摘要：本文研究了单芯片的背面金属化技术，为小芯片的背面金属化提供了有效的途径。鉴于单个芯片的体积小和易碎的特性，设计了一种特殊的模具来夹紧芯片，并使用软掩膜来避免芯片侧面和正面的金属化污染。通过实验和分析，确定了芯片背面的金属化膜系统（Ti Ni AU）的结构和厚度，并评估了样品的剪切力，热稳定性和焊接性能。实验结果表明，该工艺制备的单芯片背面的金属化产品符合要求，性能稳定可靠。 关键词：单片芯片；背面金属化；软掩模；Ti—Ni—Au
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1引言
晶圆背面金属化工艺（以下简称“背面金工艺”）是一种与其他物理和化学工艺相结合的综合技术。降低功率器件的功率损耗，提高电子产品的功率利用率是一项重要技术。它还为 新产品（例如太阳能电池，微计算机处理（MEMS））奠定了基础。目前，军事，航空，航天等领域的电路中的许多模块要求芯片和其他基本电子部件的背面具有可焊接性，以满足焊接和组装后的高可靠性要求。晶圆背面金属化技术在中国已经相当成熟，但仍处于单芯片开发阶段。鉴于上述情况，本文设计了一种特殊的模具来夹紧单芯片，并使用软掩模保护芯片的侧面和正面免受金属化污染。单个芯片背面的金属化层是通过溅射制造的。
2背金工艺设计
2.1掩模设计与制作
与传统晶圆背衬相比，单芯片最大的困难在于如何固定单芯片以及如何确保芯片的侧面和正面不被金属化。这就要求设计一个特殊的模具来固定单个芯片，并通过掩膜的方式来确保芯片的非背面区域不被金属化。掩膜有两种方案，即软掩膜和硬掩膜。由于单芯片尺寸小（小于5mm×5mm），难以保证硬掩模方案的对准精度，因此本文采用软掩模。软掩膜的第一种方案：将模具设计为“凹形”，凹坑的大小根据单个芯片的大小而变化，从而使芯片和模具处于同一水平面，然后将芯片固定在凹坑中以进行光刻胶涂层。在实验中，发现芯片与凹坑之间的间隙中的光致抗蚀剂严重聚集，并且芯片的中心与边缘之间的厚度
差大于5mm，这使得曝光困难并且易于进行。粘，严重影响口罩的质量。另外，由于芯片的尺寸小，难以与凹坑处的对准标记对准，并且对准偏差大。软掩膜方案2：将模具设计为“凸”形。首先，通过激光切割在模具上对准标记，然后在模具上涂覆一层光刻胶，然后根据对准标记放置芯片，最后干燥光刻胶，并将芯片固定在芯片上。模具的对准精度。然后，通过涂覆，曝光，显影和硬化来制造软掩模。与方案1相比，掩模的质量大大提高。在本文中，软掩模方案2用于掩模制造。
2.2膜层结构设计
芯片背面金属化层的要求：与Si / SiO的键合性能好，空穴少，焊接性能好，与硅片和基层的热匹配性好，各层材料之间无有害反应，加工方便且成本低。
单一的金属材料不能成为理想的背面金属化材料，因此芯片的背面通常由三层粘合层，阻挡层和导电层组成。
（1）对于直接与Si / SiO接触的粘合层材料，要求粘合层与Si / SiO具有良好的润湿性，强的粘合力以及与Si的热膨胀系数接近。从表1可以看出，Al，Cr，Ti和V与Si / SiO具
有良好的结合性能，但是Al和Si的膨胀系数相差太大。因此，通常选择Cr，Ti和V作为粘合层。由于容易获得高纯度ti，因此通常选择Ti作为粘附层。（2）由于导电层是芯片背面的最外层，因此在封装过程中，它通过焊料和基体焊接在一起。因此，必须选择性能稳定，不易氧化，不易焊接且导电性和导热性良好的金属。Ag和Au具有这样的性质。但是，Ag会在长期存储过程中迁移，这会影响焊接接头的长期可靠性。本文选择金作为导电层。（3）阻挡层为了防止粘合剂层和导电层之间的相互扩散，通常必须使用Ni层来在Au和Ti之间设置阻挡层。由于Ni，Au和Ti易于键合，因此不仅可以防止Au和Ti之间的扩散，还可以防止焊料直接与Ti接触。
作为一种高电阻，高强度的材料，Ti不应太厚，而金成本高且厚度应薄。为了确保Ni膜在长时间的高工作温度下仍能起到良好的阻挡作用，Ni层应较厚。三层的总厚度约为1μm，特定厚度的选择与芯片的表面光洁度有关。本文的三层金属膜的厚度如下：Ti膜的厚度为1000-1500a；Ti膜的厚度为1000-1500a。金膜的厚度为1000-2000a；镍膜的厚度为6000-7000a。
2.3 成膜方式选择
通常，可以通过蒸发或溅射形成背面金属化层。与蒸发法相比，磁控溅射沉积的膜的附着力和覆盖率要好于蒸发法。对于大多数金属，溅射能量约为10 EV 8，而蒸发能量仅约为0.2 ev。显然，由于溅射原子的能量比蒸发原子的能量高得多，它可以“渗透”或去除表面结垢，这使溅射原子更易于与硅基板结合，并具有很好的粘附性能。为了获得高可靠性的背面金属化膜，使用溅射法形成膜。
3工艺制备
芯片背面预处理：等离子体与芯片表面之间发生物理反应（离子轰击）和化学反应，以去除芯片背面的各种杂质和污染物，并增强薄膜层的附着力。掩模制作：根据样品芯片的尺寸设计光刻布局；然后根据平版印刷版图的分布图案，用激光在99.6％的氧化铝陶瓷上切割对准标记。用rzj390光致抗蚀剂在陶瓷基板上涂覆一层约2um的光致抗蚀剂，并根据对准标记放置样品芯片，并用90℃热板干燥样品芯片5分钟，将样品芯片固定后，面膜是通过粘合，预烘烤，曝光，显影和硬化制成的。背面金属化：将样品芯片和掩膜模具安装在溅射镀膜设备中，并预先泵送主体的真空。涂覆之前，使用氩离子轰击芯片背面以去除杂质。真空度为10的2倍。在毫巴中，通过使用自动涂覆程序，设置溅射功率，沉积速
率，膜厚度和其他参数来完成金属化过程。去除掩模：通过浸泡在丙酮中，在乙醇中脱水然后干燥来去除芯片背面的掩模。
4结论
鉴于单芯片的体积小，研究了单芯片背面的金属化工艺。完成了用于芯片的掩模的设计和制造。确定成膜方式，成膜系统和工艺参数。结果表明：使用此工艺，可以在背面金属化尺寸小于5 mm x 5 mm的单个芯片。经过150℃和1000 h的热处理后，芯片的剪切力满足gjb548，2019.2的要求，并且芯片背面的金属化层可以焊接，并且可以经受至少40 s的锡浸测试。
参考文献：
彩印业务
[1]0.35pμm抡直沟道功率芯片背金工艺优化和缺陷改善，刘瑜，上海交通大学硕士论文，2018年12月，P12.
真空超导散热器 [2]H. D. Zommer etal. JEEE Trans.，Vol.，ED - 23，No. b.p.843- 850，2017.8.
轮毂材料
[3]R. C. Weast etal.，（CRC Handbook of Chemistry and Phys-ies）.CRC Press，Inc.，63rd. D-191.F - 133，1982 - 1983.
[4]L E. Terry etal.，Proe. IEEE.，Vol.57，No.9，2016.9，P1580- 1586.捕虾机电路图
[5]H.F. Wolf，《硅半导体工艺数据手册》2016），中译本，国防工业出版社，1975年版，P556.
[6]功率晶体管管芯背面多层金属电极工艺；韩述斌，任忠祥.半导体技术，2017.6（3）. P42.
[7]功率半导体器件芯片背面多层金属层技术，贾松良.1994 - 2012 China Academic Journal Electronic PublishHouse. P28.
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