功率半导体芯片的铜金属化结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体芯片的铜金属化结构及其制备方法，所述铜金属化结构包括依次位于衬底上方的阻挡层、籽铜层和铜金属化层，还包括：增强层；其中，所述增强层位于所述籽铜层和所述铜金属化层之间；或者，所述增强层位于所述阻挡层和所述籽铜层之间；或者，所述增强层位于所述铜金属化层上方。该结构有利于减少铜金属化层的厚度，有利于降低工艺难度和成本，并且能够保证铜引线键合点的寿命与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体芯片的铜金属化结构及其制备方法
本专利技术涉及功率半导体芯片的制造
，尤其涉及一种功率半导体芯片的铜金属结构及其制备方法。
技术介绍
与金属铝相比，金属铜具有更低的电阻率，更好的热导率及屈服强度等性能，采用铜引线键合可以大大提高模块的可靠性，相应地，功率半导体芯片正面的铜金属化技术也得到越来越广泛的应用。目前，功率半导体芯片表面的铜金属化结构主要包括位于衬底上方的阻挡层、籽铜层以及金属铜化层。由于铜引线的硬度比铝引线的硬度大，因此在金属铜引线键合时对键合点施加的功率较大，常规的铜金属化层厚度不能承受如此大的功率。所以，需要增加铜金属化层的厚度，而且随着铜引线线径的增大，所需功率还需要进一步增大，导致铜金属化层的厚度也需要相应进一步增大，最终的铜金属化层的厚度为常规铝金属化层厚度的数倍，而铜金属化层采用剥离工艺来实现，因此光刻胶造型的厚度也很大，从而增加了金属化工艺的难度与成本。而且随着铜引线线径的增大，即使数倍于铝金属化层厚度的铜金属化层也不一定能够满足铜引线键合的要求，不能保证较大线径的铜引线键合成品率，最终影响铜引线键合点的寿命与可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种新的功率半导体芯片的铜金属化结构及其制备方法，以降低铜金属化层的厚度，并保证铜引线键合点的寿命与可靠性。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种功率半导体芯片的铜金属化结构，包括依次位于衬底上方的阻挡层、籽铜层和铜金属化层，还包括：增强层；其中，所述增强层位于所述籽铜层和所述铜金属化层之间；或者，所述增强层位于所述阻挡层和所述籽铜层之间；或者，所述增强层位于所述铜金属化层上方。较优地，所述增强层覆盖所述籽铜层的部分表面，所述增强层被所述籽铜层和所述铜金属化层所包围；或者，所述增强层覆盖所述阻挡层的部分表面，所述增强层被所述阻挡层和所述籽铜层以及所述铜金属化层所包围；或者，所述增强层覆盖所述铜金属化层的部分表面。较优地，所述铜金属化结构上设置有芯片铜引线键合区，所述增强层位于所述芯片铜引线键合区处，所述增强层的外围轮廓比所述芯片铜引线键合区的轮廓大20～50％。较优地，所述增强层为一整体结构。较优地，所述整体结构为其内部设置有若干个开口的网状结构。较优地，所述增强层包括至少两个间断的部分。较优地，所述增强层的材质为Ni、Pd或Pt。较优地，所述增强层的厚度范围在1～5微米之间。较优地，所述铜金属化层的厚度不超过15微米。较优地，还包括位于所述衬底和所述阻挡层之间的金半接触层。一种功率半导体芯片的铜金属化结构的制作方法，包括：在衬底上方依次形成阻挡层、籽铜层和铜金属化层；其中，在形成所述阻挡层之后，且在形成所述籽铜层之前，还包括：在所述阻挡层上方形成增强层，或者，在形成所述籽铜层之后，且在形成所述铜金属化层之前，还包括：在所述籽铜层上方形成增强层，或者，在形成所述铜金属化层之后，还包括：在所述铜金属化层上方形成增强层。较优地，形成所述增强层，具体包括：在所述籽铜层上方形成初始增强层，或者在所述阻挡层上方形成初始增强层，或者在所述铜金属化层上方形成初始增强层；对所述初始增强层进行刻蚀，以形成预定图案的增强层；或者，在所述籽铜层上方进行光刻胶造型，以在所述籽铜层上方形成光刻图案；在未被所述光刻胶覆盖的所述籽铜层和所述光刻胶上方形成增强层；剥离所述光刻胶以及位于所述光刻胶上方的增强层，以在所述籽铜层的上方形成预定图案的增强层；或者，在所述阻挡层上方进行光刻胶造型，以在所述阻挡层上方形成光刻图案；在未被所述光刻胶覆盖的所述阻挡层和所述光刻胶上方形成增强层；剥离所述光刻胶以及位于所述光刻胶上方的增强层，以在所述阻挡层的上方形成预定图案的增强层；或者，在所述铜金属化层上方进行光刻胶造型，以在所述铜金属化层上方形成光刻图案；在未被所述光刻胶覆盖的所述铜金属化层和所述光刻胶上方形成增强层；剥离所述光刻胶以及位于所述光刻胶上方的增强层，以在所述铜金属化层的上方形成预定图案的增强层。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的功率半导体芯片的铜金属化结构，包括增强层，该增强层能够增强铜金属化层的机械强度，因此在满足大线径的铜引线键合的要求的前提下，可以尽量减少铜金属化层的厚度。因而增强层的设置有利于减少铜金属化层的厚度，而铜金属化层厚度的减小，有利于降低工艺难度和成本，并且能够保证铜引线键合点的寿命与可靠性。附图说明为了清楚地理解现有技术或本专利技术实施例的技术方案，下面对描述现有技术或本专利技术实施例用到的附图进行简要说明。显而易见地，这些附图仅是本专利技术实施例所述的部分附图，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下还可以获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一的功率半导体芯片的铜金属化结构的剖面示意图；图2(1)至图2(7)是本专利技术实施例一的功率半导体芯片的铜金属化结构的增强层的结构示意图；图3是本专利技术实施例一的功率半导体芯片的铜金属化结构的制作方法流程示意图；图4(1)至图4(5)是本专利技术实施例一的功率半导体芯片的铜金属化结构的制作方法的一系列制程对应的剖面结构示意图；图5是本专利技术实施例二所述的功率半导体芯片的铜金属化结构的剖面示意图；图6是本专利技术实施例二的功率半导体芯片的铜金属化结构的制作方法流程示意图；图7是本专利技术实施例三所述的功率半导体芯片的铜金属化结构的剖面示意图；图8是本专利技术实施例三的功率半导体芯片的铜金属化结构的制作方法流程示意图。附图标记：101：衬底，106：金半接触层，102：阻挡层，103：籽铜层，104：增强层，105：铜金属化层，104’：初始增强层，10：光刻胶；1：芯片，2：电极层；3：引线键合区；40：开口；501：衬底，506：金半接触层，502：阻挡层，503：籽铜层，504：增强层，505：铜金属化层；701：衬底，706：金半接触层，702：阻挡层，703：籽铜层，704：增强层，705：铜金属化层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例所述的功率半导体芯片的铜金属化结构及其制作方法进行描述。需要说明的是，本专利技术实施例所述的功率半导体芯片的铜金属化结构适用于表面为单电极的功率半导体芯片。实施例一结合图1对本专利技术实施例一提供的功率半导体芯片的铜金属化结构进行说明。如图1所示，实施例一提供的功率半导体芯片的铜金属化结构包括：位于衬底101上方的阻挡层102、位于阻挡层102上方的籽铜层103、位于籽铜层103上方的增强层104，位于增强层104上方的铜金属化层105。其中，从提高铜金属化结构的机械强度的角度来说，优选，所述增强层104覆盖籽铜层103的整个表面，但是由于增强层104的电流导通能力小于铜的电流导通能力，所以，为了保证电极的电流导通能力，应尽量采用较小面积的增强层104。在铜金属化结构的整体机械强度达到使用要求后，优选所述增强层104覆盖所述籽铜层103的部分表面，这样增强层104既能达到提高机械强度的作用，又对电极的电流导通性能影响较小。此时，铜金属化层105覆盖所述增强层104上方以及未被所述增强层104覆盖的所述籽铜层103上方。因而，所述增强层104被位于其下方的籽铜层103以及其上方的铜金属化层105所包围。在本专利技术实施例中，籽铜层103和铜金属化层105构成铜金属化结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体芯片的铜金属化结构，包括依次位于衬底上方的阻挡层、籽铜层和铜金属化层，其特征在于，还包括：增强层；其中，所述增强层位于所述籽铜层和所述铜金属化层之间；或者，所述增强层位于所述阻挡层和所述籽铜层之间；或者，所述增强层位于所述铜金属化层上方。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体芯片的铜金属化结构，包括依次位于衬底上方的阻挡层、籽铜层和铜金属化层，其特征在于，还包括：增强层；其中，所述增强层位于所述籽铜层和所述铜金属化层之间；或者，所述增强层位于所述阻挡层和所述籽铜层之间；或者，所述增强层位于所述铜金属化层上方；所述铜金属化结构上设置有芯片铜引线键合区，所述增强层位于所述芯片铜引线键合区处，所述增强层的外围轮廓比所述芯片铜引线键合区的轮廓大20～50％；所述增强层为一整体结构，所述整体结构为其内部设置有若干个开口的网状结构；或所述增强层包括至少两个间断的部分。2.根据权利要求1所述的铜金属化结构，其特征在于，所述增强层覆盖所述籽铜层的部分表面，所述增强层被所述籽铜层和所述铜金属化层所包围；或者，所述增强层覆盖所述阻挡层的部分表面，所述增强层被所述阻挡层和所述籽铜层以及所述铜金属化层所包围；或者，所述增强层覆盖所述铜金属化层的部分表面。3.根据权利要求1-2任一项所述的铜金属化结构，其特征在于，所述增强层的材质为Ni、Pd或Pt。4.根据权利要求1-2任一项所述的铜金属化结构，其特征在于，所述增强层的厚度范围在1～5微米之间。5.根据权利要求1-2任一项所述的铜金属化结构，其特征在于，所述铜金属化层的厚度不超过15微米。6.根据权利要求1-2任一项所述的铜金属化结构，其特征在于，还包括位于所述衬底和所述阻挡层之间的金半接触层。7.一种功率半导体芯片的铜金属化结构的制作方法，其特征在于，包括：在衬底上方依次形成阻挡层、籽铜层和铜金属化层；其中，在形成所述阻挡层之后，且在形成所述籽铜层之前，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国友，覃荣震，黄建伟，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43