一种用于芯片的金属电极及其制作方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种用于芯片的金属电极及其制作方法。

背景技术：

1、芯片的主要原材料是单晶硅，而硅的性质就是半导体，所以它是半导体元件产品的统称，是集成电路的载体，而芯片的金属电极是连接芯片与外部电路的重要元件，用于将芯片内的信号传递到外部电路，同时将外部电路传输进入芯片内部进行处理，因此，金属电极材料极其重要，它直接影响到芯片的工作性能和寿命。

2、目前，现有的芯片金属电极大都采用导电性能优异的金属铜或金属银、金属金作为金属电极的保护层，但是，金和银的价格昂贵，在一定程度上会增加金属电极的制作成本，而铜在自然环境中会腐蚀生锈产生铜绿，由于铜绿不具备导电性，故铜绿的存在会导致金属电极的比接触电阻率增大，从而影响芯片的工作性能和使用寿命。

3、因此，我们提出了一种保护层耐腐蚀性好的用于芯片的金属电极及其制作方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于芯片的金属电极及其制作方法。

2、一种用于芯片的金属电极的制作方法，包括如下步骤：

3、s1：熔炼金属原料制备合金棒

4、将纯铜、纯镍、纯锡、cu-10si、cu-30al、cu-50zr和纯锌熔化，再加入冰晶石和氟化钙精炼剂，变搅拌边捞渣，再注入模具中，冷却后，得到合金棒；

5、s2：等离子束熔化并快速冷却固化制备合金粉末

6、将上述合金棒接通电流并通过转轴带动其高速转动，然后向转动的合金棒发射等离子束，将其熔化，形成液滴并抛出，快速冷却固化后，得到合金粉末；

7、s3：预处理芯片并真空蒸镀锆层、铟层和铝层

8、将芯片进行预处理，再通过电子束蒸发真空镀膜机在预处理后的芯片表面真空蒸镀锆层，经过激光毛化处理后，再继续蒸镀铟层和铝层，得到复合金属层电极；

9、s4：制备镍层并激光熔覆合金粉末

10、在上述复合金属层电极表面通过磁控溅射制备镍层，然后将上述合金粉末激光熔覆在镍层表面，退火后，得到金属电极。

11、进一步地，步骤s1的熔炼金属原料制备合金棒，具体包括如下步骤：

12、s1.1：将纯铜和纯镍加入熔炼炉中，并用接着剂煅烧木炭覆盖在纯铜和纯镍表面，然后升温至1480-1500℃，充分熔化；

13、s1.2：调节熔炼炉熔炼温度为1120-1200℃，并将纯锡加入熔炼炉中，继续进行熔炼；

14、s1.3：待锡完全熔化后，加入cu-10si、cu-30al、cu-50zr和纯锌，继续进行熔炼，直至完全熔化；

15、s1.4：向熔炼炉中加入冰晶石和氟化钙精炼剂，并边搅拌边捞渣，然后继续熔炼30-40min，得到熔体合金；

16、s1.5：将上述熔体合金注入模具中，自然冷却至室温后，得到合金棒。

17、进一步地，步骤s2的等离子束熔化并快速冷却固化制备合金粉末，具体包括如下步骤：

18、s2.1：将步骤s1.5制得的合金棒固定在反应室底部的转轴上，再利用真空阀对反应室内部进行抽真空处理，将其内部处理成真空环境；

19、s2.2：向反应室内通入纯度为4n的高纯度氩气，直至反应室内的气压传感器检测到反应室内的压力达到0.02-0.04mpa，压力传感器向控制器发送信号；

20、s2.3：控制器接收到气压传感器发送的信号后，控制转轴以30000-32000r/min的转速带动合金棒转动；

21、s2.4：对合金棒接通1000-1200a的电流，同时通过反应室左右两侧的等离子枪向转动的合金棒发射等离子束；

22、s2.5：合金棒在等离子束的作用下高温熔化，并在旋转的离心力和液体表面张力的作用下以液滴形式抛出，再于氩气中快速冷却固化成为球形粉末，并掉落在反应室内的收集箱内，得到合金粉末。

23、进一步地，步骤s3的预处理芯片并真空蒸镀锆层、铟层和铝层，具体包括如下步骤：

24、s3.1：通过负性光刻胶在芯片的外延片上做出电极图形，再进行去胶和甩干，得到预处理芯片；

25、s3.2：将上述预处理芯片置于电子束蒸发真空镀膜机的腔体内，并启动电子束蒸发真空镀膜机，在预处理芯片表面蒸镀一层锆层，得到中间体a；

26、s3.3：将上述中间体a表面进行激光毛化处理，再重新置于电子束蒸发真空镀膜机的腔体中，在表面毛化后的中间体a表面依次蒸镀铟层和铝层，得到复合金属层电极。

27、进一步地，步骤s4的制备镍层并激光熔覆合金粉末，具体包括如下步骤：

28、s4.1：将步骤s3.3制得的复合金属层电极放入真空磁控溅射设备的生长室中，以180-200w射频溅射功率在前驱电极表面制备镍层，得到附镍层电极；

29、s4.2：将上述附镍层电极置于激光熔覆设备中，调节激光器的输出功率为2000-2200w，再将步骤s2.5制得的合金粉末激光熔覆在附镍层电极的镍层表面，形成保护层，得到前驱电极；

30、s4.3：将上述前驱电极置于退火炉中，在氮气的氛围下以600-650℃的温度退火1-2min，经过剥离去胶后，得到金属电极。

31、进一步地，合金棒的组分为：0.8-1.2wt%镍、0.8-1.2wt%锡、0.4-0.6wt%锌、0.4-0.6wt%铝、0.12-0.16wt%硅和0.03-0.05wt%锆，余量为铜。

32、进一步地，锆层的厚度为20-30nm，铟层的厚度为8-10nm，铝层的厚度为30-50nm。

33、进一步地，镍层的厚度为20-40nm。

34、进一步地，保护层的厚度为40-50nm。

35、一种用于芯片的金属电极，其由上述任一项所述的一种用于芯片的金属电极的制作方法所制备。

36、本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

37、1、本发明通过以纯铜、纯镍、纯锡、纯锌以及铜和硅、铝、锆的中间合金为原料制备合金棒，再将该合金棒制成合金粉末，然后通过激光熔覆将其熔覆在镍层表面，作为保护层，该保护层的导电性能和纯铜相当，但是具有比纯铜保护层更好的耐腐蚀性和耐磨性，从而能够达到延长金属电极使用寿命的效果。

38、2、本发明通过将芯片的外延片进行预处理后，再通过电子束蒸发真空镀膜机在其表面蒸镀一层锆层，该锆层可以在退火温度较低的条件下获得较低的比接触电阻率，从而防止铝层熔融球聚。

39、3、本发明通过真空蒸镀锆层后，再将锆层表面激光毛化，使其表面呈凹凸状，以增加锆层与铟层间的接触面积，从而降低二者间的接触电阻，进一步提高所制得金属电极的导电性。

40、4、本发明通过在锆层和铝层之间真空蒸镀铟层，由于铟的功函数较低，将其作为锆层和铝层之间的中间导电层制备的金属电极，相较于锆层和铝层直接接触制备的电极，具有更小的接触电阻，从而能够达到提高金属电极导电性的效果。

41、5、本发明通过将合金棒在接通电流的同时高速转动，再向转动的合金棒发射等离子束，使其熔化并以液滴形式甩出，并快速冷却固化形成的球形粉末粒度均匀可控，将该粉末激光熔覆在镍层表面得到的保护层密度均匀，表面光滑，以达到降低比接触电阻率的效果。