RU190587U1

RU190587U1 - Полупроводниковый прибор

Info

Publication number: RU190587U1
Application number: RU2019111231U
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Брюхно; Юрий Николаевич Севастьянов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ"
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2019-07-04

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к электронной технике, а более конкретно - к конструкциям полупроводниковых приборов и микросхем, предназначенных для сборки в корпус с использованием эвтектической пайки, и может быть использована для широкого круга изделий электронной техники. Сущность: в полупроводниковом приборе, содержащем сильно легированную сурьмой подложку, на которую нанесены эпитаксиальный слой n-типа проводимости с рабочей структурой, покрытие из золота на полированной стороне сильнолегированной подложкой, на внешней стороне покрытия из золота сформирован слой, имплантированный ионами фосфора с дозой D, причем доза фосфора лежит в интервале 3⋅10≤D≤1,5⋅10, а энергия ионов фосфора Е лежит в интервале 20<E≤100 кэВ. Технический результат заключается в уменьшении электрического сопротивления между n-подложкой и слоем золота, нанесенного на подложку, и понижении потерь на контакте подложка-слой золота. 3 ил.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электронной технике, а более конкретно - к конструкциям полупроводниковых приборов и микросхем, предназначенных для сборки в корпус с использованием эвтектической пайки и может быть использована для широкого круга изделий электронной техники.

Известен полупроводниковый прибор, состоящий из кремниевой структуры, с эпитаксиальным слоем n-типа проводимости на сильно легированной n⁺ подложке, на рабочей стороне которой сформирована структура, а на обратную сторону которой методом термического напыления нанесен слой золота, в котором на границе слоев кремния и золота сформирован слой твердого эвтектического припоя кремний-золото. (См., например, патент США 3785892 класса НО18 1/50). Эвтектический слой при температуре 420-450° служит припоем для напайки кристаллов в корпус. В качестве сильнолегированной n⁺ подложки используют монокристаллический кремний, легированный сурьмой до концентрации 2-5⋅10¹⁸ см^-3. В качестве материала подложки также применяют сильнолегированный мышьяком кремний, но эпитаксию на такие подложки проводить из-за проблем с автолегированием затруднено, и в промышленности применят такие подложки редко.

При формировании электрического контакта обратной стороны структуры со слоем золота и слоем эвтектического припоя образуется диод Шоттки золото-кремний, имеющий повышенное электрическое сопротивление, что снижает КПД диода, транзисторов и мощных транзисторов микросхем, имеющих выход стока или коллектора на подложку. Для исключения образования диода Шоттки обычно проводят шлифовку обратной стороны до шероховатости высотой 0.1÷0.2 мкм, однако в этом случае на шлифованной стороне кремния идет интенсивное образование эвтектического припоя в течении процесса напыления золота за счет температуры конденсации золота на поверхности кремния образуется эвтектика золото-кремний на всю толщину напыленого золота, эвтектика на воздухе окисляется, напайка кристалла в корпусе полупроводникового прибора из-за наличия окисла затруднена. Поэтому золото напыляется на полированную поверхность кремния. Для исключения образования диода Шоттки в полированную поверхность проводят имплантацию ионов n-типа проводимости.

Однако, перед напылением золота, обратную сторону прибора подвергают травлению распылением ионами аргона для удаления загрязнений и имплантированный слой кремния может удалиться, что не устраняет образование контактов Шоттки между подложкой и слоем золота.

Указанные недостатки частично устранены в полупроводниковом приборе, содержащем сильно легированную сурьмой подложку, на которую нанесены эпитаксиальный слой n-типа проводимости с рабочей структурой, покрытие из золота на полированной стороне сильнолегированной подложки, причем покрытие из золота состоит из двух слоев: первый, ближайший к подложке слой, наносится при температуре 320±20°С и состоит из эвтектики золото-кремний, а второй слой - при температуре 128±25°С и состоит из золота (см. патент Беларуси №18281 кл. Н011 21/58). Второй слой из золота защищает первый слой от окисления.

Однако, как и в аналоге, при контактировании слоя золота с подложкой электрические свойства контакта ухудшаются из-за образования диода Шоттки, что увеличивает падение напряжения на контакте и ухудшает КПД полупроводникового прибора.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение электрического сопротивления между n⁺-подложкой и слоем золота, нанесенного на подложку, и понижение потерь на контакте подложка-слой золота.

Указанный технический результат достигается тем, что в полупроводниковом приборе, содержащем сильно легированную сурьмой подложку, на которую нанесены эпитаксиальный слой n-типа проводимости с рабочей структурой, покрытие из золота на полированной стороне сильнолегированной подложкой, на внешней стороне покрытия из золота сформирован слой, имплантированный ионами фосфора с дозой D, причем доза фосфора лежит в интервале 3⋅10¹⁴≤D≤1,5⋅10¹⁵, а энергия ионов фосфора Е лежит в интервале 20<D≤100 кэВ.

Ионы фосфора при температуре 380-400°С образуют соединение фосфит-золото Au₃P₄ (17,3% фосфора). При температуре пайки слой припоя из эвтектики золото-кремний и граница кремний-эвтектика легируется фосфором, что улучшает свойства омического контакта эвтектика-кремний и исключает образование контакта Шоттки.

Нижнее значение интервала дозы исключает формирование контакта Шоттки, а легирование фосфором больше верхнего интервала дозы нецелесообразно из-за повышения трудоемкости изделия.

Нижняя граница интервала энергии ионов обеспечивает надежное легирование слоя золота, а верхняя - обеспечивает доступность оборудования для формирования слоя, имплантированного фосфором.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами.

На фиг. 1 приведен разрез кристалла предлагаемого полупроводникового прибора. На фиг. 2 приведен разрез самого полупроводникового прибора после сборки, а на фиг. 3 приведена гистограмма распределения U_пр. предлагаемого полупроводникового прибора и прототипа.

Позициями на фиг. 1-3 обозначены:

1. Кремниевая подложка, легированная сурьмой;

2. Эпитаксиальный слой кремния;

3. Рабочая структура;

4. Полированная обратная сторона подложки;

5. Слой золота;

6. Слой золота, легированный фосфором;

7. Слой эвтектического припоя золото-кремний, легированный фосфором;

8. Покрытое слоем золота основание корпуса полупроводникового прибора;

9. Гистограмма распределения U_нас. у предлагаемой полезной модели;

10. Гистограмма распределения U_нас. у прототипа.

Предлагаемая полезная модель была опробована при модернизации транзистора 2Т 665.

На кремниевую подложку 1 (см. фиг. 1), легированную сурьмой до удельного сопротивления 0.01 Ом *см, был нанесен эпитаксиальный слой кремния 2 толщиной 20 мкм с удельным сопротивлением 10 Ом*см. В эпитаксиальном слое кремния были созданы рабочие структуры транзистора 3. Затем эпитаксиальную структуру со стороны, противоположной рабочей, методом шлифовки и полировки утонили до толщины 250 мкм.

Полированную обратную сторону подложки подвергли травлению путем распыления ионами аргона в вакууме и затем методом термического напыления нанесли напылением слой золота 5 (при температуре 340°С нанесли 0,5 мкм; при температуре 180°С еще 0,5 мкм). Затем методом имплантации в золотом покрытии создали слой, легированный фосфором 6, дозой 1,2⋅10¹⁵ атомов/см² и энергией 40 кэВ. После проверки электропараметров транзисторов, структуры разделили на кристаллы. При монтаже кристалла (см. фиг. 2) на покрытое слоем золота основание корпуса полупроводникового прибора 8 при температуре порядка 420°С слои 4,5 и 6 превращаются в слой эвтектического припоя золото-кремний, легированного фосфором 7. Полученный кристалл с помощью слоя эвтектического припоя присоединяется к основанию корпуса транзистора.

На фиг. 3 приведены гистограммы распределения U_нас у транзисторов с конструкцией по предлагаемой полезной модели 9 и по прототипу 10. Как видно из фиг. 3 напряжение насыщения у транзисторов по предлагаемой полезной модели меньше, чем у прототипа.

Claims

Полупроводниковый прибор, содержащий сильно легированную сурьмой подложку, на которую нанесены эпитаксиальный слой n-типа проводимости с рабочей структурой, покрытие из золота на полированной обратной стороне сильнолегированной подложки, отличающийся тем, что на внешней стороне покрытия из золота сформирован слой, имплантированный ионами фосфора с дозой D, причем доза фосфора лежит в интервале 3⋅10¹⁴≤D≤1,5⋅10¹⁵ атомов/см², а энергия ионов фосфора Е лежит в интервале 20<E≤100 кэВ.