AlGaN/GaN HEMT器件金丝球焊键合高温特性研究

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GaN作为第三代半导体材料,具有优良的物理特性,相比于其他半导体材料,GaN具有宽禁带、高电子饱和速度、高击穿电场和高电子迁移率的优良性能。在半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器等现代工业领域发挥着重要作用。随着GaN基HEMT器件的应用越来越广泛,在一些恶劣、严峻的环境下,器件的寿命、稳定性等面临着严峻的挑战。在高温环境下,器件封装可靠性对保证器件的工作性能、寿命非常重要,封装工艺中最为关键的一步是引线键合,引线键合技术的低成本、高可靠、高产量等特点使其成为芯片互连的主要技术。本文主要基于AlGaN/GaN HEMT器件进行金丝球焊键合工艺的研究,采用纯度为99.99%,直径为25μm的金丝,对器件进行金丝球焊键合后,进行不同温度下的12 h存储试验,对存储前后的器件分别进行键合表面形貌表征、欧姆接触电学特性测试以及拉力试验,并进一步分析其接触特性。在金丝球焊键合前,对键合电极(PAD)进行不同工艺的制备,分别在陶瓷、蓝宝石衬底上进行热蒸发以及电子束蒸发工艺。热蒸发方法镀膜时,因其有粘附性差、蒸镀金属密度较小等原因不适用于金丝球焊键合;而电子束蒸发镀膜有洁净、平整和蒸镀金属密度高的优点,在键合过程中无缺陷产生,并且具有较高的成功率。在AlGaN/GaN HEMT器件金丝球焊键合完成后,在空气氛围下进行了200℃、300℃、400℃、500℃存储12 h的高温试验。实验结果表明,随着存储温度的不断提升,键合表面逐渐出现空洞、裂纹、键合电极(PAD)表面不平整等缺陷,虽然两个键合接触点之间阻值有所减小,但是这些缺陷的产生伴随着键合强度的下降;金丝球焊键合表面形貌的变化可能是键合金丝内部应力受温度影响造成的,两个键合接触点之间电阻的减小可能是高温处理使欧姆接触电极不同金属层之间互扩散再合金造成的。可见,在保证键合强度的前提下,高温处理有利于改善键合电极电学特性。
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