[發明專利]采用燒結工藝制造高壓大功率晶閘管的方法

有效

• 申請號: 201310731526.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103700591A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張洪偉;于能斌;劉欣宇;王景波
• 申請（專利權）人: 鞍山市華辰電力器件有限公司
• 主分類號: H01L21/332
• 分類號: H01L21/332
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

1.采用燒結工藝制造高壓大功率晶閘管的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）工藝環境準備

將工藝環境中的空氣雙級過濾，過濾后的空氣在10級以下；

（2）超聲波清洗

首先將硅片超聲波除砂1小時以上，氫氟酸超聲波清洗1小時以上，分別用常溫和70℃的去離子水沖洗，用去離子水超聲波清洗2小時以上，每30～35分鐘更換一次去離子水，然后，用冷熱去離子水交替沖洗四遍；

（3）硅片漂洗

將超聲波除砂后的硅片放入1#液中，1#液的體積比是氨水:過氧化氫:去離子水=1:2:5，在加熱器上煮5～6分鐘后取出，用去離子水沖洗10～15遍，換上潔凈的1#液重復煮一遍，再用冷熱去離子水交替沖洗20～25遍；將硅片取出放入2#液中，2#液的體積比是鹽酸:過氧化氫:去離子水=1:2:7.在加熱器上煮5～6分鐘后取出，用去離子水沖洗10～12遍，換上潔凈的2#液重復煮一遍，再用冷熱去離子水交替各沖洗25～30遍，最后將清洗干凈的硅片放入180℃烘箱中烘1小時以上；

（4）清洗石英架、石英砣

將石英架、石英砣放入體積比為H₂O:HF=4:1的氫氟酸溶液中浸泡30～35分鐘，然后，取出用冷熱去離子水沖洗各20～25遍，放入180℃烘箱中烘1小時以上；

（5）硅片鋁擴散

將硝酸鋁以3g/100ml的比例溶于無水乙醇中，制成硝酸鋁溶液作為鋁擴散源，用涂膠機將鋁源涂在硅片表面，然后將硅片疊放在石英架上，放到1250℃擴散爐中進行高溫擴散，20～30小時以后閉爐；

（6）硅片硼擴散

將氧化硼以10g/100ml的比例溶于無水乙醇中，制成硼溶液作為硼擴散源，用涂膠機將硼源涂在硅片表面，然后將硅片擺放在石英架上，放到1250℃擴散爐中進行高溫擴散，2～5小時以后閉爐；

（7）氧化

將硼擴散后的硅片放到1150℃氧化爐中做氧化，通水汽2小時以上、氧氣1小時以上各兩次，氧氣流量500ml/分鐘，時間到后閉爐；

（8）一次光刻

將氧化后的硅片需要刻圖形的一面甩光刻膠，然后在80℃溫度下烘干20～25分鐘，冷卻后在光刻機下曝光，曝光后在120#汽油溶液中顯影10～15分鐘，在乙酸丁酯中定影2～3分鐘，之后在140℃溫度下烘干，并將背面涂真空封蠟，再用光刻腐蝕液腐蝕，然后去膠烘干；

（9）磷擴散

將光刻好、合格的硅片，用1#液、2#液清洗干凈，烘干后放到磷擴爐中，待爐溫升到1200℃通磷源和氧氣氮氣保護氣體，爐溫升到1250℃時關閉磷源，停止升溫，繼續通保護氣體，直到擴散爐降溫到1000℃以下閉爐閉氣；

（10）割圓

用高速割圓機將硅片圖形以外的部分去掉；

（11）燒結

將裝芯片的鋼架推入真空燒結爐的恒溫區中，開啟真空泵及真空機組，當真空達2×10^-3Pa時，推入燒結爐，在550℃恒溫下加熱15～20分鐘,然后以每分鐘2℃的速度升溫到650℃，恒溫加熱15～20分鐘后，再以每分鐘2℃的速度降溫至550℃，取下爐蓋，自然降溫至400℃時推離爐體，當溫度低于200℃時，放氣取出石墨船；

（12）蒸發

將燒結后的芯片放到蒸發臺的載片臺上，將高純鋁絲纏在鎢絲電極上，蓋上蒸發臺罩，抽真空到2×10^-3Pa，然后給鎢絲電極加熱，使電極上的鋁蒸發出來，覆蓋在芯片表面，將鎢絲上的鋁全蒸發完后，關閉蒸發電源，待機器蒸發室冷卻后將芯片取出，測試鋁膜厚度10um以上；

（13）合金

在真空合金爐中，530℃的溫度下，恒溫40～45分鐘，使芯片表面鋁與硅形成微合金；

（14）二次光刻

將合金后的芯片需要刻圖形的一面甩光刻膠，在80℃溫度下烘干20～25分鐘，冷卻后在光刻機下曝光，曝光后在120#汽油溶液中顯影10～15分鐘，更換120#汽油定影2～3分鐘，在140℃溫度下烘干，再用光刻腐蝕液腐蝕，然后去膠烘干；

（15）噴砂、磨角

將合金二次光刻后的芯片放到噴砂機的載片旋轉頭上，打開旋轉電機按鈕，打開噴砂機電源，噴砂嘴與芯片軸向夾角為55°，噴嘴頭對芯片邊緣往里2mm位置，檢查氣體壓力10MPa，打開氣體開關，開始噴砂，觀察芯片邊緣露出鉬片0.5～1mm，關閉噴砂機；

將噴砂后的芯片在磨角機中，磨3°的角，使總磨角邊寬達到5mm；

（16）旋轉腐蝕、涂膠保護

將噴砂磨角后的芯片放到旋轉腐蝕機中，用芯片腐蝕液腐蝕50～55秒，沖水40～45秒，之后取出，放到熱板上烤干，再放到涂膠機上涂保護膠RTU116；

（17）測試、封裝

將旋轉腐蝕保護后的芯片放到真空烘箱中在180℃溫度下老化72小時，測試封裝。