Металлизация обратной стороны кристалла полупроводникового прибора

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ОБРАТНОЙ СТОРОНЫ КРИСТАЛЛА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА(71) Заявитель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ - управляющая компания холдинга ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Турцевич Аркадий Степанович Керенцев Анатолий Федорович Соловьев Ярослав Александрович Дудкин Александр Иванович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ управляющая компания холдинга ИНТЕГРАЛ(57) Металлизация обратной стороны кристалла полупроводникового прибора, содержащая адгезионный слой металла толщиной 5-15 нм и слой золота, отличающаяся тем, что адгезионный слой металла выполнен из ванадия, а слой золота выполнен толщиной 1,5-1,9 мкм. Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к устройству металлизации обратной стороны кремниевых кристаллов, используемых для монтажа путем эвтектической пайки, и может быть использовано в широкой гамме изделий электронной техники. 18282 1 2014.06.30 Известна металлизация обратной стороны кристалла полупроводникового прибора(ПП) 1, содержащая слой золота толщиной 0,2-2,0 мкм. Однако данная металлизация характеризуется следующими недостатками. Золото обладает плохой адгезией к кремнию. Кроме того, возможность использования слоя золота толщиной менее 1,5 мкм способствует полному проникновению атомов кремния на наружную поверхность слоя золота, где они подвергаются окислению как во время хранения, так и в процессе последующего монтажа кристаллов. Окисленные слои кремния на поверхности золота действуют как барьер, который приводит к неравномерному формированию эвтектики под кристаллом и образованию пустот, приводящих к росту термических напряжений и отслаиванию кристаллов при воздействии сдвигающей нагрузки при формировании полимерного корпуса. Это приводит к ухудшению качества присоединения кристаллов и снижению выхода годных ПП с использованием данного способа. Известна металлизация обратной стороны кристалла ПП 2, содержащая адгезионный слой хрома толщиной 10,0-20,0 нм, слой золота толщиной около 1 мкм. Наличие адгезионного слоя способствует улучшению адгезии слоя золота к кремнию. Однако и данная металлизация характеризуется недостатками. Использование слоя хрома толщиной более 15 нм затрудняет диффузию кремния в слой золота, снижая эффективность образования бинарной системы золото-кремний. Использование слоя золота толщиной около 1 мкм создает условия для быстрого проникновения кремния через слой золота и образования окислов на поверхности слоя золота. Кроме того, слой золота толщиной 1 мкм оказывается недостаточным для образования эвтектического соединения по всей площади кристалла. Все это приводит к ухудшению качества присоединения кристаллов и снижению выхода годных ПП. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является металлизация обратной стороны кристалла полупроводникового прибора 3, содержащая адгезионный слой титана толщиной 5-15 нм, слой золота толщиной 0,5-1,5 мкм. Использование титана в качестве адгезионного слоя также улучшает адгезию слоя золота к кремнию. Однако слой титана обладает значительным сродством к кислороду и способен формировать окисную пленку, которая, как барьер, будет затруднять диффузионное проникновение кремния в слой золота и ухудшать условия образования эвтектики золото-кремний в процессе присоединения кристалла к кристаллодержателю. Кроме того,использование тонкого слоя золота толщиной 0,5-1,5 мкм способствует более полному проникновению атомов кремния на наружную поверхность слоя золота, которые, подвергаясь окислению, действуют как барьер, что приводит к неравномерному формированию эвтектики под кристаллом с образованием пустот, росту термических напряжений и отслаиванию кристаллов под воздействием деформации при выполнении последующих операций технологического процесса. Это приводит к ухудшению качества присоединения кристаллов и снижению выхода годных ПП с использованием данного способа. Заявляемое изобретение решает задачу улучшения качества присоединения кремниевого кристалла к кристаллодержателю полупроводникового прибора и повышения выхода годных ПП. Поставленная задача решается тем, что в металлизации обратной стороны кристалла полупроводникового прибора, содержащей адгезионный слой металла толщиной 5-15 нм и слой золота, адгезионный слой металла выполнен из ванадия, а слой золота выполнен толщиной 1,5-1,9 мкм. Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показал, что заявляемая металлизация обратной стороны кристалла полупроводникового прибора отличается от известной тем, что адгезионный слой металла выполнен из ванадия, а слой золота выполнен толщиной 1,5-1,9 мкм. 2 18282 1 2014.06.30 Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Использование ванадия в качестве адгезионного слоя обеспечивает адгезию золота к кремнию с минимальным образованием возможных окисных прослоек, что способствует более эффективному диффузионному проникновению кремния в слой золота. Это приводит к улучшению качества присоединения кремниевого кристалла к кристаллодержателю полупроводникового прибора и повышению выхода годных ПП. Выполнение слоя золота толщиной 1,5-1,9 мкм улучшает качество присоединения кристаллов к кристаллодержателю. Толщина слоя золота менее 1,5 мкм приводит к более полному диффузионному проникновению атомов кремния в слой золота и выходу на его наружную поверхность, где они подвергаются окислению в процессе монтажа кристаллов. Присутствие окисленных слоев кремния на поверхности золота действует как барьер, который приводит к неравномерному формированию эвтектики под кристаллом, образованию пустот, что способствует росту термических напряжений и отслаиванию кристаллов. Это приводит к снижению качества присоединения кристаллов к кристаллодержателю. Использование слоя золота толщиной более 1,9 мкм экономически нецелесообразно,поскольку не приводит к дальнейшим улучшениям. Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой приведена структура металлизации обратной стороны кристалла полупроводникового прибора, согласно формуле изобретения. Работает заявляемая конструкция следующим образом. Адгезионный слой ванадия (2) образует с кремниевым кристаллом (1) надежное соединение и обеспечивает адгезию слоя золота (3) к кремнию с минимальным образованием возможных окисных прослоек, что способствует более эффективному диффузионному проникновению атомов кремния из подложки (1) в слой золота (3) на стадии формирования металлизации и монтажа кристаллов эвтектической пайкой. Предложенная металлизация обратной стороны кристалла ПП может быть использована для изготовления таких изделий, как диоды, биполярные и ДМОП-транзисторы, интегральные схемы. В качестве примера показано его использование для изготовления диода Шоттки КДШ 142 А 9 в полимерном корпусе КТ-46 А (-23). Структура, изображенная на фигуре, может быть изготовлена следующим образом. На кремниевую пластину, содержащую диодные структуры, после механического утонения до заданной толщины путем шлифовки связанным абразивом и химической обработки в травителе, содержащем плавиковую кислоту, наносится адгезионный слой ванадия электроннолучевым испарением при заданной температуре на установке УВНРЭ.Э 60 под давлением 510-4 Па, затем наносится слой золота толщиной 1,5-1,9 мкм резистивным испарением. Присоединение кристаллов к кристаллодержателю с серебряным покрытием выполняется на автомате монтажа кристаллов ЭМ-4105, после чего присоединяются проволочные перемычки из золота диаметром 30 мкм на автомате ЭМ-4260 Т методом термозвуковой сварки, а для герметизации полимерного корпуса используется пресс-материал типа-300 при температуре 175 С. Затем наносится металлизация на внешние выводы и проводится измерение электрических параметров. Сравнительные результаты по качеству полупроводниковых приборов с различной конструкцией металлизации обратной стороны кристаллов представлены в таблице. 18282 1 2014.06.30 Сравнительные данные по качеству присоединения кристаллов КДШ 142 А 9 с различной металлизацией обратной стороны кристалла Материал ад- Толщина Удельная механическая Относительная ВГ/ВГп 4), п/п гезионного слоя зо- прочность напаянного остаточная плоотн. ед. слоя металла 1) лота, мкм кристалла 2), Н/мм 2 щадь кремния 3),1 Толщина адгезионного слоя металла составляет 10 нм для всех вариантов. Удельная механическая прочность напаянного кристалла оценивалась на выборке путем воздействия на боковую поверхность кристалла сдвигающей нагрузкой до разрушения с помощью динамометра 7820-8228-01 с последующим определением остаточной площади кремния в зоне расположения кристалла. Критерием качества присоединения являлись удельная механическая прочность крепления кристалла к кристаллодержателю не менее 12,5 Н/мм 2 и остаточная площадь кремния не менее 50 после воздействия сдвигающей нагрузки до разрушения. 3) Относительная остаточная площадь кремния после воздействия сдвигающей нагрузки до разрушения - это отношение площади оставшегося кремния к площади напаянного кристалла. Площадь оставшегося кремния определялась расчетным путем по фотографии зоны монтажа кристалла. 4) ВГ/ВГп - отношение выхода годных согласно заявляемой металлизации к выходу годных по прототипу. 2) Анализ таблицы показывает, что заявляемая металлизация обратной стороны кристалла ПП позволяет улучшить удельную механическую прочность напаянных кристаллов с 1-30 до 40-50 Н/м 2, увеличить остаточную площадь кремния после воздействия нагрузки на сдвиг с 20-50 до 60-100 , а также увеличить выход годных в 1,22-1,24 раза. Таким образом, предлагаемая металлизация обратной стороны кристалла полупроводникового прибора позволяет решить задачу улучшения качества присоединения кремниевого кристалла к кристаллодержателю и повышения выхода годных ПП. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4