本发明专利技术公开了一种半导体器件中硅片和钼片焊接的方法，所述方法包括以下步骤：a.在钼片上设置第一银层；b.在硅片的阳极上设置第二银层；c.将第三银层设置于第一银层和第二银层之间；d.通过第一银层、第二银层和第三银层的焊接，从而将硅片与钼片焊接在一起。该方法工艺简单，成品率高，焊接强度高、焊接层空洞率低，变形量小，可大大的提高产品的性能。本发明专利技术还涉及上述方法制得的硅片/钼片焊接产品的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体领域，具有涉及半导体器件中硅片和钼片焊接的方法。本专利技术还涉及上述方法制备的硅片/钼片焊接产品的应用。
技术介绍
半导体芯片在经过扩散、光刻和台面造型等多道工艺加工后，芯片便具备了一定的电特性。但是该芯片并不能直接应用，由于芯片本身很脆，受到碰撞很易损坏，并且无法通电。因此，常常给硅片焊接一块钼片，一方面可以保护硅片，使其不易受到碰撞而损坏，以致不能继续使用；另一方面通过焊接下钼片可以起到引出电极的作用。焊接的目的有两个方面:一个方面使芯片的阳极面与金属钼构成良好的欧姆接触和热接触；另一方面是使硅片以钼片为衬底，以增加芯片的机械强度。在半导体制造领域，将硅片和钼片焊接在一起通常采用烧结工艺。传统的烧结工艺采用铝箔作为焊料，在800°C左右将硅片和钼片焊接在一起。烧结时在硅片和钼片之间加一片薄薄的铝片，以便使烧结的沾润良好。烧结前钼片、铝片和硅片都应清洗干净。硅片与钼片的烧结过程实际上是一种钎焊工艺。钎焊是利用熔点比母材低的钎料和母材一同加热，在母材不熔化的情况下，钎料熔化并润湿及填充两母材连接处的间隙，形成钎缝。在钎缝中，钎料与母材相互溶解和扩散，从而得到牢固的结合。烧结一般在真空状态下进行的。因为合金烧结是在高温下进行的。在高温下，合金材料熔化成液体状态，空气中的氧及其它气体使合金材料(铝片、钼片等)氧化或发生其他化学反应；同时硅片表面也会长出氧化层。这层氧化层使硅片和合金材料不能形成直接的接触，两者难以熔合，导致欧姆接触效果降低。所以烧结不能在空气中进行，而且必须在高真空的环境下进行。由于采用烧结将硅片和钼片焊接在一起的工艺温度一般在800°C，且钼片与硅片的膨胀系数不同，故管芯直径越大，芯片变形量越大，热疲劳现象越严重。同时，也存在欧姆接触的沾润性不好、易产生空洞等问题，从而影响器件的可靠性。同时，受芯片变形量过大的限制，该技术也止步于4英寸及以上规格芯片。传统的烧结工艺实现硅片和钼片焊接的方法主要存在以下问题:1)烧结温度为800°C左右。由于硅片和钼片的膨胀系数不同，在升温过程中产生的热应力会导致位错，甚至剥离、开裂或解焊接。故管芯直径越大，变形量越大，热疲劳现象越严重。使得传统的烧结工艺只适合4英寸以下硅片与钼片的焊接；2)由于烧结工艺存在变形量较大的现象，导致元件的长期可靠性较差。大大降低了元件的寿命；3)烧结是一种钎焊工艺，在高温下进行的，容易导致热应力气泡的形成，导致粘润不好，空洞率较大；4)烧结工艺粘润较差，导致硅片与钼片的欧姆接触较大，使得最终元件的接触压降较大；5)由于烧结工艺粘润较差，导致硅片与钼片之间的热接触较差，导致元件的接触热阻和瞬态热阻抗较大；6)由于烧结工艺温度较搞，硅片表面易长出氧化层。这层氧化层使硅片和合金材料不能形成直接的接触，两者难以熔合，导致欧姆接触效果降低。所以烧结不能在空气中进行，而且必须在高真空的环境下进行。本专利技术的专利技术人通过深入研宄，希望提供一种将硅片和钼片焊接的方法，该方法工艺简单，成品率尚，焊接强度尚、可大大的提尚广品的性能。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种将高压功率半导体芯片中的硅片和钼片焊接的方法。该方法工艺简单，成品率高，焊接强度高、焊接层空洞率低，变形量小，可大大的提尚广品的性能。根据本专利技术，提供了一种半导体器件中硅片和钼片焊接的方法，所述方法包括以下步骤:a.在钼片上设置第一银层；b.在硅片的阳极上设置第二银层；c.将第三银层设置于第一银层和第二银层之间；d.通过第一银层、第二银层和第三银层的焊接，从而将硅片与钼片焊接在一起。根据本专利技术，利用金属扩散原理将硅和钼两种材料通过焊接剂连接在一起。银是一种具有优良机械性能和电性能的“硬”焊料，具有高焊接强度，良好的导热性和导电性。通过使用银将硅片和钼片焊接在一起，实现了接触热阻和瞬态热阻抗较小，且减少高温合金过程的变形量，由此减少器件热阻，降低台面结温，并显著提高器件的抗浪涌电流能力及牢固性的优点。根据本专利技术所述方法的一个具体实施例，所述第三银层的厚度为40?100 μπι，优选为45?80 μπι。将第三银层作为主要的过渡金属层，利用金属扩散原料在较低温度下降硅片和钼片通过焊接剂连接在一起。由于银具有良好的导热性和导电性，采用银层做为焊接剂，能够大大降低硅片与钼片的接触热阻和瞬间热阻抗，显著提高器件抗疲劳的能力；同时，能够大大降低硅片和钼片的欧姆接触和最终元件的接触压降。在一个优选的实施例中，所述第三银层为纳米银层(厚度约50 μπι)。采用所述纳米银层，其具有更好的导热性和导电性，能够进一步降低硅片与钼片的接触热阻、瞬间热阻抗、欧姆接触和最终元件的接触压降，显著提高器件抗疲劳的能力。根据本专利技术，所述硅片和钼片为半导体领域内常用的硅片和钼片，其规格和尺寸为已知的。所述方法中的钼片包括本领域内已知的钼片或者表面镀有镀层如铑和/或钌的钼片。此处不再赘述。根据本专利技术所述方法的一个实施例，通过溅射的方式设置所述第一银层。本领域的技术人员均知，所述第一银层的直径优选与所述钼片的直径相同。在第一个实例中，所述第一银层的厚度为0.1?3 μπι。从成本和性能的角度综合考虑，所述第一银层的厚度优选为0.5?I μπι。根据本专利技术所述方法的另一个具体实施例，通过溅射的方式设置所述第二银层。所述硅片可为表面镀有铝的硅片，当所述硅片为表面镀有铝的硅片时，所述铝的厚度为本领域内熟知的，此处不再赘述。在一个具体实例中，所述第二银层的厚度为0.5?3μπι。本领域的技术人员均知，所述第二银层的直径优选与所述硅片的直径相同。从成本和性能的角度综合考虑，所述第二银层的厚度优选为I?2 μπι。在一个更为具体的实例中，所述第二银层的厚度为I μπι。根据本专利技术所述方法的另一个具体实施例，在所述硅片的阳极与第二银层之间设置钛层。设置钛层有利于提高第二银层与硅片的粘附性。其中，优选以溅射的方式设置钛层。本领域的技术人员均知，所述钛层的直径优选与所述硅片的直径相同。其中，所述钛层的厚度为0.1?0.3 μm，优选0.1?0.2 μπι。在一个具体实例中，所述钛层的厚度为0.1 μ m0根据本专利技术所述方法的另一个具体实施例，在所述钛层与第二银层之间设置镍层，在硅片的阳极上依次设置钛层、镍层和第二银层。其中，优选以溅射的方式设置镍层。本领域的技术人员均知，所述镍层的直径优选与所述硅片的直径相同。所述镍层的厚度为0.3?I μ m，优选0.5?0.8 μ m。在一个具体实例中，所述镲层的厚度为0.5 μ m。根据本专利技术所述方法的另外一个具体实施例，在步骤c中，所述第三银层的设置在100?200°C、0.1?1.5MPa，优选150°C?180°C和0.3?IMPa下进行。本领域的技术人员均知，优选第三银层的直径或有效直径大于等于所述硅片的直径。在一个具体实例中，将第三银层转移至第一银层和第二银层之间。如当所述第三银层为纳米银层时，所述纳米银层可为商够的纳米银层。在一个具体应用例中，所述步骤c中的温度为150°C，压力为0.3MPa。根据本专利技术所述方法的另外一个具体实施例，在步骤d中，所述焊接时的温度为200°C?350°C，压强为5?15MPa，时间为2?15min ;优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件中硅片和钼片焊接的方法，所述方法包括以下步骤：a.在钼片上设置第一银层；b.在硅片的阳极上设置第二银层；c.将第三银层设置于第一银层和第二银层之间；d.通过第一银层、第二银层和第三银层的焊接，从而将硅片与钼片焊接在一起。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱为为，吴煜东，颜骥，张明，邹冰艳，操国宏，唐革，王政英，姚震洋，刘芹，高军，
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
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