一种晶圆背面金属化的方法及晶圆背面金属化结构

摘要

本发明公开了一种晶圆背面金属化的方法及晶圆背面金属化结构，该方法是以钛镍合金为金属源锭，在晶圆背面的钛金属层和银金属层之间制备钛镍合金层，形成Ti‑Ti/Ni‑Ag金属层。本发明晶圆背面金属化的方法，以钛镍合金为金属源锭，替代常规的金属镍，在满足背面金属热膨胀系数的前提下，也能够从根本上避免镍沉积过程中发生溅源的可能，从而能够提高产品的良率，同时，通过预熔化处理也能显著减少抽真空所需时间，从而有利于提高产品的生产效率，对于促进功率半导体器件的广泛应用具有十分重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件制造工艺，具体涉及一种晶圆背面金属化的方法及晶圆背面金属化结构。

背景技术

功率半导体器件，由于其自身具有驱动电路简单、驱动功率小、高输入阻抗和开关速度、良好的热稳定性和高频特性等一系列优点，已获得了广泛的应用。导通电阻作为功率半导体器件的一个性能指标，需要保持较低的水平。为了使功率半导体器件具有较低的导通电阻，需要对晶圆背面进行减薄，随后对晶圆背面进行去应力清洗，最后采用物理气相沉积在晶圆背面沉积Ti-Ni-Ag金属层。传统的背面金属沉积方法是先抽真空到设定真空度，并加热到设定温度。随后按顺序依次沉积Ti、Ni、Ag，以满足背面金属热膨胀系数的过渡，从而增加背面金属粘附性。然而，现有晶圆背面金属化的整个过程中仍然存在至少以下两个问题：一是前期抽真空时间较长，降低生产效率；二是采用电子束蒸发Ni的过程中容易发生金属溅源，轻则影响产品质量，重则晶圆被飞溅的镍颗粒击穿，造成产品整片报废。因此，如何获得一种生产效率高、良品率高的晶圆背面金属化的方法，对于促进功率半导体器件的广泛应用具有十分重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生产效率高、良品率高的晶圆背面金属化的方法及晶圆背面金属化结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种晶圆背面金属化的方法，以钛镍合金为金属源锭，在晶圆背面的钛金属层和银金属层之间制备钛镍合金层，形成Ti-Ti/Ni-Ag金属层。

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，所述钛镍合金的热膨胀系数为8.5×10

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，所述钛镍合金中镍的质量百分含量为24％～33％。

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，所述钛镍合金为Ti-24％Ni合金。

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，包括以下步骤：

S1、对晶圆背面进行减薄和去应力清洗；

S2、采用电子束蒸发工艺在晶圆背面沉积钛金属层；

S3、采用电子束蒸发工艺在钛金属层表面沉积钛镍合金层；

S4、采用电子束蒸发工艺在钛镍合金层表面沉积银金属层，在晶圆背面形成Ti-Ti/Ni-Ag金属层。

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S2为：

S2-1、将晶圆置于腔体中的基板上，对腔体进行抽真空，当腔体真空度达到8×10

S2-2、当腔体真空度达到9×10

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述钛金属层的沉积过程中，腔体内真空度保持在5×10

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S3中，所述钛镍合金层的沉积过程中，腔体内真空度保持在5×10

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S4中，所述银金属层的沉积过程中，腔体内真空度保持在5×10

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述晶圆经减薄和去应力清洗后的厚度在100μm～300μm之间；

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述钛金属层的厚度在10nm～1000nm之间。

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S3中，所述钛镍合金层的厚度在10nm～1000nm之间。

上述的晶圆背面金属化的方法，进一步改进的，步骤S4中，所述银金属层的厚度在300nm～2000nm之间。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种晶圆背面金属化结构，由上述的方法制备得到。

上述的晶圆背面金属化结构，进一步改进的，包括晶圆，所述晶圆的背面依次沉积有钛金属层、钛镍合金层和银金属层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)针对现有晶圆背面金属化工艺中存在的生产效率低、产品质量差、产品良率低等缺陷，本发明创造的提出了一种晶圆背面金属化的方法，以钛镍合金为金属源锭，在晶圆背面的钛金属层和银金属层之间制备钛镍合金层，形成Ti-Ti/Ni-Ag金属层，由于钛镍合金的熔点较低且远低于纯钛和纯镍，因而在电子束加热状态下，能够在更低的功率条件下就能使金属源锭受热更均匀，不仅可以实现源锭更充分的熔融状态，而且可以实现蒸发源(金属锭)更均匀的温度分布，不容易发生源飞溅，并且合金中的钛成分可以有效避免钛镍合金在蒸发过程中发生溅源，这有利于提高产品的良率；同时，钛镍合金比纯钛和纯镍具有更好的抗氧化性能，降低晶圆背面金属氧化的程度，这也有利于提高产品的良率。另外，钛镍合金的热膨胀系数介于钛和银之间，因而在有效降低镍溅源带来的风险的同时也能够确保背面金属较好的粘附力，能够满足整个背面金属热膨胀系数的传递性和粘附性。可见，本发明晶圆背面金属化的方法，以钛镍合金为金属源锭，替代常规的金属镍，在满足背面金属热膨胀系数的前提下，也能够从根本上避免镍沉积过程中发生溅源的可能，从而能够提高产品的良率，对于促进功率半导体器件的广泛应用具有十分重要意义。

(2)本发明中，在采用电子束蒸发沉积钛金属层之前还包括对钛锭进行预熔化处理，旨在显著缩短前期抽真空所需时间，具体为：当腔体真空度达到8×10

附图说明

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、完整的描述。

图1为本发明实施例1中晶圆背面金属化的工艺流程图。

图2为本发明实施例1中电子束蒸发预熔化钛的过程示意图。

图3为本发明实施例1中晶圆背面金属化结构的示意图。

图例说明：

1、晶圆；2、钛金属层；3、镍金属层；4、银金属层；5、钛镍合金层。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

对于晶圆背面金属化来说，镍作为钛和银之间的中间层，其热膨胀系数介于钛和银之间，能够缓解背面金属残余应力，提高背面金属的粘附性，是一种理想的“过渡”金属，然而，采用电子束蒸发镍的时候，容易发生溅源，而溅源发生的原因较为多样化，但最主要的原因仍然与镍本身的性质有关，而目前业界没有办法能够完全避免镍在蒸发过程中发生溅源。其次，对于传统的背面金属蒸镀工艺来说，前期抽真空的时间占据作业过程总时长的一半以上，因而提高生产效率就需要提高前期腔体抽真空的速度，使腔体真空度快速达到作业真空度。

针对上述现有技术中存在的缺陷，本申请中提出了一种新型晶圆背面金属化的方法，以低熔点的钛镍合金为金属源锭代替常规的金属镍，由于钛镍合金的熔点较低且远低于纯钛和纯镍，因而在电子束加热状态下，能够在更低的功率条件下就能使金属源锭受热更均匀，不仅可以实现源锭更充分的熔融状态，而且可以实现蒸发源(金属锭)更均匀的温度分布，不容易发生源飞溅，并且合金中的钛成分可以有效避免钛镍合金在蒸发过程中发生溅源，这有利于提高产品的良率；同时，钛镍合金比纯钛和纯镍具有更好的抗氧化性能，降低晶圆背面金属氧化的程度，这也有利于提高产品的良率。另外，钛镍合金的热膨胀系数介于钛和银之间，因而在有效降低镍溅源带来的风险的同时也能够确保背面金属较好的粘附力，能够满足整个背面金属热膨胀系数的传递性和粘附性。此外，镍的质量百分含量为24％～33％时，钛镍合金具有较稳定的蒸发特性。可见，本发明晶圆背面金属化的方法，以钛镍合金为金属源锭，替代常规的金属镍，在满足背面金属热膨胀系数的前提下，也能够从根本上避免了镍沉积过程中发生溅源的可能，从而能够提高产品的良率，对于促进功率半导体器件的广泛应用具有十分重要意义。

进一步的，本申请中，在采用电子束蒸发沉积钛金属层之前还包括对钛锭进行预熔化处理，旨在显著缩短前期抽真空所需时间，具体为：当腔体真空度达到8×10

为了进一步说明本申请中采用的技术方案能够带来上述技术效果，本申请中提供了以下具体实施方式。这些具体实施方式中，采用的工艺或设备，若无特别说明，均为本领域的常规技术手段。

实施例1

一种晶圆背面金属化的方法，以钛镍合金为金属源锭，在晶圆背面的钛金属层和银金属层之间制备钛镍合金层，形成Ti-Ti/Ni-Ag金属层，如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、对晶圆背面进行机械减薄，以降低晶圆的厚度，随后对晶圆背面进行去应力清洗，其中晶圆经减薄和去应力清洗后的厚度在200μm～300μm之间。本实施例中，采用的晶圆为8寸的TSBD晶圆产品，但不仅限于此。

S2、采用电子束蒸发工艺在晶圆背面沉积钛金属层，如图2所示，具体为：

S2-1、将晶圆置于腔体中的基板上，对腔体进行抽真空，当腔体真空度达到5×10

S2-2、当腔体真空度达到10

步骤S2中，在钛金属层的沉积过程中，腔体内真空度保持在5×10

步骤S2中，通过引入Ti的预熔化，成功降低了晶圆背面金属蒸发前期抽真空的时间，提高了生产效率。

S3、采用电子束蒸发工艺在钛金属层表面沉积钛镍合金层，具体为：以Ti-24％Ni合金为金属源锭，采用电子束蒸发工艺对Ti-24％Ni合金进行加热，并使蒸发的钛镍合金以2nm/s的速率蒸发至钛金属层表面并沉积在钛金属层表面形成Ti-Ti/Ni金属层，该钛镍合金层的厚度为200nm。

步骤S3中，在钛镍合金层的沉积过程中，腔体内真空度保持在5×10

步骤S3中，采用的Ti-24％Ni合金的熔点为942℃，远低于Ti的熔点1677℃，也低于Ni的熔点1455℃，因而在Ti-24％Ni合金蒸发沉积钛镍合金层时，能够在较低的功率下实现源锭更充分的熔融状态，以及实现蒸发源(金属锭)更均匀的温度分布，从而不容易发生源飞溅，并且合金中的钛成分可以有效避免钛镍合金在蒸发过程中发生溅源，这有利于提高产品的良率。

S4、采用电子束蒸发工艺在钛镍合金层表面沉积银金属层，在晶圆背面形成Ti-Ti/Ni-Ag金属层，具体为：以银锭(市购，柱形体，尺寸为：上表面直径为45.5mm，下表面直径为39.5mm，高度为22mm)为金属源锭，采用电子束蒸发工艺对银锭进行加热，并按照蒸发速率为3nm/s，使蒸发的银蒸发至Ti-Ti/Ni金属层表面并沉积在Ti-Ti/Ni金属层表面形成银金属层，该银金属层的厚度为800nm，从而在晶圆背面形成Ti-Ti/Ni-Ag金属层，完成对晶圆背面的金属化处理。

步骤S4中，在银金属层的沉积过程中，腔体内真空度保持在5×10

如图3所示，由上述方法制得的晶圆背面金属化结构，包括晶圆1，所述晶圆1的背面依次沉积有钛金属层2、钛镍合金层5和银金属层4。该晶圆背面金属化结构中，由于Ti-24％Ni合金的热膨胀系数介于镍12.7×10

表1本发明晶圆背面金属化工艺与常规工艺的效果对比

由表1可知，与现有常规工艺(无钛预熔化过程)相比，本发明采用的晶圆背面金属化工艺，不仅可以有效减少前期抽真空所需时间，有利于提高生产效率，而且，在确保背面金属具有较好粘附力的的前提下也能显著降低镍溅源所带来的风险，从而有利于提高产品的良率。

由上述结果可知，本发明晶圆背面金属化的方法，以钛镍合金为金属源锭，替代常规的金属镍，在满足背面金属热膨胀系数的前提下，也能够从根本上避免镍沉积过程中发生溅源的可能，从而能够提高产品的良率，对于促进功率半导体器件的广泛应用具有十分重要意义。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。