CN103489843A - 一种金属氧化物半导体芯片电极焊盘及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种金属氧化物半导体芯片电极焊盘，它包括金属氧化物半导体芯片，金属氧化物半导体芯片的两侧为电极焊盘材料共晶体层，电极焊盘材料共晶体层的外侧为电极焊盘；其中，电极焊盘材料共晶体层由金属氧化物半导体芯片材料与电极焊盘材料共同构成。本发明金属氧化物半导体芯片与电极焊盘之间的共晶体层中减少了杂质，使金属氧化物半导体芯片的性能更稳定；去除了金属氧化物半导体芯片电极焊盘中的杂质、空洞和间隙，使金属氧化物半导体芯片在脉冲电流冲击下不会发生***损坏，提高了金属氧化物半导体芯片的通流能力；减少了电极焊盘的加速氧化，提高了金属氧化物半导体芯片电极焊盘的可焊性。

Description

一种金属氧化物半导体芯片电极焊盘及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片电极焊盘，尤其是使金属氧化物半导体芯片材料与电极焊盘材料之间在真空状态下形成的金属氧化物半导体材料---电极焊盘材料的共晶体层的金属氧化物半导体芯片电极焊盘。

背景技术

目前，公知的通流能力在千安电流以上的金属氧化物半导体芯片电极焊盘的形成主要有刷浆和金属喷涂工艺。刷浆工艺是采用由电极焊盘材料制成的金属粉末和化学原料配制成的液体浆料刷制在金属氧化物半导体芯片的电极表面上，后进入炉中烧制，过程为以适当的温度把浆料中的除电极焊盘材料金属粉末以外的成分烧致挥发掉，使电极焊盘材料金属粉末与金属氧化物半导体芯片材料在一定的温度下生长成为导电金属面，在金属氧化物半导体芯片与导电金属面之间形成为金属氧化物半导体芯片材料---电极焊盘材料共晶体层，这样就由金属氧化物半导体芯片材料、共晶体层、导电金属面共同构成为金属氧化物半导体芯片的电极焊盘。但是，在刷制后的半导体芯片烧制过成中，由于浆料中的化学原料物质被金属粉末覆盖而不能完全烧致挥发而形成杂质、空洞、间隙，这些杂质、空洞、间隙被封闭在金属氧化物半导体芯片的电极焊盘中，当金属氧化物半导体芯片电极焊盘通过脉冲高电压时，在杂质、空洞和间隙之两面形成局部电位差，当电位差高于这些杂质、空洞和间隙的击穿电压时，它们就会被击穿而其中的空气迅速膨胀使之发生***，致使金属氧化物半导体芯片损坏；而在半导体芯片材料的共晶体层中，杂质又会影响金属氧化物半导体芯片的导电性能参数；在烧制挥发过程中会产生电极焊盘材料加速氧化，降低电极焊盘材料的可焊性。同样，对于金属喷涂工艺，其金属氧化物半导体芯片金属喷涂电极中也存在杂质和空洞，仍会存在上述结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种通流能力好、可靠性高的金属氧化物半导体芯片电极焊盘，同时提供制备上述电极焊盘的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种金属氧化物半导体芯片电极焊盘，它包括金属氧化物半导体芯片，金属氧化物半导体芯片的两侧为电极焊盘材料共晶体层，电极焊盘材料共晶体层的外侧为电极焊盘；其中，电极焊盘材料共晶体层由金属氧化物半导体芯片材料与电极焊盘材料共同构成。

所述电极焊盘的材料为铜、铝或银。

一种制备上述金属氧化物半导体芯片电极焊盘的方法，首先，将金属氧化物半导体芯片置于真空环境中，同时使金属氧化物半导体芯片连接直流电压源，并形成电场；其次，对金属氧化物半导体芯片加热直至其表面出现熔化；停止加热后，开启电子束控制器使电子束轰击电极焊盘材料靶材，从电极焊盘材料靶材逸出的分子或分子团在电场作用下吸附在表面熔化的金属氧化物半导体芯片上，待电极焊盘材料和金属氧化物半导体芯片材料结晶固化后，形成电极焊盘材料共晶体层；最后，从电极焊盘材料靶材逸出的分子或分子团在电场作用下继续吸附在电极焊盘材料共晶体层表面，形成电极焊盘。

所述的真空环境由设置在真空炉内的真空室构成。

在金属氧化物半导体芯片两端加上导电金属罩；真空炉、直流电压源和导电金属罩依次连接形成电场。

在真空室内设置温控加热器，利用温控加热器对金属氧化物半导体芯片进行加热。

采用上述技术方案的本发明，金属氧化物半导体芯片与电极焊盘之间的共晶体层中减少了杂质，使金属氧化物半导体芯片的性能更稳定；去除了金属氧化物半导体芯片电极焊盘中的杂质、空洞和间隙，使金属氧化物半导体芯片在脉冲电流冲击下不会发生***损坏，提高了金属氧化物半导体芯片的通流能力；减少了电极焊盘的加速氧化，提高了金属氧化物半导体芯片电极焊盘的可焊性。

为了验证上述效果，本发明做如下试验：

同一批次型号的金属氧化物半导体芯片用现有技术和本发明技术做出两种电极焊盘后，在两种电极焊盘上焊接外电极，在相同的试验设备和相同的环境条件下进行试验。下面以规格型号385V20ＫＡ的金属氧化物半导体芯片为试验例；规格型号385V20ＫＡ的部分参数为：额定电压385V、额定通流能力20千安、最大通流能力40千安。试验项目为：漏电流测试、额定8/20冲击电流测试、通流能力测试、2.1倍于额定8/20冲击电流上限极值测试。试验结果见下表：

从上述的表中可以看出，金属氧化物半导体芯片的性能参数之一漏电流测试，测试前现有技术与本发明差别很小，经额定通流20千安的8/20冲击电流冲击测试后，漏电流明显高于本发明，这说明现有技术的稳定性不如本发明；通流能力测试是设定给出40千安的8/20冲击电流，对金属氧化物半导体芯片进行通流试验，可明显看出现有技术的通流能力不如本发明高，这说明本发明的金属氧化物半导体芯片电极焊盘没有杂质、空洞、间隙，通流面积增大，其电阻值小于现有技术，相比较提高了通流能力；金属氧化物半导体芯片的电极焊盘是在真空中形成的，没有在大气中加热烧制，它的氧化程度要比现有技术低，在与外电极焊接时焊层较牢固，由于去除了现有技术中金属氧化物半导体芯片电极焊盘的杂质、空洞和间隙，所以在通过脉冲大电流时不会发生***，从表中电极焊盘实验可看出，本发明的电极焊盘在上限极值冲击下完好无损。

附图说明

图1是本发明的剖面结构图。

图2是本发明金属氧化物半导体芯片电极焊盘形成原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种金属氧化物半导体芯片电极焊盘，它包括金属氧化物半导体芯片1，金属氧化物半导体芯片1的两侧为电极焊盘材料共晶体层2，电极焊盘材料共晶体层2的外侧为电极焊盘3；其中，电极焊盘材料共晶体层2由金属氧化物半导体芯片材料与电极焊盘材料共同构成；电极焊盘3的材料为铜、铝或银等金属。

如图2所示，上述金属氧化物半导体芯片电极焊盘的制备方法，首先，将金属氧化物半导体芯片1置于真空环境中，真空环境由设置在真空炉6内的真空室4构成；在金属氧化物半导体芯片1两端加上导电金属罩7，但须将金属氧化物半导体芯片材料1的两预置电极焊盘面露出；上述的真空炉6、直流电压源5和导电金属罩7依次连接形成电场。

其次，在真空室4内设置温控加热器8、电子束控制器10和电极焊盘材料靶材12；其中，利用温控加热器8对金属氧化物半导体芯片1进行加热直至其表面出现熔化。关闭温控加热器8以停止加热，开启电子束控制器10使电子束11轰击电极焊盘材料靶材12，从电极焊盘材料靶材12逸出的分子或分子团9在电场作用下冲向两预置电极焊盘面，从而吸附在表面熔化的金属氧化物半导体芯片1上。随着电极焊盘材料的分子或分子团9被金属氧化物半导体芯片1的两预置电极焊盘面的吸附增加，金属氧化物半导体芯片1的两预置电极焊盘面会结晶固化，待电极焊盘材料和金属氧化物半导体芯片材料结晶固化后，形成电极焊盘材料共晶体层2。

最后，从电极焊盘材料靶材12逸出的分子或分子团9在电场作用下继续吸附在电极焊盘材料共晶体层2表面，形成电极焊盘3，最后使真空炉6降温卸压取出金属氧化物半导体芯片电极焊盘。

Claims (6)

1.一种金属氧化物半导体芯片电极焊盘，其特征在于：它包括金属氧化物半导体芯片（1），金属氧化物半导体芯片（1）的两侧为电极焊盘材料共晶体层（2），电极焊盘材料共晶体层（2）的外侧为电极焊盘（3）；其中，电极焊盘材料共晶体层（2）由金属氧化物半导体芯片材料与电极焊盘材料共同构成。

2.根据权利要求1所述金属氧化物半导体芯片电极焊盘，其特征在于：所述电极焊盘（3）的材料为铜、铝或银。

3.一种制备权利要求1或2所述金属氧化物半导体芯片电极焊盘的方法，其特征在于：

首先，将金属氧化物半导体芯片（1）置于真空环境中，同时使金属氧化物半导体芯片（1）连接直流电压源（5），并形成电场；

其次，对金属氧化物半导体芯片（1）加热直至其表面出现熔化；停止加热后，开启电子束控制器（10）使电子束（11）轰击电极焊盘材料靶材（12），从电极焊盘材料靶材（12）逸出的分子或分子团在电场作用下吸附在表面熔化的金属氧化物半导体芯片（1）上，待电极焊盘材料和金属氧化物半导体芯片材料结晶固化后，形成电极焊盘材料共晶体层（2）；

最后，从电极焊盘材料靶材（12）逸出的分子或分子团在电场作用下继续吸附在电极焊盘材料共晶体层（2）表面，形成电极焊盘（3）。

4.根据权利要求3所述的金属氧化物半导体芯片电极焊盘的制备方法，其特征在于：所述的真空环境由设置在真空炉（6）内的真空室（4）构成。

5.根据权利要求4所述的金属氧化物半导体芯片电极焊盘的制备方法，其特征在于：在金属氧化物半导体芯片（1）两端加上导电金属罩（7）；真空炉（6）、直流电压源（5）和导电金属罩（7）依次连接形成电场。

6.根据权利要求4所述的金属氧化物半导体芯片电极焊盘的制备方法，其特征在于：在真空室（4）内设置温控加热器（8），利用温控加热器（8）对金属氧化物半导体芯片（1）进行加热。

Images