[發(fā)明專利]一種金屬電極制造方法及其裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410853925.0
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104701153A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王耀華;趙哿;劉江;劉鉞楊;高明超;金銳;溫家良
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;國網(wǎng)北京市電力公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/285;H01L21/67
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制備工藝，具體涉及一種金屬電極制造方法及其裝置。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面優(yōu)點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)具有能夠提供高工作電壓、高耐壓、大電流、高速、飽和壓降低、低開關(guān)損耗、簡單的門極電壓控制、優(yōu)良的開關(guān)可控性和高可靠性、低成本等優(yōu)點，是當前電力電子的技術(shù)領(lǐng)域中最具有優(yōu)勢的功率器件之一，在高頻中小容量的電力電子系統(tǒng)和裝置中廣泛應(yīng)用，作為電力電子重要大功率主流器件之一的IGBT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、交通運輸、電力工程、可再生能源和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。在工業(yè)應(yīng)用方面，如交通控制、功率變換、工業(yè)電機、不間斷電源、風電與太陽能設(shè)備，以及用于自動控制的變頻器。在消費電子方面，IGBT用于家用電器、相機和手機。傳統(tǒng)的IGTB模塊(含IGBT芯片和快速恢復(fù)二極管FRD芯片，二者有效結(jié)合，將轉(zhuǎn)換狀態(tài)的損耗減少)采用鋁引線和陶瓷覆銅基板的多芯片并聯(lián)的封裝方式，由于工作中產(chǎn)生的熱量只能通過覆銅基板導(dǎo)出，其散熱性能、耐熱沖擊能力及可靠性均低于同等電壓等級的大功率晶閘管。

為了解決上述問題，國際廠商如ABB、Westcode、東芝、富士等推出壓接式IGBT模塊，其封裝形式參考了傳統(tǒng)的晶閘管封裝樣式，電極引出采用金屬壓接代替鋁引線以實現(xiàn)雙面散熱。同時，壓接式封裝模塊可以實現(xiàn)短路失效，該特性在高壓直流輸電領(lǐng)域尤其重要，在系統(tǒng)設(shè)計時增加冗余的器件，當串聯(lián)的IGBT中有一個或多個(小于設(shè)計冗余)失效時仍可以正常工作。

由于壓接式封裝，芯片要承受很高的壓力(2kN或更高)，這個壓力會對芯片的結(jié)構(gòu)和電特性帶來影響。為降低這種影響，可在傳統(tǒng)IGBT和FRD芯片的電極基礎(chǔ)上增加一層軟金屬(例如銀、鋁或鋁合金)或增加金屬電極厚度，利用金屬的延展性降低壓接封裝時的壓力對芯片?的影響。

電極上增加一層軟金屬或增加電極厚度，有兩種方案可選擇：其一，常規(guī)金屬電極完成后，再沉淀第二層金屬、光刻、金屬刻蝕；其二，直接淀積厚金屬，通過兩次光刻、金屬刻蝕來完成。兩種方案都需要增加一道光刻工藝，導(dǎo)致芯片加工周期延長和加工成本增高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種金屬電極制造方法及其裝置。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種電極制造裝置，裝置包括由下至上依次設(shè)置的載片臺1、蓋板4和固定件5，載片臺1由在同一平面上的至少兩塊載片件組成，金屬掩膜罩2跨放在其上；位于金屬掩膜罩2上方的蓋板4剖面為拉長的倒置凹槽，其兩端的凸塊支撐在載片件上；依據(jù)設(shè)于硅片上的芯片的電極形狀敷設(shè)的金屬掩膜罩2。

進一步的，下表面分布有芯片的硅片3嵌設(shè)于金屬掩膜罩2的凹槽內(nèi)，凹槽縱剖面為階梯型，金屬掩膜罩2置于可調(diào)載片臺1上，蓋板4罩設(shè)于金屬掩膜罩2且其內(nèi)表面與硅片3上表面貼合，固定件5為一端設(shè)于載片臺1上且另一端壓設(shè)于蓋板4上的彈簧片。?

進一步的，金屬掩膜罩2采用不銹鋼或鋁合金材料，金屬掩膜罩2厚度為20～200um。

進一步的，金屬掩膜罩2的凹槽的縱剖面的階梯高10～100um。

在邊緣區(qū)域增加臺階，使加工過程中芯片與金屬掩膜罩沒有接觸。

進一步的，金屬掩膜罩2的凹槽底面對應(yīng)硅片3上芯片的電極位置設(shè)有通孔。

本發(fā)明的另一目的在于提供了一種使用權(quán)利要求1電極制造裝置的電極制造方法，包括如下步驟：

(1)硅片清洗：將金屬化工藝加工后的硅片經(jīng)藥液清洗；

(2)將金屬掩膜罩放置于載片臺上；

(3)放置硅片：將經(jīng)步驟1凈化處理的硅片置于金屬掩膜罩2上，使用蓋板4和固定件5將硅片固定；?

將硅片放置到載片臺上，使用硅片的定位邊或定位孔進行定位，使金屬掩膜罩的窗口區(qū)域?qū)使杵闲枰矸e金屬的位置；

(4)金屬蒸鍍；?

根據(jù)器件設(shè)計的需求，使用真空蒸鍍設(shè)備進行單層或多層金屬蒸鍍，金屬通過金屬掩膜罩的窗口，在硅片的芯片上需要的位置淀積；為了去除金屬表面的氧化層，進一步改善表面狀態(tài)和提高厚金屬的附著性，真空蒸鍍設(shè)備中集成了等離子發(fā)生裝置，在蒸鍍前使用等離?子體氬或者氮轟擊第一層金屬表面；