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CN107644810B - 一种压接式igbt/frd芯片的正面电极加工方法 - Google Patents

一种压接式igbt/frd芯片的正面电极加工方法 Download PDF

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刘江
赵哿
金锐
温家良
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Abstract

本发明提供了一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，包括在第一金属层上方采用化学气相沉积方法形成第一薄膜层并对第一薄膜层刻蚀形成第一窗口；对第一窗口处暴露出的第一金属层进行反溅刻蚀；将第二金属层采用溅射方法生长在第一金属层和第一薄膜层形成的组合结构表面，并对第二金属层进行刻蚀；在第一薄膜层和第二金属层形成的组合结构的表面涂覆第二薄膜层，对第二薄膜层刻蚀形成用于焊接的第二窗口。与现有技术相比，本发明提供的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，不需要对现有设备进行改进、操作简单。

Description

一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法
技术领域
本发明涉及电力电子功率器件技术领域，具体涉及一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法。
背景技术
全控型电力电子器件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，由于其具备优越的门极控制功能、较低的通态损耗以及驱动电路简单等优点，广泛应用于大功率高压设备领域。全控型电力电子器件IGBT从封装形式来分主要包括压接式IGBT和焊接式IGBT，其中压接式IGBT相较于焊接式IGBT具备下述优点：
①：其内部引线采用压接方式接触连接，消除了绝大部分的焊接点，从而可以有效降低因功率循环和热循环发生焊接点开裂的故障率；
②：其可以实现双面散热，因而散热效率更高，可靠性更好；
③：易于串联，可以提高设备的电压等级；
④：其封装失效模式为短路模式，即在承受过电压击穿的过程中，压接式IGBT的内部引线和硅芯片形成共融导电合金，在其发射极与集电极之间形成短路；基于该短路模式压接式IGBT应用于直流输电工程时，即使任一个串联的压接式IGBT发生失效，其余冗余的压接式IGBT仍可以正常工作。
综上，基于压接式IGBT芯片的压接式功率模块能够广泛用于柔性直流输电和无功补偿技术领域，但是此时该压接式功率模块包含的压接式IGBT芯片和FRD芯片(FastRecovery Diode)需要承受8～65kN的压力，这个压力将会对压接式IGBT芯片和FRD芯片的结构和电特性带来影响，从而降低压接式功率模块的可靠性。
目前解决压接式IGBT/FRD芯片承受压力的方法是在其正面电极上增加一层软金属，利用金属的延展性缓冲压接式IGBT/FRD芯片承受的压力。其中常规半导体工艺中在正面电极增加一层软金属主要包括两种工艺方法：
1、直接法
在正面电极上直接淀积厚金属，通过两次光刻和刻蚀完成，但是采用湿法刻蚀不易控制两层金属的厚度，因此工艺精度要求较高、不易实现。
2、间接法
在压接式IGBT/FRD芯片前道工艺完成后，利用金属掩膜版蒸镀，金属通过金属掩膜版的窗口到达衬底表面，在指定区域淀积形成厚金属电极。间接法虽然相较于直接法减少了一次光刻和刻蚀工艺，缩短了加工周期和成本，但是需要对现有设备进行改造，具体实施起来比较困难。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法、一种压接式IGBT芯片、一种压接式FRD芯片及一种压接式功率模块。
第一方面，本发明中一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法的技术方案是：
所述正面电极包括第一金属层和第二金属层，所述正面电极加工方法包括：
在所述第一金属层上采用化学气相沉积方法形成第一薄膜层并对所述第一薄膜层刻蚀形成第一窗口；
对所述第一窗口处暴露出的所述第一金属层进行反溅刻蚀，去除所述第一金属层表面的氧化层并将其表面打毛糙；
将所述第二金属层溅射在所述第一金属层和第一薄膜层形成的组合结构的表面上，并对所述第二金属层进行刻蚀；
在所述第一薄膜层和第二金属层形成的组合结构的表面涂覆第二薄膜层，对所述第二薄膜层刻蚀形成用于焊接的第二窗口。
本发明进一步提供的优选技术方案为：所述对第一窗口处暴露出的第一金属层进行反溅刻蚀的厚度为50埃。
本发明进一步提供的优选技术方案为：所述在第一薄膜层和第二金属层形成的组合结构的表面涂覆第二薄膜层包括：
在所述组合结构的所有表面上旋转涂布所述第二薄膜层。
本发明进一步提供的优选技术方案为：所述第一金属层的厚度为4微米；所述第二金属层的厚度为3-8微米。
本发明进一步提供的优选技术方案为：所述第一薄膜层为SixNy薄膜层；所述第二薄膜层为聚酰亚胺薄膜层。
本发明进一步提供的优选技术方案为：所述第一薄膜层厚度为0.7微米；所述第二薄膜层的厚度为20微米。
第二方面，本发明中一种压接式IGBT芯片的技术方案是：
压接式IGBT芯片包括集电极电极、发射极电极和栅极电极，所述发射极电极采用上述一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法制造的正面电极。
第三方面，本发明中一种压接式FRD芯片的技术方案是：
所述压接式FRD芯片包括采用上述一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法制造的正面电极。
第四方面，本发明中一种压接式功率模块的技术方案是：
所述压接式功率模块包括多个上述压接式IGBT芯片和多个上述压接式FRD芯片。
与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，压接式IGBT/FRD芯片的正面电极包含两个金属层，可以利用金属层的延展性缓冲压接式IGBT/FRD芯片承受的压力，减少压力对压接式IGBT/FRD芯片电特性的影响；
2、本发明提供的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，对第一窗口处暴露出的第一金属层进行反溅刻蚀，不仅可以去除第一金属层表面的氧化层，也可以将第一金属层打毛糙，利于第二金属层溅射在第一金属层上，增大两个金属层的粘附性；
3、本发明提供的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，第一金属层的厚度为4微米，第二金属层的厚度为3-8微米，两个金属层溅射后其组合结构的厚度可达7-12微米，能够提高正面电极承受的压力；
4、本发明提供的一种压接式IGBT芯片，其发射极电极包含两层软金属，有利于缓冲压接式IGBT芯片承受的压力，该压力值可达8-65kN；
5、本发明提供的一种压接式FRD芯片，其正面电极包含两层软金属，有利于缓冲压接式IGBT芯片承受的压力，该压力值可达8-65kN；
6、本发明提供的一种压接式功率模块，包括多个压接式IGBT芯片和多个压接式FRD芯片，其压接式IGBT芯片的发射极电极包含两层软金属，有利于缓冲压接式IGBT芯片承受的压力，该压力值可达8-65kN；其压接式FRD芯片的正面电极包含两层软金属，有利于缓冲压接式IGBT芯片承受的压力，该压力值也可达8-65kN。
附图说明
图1：本发明实施例中一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法的实施流程示意图；
图2：本发明实施例中一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极的结构示意图；
其中，201：衬底；202：第一金属层；203：第二金属层；204：第一薄膜层；205：第二薄膜层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法进行说明。
图1为本发明实施例中一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法的实施流程示意图，图2为本发明实施例中一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极的结构示意图，如图所示，本实施例中压接式IGBT/FRD芯片的正面电极包括第一金属层202和第二金属层203，采用常规半导体工艺将第一金属层202加工在压接式IGBT/FRD芯片的相应位置后，按照下述步骤加工由第一金属层202和第二金属层203组成的正面电极：
步骤S101：在第一金属层202上采用化学气相沉积方法形成第一薄膜层204，并对第一薄膜层204刻蚀形成第一窗口。其中第一金属层202可以采用金属铝，其厚度可以为4微米，衬底201可以为硅片。第一薄膜层204可以采用SixNy薄膜，其厚度可以为0.7微米。
本实施例中对第一薄膜层204刻蚀可以采用干法刻蚀形成第一窗口。
步骤S102：对第一窗口处暴露出的第一金属层202进行反溅刻蚀，去除第一金属层202表面的氧化层并将其表面打毛糙。
本实施例中对第一窗口处暴露出的第一金属层202进行反溅刻蚀工艺的主要目的为：由于金属铝在空气中易氧化，通过反溅射刻蚀工艺可以去除第一金属层202表面的氧化层，同时也可以将第一金属层202表面打毛糙，利于第二金属层203溅射在第一金属层202上，即利于两个金属层之间的粘附。
本实施例中对第一窗口处暴露出的第一金属层202进行反溅刻蚀的厚度可以为50埃，从而去除第一金属层202表面的氧化层。
步骤S103：将第二金属层203溅射在第一金属层202和第一薄膜层204形成的组合结构的表面上，并对第二金属层203进行刻蚀。其中第二金属层203可以采用金属铝，其厚度可以为3-8微米。
步骤S104：在第一薄膜层204和第二金属203层形成的组合结构的表面涂覆第二薄膜层205，对第二薄膜层205刻蚀形成用于焊接的第二窗口。
本实施例中在该组合结构的表面涂覆第二薄膜层205包括：在组合结构的所有表面上旋转涂布第二薄膜层205，该第二薄膜层205可以为聚酰亚胺薄膜层PI(Polyimide，PI)，其厚度可以为20微米。
本发明还提供了一种压接式IGBT芯片，并给出具体的实施例。本实施例中压接式IGBT芯片包括集电极电极、发射极电极和栅极电极。其中，发射极电极采用图2所示的上述压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法实施流程制造的正面电极。发射极电极包含两层软金属，有利于缓冲压接式IGBT芯片承受的压力，本实施例中压接式IGBT芯片可以承受8-65kN的压力。
本发明还提供了一种压接式FRD芯片，并给出具体的实施例。本实施例中压接式FRD芯片包括图2所示的上述压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法实施流程制造的正面电极。该正面电极包含两层软金属，有利于缓冲压接式FRD芯片承受的压力，本实施例中压接式FRD芯片可以承受8-65kN的压力。
本发明还提供了一种压接式功率模块，并给出具体的实施例。本实施例中压接式功率模块包括多个压接式IGBT芯片和多个压接式FRD芯片。其中，压接式IGBT芯片可以为上述实施例提供的压接式IGBT芯片，压接式FRD芯片可以为上述实施例提供的压接式FRD芯片。本实施例中压接式功率模块可以承受8-65kN的压力。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，所述正面电极包括第一金属层和第二金属层，其特征在于，所述正面电极加工方法包括：
在所述第一金属层上采用化学气相沉积方法形成第一薄膜层，并对所述第一薄膜层刻蚀形成第一窗口；
对所述第一窗口处暴露出的所述第一金属层进行反溅刻蚀，去除所述第一金属层表面的氧化层并将其表面打毛糙；
将所述第二金属层溅射在所述第一金属层和第一薄膜层形成的组合结构的表面上，并对所述第二金属层进行刻蚀；
在所述第一薄膜层和第二金属层形成的组合结构的表面涂覆第二薄膜层，对所述第二薄膜层刻蚀形成用于焊接的第二窗口。
2.如权利要求1所述的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，其特征在于，所述对第一窗口处暴露出的第一金属层进行反溅刻蚀的厚度为50埃。
3.如权利要求1所述的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，其特征在于，所述在第一薄膜层和第二金属层形成的组合结构的表面涂覆第二薄膜层为：
在所述组合结构的所有表面上旋转涂布所述第二薄膜层。
4.如权利要求1所述的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度为4微米；所述第二金属层的厚度为3-8微米。
5.如权利要求1所述的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，其特征在于，所述第一薄膜层为SixNy薄膜层；所述第二薄膜层为聚酰亚胺薄膜层。
6.如权利要求1、3或5所述的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法，其特征在于，所述第一薄膜层厚度为0.7微米；所述第二薄膜层的厚度为20微米。
7.一种压接式IGBT芯片，包括集电极电极、发射极电极和栅极电极，其特征在于，所述发射极电极采用权利要求1-6任一项所述的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法制造的正面电极。
8.一种压接式FRD芯片，其特征在于，所述压接式FRD芯片采用权利要求1-6任一项所述的一种压接式IGBT/FRD芯片的正面电极加工方法制造的正面电极。
9.一种压接式功率模块，其特征在于，所述压接式功率模块包括多个权利要求7所述的压接式IGBT芯片和多个权利要求8所述的压接式FRD芯片。
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