[发明专利]新颖的碳化硅仿真晶片

说明书

发明背景

半导体器件例如二极管和晶体管的制备，一般需要氧化硅片的表面，在其表面上腐蚀出空洞，并在这些空洞中沉积掺杂剂(即硼、磷、砷、或锑)，从而形成晶体管接触点。氧化和掺杂操作涉及在温度范围为1000℃至1350℃的电热炉内加热和冷却的过程。表面腐蚀后，掺杂剂通常以气态加入到放在炉内的扩散处理管的颈缩端。随后气体就扩散进入腐蚀的空洞中并沉积在其表面。

在氧化和扩散步骤中，硅片放在位于炉管内的舟或盘中，晶片舟和炉管一般由具有极佳的抗热震性能、高机械强度、经过多次加热和冷却过程仍能保持其形状的材料构成。这种材料不释放气体(即在焙烧过程中不会将不需要的杂质引到炉内的气体中)。满足这些要求的一种材料是经硅化处理的碳化硅。

当硅片在舟内处理时，当然希望舟内的每一晶片处于相同的气体浓度和温度条件以便得到质量一致的产品。然而，一般的气体动力情况导致的是，仅在舟的中部条件一致，而在舟的两端条件不一致，从而导致晶片掺杂剂沉积程度的不适当，以致无法使用。

减少这种“端部效应”问题的普通方法是用一些牺牲硅片填充舟的端部空隙。然而发现采用硅片很昂贵，而且这些硅片在高处理温度下，会大量释放气体并变形，硅片上的颗粒剥离，因而使用寿命较短。

减少这种“端部效应”问题的另一普通方法是用“仿真”晶片填充舟的端部空隙。例如，一位发明者将与相邻硅晶片有相同大小的涂覆SiC的碳片放在端空隙中，然而，发现这种碳片裂开，露出的碳污染了炉子。另一发明者，提出使用CVD碳化硅单片作为仿真晶片。然而，人们知道这一材料是非常昂贵的。

日本公开特许5-283306揭示一种硅化处理的具有一层氧化铝/氧化硅覆层的碳化硅仿真晶片。

因此，本发明的目的是提供一具有仿真晶片所要求的尺寸、物理和机械性能而又便宜的仿真晶片。发明概要

根据本发明，提供一种基本上由重结晶碳化硅组成的非硅化处理的晶片，晶片的直径至少为150mm，厚度不大于2mm，孔隙率15v/o-43v/o。

也可根据本发明，提供一种重结晶碳化硅晶片，其直径至少为150mm，厚度不大于2mm，含有15v/o-43v/o的游离硅，其上面有一层CVD碳化硅覆层。

也可根据本发明，提供一种重结晶碳化硅晶片，其直径至少为150mm，厚度不大于2mm，含有15v/o-40v/o的游离硅，这种游离硅是互相连通的直径为5-50μm的粗大游离硅囊结构。

附图说明

图1为普通未硅化处理的碳化硅显微照片，图中浅色部分代表碳化硅。深色部分代表孔隙区域。

图2为本发明未硅化处理碳化硅显微照片，图中浅色部分代表碳化硅，深色部分代表孔隙区域。

发明详述

在本发明的说明书中，“v/o”指体积百分数，“w/o”指重量百分数，“普通生产”的产品指根据美国专利3,951,587(Alliegro专利)制备的Si-SiC产品。另外术语“平整度”可认为是从平均基准线起算起的最大弧高度，平均基准线由晶片表面的某一人为的直径确定。

本发明最初曾度图使用经硅化处理的碳化硅，具体是CRYSTAR(含约15％游离硅和约85％双峰粒度分布的SiC，由Norton Compony of Worcestr，MA生产)作为仿真晶片材料。然而，发现普通的CRYSTAR浇铸方法(双峰粒度分布的SiC在一多孔石膏模中进行粉浆浇铸)不能成功地制出适合于切片的厚坯料。当粉浆浇铸的深度大于20mm时，得到的坯料在干燥和焙烧中由于残余应力而产生裂纹。

人们认为，这个工艺之所以不成功是由于在粉浆浇铸后留在生坯中的水在以后的加热过程中转变为滞留于其中的水蒸汽。由水蒸汽产生的内压增高使得浇铸的坯体产生裂纹和变形。本发明者注意到普通的粉浆浇铸方法在坯体中仅产生15v/o的孔隙，而且这些孔隙宽度约2μm(由水银孔隙计测定)，认为这种孔隙情况不足以提供适合于在普通干燥中让残留水逸出的连续孔道。他们还认为，由于普通粉浆浇铸中产生密度梯度在加热时会产生热应力。因而导致坯体产生裂纹问题。

本发明者还考查了敞开式铸造。用这种敞开式铸造方法制出了厚度约为3mm的薄晶片(这是为在焙烧中产生收缩提供余量)随后，进行表面研磨直至0.5～1.0mm厚度。由于所需的研磨操作花费大量劳力，而且磨掉一半以上的晶片。所以敞开式铸造被认为效率低。而且很浪费，不宜采用。若进一步试图用敞开式铸造铸出与所需晶片厚度更为接近的生坯，则得到的生坯在干燥和焙烧中会产生变形。