大功率晶體管背面金屬化的研究與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、功率晶體管背面金屬化是最重要的工藝技術(shù)之一,尤其是對于工作電壓高、電流大、功率大的晶體管器件,會(huì)對其背面金屬層的可靠性提出更高要求。我公司在大功率晶體管產(chǎn)品的可靠性測試及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)管芯剪切力差、金屬層脫落脫層、飽和壓降大、抗疲勞差、熱阻增大、甚至晶體管失效等可靠性差的情況,而且出現(xiàn)的幾率要比采用同樣工藝技術(shù)的中小功率晶體管要高,由此對大功率晶體管背面金屬層進(jìn)行分析,并希望能在原有的設(shè)備及工藝基礎(chǔ)上找的解決辦法。分析金屬層在硅基片上的

2、附著性,得出影響金屬層附著性及可靠性的因素。首先認(rèn)識硅基片表面沾污類型和機(jī)理,并通過有效的預(yù)清洗技術(shù)來獲得潔凈的硅基片表面,來提高金屬薄膜在硅基片上的附著性。再對金屬薄膜應(yīng)力進(jìn)行系統(tǒng)的研究,闡明應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制。分析制備金屬薄膜的過程中,影響膜層應(yīng)力的因素,優(yōu)化金屬薄膜生產(chǎn)工藝條件,降低所制備金屬膜層的內(nèi)應(yīng)力。晶體管中各材料間的線膨脹系數(shù)差異大,通過分析各種常用金屬材料的線膨脹系數(shù),提出了大功率晶體管背面采用三層金屬層的結(jié)構(gòu),來降低從硅基

3、片到封裝銅框架間的線膨脹系數(shù)差異,從而控制因材料的不同而產(chǎn)生的應(yīng)力,提高大功率晶體管背面金屬層的可靠性。對濺射和蒸發(fā)的優(yōu)缺點(diǎn)以及現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備方面考慮,實(shí)驗(yàn)利用濺射方法進(jìn)行硅基片背面三層金屬層的制備,并通過有效的熱處理工藝技術(shù),進(jìn)一步提高三層金屬薄膜的附著性和可靠性。最后對這三層金屬層的材料選擇,并對各層材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合,并對每層金屬厚度分兩種厚度要求,共分成四組樣品。經(jīng)過對四組樣品進(jìn)行剪切力測試、空洞率檢測、熱疲勞測試的可靠性實(shí)驗(yàn)測試。