功率晶体管背面金属化是最重要的工艺技术之一,尤其是对于工作电压高、电流大、功率大的晶体管器件,会对其背面金属层的可靠性提出更高要求。我公司在大功率晶体管产品的可靠性测试及应用实验中出现管芯剪切力差、金属层脱落脱层、饱和压降大、抗疲劳差、热阻增大、甚至晶体管失效等可靠性差的情况,而且出现的几率要比采用同样工艺技术的中小功率晶体管要高,由此对大功率晶体管背面金属层进行分析,并希望能在原有的设备及工艺基础上找的解决办法。分析金属层在硅基片上的附着性,得出影响金属层附着性及可靠性的因素。首先认识硅基片表面沾污类型和机理,并通过有效的预清洗技术来获得洁净的硅基片表面,来提高金属薄膜在硅基片上的附着性。再对金属薄膜应力进行系统的研究,阐明应力的产生机制。分析制备金属薄膜的过程中,影响膜层应力的因素,优化金属薄膜生产工艺条件,降低所制备金属膜层的内应力。晶体管中各材料间的线膨胀系数差异大,通过分析各种常用金属材料的线膨胀系数,提出了大功率晶体管背面采用三层金属层的结构,来降低从硅基片到封装铜框架间的线膨胀系数差异,从而控制因材料的不同而产生的应力,提高大功率晶体管背面金属层的可靠性。对溅射和蒸发的优缺点以及现有生产设备方面考虑,实验利用溅射方法进行硅基片背面三层金属层的制备,并通过有效的热处理工艺技术,进一步提高三层金属薄膜的附着性和可靠性。最后对这三层金属层的材料选择,并对各层材料进行结构组合,并对每层金属厚度分两种厚度要求,共分成四组样品。经过对四组样品进行剪切力测试、空洞率检测、热疲劳测试的可靠性实验测试。本论文利用晶体管ΔVbe参数与热阻的关系,通过软件测试ΔVbe参数间接地测试热阻参数,实现对晶体管的质量测试。结论以Ti-NiV-Ag三层金属层作为背面电极工艺可以提高大功率晶体管的可靠性,而且在原有的生产设备上就能进行优化,生产成本得到控制。