Силовое полупроводниковое устройство на основе карбида кремния / Патент / # МиниМаркер
Лазеры в электронной отрасли, Научная библиотека 30.01.2024 Комментарии к записи Силовое полупроводниковое устройство на основе карбида кремния / Патент / # МиниМаркер отключеныНиколай Александрович Брюхно, Маргарита Юрьевна Котова, Алина Юрьевна Фроликова / Патент RU188684U1
Полезная модель относится к области силовых полупроводниковых устройств, а именно к конструкции омического контакта к сильнолегированной подложке n-типа карбида кремния, и может быть использована для создания элементной базы преобразовательных устройств. Техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности силовых полупроводниковых устройств на основе карбида кремния. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом силовом полупроводниковом устройстве на основе карбида кремния, состоящем из утоненной сильнолегированной подложки, слаболегированного эпитаксиального полупроводникового слоя такого же типа проводимости как и подложка, в котором сформирован рабочий слой, системы металлизации к сильнолегированной подложке, состоящей из слоя омического контакта, который сформирован лазерным отжигом никеля, и металлизации, состоящей из адгезионного, барьерного и слоя для пайки кристалла к корпусу с закладными деталями из припоя, омический контакт сформирован лазерным отжигом квадратными участками с размером локальных квадратных областей a, где 70 мкм≤а≤150 мкм, и зазором b, где 5 мкм<b<10 мкм между областями.
Отличительной особенностью является то, что омический контакт сформирован лазерным отжигом квадратными участками с размером локальных квадратных областей 70 мкм ≤а≤ 150 мкм и зазором 5 мкм <b<10 мкм между областями. Благодаря наличию зазора b между локальными квадратными областями, загрязнения, имеющиеся на обратной стороне кристалла, при расплавлении закладной детали скапливаются в данных зазорах, что обеспечивает равномерный пропай кристалла к теплорастекателю корпуса.
Минимальный размер локальных квадратных областей а обусловлен оптимальной величиной коэффициента заполнения припойного шва качественными участками припоя (не менее 0,8).
Максимальный размер локальных квадратных областей а не должен превышать толщину припоя, которая обычно составляет 150 мкм.
Минимальный размер зазора b обусловлен толщиной слоя никеля, который служит для формирования омического контакта. При обработке лазера никель расплавляется латерально примерно на 3 толщины слоя от места воздействия лазерного луча. При размере зазора менее оговоренного, зазоры с плоским дном между локальными квадратными областями не образуются.
Отличительной особенностью является то, что омический контакт сформирован лазерным отжигом квадратными участками с размером локальных квадратных областей 70 мкм ≤а≤ 150 мкм и зазором 5 мкм <b<10 мкм между областями. Благодаря наличию зазора b между локальными квадратными областями, загрязнения, имеющиеся на обратной стороне кристалла, при расплавлении закладной детали скапливаются в данных зазорах, что обеспечивает равномерный пропай кристалла к теплорастекателю корпуса.
Минимальный размер локальных квадратных областей а обусловлен оптимальной величиной коэффициента заполнения припойного шва качественными участками припоя (не менее 0,8).
Максимальный размер локальных квадратных областей а не должен превышать толщину припоя, которая обычно составляет 150 мкм.
Минимальный размер зазора b обусловлен толщиной слоя никеля, который служит для формирования омического контакта. При обработке лазера никель расплавляется латерально примерно на 3 толщины слоя от места воздействия лазерного луча. При размере зазора менее оговоренного, зазоры с плоским дном между локальными квадратными областями не образуются.
Предлагаемое силовое полупроводниковое устройство изготавливают следующим образом.
На сильнолегированной подложке из карбида кремния 1 n+-типа проводимости диаметром 100 мм с концентрацией примеси 5⋅1018 см-3 и толщиной 380 мкм формируют слаболегированный эпитаксиальный полупроводниковый слой 2 n—-типа проводимости толщиной 13 мкм сконцентрацией примеси 5⋅1015 см-3 и толщиной 13 мкм. Ионной имплантацией ионами бора энергией 450 КэВ в эпитаксиальном полупроводниковом слое 2 формируется р+ область. Слой оксида кремния сформирован сухим термических окислением поверхности карбида кремния при температуре 1100°С. Металлизация сформирована путем электроннолучевого напыления алюминия. Полиимид наносится методом центрифугирования в одну операцию одним слоем с последующей сушкой.
Далее подложку из карбида кремния 1 утоняют до общей толщины вместе эпитаксиальным слоем 2 270-300 мкм. Затем на обратную сторону утоненной сильнолегированной подложки 4 методом термического испарения формируют слой никеля 5 толщиной 0,5-0,7 мкм.
Далее обратную сторону утоненной сильнолегированной подложки 4 облучают лазером с длинной волны луча 308 нм, мощностью 1,3 Дж/см2 в инертной или восстанавливающей атмосфере на установке Минимаркер — 2 по схеме, изображенной на фиг. 4. Локальные квадратные области а подвергаются облучению, что приводит к формированию силицида никеля на этих участках, который образует омический контакт 6. Области b облучению не подвергаются и образуют зазоры с плоским дном по высоте несколько ниже, чем облученные локальные квадратные области а (см. фиг. 5).
Затем на обратную сторону утоненной сильнолегированной подложки 4 методом электронно-лучевого испарения наносят адгезионный (слой ванадия толщиной 0,01-0,05 мкм) и барьерный (слой никеля толщиной 0,5-0,7 мкм) слои и слой для пайки мягким припоем 7 из серебра (толщиной 0,5-0,7 мкм), который легко смачивается припоем (например, из золота или серебра) (см. фиг. 6).
Далее на теплорастекатель 9 располагают прокладку из мягкого припоя 8 по размеру кристалла (например, свинцово-серебряного припоя ПСР-1,5 толщиной порядка 150 мкм) (см. фиг 7.). На прокладку накладывают кристаллы полупроводникового устройства и прижимают грузом в специальных кассетах. Располагают в вакуумную печь, нагревают до температуры 350°С при вакууме 10-3 Па. В результате нагрева припой расплавляется, груз прижимает кристалл к теплорастекателю, расплавленный припой передвигается вдоль поверхности слоев 7 и загрязнения застревают в зазорах с плоским дном b, не облученных лазером. Локальные квадратные области а, облученные лазером полностью смачиваются припоем, что обеспечивает повышение надежности силовых полупроводниковых устройств на основе карбида кремния за счет повышения качества пайки.
Для оценки качества пайки измерялось усилия сдвига кристалла размером 1,2×1,2 мм, припаянного мягким припоем на никелированный медный теплорастекатель. Объем выборки каждого варианта — 15 штук.
Полное содержание на https://patentimages.storage.googleapis.com/ea/32/7c/fa7943f3fedb80/RU188684U1.pdf
