片式陶瓷鋁擴散源的製作方法
2023-12-03 18:04:06 4
專利名稱：片式陶瓷鋁擴散源的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子陶瓷這一領域。
在半導體工業中，低頻大功率電晶體是彩色電視機，計算機，各種電子設備中大量需要的一種重要器件，鋁擴散源是製造這類器件不可缺少的一種材料。國內外通常採用的是硝酸鋁液態源，使用時，把它溶解在有機溶液中，手工塗布在半導體矽片上。然後把矽片放進擴散爐，在高溫下液態源中的鋁離子擴散到矽片中，製成p-n結，這種液態源的缺點是，配源和塗布是在暴露環境中進行，易引起雜質汙染，造成器件漏電，可靠性降低。另外手工塗布厚薄不勻，造成同一矽片上鋁源分布不均，最終導致鋁擴散後表面濃度低，結深均勻性差，P-n結不平坦。另外，液態源擴散後，矽片要進行拋光、其擴散結深和表面濃度值隨磨拋工藝產生較大差異，增加了工藝操作難度。為克服這些缺點美國G·E公司報導了採用含鋁單晶矽材料做成擴散源，見(J·Electrochem.SocVol128No9)，但其製造技術難度大，成本昂貴，不適宜大規模使用。美國RCA公司報導了採用金屬鋁塊作為源，見(J·Electrochem.SocVol125No6)但其需採用閉管擴散，每次擴散前，需封閉擴散爐管口，擴散後再砸碎爐管，也不適宜大規模使用。
本發明的目的是提供一種新型片式陶瓷鋁擴散源，以克服液態鋁擴散源的缺點。這種陶瓷源具有製備工藝簡單，成本低特點，還具有使用方便，只需一次擴散既可獲得均勻摻雜鋁，並且鋁原子濃度可根據配方和擴散溫度調節，提高了器件質量。
本發明的內容是一種片狀陶瓷鋁擴散源，它是以鈣鋁矽氧化物基，含有高純金屬鋁粉的陶瓷材料。
本發明的配方組成範圍如下
由本發明中氧化物成份得到的鈣鋁矽陶瓷含量為93～97%(重量)，高純金屬鋁粉含量3-7%(重量)。本發明可以用普通陶瓷工藝製備。按比例稱取氧化鋁，氧化鈣、氧化矽後，放入球磨罐中，用行星式球磨機混磨。把混磨後料放入矽碳棒爐中，在900℃～1200℃下煅燒，得到的鈣鋁矽基陶瓷。按比例稱取上述陶瓷和高純金屬鋁粉、用行星磨再次混磨然後加入濃度為5%的聚乙烯醇溶液，攪拌均勻後，過篩備用。把配製好的鋁擴散源粉料裝入尺寸為Φ40mm的鋼模中，在1000MPa壓力下成型。最後把成型陶瓷坯體放入到矽碳棒爐中，在1200℃～1300℃下燒成。
本發明可以通過平面擴散工藝對半導體矽片實施鋁擴散，在使用時，鋁源片與矽片平行堆放在石英舟上、推入到擴散爐中加熱，擴散溫度為1150℃～1250℃、時間30分鐘至120分鐘。陶瓷鋁擴散源擴散機理是，高溫下鋁源片表面揮發出來的鋁蒸汽中的鋁原子沉積在矽片表面，隨著鋁原子量增加形成的濃度梯度向矽中擴散。其擴散濃度和擴散速率是由源片中金屬鋁含量和擴散溫度決定的。本發明在鋁擴散時，只需選擇不同含鋁量的鋁擴散源和選定擴散溫度。與過去液態源相比，簡化了工藝操作，降低了生產成本，特別是本發明中鋁原子是均勻蒸發沉積在半導體矽片上，其濃度均勻性優於液態鋁源的手工塗布法，從而提高了半導體器件質量。
應用實例
按比例把配製好的氧化物原料用行星磨混磨1小時，然後放入氧化鋁坩堝中，在900℃中煅燒2小時。煅燒後氧化物陶瓷料加入相應比例的高純鋁粉混磨1小時。接著按每100克陶瓷鋁擴散源粉料加入濃度為5%的聚乙烯醇縮丁醛溶液15ml，攪拌均勻，過40目篩造粒後備用。根據片子厚度要求，取數克這種造粒後粉料裝入Φ40毫升的鋼模中，在1000MPa壓力下成型。成型後的坯片在1200℃下，保溫2小時燒結成陶瓷片式鋁擴散源材料。在實驗室裡對陶瓷源和液態源進行了鋁擴散實驗。實驗條件是，擴散溫度1150℃，擴散時間小時，其濃度和均勻件見表(1)。實驗結果表明，陶瓷源濃度高於液態源，其均勻性也優於液態源。另利用磨角法測結果，採用陶瓷鋁源擴散的半導體矽片，擴散結深非常均勻，結很平坦，而採用液態源擴散結深高低不平。
表(權利要求
1.一種由氧化物和高純金屬粉組成的片式陶瓷鋁擴散源其特徵在於其中氧化物含量為93～97%(重量)高純金屬粉含量為3～7%(重量)。
2.根據權利要求1所述的片式陶瓷鋁擴散源其特徵在於(1)氧化物的主要成份是氧化鋁，氧化鈣，氧化矽(2)氧化鋁含量為10～72%(重量)氧化鈣含量為0～9.8%(重量)氧化矽含量為28～85%(重量)
3.根據權利要求1所述的片式陶瓷鋁擴散源，其特徵在於高純金屬粉為純度99.99%的鋁粉。
4.根據權利要求1所述的片式陶瓷鋁擴散源其特徵在於在1150℃至1250℃內可釋放出金屬鋁蒸汽，對半導體矽片實施鋁擴散。
全文摘要
本發明屬於電子陶瓷這一領域。本發明提供一種新型片式陶瓷鋁擴散源解決了以前液態鋁源用於低頻大功率電晶體鋁擴散時表面濃度低，結深均勻性差，工藝操作複雜的問題。本發明主要特徵是以鈣鋁矽氧化物為基，含有高純金屬鋁粉的陶瓷材料，這種陶瓷材料在高溫下能分解出金屬鋁蒸汽對半導體矽片實施鋁擴散。本發明可用於低頻大功率管制造中的鋁擴散源。
文檔編號H01L21/225GK1069146SQ9110512
公開日1993年2月17日 申請日期1991年7月30日 優先權日1991年7月30日
發明者彭建中 申請人:中國建築材料科學研究院高技術陶瓷研究所