CN104037075B - 耐高温处理的碳化硅背面金属加厚方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种耐高温处理的碳化硅背面金属加厚方法，该方法包括以下步骤：1）在SiC晶片背面蒸发或者溅射一层金属，退火后形成欧姆接触；2）在背面欧姆接触上蒸发或者溅射一层阻挡金属；3）在SiC晶片正面涂一层树脂，烘箱高温烘烤固化树脂；4）SiC晶片正面涂胶保护，湿法HF腐蚀，清洗甩干；5）在SiC晶片背面沉淀加厚金属；6）去胶划片，芯片烧结到载体上后做剪切力评估。优点：解决了碳化硅功率器件经过高温处理以后，背面金属不牢的问题，通过在背面欧姆上溅射一层阻挡金属，高温处理后与扩散到欧姆接触表面的C结合，避免了形成游离的C层，保证了背面加厚金属的牢固性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种背面金属加厚方法，具体涉及的是一种耐高温处理的碳化硅背面金属加厚方法。
背景技术
碳化硅（SiC）材料因具有大的禁带宽度（3.2eV）、高的临界击穿电场（达到4×106V/cm以上）、高的电子饱和速度（2×107cm/s）以及高的热导率（4.9W/cm.K）等性能，在高温、大功率、抗辐照等工作条件下具有明显的优势，在通信、交通、能源等领域具有广阔的应用前景。
在碳化硅功率器件中，通常采用镍（Ni）作为欧姆接触金属，在碳化硅圆片表面生长一层高掺的外延，沉淀金属镍后，经过高达1000oC的高温退火以后，形成良好的欧姆接触，其接比接触电阻率可达到1Х10-6 Ω.cm2。但是，碳化硅的欧姆接触形成过程中，由于镍和碳化硅反应形成镍硅合物（NixSiy），将会析出碳(C)，欧姆退火过程中，由于高温退火时间较短，碳还没有扩散到表面，由于碳的扩散系数与时间和温度成正比例关系，在较高温较长时间下，这种碳就会扩散到欧姆接触表面，形成游离的碳层，这时候再进行金属加厚工艺，会导致加厚金属的粘附性非常的差。
针对上诉问题，通常可通过湿法腐蚀和干法刻蚀来去除背面析出来的碳，其中湿法腐蚀用的强酸会腐蚀器件正面，干法刻碳化硅背面，会对碳化硅晶片和刻蚀设备腔体造成污染，这两方法都会损伤碳化硅器件的电性能，并产生可靠性隐患，因此，不用去除碳层，同时背面金属粘附性良好的碳化硅背面金属加厚工艺开发是非常重要的。
发明内容
本发明提出的一种耐高温处理的碳化硅背面金属加厚方法，其目的是解决现有工艺所存在的上述不足，通过合金的方法束缚住高温处理后游离出来的碳，不影响器件电学性能的同时，提高碳化硅器件背面加厚金属的粘附性和器件的可靠性。
本发明的技术解决方案包括以下步骤：
1）在SiC晶片背面蒸发或溅射一层金属，退火后形成欧姆接触；
2）在背面欧姆接触上蒸发或溅射一层阻挡金属；
3）在SiC晶片正面涂一层用于高压保护的树脂，经过烘箱高温烘烤固化；
4）SiC晶片正面涂胶保护，湿法HF腐蚀，清洗甩干；
5）在SiC晶片背面沉淀加厚金属；
6）去胶划片，做剪切力评估。
本发明的有益效果：该方法解决了由高温处理后碳化硅背面欧姆接触析出游离碳层引起的金属粘附性问题，同时不需要采用湿法腐蚀或者干法刻蚀工艺，工艺简单，无工艺污染，降低了工艺成本；采用这种耐高温处理的碳化硅背面金属加厚方法研制的器件，电学性能和可靠性良好，背面金属粘附性良好且耐高温处理。
附图说明
附图1是SiC圆片示意图。
附图2是SiC圆片背面做了欧姆接触后的剖面示意图。
附图3是SiC圆片背面欧姆接触上沉淀一层阻挡金属后的剖面示意图。
附图4是SiC圆片正面涂一层树脂后的剖面示意图。
附图5是SiC圆片正面涂胶保护后的剖面示意图。
附图6是背面金属加厚以后的剖面示意图。
具体实施方式
耐高温处理的碳化硅背面金属加厚方法，该方法包括以下步骤：
1）在SiC晶片背面蒸发或者溅射一层金属，退火后形成欧姆接触；
2）在背面欧姆接触上蒸发或者溅射一层阻挡金属；
3）在SiC晶片正面涂一层树脂，烘箱高温烘烤固化树脂；
4）SiC晶片正面涂胶保护，湿法HF腐蚀，清洗甩干；
5）在SiC晶片背面沉淀加厚金属；
6）去胶划片，芯片烧结到载体上后做剪切力评估。
所述在SiC晶片背面蒸发或者溅射一层金属100nm的Ni金属，1000oC退火10min后形成良好的欧姆接触；100nm的Ni金属在高温快速退火中，没有全部与SiC反应，表层没有和SiC反应的Ni还比较致密，阻挡了碳的析出，所以此时观察不到背面有发黑的碳析出，如图2所示。
所述在背面欧姆接触上溅射一层阻挡金属包括W，Ti，WTi，WiTiAuTi，厚度为10nm～300nm，采用蒸发或者溅射的方式形成，如图3所示。
所述在SiC晶片正面涂一层树脂是4µm厚的树脂层，烘箱加热温度从25℃开始，多段2h加热到400℃，然后在400℃恒温2h后，降温到室温；经过次高温处理以后，碳扩到了阻挡金属层，与W、Ti或者其合金结合，防止了碳向金属表面的扩散，避免在表面形成游离的碳层，影响加厚金属的粘附性，如图4所示。
所述SiC晶片正面涂胶保护，湿法HF腐蚀，是质量配比浓度为20%的HF%处理1min，如图5所示。
所述在SiC晶片背面沉淀加厚金属是经过步骤4）以后，背面蒸发、溅射或者电镀1µm～6µm的加厚金属，背面加厚金属包括Au，Ag，NiAu，NiAg，TiNiAu，TiNiAg；去胶后划片，如图6所示。
所述背面欧姆金属还包括Ni，Ti，Gr，Mo，W及其合金，退火温度为600oC～1100oC。
所述背面欧姆上溅射一层阻挡金属，此阻挡金属包括W，Ti，WTi，WiTiAuTi，厚度为10nm～300nm，采用蒸发或者溅射的方式形成。
所述在SiC晶片正面涂一层树脂，树脂层为苯并环丁烯（BCB）或者聚酰亚胺，烘箱烘烤温度为100oC～500oC，烘烤时间为1h～12h。
所述HF的质量配比浓度为5%～10%，或30%～50%，处理的时间为10s～9min。
Claims (1)
1.耐高温处理的碳化硅背面金属加厚方法，该方法包括以下步骤：
1）在SiC晶片背面蒸发或者溅射一层金属，退火后形成欧姆接触；
2）在背面欧姆接触上蒸发或者溅射一层阻挡金属；
3）在SiC晶片正面涂一层树脂，烘箱高温烘烤固化树脂；
4）SiC晶片正面涂胶保护，湿法HF腐蚀，清洗甩干；
5）在SiC晶片背面沉淀加厚金属；
6）去胶划片，芯片烧结到载体上后做剪切力评估；
所述在SiC晶片背面蒸发或者溅射一层100nm厚的Ni金属，1000oC退火10min后形成良好的欧姆接触；100nm的Ni金属在高温快速退火中，没有全部与SiC反应，表层没有和SiC反应的Ni还比较致密，阻挡了碳的析出，所以此时观察不到背面有发黑的碳析出；
所述在背面欧姆接触上溅射一层阻挡金属包括W，Ti，WTi，WiTiAuTi，厚度为10nm～300nm，采用蒸发或者溅射的方式形成；
所述在SiC晶片正面涂一层树脂是4µm厚的树脂层，烘箱加热温度从25℃开始，多段2h加热到400℃，然后在400℃恒温2h后，降温到室温；经过第二次高温处理以后，碳扩到了阻挡金属层，与W、Ti或者其合金结合，防止了碳向金属表面的扩散，避免在表面形成游离的碳层，影响加厚金属的粘附性；
所述SiC晶片正面涂胶保护，湿法HF腐蚀，是质量配比浓度为20%的HF处理1min；
所述在SiC晶片背面沉淀加厚金属是经过步骤4）以后，背面蒸发、溅射或者电镀1µm～6µm的加厚金属，背面加厚金属包括Au，Ag，NiAu，NiAg，TiNiAu，TiNiAg；去胶后划片。
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