[发明专利]一种硅片背面金属化结构及其制造工艺

说明书

本发明属于半导体器件和集成电路工艺技术领域，具体涉及硅器件背面金属化结构和工艺。所述结构在背面衬底硅片的表面至少沉积有第一金属层铪，然后沉积其他层。所述工艺包括正面保护、背面减薄、背面抛光、清洗、物理气相沉积等工艺步骤。本发明利用铪与硅形成欧姆接触的特点，在硅片的背面制备一层铪，具有更低的接触电阻和更好的粘附性，同时具有良好的导电性、导热性和合适的热膨胀系数，有效提高硅器件制造过程中的良率和使用中的可靠性。

技术领域

本发明属于半导体器件和集成电路工艺技术领域，尤其涉及硅器件背面金属化结构和工艺。

背景技术

随着大规模和超大规模集成电路的发展，芯片的特征尺寸越来越小，集成度越来越高，电子系统和整机不断朝着小型化、高性能、高密度、高可靠性发展，这对其中的芯片互连材料、元件焊接材料、封装材料提出更高的要求。

背面金属化系统是晶体管的一个重要组成部分。它有两个主要功能，其一是较大的电流通路，其二是对晶体管集电极所产生的大量热量进行传递散热的通路。因此背面金属化系统对晶体管的性能和可靠性有很大的影响。

一个良好的背面金属化系统要求具有欧姆接触电阻小，接触热阻低和可靠性好。为了与硅衬底形成良好的欧姆接触，通常要求选用：1)肖特基势垒高度较低的金属材料；2)高掺杂浓度的衬底材料；3)高复合中心的衬底。

为了使晶体管背面金属化层具有良好的导热性能和可靠性，要尽量减少硅芯片和背面金属化层间的热应力。当晶体管处于间歇工作状态时，器件经历周期性的高温和低温过程，形成了热循环。由于晶体管内部的硅芯片、焊料以及底座各层材料间的线膨胀系数不同，在热循环中，系统内部产生了热应力，热阻增大，使得晶体管局部过热而失效。而且，厚度在200μm左右的硅芯片是很薄的脆性材料，在离子注入时芯片有较大应力、易出现碎片，当各层材料的线膨胀系数匹配不佳时，在使用时经历多次热循环后可能翘曲、开裂而失效。

目前用于实际器件的背面金属化系统，其结构一般由三个部分组成：欧姆接触层、扩散阻挡层和导电层。欧姆接触层，又称粘附层。粘附层采用的金属一般是钛或钒或铬或金或金砷合金。阻挡层采用的金属一般是镍或金、或铜锡合金、或金锗合金、或金锗锑合金。导电层采用的金属一般是金或银。现有的结构和工艺还达不到低成本、高稳定性、高可靠性及与后续封装工艺配合良好的综合要求，还存在与后续封装工艺配合不佳、存在翘曲或碎片、良率较低等问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，提供一种低接触电阻的硅片背面金属化结构及其制造工艺，具有高导电性、高导热性、热膨胀系数与介质匹配较好的优点，提高产品良率。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述结构在背面衬底硅片的表面按距离硅片由近及远顺序依次至少沉积有第一金属层铪。优选的，可沉积第二金属层，第二金属层的材质是金、镍或金锗合金中的任一种。优选的，可沉积第三金属层，第三金属层的材质是银、金、金锗合金、金锡合金中的任一种。

优选的，所述第一金属层的厚度为30nm～300nm。

优选的，金用作第二金属层的厚度为500nm～2000nm，镍用作第二金属层的厚度为100nm～600nm，金锗合金用作第二金属层的厚度为100nm～500nm。

优选的，银用作第三金属层的厚度为100nm～2000nm，金用作第三金属层的厚度为100nm～1500nm，金锗合金或金锡合金用作第三金属层的厚度为300nm～1500nm。