基于大功率晶体管背面金属化溅射工艺的设计

摘要

大功率晶体管背面电极的制备方法一般为溅射和蒸发两种方法,蒸发沉积薄膜具有简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特点,是薄膜制备中最为广泛使用的技术。这一技术的缺点是形成的薄膜与基片的结合较差,工艺重复性不好。与蒸发技术相比较,溅射发展较晚,但是溅射有薄膜与基片结合性好、薄膜纯度高、致密性好等优点,因此溅射镀膜逐渐替代蒸发镀膜被广发应用。但是它也有基片会受等离子体的辐照而升温、溅射速率低等缺点。尤其是在制备大功率晶体管多层金属电极时,如果溅射过程中某些工艺参数控制不当,会出现金属间的分层、贴片后空洞大、金属层厚度不够等问题,导致功率晶体管在使用过程中可靠性变差。本论文正是针对上述问题,以大功率晶体管背面金属化为主要研究对象,研究了溅射过程工艺参数对晶体管背面金属化及性能的影响,并从理论上分析了产生这些影响的原因。主要内容如下:1、详细研究了氩气流量对膜层厚度及粘片空洞的影响,分析了空洞形成的原因,结果显示氩气流量大会导致空洞率大。2、详细研究了真空度对膜层质量的影响,发现提高溅射过程中的真空度有利于获得高可靠性的膜层。3、研究了溅射功率对薄膜厚度影响,发现膜层厚度并不是一直随溅射功率的增加呈线性关系。4、研究了铬-镍铬-银与钛-镍钒-银两种背面金属结构对跌落实验的影响,得出钛-镍钒-银抗冲击力能力好于铬-镍铬-银。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 溅射技术的发展现状

1.2 论文的研究背景及意义

1.3 计算机软件介绍

1.3.1 MINITAB 软件的介绍

1.3.2 MINITAB 软件统计分析的优势

1.4 论文的主要工作及内容安排

第二章 溅射技术的概述

2.1 溅射原理

2.2 反应溅射

2.3 溅射装置

2.4 溅射镀膜的特点

2.5 膜层生长过程

2.6 溅射主要参数

2.7 影响薄膜沉积的工艺参数

2.8 本章小结

第三章 背面金属化研究

3.1 溅射制膜的过程

3.2 背面金属化的特点及要求

3.2.1 背面金属化的特点

3.2.2 背面金属化的要求

3.3 背面金属化结构

3.4 背面金属化对大功率晶体管的影响

3.4.1 欧姆接触不良

3.4.2 热应力失效

3.5 背面金属化质量的检验方法

3.5.1 剪切力测量

3.5.2 电性能的测量

3.5.3 超声波检测

3.6 焊接不良原因及相应措施

3.7 本章小结

第四章 氩气流量对粘片空洞的影响

4.1 芯片的焊接方法及机理

4.2 空洞产生的机理

4.3 氩气流量的影响

4.3.1 实验条件

4.3.2 氩气流量对空洞的影响

4.3.3 氩气流量对膜层厚度的影响

4.4 空洞率对功率晶体管参数的影响

4.5 本章小结

第五章 真空度对金属层间剪切力的影响

5.1 真空原理

5.1.1 真空定义

5.1.2 真空的分类

5.1.3 真空的获得

5.2 真空的测量

5.3 真空计测量范围

5.4 真空测量特点

5.5 真空度对剪切力的影响

5.5.1 实验条件

5.5.2 实验结果及分析

5.6 本章小结

第六章 溅射功率对膜层厚度的影响

6.1 实验方法

6.2 实验结果及讨论

6.3 本章小结

第七章 铬-镍铬-银与钛-镍钒-银结构对比

7.1 背面金属结构对剪贴力的影响

7.2 跌落实验介绍

7.3 背面金属结构跌落实验对晶体管参数的影响

7.3.1 实验条件

7.3.2 TI-NI/V-AG 背面金属结构跌落

7.3.3 CR-NI/CR-AG 背面金属结构跌落

7.3.4 结论

7.4 本章小结

第八章 结论

致谢

参考文献