背面金属化共晶工艺方法
【专利摘要】本发明涉及半导体加工工艺方法。一种背面金属化共晶工艺方法包括如下步骤：1)通过减薄设备对硅晶圆片上进行减薄处理；2)在硅片上表面进行第一次腐蚀处理；3)对硅片进行清洗；4)在硅片上表面进行第二次腐蚀处理；5)将硅片进行冲水甩干；6)对硅片上表面进行金属蒸发处理，在硅片往上依次形成钛金属层、镍金属层和锡锑共晶合金层；7)采用共晶焊接工艺对硅片进行封装处理。本发明背在硅片上进行金属蒸发形成多层金属层，在硅片上的第一层为钛金属层，能与硅片形成良好欧姆接触，第二层为镍金属层能够与钛金属层形成良好接触，第三层为锡锑共晶合金层无剧毒安全可靠，改变了原有背面金属化共晶工艺方法的工艺缺陷，降低了工艺成本。
【专利说明】背面金属化共晶工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体加工工艺方法，尤其涉及一种背面金属化共晶工艺方法。
【背景技术】
[0002] 共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从 固态变到液态，而不经过塑性阶段。其熔化温度称共晶温度。
[0003] 共晶合金具有以下特性：
[0004] (1)比纯组元熔点低，简化了熔化工艺；
[0005] (2)共晶合金比纯金属有更好的流动性，在凝固中可防止阻碍液体流动的枝晶形 成，从而改善了铸造性能；
[0006] (3)恒温转变，无凝固温度范围，减少了铸造缺陷，如偏聚和缩孔；
[0007] (4)共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规则排列的层状或杆状共晶组 织，可成为优异性能的原位复合材料。
[0008] 共晶焊技术在电子封装行业得到广泛应用，如芯片与基板的粘接、基板与管壳的 粘接、管壳封帽等等。与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接具有热导率高、电阻小、传热 快、可靠性强、粘接后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板、基板与管壳 的互联。对于有较高散热要求的功率器件必须采用共晶焊接。共晶焊是利用了共晶合金的 特性来完成焊接工艺的。
[0009] 现有技术中通常使用的背面金属化共晶工艺用金砷合金或者纯金来作为背面金 属镀层，通过退火工艺来实现背面金属的共晶合金化。因砷有剧毒，纯金价格又极其昂贵， 所以工艺方案有很多缺陷。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题是：为了解决现有背面金属化共晶工艺方法中金属镀层 中金砷合金的砷有剧毒不安全而单独采用纯金镀层成本过高的问题，本发明提供一种安全 性高无毒且成本降低的背面金属化共晶工艺方法来解决上述问题。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种背面金属化共晶工艺方法包括 如下步骤：
[0012] 1)通过减薄设备对硅晶圆片上进行减薄处理，获得作为衬底的硅片；
[0013] 2)在所述硅片上表面进行第一次腐蚀处理，将硅片进一步腐蚀减薄；
[0014] 3)对所述硅片进行清水清洗；
[0015] 4)对硅片上表面进行金属蒸发处理，在硅片上表面形成钛金属层；
[0016] 5)对硅片继续进行金属蒸发处理，在钛金属层上形成镍金属层；
[0017] 6)对硅片进一步进行金属蒸发处理，在镍金属层上形成锡锑共晶合金金属层；
[0018] 7)采用共晶焊接工艺对硅片进行封装处理。
[0019] 进一步优选，在步骤3)之后且在步骤4)之前，进行步骤3a)处理，所述步骤3a) 是在硅片（1)上表面进行第二次腐蚀处理，将硅片（1)表面存在的二氧化硅层去除，然后再 将硅片（1)进行冲水洗涤甩干。
[0020] 进一步优选，所述步骤2)和步骤3a)的腐蚀处理是在腐蚀槽中进行，通过控制腐 蚀槽内的腐蚀液的温度来控制腐蚀速率，所述温度在30°C -80°C之间。使腐蚀后的硅片厚 度可控，能够保证硅片在腐蚀后获得符合要求的厚度。
[0021] 进一步优选，所述步骤3a)中腐蚀处理使用的腐蚀液为HF，所述HF的质量浓度为 1%。腐蚀液符合工艺要求，易于实现。
[0022] 进一步优选，所述步骤2)中腐蚀处理使用的腐蚀液为HF和ΗΝ03的混合酸，HF和 ΗΝ03的质量配比为1:3。腐蚀液符合工艺要求，易于实现。
[0023] 进一步优选，所述步骤4)、5)和6)中的工艺过程是在背金蒸发炉中进行的。工艺 设备操作简单，成本低。
[0024] 进一步优选，所述工艺方法还可以在步骤6)和步骤7)之间对硅片进一步进行金 属蒸发处理，在锡锑共晶合金金属层上形成金金属层。叠加金金属层，以满足不同共晶封装 工艺的要求。
[0025] 进一步优选，所述娃片为4寸娃晶圆片，所述钛金属层厚度为800 ±80 1，镍金属 层厚度为2500±250 Λ，锡铺共晶合金金属层厚度为15000士 1500A。该结构的金属层 厚度符合4寸硅晶圆片在工艺上的要求。
[0026] 另一种优选，所述娃片为6寸娃晶圆片，所述钛金属层厚度为1.800± 180 Λ，镍 金属层厚度为3000±300 A，锡锑共晶合金金属层厚度为12000± 1200A。该结构的金 属层厚度符合6寸硅晶圆片在工艺上的要求。
[0027] 本发明的有益效果是，本发明背面金属化共晶工艺方法中在硅片上进行金属蒸发 形成多层金属层，在硅片上的第一层为钛金属层，能与硅片形成良好欧姆接触，第二层为镍 金属层能够与钛金属层形成良好接触，第三层为锡锑共晶合金金属层，不再采用金砷合金 作为金属层，无剧毒安全可靠，无需单独采用纯金镀层，工艺成本低，改变了原有背面金属 化共晶工艺方法的工艺缺陷，降低了工艺成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0029] 图1是硅片在本发明背面金属化共晶工艺方法处理后的硅片背面金属层结构示 意图。
[0030] 图中1、娃片；2、钛金属层；3、镍金属层；4、锡铺共晶合金金属层。
【具体实施方式】
[0031] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以 示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0032] 如图1所示，本发明实施例一：对4寸硅晶圆片采用背面金属化共晶工艺方法，步 骤如下：
[0033] 1)通过减薄设备对硅晶圆片上进行减薄处理，硅晶圆片减薄至210微米，获得作 为衬底的娃片1 ;
[0034] 2)在腐蚀槽中对硅片1上表面进行第一次腐蚀处理，通过控制腐蚀槽内的腐蚀液 的温度来控制腐蚀速率，所述温度在30°C _80°C之间，使用的腐蚀液为HF和ΗΝ03的混合酸， HF和ΗΝ03的质量配比为1:3,腐蚀后硅片1厚度为200±20微米；
[0035] 3)对所述硅片1进行清水清洗；
[0036] 4)在腐蚀槽中对硅片1上表面进行第二次腐蚀处理，使用的腐蚀液是质量浓度为 1 %的HF，将硅片1表面存在的二氧化硅层去除；
[0037] 5)将硅片1进行冲水甩干；
[0038] 6)在背金蒸发炉中对娃片1上表面进行金属蒸发处理，在娃片1上表面形成钛金 属层2,钛金属层2厚度为
【权利要求】
1. 一种背面金属化共晶工艺方法，其步骤如下： 1) 通过减薄设备对硅晶圆片上进行减薄处理，获得作为衬底的硅片（1); 2) 在所述硅片（1)上表面进行第一次腐蚀处理，将硅片（1)进一步腐蚀减薄； 3) 对所述硅片（1)进行清水清洗； 4) 对硅片（1)上表面进行金属蒸发处理，在硅片（1)上表面形成钛金属层（2); 5) 对硅片（1)继续进行金属蒸发处理，在钛金属层（2)上形成镍金属层（3); 6) 对硅片（1)进一步进行金属蒸发处理，在镍金属层（3)上形成锡锑共晶合金金属层 ⑷； 7) 采用共晶焊接工艺对硅片（1)进行封装处理。
2. 根据权利要求1所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：在步骤3)和步骤4) 之间，进行步骤3a)处理，所述步骤3a)是在硅片（1)上表面进行第二次腐蚀处理，将硅片 (1)表面存在的二氧化硅层去除，然后再将硅片（1)进行冲水洗涤甩干。
3. 根据权利要求2所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：所述步骤2)和步骤 3a)的腐蚀处理是在腐蚀槽中进行，通过控制腐蚀槽内的腐蚀液的温度来控制腐蚀速率，所 述温度在30°C -80°C之间。
4. 根据权利要求2所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：所述步骤3a)中腐蚀 处理使用的腐蚀液为HF，所述HF的质量浓度为1 %。
5. 根据权利要求1所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：所述步骤2)中腐蚀处 理使用的腐蚀液为HF和ΗΝ03的混合酸，HF和ΗΝ0 3的质量配比为1: 3。
6. 根据权利要求1所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：所述步骤4)、5)和6) 中的工艺过程是在背金蒸发炉中进行的。
7. 根据权利要求1所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：所述工艺方法还可以 在步骤6)和步骤7)之间对硅片（1)进一步进行金属蒸发处理，在锡锑共晶合金金属层（4) 上形成金金属层。
8. 根据权利要求1所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：所述硅片（1)为4寸 娃晶圆片，所述钛金属层（2)厚度为800±80 A，镍金属层（3)厚度为2500±250 A，锡 锑共晶合金金属层（4)厚度为15000±1500A。
9. 根据权利要求1所述的背面金属化共晶工艺方法，其特征是：所述硅片（1)为6寸 硅晶圆片，所述钛金属层⑵厚度为1800土 1 80 A，镍金属层⑶厚度为3000±300 A， 锡锑共晶合金金属层（4)厚度为丨2000 ±1200/1。
【文档编号】C23C14/24GK104299922SQ201410608820
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】吴耀辉 申请人:苏州同冠微电子有限公司