背面金屬化工藝技術優(yōu)化

申 猛

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

背面金屬化工藝技術優(yōu)化

申 猛

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

背面金屬化是連接前部芯片和后部裝配的重要工藝，直接影響到后部裝配成品率、熱阻等等，因此對器件的可靠性有著重要影響。主要從背金前清洗及濺射背金兩方面進行探索與研究，在背金前清洗工步增加背面腐蝕、背面漂酸工藝，濺射背金工步采用TiNiAu三層金屬工藝。通過大量實驗得出最優(yōu)的工藝條件，并且通過后道封裝剪切強度的測試及焊料流淌情況對比，驗證了工藝優(yōu)化的可行性，提高了背面金屬化質量，對器件的可靠性提高有重要意義。

背面金屬化；背面清洗；背面腐蝕

1 引 言

目前我所背面金屬化工藝基本穩(wěn)定，趨于成熟，但硅片背金后偶爾會出現(xiàn)掉金、金層變色、剪切強度不合格、燒結后空洞大等問題。為了改善背面金屬與硅的粘附性，提高器件的熱疲勞使用壽命，提高產(chǎn)品質量，背面金屬化工藝技術優(yōu)化有著重要意義。

2 原因分析及解決措施

2.1 背金增加TI層粘附層

目前背金材料是Ni－Au雙層金屬，Ni既作為與硅接觸的粘附層，又充當阻擋金與硅形成合金的阻擋層，但Ni的線膨脹系數(shù)為1.3*10－5，而硅的線膨脹系數(shù)只有0.4*10－5，由于膨脹系數(shù)的差異會在芯片上產(chǎn)生很大的應力，并且金屬Ni與硅的粘附性一般，在熱循環(huán)過程中有可能會造成金屬與硅脫落。

Ti與硅有良好的粘附作用，易形成歐姆接觸；化學特性和機械強度比較穩(wěn)定，不易與硅或者上面的金屬形成高阻化合物，Ti的線膨脹系數(shù)0.85* 10－5，與硅有較好的熱匹配。

背面金屬化金屬層增加金屬Ti作為粘附層，有利于改善背面金屬與硅的粘附性，它可以兼顧芯片與焊料之間的機械強度和電學性能，顯著提高器件的熱疲勞使用壽命，有助于產(chǎn)品質量的提高。

2.2 增加背面腐蝕、背面漂酸等工藝

在純機械式的硅片減薄中，由于是用減薄刀頭直接與硅片接觸將硅片一層一層的磨薄，所以硅片在減薄過程中會產(chǎn)生很大內應力，這種應力如果不能完全有效地釋放出來，在以后的其他工步制作及封裝中會導致硅片在受到微小外力的時候產(chǎn)生細小的裂紋，甚至整個硅片裂片。

另一方面，由于減薄刀頭的目數(shù)不同，在減薄過程中會在硅片表面留下深淺不一的溝壑，而在這些溝壑里，往往會殘留下來由于刀頭與硅片摩擦而產(chǎn)生的大量硅渣，這種深藏在溝壑底部的硅渣經(jīng)過普通清洗往往不能達到完全去除，對以后的背面金屬淀積會產(chǎn)生很大影響。而背面腐蝕就是針對前面減薄后產(chǎn)生的兩種情況所采用的工藝技術。

增加背面腐蝕以減小減薄后硅片的應力，同時減緩硅片表面留下深淺不一的溝壑，有效去處掉殘留在其中的大量硅殘渣。

增加背面漂酸工藝，選用適當比例的HF將硅片背面在此期間生成的自然氧化層去掉，以露出新鮮的硅表面。經(jīng)過HF漂洗后，硅片表面完全被氫原子終止，在空氣中具有很高的穩(wěn)定性，避免了再次氧化，這樣可以保障金屬與硅片的充分粘結，保證背金質量，有利于提高器件的可靠性。

3 實驗過程及實驗結果

實驗硅片，經(jīng)過減薄到規(guī)定厚度后，分別進行背面腐蝕和未經(jīng)背面腐蝕兩種方法，背面腐蝕液采用適當比例進行配比，腐蝕溫度為室溫，實驗效果如圖1所示。

圖1 經(jīng)過腐蝕和未腐蝕對比照片

未經(jīng)背面腐蝕的硅片背面光亮，減薄刀花明顯，存在深淺不一的溝壑，而經(jīng)過腐蝕的硅片灰暗，刀花暗淡，深淺不一的溝壑幾乎被填平，然后用無塵布分別去擦拭兩種實驗硅片的背面，效果如圖2、3所示。

從實驗結果來看：未經(jīng)背面腐蝕的硅片，用無塵布擦拭后，能看到無塵布已經(jīng)變成淺灰色，證明仍有很多硅渣殘留在硅片上被擦下來了；而經(jīng)過背面腐蝕液處理后的片子，硅片表面殘留硅粉有明顯減少，說明經(jīng)過背面腐蝕后取得了不錯的效果。

背金前清洗工藝優(yōu)化后，背金增加TI層，采用濺射方式，在同一腔室內完成TI－NI－AU三層金屬的淀積。

圖2 未經(jīng)腐蝕

圖3 經(jīng)過腐蝕

將做好背金的硅片進行劃片，然后選用相同的管殼和芯片分別粘接，粘片后的半成品首先通過X射線照相檢測，如圖4－5所示。優(yōu)化工藝后粘接界面空洞減少了30%左右，然后再進行剪切強度試驗，得到一系列數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 工藝優(yōu)化前、后剪切強度數(shù)據(jù)對比

從表1和圖中對比可以看出，背金工藝優(yōu)化后，其剪切強度明顯提高，平均提高了30N左右，并且焊料的流淌性、粘接面積都得到了大幅度提高，背金與焊料的浸潤程度也有了明顯改善，可靠性更高。

圖4 原工藝粘接空洞形貌

圖5 工藝優(yōu)化后粘接空洞形貌

4 結束語

綜上，在背面金屬化清洗工藝環(huán)節(jié)增加背面腐蝕、漂酸工藝、背金增加Ti粘附層后，粘片后的剪切力有所提高，背金與焊料浸潤性有所好轉，燒結空洞也有所減少，硅與背金接觸面狀態(tài)有所改善，進而提高了背面金屬化的質量。

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Xue cheng shan，Zhuang hui zhao.The research in back－sidemetallization［J］.Microelectronic technology，1996，24（5）：10－16.

Optim ization of Process in Back－side Metallization

Shen Meng
（The47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

The back－side metallization，directly influencing the yield，resistance and so on，is an important process between production of chip and package，so it is very significant for reliability of the devices.The back－side cleanout and metallization are researched in this paper.The processes of the backside etch and the back－side cleanoutare added in the step of cleanout，and the process of TI－NI－AU three layermetal is adopted in the step of back－sidemetallization.The optimized process condition is obtained by means of the experiments and the process optimum feasibility is proved after the contrast of the shear strength and solder condition to improve the quality of back－sidemetallization and the reliability of devices.

Back－sidemetallization；Back－side cleanout；Back－side etch

10.3969/j.issn.1002－2279.2015.05.004

TN4

A

1002－2279（2015）05－0012－02

申猛（1983－），男，遼寧鐵嶺人，工程師，主研方向：半導體分立器件研發(fā)及半導體制造工藝。

2014－10－23