[发明专利]一种半导体芯片正面铝层可焊化方法

说明书

本发明属于双面散热半导体领域，更具体地，涉及一种半导体芯片正面铝层可焊化方法，特别涉及一种宽禁带垂直功率半导体器件的正面电极可焊化工艺方法。其通过首先采用湿法腐蚀去除芯片正面粘合性较差的自然氧化铝层，然后再依次蒸发镀金属Ti、Ni、Ag，该金属化方法不仅使得处理后的芯片具有良好的导电性，又使商用半导体芯片从单面可焊接改进为双面可焊接，有利于实现双面散热，提高半导体模块的功率密度的同时还可改善半导体封装的可靠性。

技术领域

本发明属于双面散热半导体领域，更具体地，涉及一种半导体芯片正面铝层可焊化方法，特别涉及一种宽禁带垂直功率半导体器件的正面电极可焊化工艺方法。

背景技术

随着半导体功率模块，如逆变器、变换器功率密度的不断提高，系统对散热的要求越来越严格，单面散热已渐渐不能满足应用需求，双面散热势在必行。目前市场上商用半导体裸片多为单面可焊：正面电极顶层为金属Al，可焊性不佳，且Al在空气中会自然形成氧化铝，使得可焊性更差；背面顶层金属为金或银，易于焊接。单面可焊的半导体功率模块不能满足日益增高的实际散热需求。

目前国内外对半导体芯片正面可焊化的方法研究并不多，工业界更是稀少。天津大学在2018年申请了一个关于芯片正面铝层金属化方法的专利，其主要采用磁控溅射镀金属Ti/Ag来使芯片正面可焊化，这种方法存在以下缺陷：第一，通常在功率器件上的铝焊盘表面会由于暴露在空气中而产生致密的氧化铝层，该层会显著降低沉积金属层的粘合强度，在镀金属之前没有去除铝层及铝层表面被自然氧化的氧化铝层。第二，只有两层金属Ti/Ag，没有中间缓冲层，不能很好地阻挡封装焊接时焊料的侵蚀。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种半导体芯片正面铝层可焊化方法，其通过首先采用湿法腐蚀去除芯片正面粘合性较差的自然氧化铝层，然后再依次蒸发镀金属Ti、Ni、Ag，该金属化方法不仅使得处理后的芯片具有良好的导电性，又使商用半导体芯片从单面可焊接改进为双面可焊接，有利于实现双面散热，提高半导体模块的功率密度的同时还可改善半导体封装的可靠性，由此解决现有技术的芯片正面可焊化方法没有去除铝层及表面氧化铝层导致金属粘合强度不高、不能阻挡封装焊接时焊料的侵蚀的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种半导体芯片正面铝层可焊化方法，包括如下步骤：

(1)通过光刻方法在清洗后的芯片正面非电极区域覆盖光刻胶，得到光刻胶保护的芯片正面；

(2)对所述光刻胶保护的芯片正面采用湿法腐蚀处理，去除所述芯片正面铝层表面的氧化铝层，腐蚀完成后清洗表面残留的腐蚀剂，获得去除表面氧化铝层的芯片正面；

(3)在去除表面氧化铝层的芯片正面依次蒸镀金属钛、金属镍和金属银，获得蒸镀金属的芯片正面；

(4)对所述蒸镀金属的芯片正面进行光刻胶剥离处理，获得正面铝层可焊的半导体芯片。

优选地，步骤(1)所述清洗具体为：对待处理的芯片正面进行等离子体清洗，去除芯片正面铝层表面的灰尘和杂质，得到清洗后的芯片正面。

优选地，所述光刻方法涂胶时，先采用转速500-700rad/min旋涂3-8秒，再采用转速1000-3000rad/min旋涂8-12秒。

优选地，步骤(1)光刻时采用的掩模层中，对应于所述芯片正面栅极焊盘和源极焊盘之间区域的掩膜区域的宽度不小于该栅极焊盘和源极焊盘之间的实际距离。

优选地，所述掩模层中对应于栅极焊盘和源极焊盘之间区域的掩膜区域的宽度至少大于栅极焊盘和源极焊盘之间的距离0.08毫米。

优选地，所述湿法腐蚀采用的腐蚀剂为温度范围在70-80℃之间的热磷酸，所述湿法腐蚀时间为3-4分钟。

优选地，在步骤(2)完成以后的1分钟时间内进行步骤(3)，以避免芯片正面在空气中被再次氧化。