[發明專利]具有雙層或多層插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構

有效

• 申請號: 201410114060.6
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103928437A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 林罡
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

技術領域

本發明涉及的是一種具有雙層或多層插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，屬于半導體制造技術領域。

背景技術

GaAs?芯片背面金屬結構，通常采用的是接觸金屬層和Au金屬層兩層結構。由于結構和材料相對簡單和單一，因此在工藝實現上比較方便。但是，燒結時的高溫作用下，焊料中的其它金屬容易在Au中擴散，而背面金屬中的Au也會往焊料中擴散。若焊料擴散至正面源漏金屬中將影響器件的可靠性和性能；焊料若擴散至背面金屬中，會改變背面金屬的導熱性、應力等，這將對芯片的結構以及散熱產生不良影響。另一方面，背面金屬中的Au也易在燒結時候向焊料中擴散，引起金屬缺失，嚴重時產生空洞等。因此采用常規的背面金屬結構，在一定程度上影響了芯片的可靠性和性能。這促使了研究人員考慮優化背面金屬結構，在其中插入金屬阻擋層，大大降低了燒結時金與焊料的互相擴散，提高燒結對芯片性能的不良影響。金屬擴散阻擋層要慎重選擇，插入層的電阻率，導熱性以及擴散作用等也會對芯片性能和可靠性產生不良影響。因此對于金屬擴散阻擋層的選擇，本發明中采用Ti、Ni、W、WTi、WTiN、Pt等金屬/合金。

實驗證明鎢對錫有優良的阻擋作用，并且鎢在燒結時不容易向其他金屬中鉆蝕和擴散，因此可以采用鎢來阻擋金屬錫的擴散。而鎳對金有優良的阻擋作用，因此可以采用WNi合金作為擴散阻擋層。但是即使W、Ni等金屬對焊料金屬有較強的阻擋特性，但并不是完全阻擋，試驗分析表明，若采用單層阻擋層，總會有或多或少的焊料金屬擴散至背面電極中。若單純的增加單層阻擋層厚度又會引起應力集中等問題，所以根據用戶需求的芯片燒結條件以及金屬的擴散程度，可以選擇雙層或者是多層擴散阻擋層結構。

發明內容

本發明提出的是一種具有雙層或多層插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，其目的在于克服現有技術所存在的上述缺陷，利用已完成正面流程的砷化鎵芯片為襯底，在背面淀積多層不同的金屬層結構，它可使得砷化鎵芯片在燒結時候，有效地減小金屬的擴散，保證燒結后芯片的良好性能。

本發明的技術解決方案：具有雙層或多層插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，其特征是包括A金屬層上是A金屬擴散阻擋層；A金屬擴散阻擋層上是B金屬層；B金屬層上是B金屬擴散阻擋層；B金屬擴散阻擋層上是C金屬層；C金屬層上是接觸金屬層；接觸金屬層上是襯底；襯底上提供的是正面圖形。

本發明具有以下優點：1）采用本發明所述雙層（或多層）插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，可以更有效地阻擋芯片燒結時焊料向芯片背面金屬中，接觸層中以及正面源漏金屬中的擴散。相比之下，常規的砷化鎵芯片背面金屬結構，在燒結時，焊料擴散至背面金屬層中，由于產生應力，影響芯片表面的結構以及器件的可靠性；2）采用本發明所述的雙層（或多層）插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，可以更有利于芯片的散熱，提高芯片的壽命以及性能。相比之下，常規的背面金屬結構，由于焊料的熱導率無法超過背面金屬采用的Au的熱導率，因此擴散至背面金屬層中的焊料在一定程度上降低了背金的熱導率，影響芯片的散熱性；3）采用本發明的雙層（或多層）插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，可以避免焊料擴散到與背面金屬層相連的正面金屬層中，提高器件的可靠性。相比之下，常規的背面金屬結構，如果焊料擴散至正面圖形中，會影響器件性能甚至造成失效；4）采用本發明所述的雙層（或多層）插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，可以避免背面金屬向焊料中的擴散，相比之下，常規的背面金屬結構，若背面金屬大量向焊料中擴散，容易在金屬層中形成疏松的空洞，影響金屬層的電導率，從而影響器件的性能。

附圖說明

圖1是砷化鎵芯片的背面金屬的結構剖面圖。

圖2是焊料金屬在背面金屬結構中的擴散示意圖。

具體實施方式

具有雙層或多層插入層的砷化鎵芯片背面金屬的結構，包括A金屬層1、A金屬擴散阻擋層2、B金屬層3、B金屬擴散阻擋層4、C金屬層5、接觸金屬層6、襯底7、正面圖形8，其中A金屬層1上是A擴散阻擋層2；A金屬擴散阻擋層2上是C金屬層3；C金屬層3上是B金屬擴散阻擋層4；B金屬擴散阻擋層4上是C金屬層5；C金屬層5上是接觸金屬層6；接觸金屬層6上是襯底7；襯底7上提供的是正面圖形8。

所述的A金屬層1為Au層，或是其他用作與芯片焊料配合的金屬AuSn合金、AuTi合金、Cu，其厚度由與焊料燒結時最佳工藝厚度為100～1000nm，優選厚度300nm。