя Ni;
формирование на слое Ni тонкой пленки Pd и затем формирование слоя Ag; и
последующий нагрев подложки до 100°C или более и 300°C или менее.
9. Распыляемая мишень для формирования слоя Ag-го сплава для применения в способе получения электродной структуры тыльного электрода, охарактеризованном в п. 7, и включающая в себя Ag-й сплав, содержащий Sn или Sb в количестве 2,0 мас. % или более и 9,5 мас. % или менее, при этом
кристаллические зерна Ag-го сплава имеют средний размер зерна 20 мкм или более и 300 мкм или менее, а относительное стандартное отклонение кристаллических зерен относительно среднего размера зерна составляет 20% или менее.
RU2019122822A 2016-12-22 2017-12-19 Электродная структура тыльного электрода полупроводниковой подложки, способ ее получения и распыляемая мишень для применения в получении электродной структуры RU2718134C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016249100 2016-12-22
JP2016-249100 2016-12-22
PCT/JP2017/045551 WO2018117104A1 (ja) 2016-12-22 2017-12-19 半導体基板の裏面電極の電極構造及びその製造方法、並びに、該電極構造の製造に供されるスパッタリングターゲット

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718134C1 true RU2718134C1 (ru) 2020-03-30

Family

ID=62626567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019122822A RU2718134C1 (ru) 2016-12-22 2017-12-19 Электродная структура тыльного электрода полупроводниковой подложки, способ ее получения и распыляемая мишень для применения в получении электродной структуры

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11501974B2 (ru)
EP (1) EP3561856B1 (ru)
JP (1) JP6944956B2 (ru)
KR (2) KR20190095407A (ru)
CN (1) CN110100305A (ru)
RU (1) RU2718134C1 (ru)
TW (1) TWI675481B (ru)
WO (1) WO2018117104A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110034016B (zh) * 2019-03-25 2022-03-29 华中科技大学 一种半导体芯片正面铝层可焊化方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020057607A (ko) * 2001-01-02 2002-07-12 김순택 태양전지의 후면전극부 형성방법
JP2003347487A (ja) * 2002-05-29 2003-12-05 Nec Kansai Ltd 半導体装置
JP2004186438A (ja) * 2002-12-03 2004-07-02 Sanken Electric Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
JP2007273744A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Stanley Electric Co Ltd Ｌｅｄ用共晶基板及びその製造方法
KR20100096819A (ko) * 2009-02-25 2010-09-02 엘지전자 주식회사 후면전극형 태양전지 및 그 제조방법
US8354281B2 (en) * 2009-09-16 2013-01-15 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method of manufacturing back-surface electrode type solar cell
RU2496166C1 (ru) * 2012-02-02 2013-10-20 Закрытое акционерное общество "Монокристалл" (ЗАО "Монокристалл") Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента
JP2014236043A (ja) * 2013-05-31 2014-12-15 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007288032A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Sanken Electric Co Ltd 半導体基板の表面処理装置及び製造方法並びに硫黄の発生源
JP5179766B2 (ja) * 2007-03-08 2013-04-10 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置およびその製造方法
JP5830907B2 (ja) * 2011-04-06 2015-12-09 三菱マテリアル株式会社 導電性膜形成用銀合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法
JP5298233B2 (ja) * 2011-10-04 2013-09-25 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 電子部品用金属材料及びその製造方法
JP2013177667A (ja) * 2012-02-02 2013-09-09 Kobe Steel Ltd 反射膜および／または透過膜、もしくは電気配線および／または電極に用いられるＡｇ合金膜、並びにＡｇ合金スパッタリングターゲットおよびＡｇ合金フィラー
JP5275504B1 (ja) * 2012-06-15 2013-08-28 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 電子部品用金属材料及びその製造方法、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品
TWI465333B (zh) * 2012-07-25 2014-12-21 Jx Nippon Mining & Metals Corp Electronic material for electronic parts and method for manufacturing the same, use of its connector terminals, connectors and electronic parts
TWI488733B (zh) * 2012-10-04 2015-06-21 Jx Nippon Mining & Metals Corp Metal material for electronic parts and manufacturing method thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020057607A (ko) * 2001-01-02 2002-07-12 김순택 태양전지의 후면전극부 형성방법
JP2003347487A (ja) * 2002-05-29 2003-12-05 Nec Kansai Ltd 半導体装置
JP2004186438A (ja) * 2002-12-03 2004-07-02 Sanken Electric Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
JP2007273744A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Stanley Electric Co Ltd Ｌｅｄ用共晶基板及びその製造方法
KR20100096819A (ko) * 2009-02-25 2010-09-02 엘지전자 주식회사 후면전극형 태양전지 및 그 제조방법
US8354281B2 (en) * 2009-09-16 2013-01-15 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method of manufacturing back-surface electrode type solar cell
RU2496166C1 (ru) * 2012-02-02 2013-10-20 Закрытое акционерное общество "Монокристалл" (ЗАО "Монокристалл") Токопроводящая серебряная паста для тыльного электрода солнечного элемента
JP2014236043A (ja) * 2013-05-31 2014-12-15 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3561856A1 (en) 2019-10-30
JP6944956B2 (ja) 2021-10-06
TWI675481B (zh) 2019-10-21
EP3561856B1 (en) 2024-04-03
CN110100305A (zh) 2019-08-06
TW201842669A (zh) 2018-12-01
JPWO2018117104A1 (ja) 2019-10-24
WO2018117104A1 (ja) 2018-06-28
US20190393043A1 (en) 2019-12-26
KR20220035992A (ko) 2022-03-22
EP3561856A4 (en) 2020-03-11
EP3561856C0 (en) 2024-04-03
KR20190095407A (ko) 2019-08-14
US11501974B2 (en) 2022-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0280089B1 (de) Verfahren zum Herstellen einer als Kontakt- und Barriereschicht wirkenden Titan/Titannitrid-Doppelschicht in höchstintegrierten Schaltungen
JP6499545B2 (ja) 金属セラミック接合基板及び、その製造方法
US20080083611A1 (en) High-adhesive backside metallization
EP3183375B1 (de) Metallisierung für ein dünnschichtbauelement, verfahren zu deren herstellung und sputtering target
KR20070077450A (ko) 반도체장치의 제조 방법
RU2718134C1 (ru) Электродная структура тыльного электрода полупроводниковой подложки, способ ее получения и распыляемая мишень для применения в получении электродной структуры
US11183476B2 (en) Silicon carbide semiconductor device, silicon carbide semiconductor assembly, and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
KR101253227B1 (ko) 스퍼터링 방식을 통한 구리 본딩 와이어의 표면에 산화 방지층 형성 방법 및 이에 의해 제조된 내 산화 구리 본딩 와이어
KR100654520B1 (ko) 반도체 배선용 Ｃｕ 합금과 그 제조 방법, 상기 방법으로제조된 Ｃｕ 합금 배선을 포함하는 반도체 장치, 및반도체용 Ｃｕ 합금 배선을 제조하기 위한 스퍼터링 타겟
KR101503462B1 (ko) 반도체 장치용 본딩 와이어 및 그의 제조 방법
EP4086021A1 (en) Electroconductive joining material, joining member equipped with said electroconductive joining material, and joining method
KR102565103B1 (ko) 열 전도 및 전기 절연을 위한 소자
DE19954319C1 (de) Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen Kontaktelektroden für Verbindungshalbeiter und Anordnung
Cheung et al. Titanium nitride as a diffusion barrier in metallization schemes
Miskovic et al. Effect of Silicon Substrate Roughness on Silver-Based Backside Metallization for Power Electronics Packaging
US20150091032A1 (en) Nickel-Titanium and Related Alloys as Silver Diffusion Barriers
JP5856505B2 (ja) ヒートシンクおよびその製造方法
KR101471254B1 (ko) Ta를 함유하는 산화 알루미늄 박막
WO2024009903A1 (ja) プラズマ処理装置用の電極板と電極構造
JPH05291560A (ja) 半導体デバイスのバリアメタル
JP5569068B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN112309878A (zh) 在器件基板上形成焊接金属层的方法、封装方法
JPH0137852B2 (ru)
CN110544626A (zh) 碳化硅衬底上的电接触
WO2006085670A1 (ja) 電極及び化合物半導体素子