[其他]一種半導體硅元件的芯片支承體

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101987000002044
• 申請日: 1987-06-23
• 公開（公告）號: CN1004592B
• 公開（公告）日: 1989-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 蔡道松;劉汝模;黎德明;鄭堅
• 申請（專利權）人: 長沙半導體材料廠
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所
• 代理人: 徐洪男;蔣進

一種半導體硅元件的芯片支承體。它是在多晶硅或特定的單晶硅中摻入０．２０～０．５０％的元素硼。０．０８～０．３０％的金屬鈦制備的Ｐ型多晶硅片。具有比鉬熱膨脹性小，與鋁粘潤性好，表面處理容易，理化性能穩(wěn)定的特點。用它作芯片支承體制作的硅元件壓降低，成品率和等級合格率高，并能簡化元件生產(chǎn)工藝。可用作大功率半導體硅電力元件和快速二極管等其它硅元件的芯片支承體。

本發(fā)明涉及半導體器件。

目前，硅電力元件多采用鉬片作為芯片支承體。但是，鉬與硅的熱膨脹系數(shù)相差較大，鉬約為5×10^-6℃^-1，硅僅為3～4×10^-6℃^-1，在管芯的燒結或焊接時，由于硅芯片與支承體鉬片的收縮率不同，易造成管芯變形，甚至芯片破裂;燒結法制造管芯時，在硅芯片與鉬片之間加入的鋁箔會與鉬形成MoSi₂，其電阻是鉬的4倍，熱膨脹系數(shù)是鉬的1.5倍，這導致管芯壓降增大，結溫升高，并使硅芯片與支承體鉬片之間的粘潤性惡化。解剖硅電力元件的實測數(shù)據(jù)表明，鉬硅之間的粘潤面積大多數(shù)在80%左右;鉬片在高溫下會產(chǎn)生氧化，導致管芯壓降增加，元件成品率降低;由于粉末冶金鉬坯經(jīng)軋制后，存在一定的裂紋組織和各向?qū)裕跊_圓加工成鉬片時，易在斷口出現(xiàn)裂紋，甚至出現(xiàn)分層，可能使圓片燒結后變成橢圓，為減少變形，不得不增加鉬片厚度，這不但浪費材料，增加成本，還增加了管芯的壓降;管芯燒結時，鉬片在高溫下存在放氣現(xiàn)象，會影響燒結效果。此外，鉬片鍍鎳時，所需溫度效高，鍍層易脫落;由于鉬與硅的硬度等性質(zhì)相差懸殊，使管芯的造型加工存在困難，金屬磨屑還可能沾污臺面，嚴重時甚至導致管芯短路。

上述種種因素均可能導致制造的管芯報廢。鑒于此，目前以鉬片作支承體制造硅電力元件的成品率不高。近年來，有人研究用鎢片代替鉬片。但是，鎢片也存在熱膨脹系數(shù)與硅芯片不一致的問題，而且存在硬度更大，加工和造型更困難，易開裂，成本高等問題。

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中上述不足之處，提供一種與硅芯片熱膨脹系數(shù)相近，導電好，不變形，不放氣，易于加工制造，與鋁箔沾潤性好，壓降較低，成型后的后續(xù)處理加工特性與芯片一致的半導體硅元件的芯片支承體。

本發(fā)明所采用的硅芯片支承體是一種在多晶硅或特定的單晶硅中摻入硼、鈦等添加劑制備的P型多晶硅片。

本發(fā)明采用符合中華人民共和國冶金工業(yè)部部標準（YB1601-83）三級品，主要技術參數(shù)指標為基硼電阻率≥1000歐姆·厘米。N型電阻率≥60歐姆·厘米的多晶硅，或P型單晶硅的頭尾料，或電阻率大于10歐姆·厘米的N型單晶硅的頭尾料為原料，對原料作表面清洗，化學腐蝕等預處理后，按投料重量計，加入0.20～0.50%的添加劑元素硼，元素硼純度為99.50～99.99%，加入0.08～0.30%的輔助添加劑金屬鈦，金屬鈦純度為99.50～99.99%，輔助添加劑還可以是金屬鋯或金屬鈷，在單晶爐中，用直接法或定向結晶法制備P型多晶硅。

當用直拉法制備多晶硅時，以電阻率大于50歐姆·厘米的基硼和基磷的還原多晶硅為晶種，控制多晶的固相溫度梯度為100～150℃/厘米，晶體旋轉速度為30～50轉/分，熔體旋轉速度為6～10轉/分，提拉速度從1毫米/分逐漸變速至0.6毫米/分，并采用直接擴肩的辦法，按預定的直徑拉制多晶硅棒。制得的多晶硅棒材坯料，再滾圓至所需直徑。然后切片，研磨，拋光即成為本發(fā)明所述的硅元件的芯片支承體。

對本發(fā)明所述方法制得的多晶硅片與現(xiàn)有技術中使用的鉬片的物理性能進行了對比測試，其結果列于表1。