[發明專利]一種高壓晶閘管制造方法及裝置

無效

• 申請號: 92106455.1
• 申請日: 1992-04-02
• 公開（公告）號: CN1033193C
• 公開（公告）日: 1996-10-30
• 發明（設計）人: 劉秀喜;薛成山;孫瑛
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: H01L21/225
• 分類號: H01L21/225
• 代理公司: 山東省高等院校專利事務所
• 代理人: 婁安境,劉國濤

本發明屬于電力半導體器件--一種高壓晶閘管制造方法及裝置。

目前，在電力半導體器件一晶閘管制造工藝中，P型擴散(受主雜質摻雜)有閉管擴鎵(或鋁鎵)或開管擴鎵和硼鋁涂層擴散法。閉管擴鎵因受硅片數量、源量和石英管容積大小等因素影響，擴散參數重復性差。參數不易調整、周期長、操作復雜、成本高；硼鋁涂層工藝，擴散均勻性和重復性差，由于雜質分布陡峭而造成產品電參數離散性大，動態參數不理想，產品合格率和優品率較低。開管擴鎵，鎵雜質分布前沿部分較陡，不利于提高電壓。制造高壓器件很困難。故以上擴散方法已不適應于高壓大電流器件，特別是快速晶閘管的生產。

擴散系統包括擴散爐和擴散裝置。擴散爐是通用設備，它是由加熱爐和爐溫控制部分組成。擴散裝置是由石英管、氣路和氣體凈化等部分組成。在構成的擴鎵系統中。按照一定的條件(如片溫、源溫、H₂流量、時間等)進行鎵摻雜。原擴散裝置中的石英管長230--250cm，有兩個磨口、一支內擴散管(長35--40cm)，還有控制部分，只有一個氣路，即擴鎵和再分布時H₂或N₂只朝一個方向流動。原裝置操作復雜、成本高，而且石英管加工、拖動和清洗很不方便。

本發明為高壓晶閘管生產提供了一種P型摻雜工藝方法及擴散裝置。

該方法是先在N型硅片上涂布鋁乳膠源擴散，然后擴鋁，硅片經單面拋光、熱氧化、開管擴鎵。最后完成鋁鎵再分布，鎵摻雜和鋁鎵再分布的全過程是在熱氧化膜和氮氣保護下在同一擴散爐內完成雙質P型擴散。

改進的擴散裝置的石英管長為180--200cm，只一端有磨口，無內擴散管，也不需要控制部分；它有兩個氣路，即當擴鎵時，H₂沿管道朝右方向流動(參見附圖)，參與鎵源的反應與源的攜帶，當預擴鎵結束轉入再分布時，改為N₂，N₂沿著管道朝向反方向(向左)流動。

本發明的優點如下：

1、本發明為鋁乳膠源涂布和氣相鎵雜質相結合的分步擴散法，可獲得理想的雜質分布，有利于制造高壓大電流器件，更有利于快速晶閘管的生產。

2、根據不同器件設計要求，通過調節擴散條件，可達到所要求的表面濃度，又通過陪片監測來確定再分布時間，較準確地控制擴散結深，即本發明可控性和可調性高。

3、擴鋁硅片經拋光、熱氧化后，再進行開管擴鎵保證了擴散質量，即消除了合金點、擴散均勻性和重復性好，并且晶格缺陷少，有利于提高少子壽命、降低通態壓降等。

4、采用該擴散方法，產品的電參數一致性、高溫特性和動態特性好，優于硼鋁涂層擴散。

5、產品合格率和優品率較高，與閉管擴散和涂層擴散工藝相比，合格率提高15—20％，優品率提高18—25％，經濟效益和社會效益顯著。

6、該擴散裝置與原開管鎵或鋁鎵一步擴散工藝相比，石英管短40—50厘米，減少一個磨口和一支內擴散管，成本低，顯著的節約了石英材料，每根石英管可節省1000—1500元，并且操作簡便，給石英管加工、拖運、清洗處理等帶來極大方便。

本發明的實施方法：

1、鋁源的配制：把1克高純硝酸鋁，摻入8—20毫升的6—11％的二氧化硅乳膠或無水乙醇中，用超聲波超40—60分鐘，使硝酸鋁全部溶解，然后在冰箱(4℃)中靜放24小時后再使用為宜。

2、鋁源的涂布：把清洗干凈的干燥硅片置于甩源機的圓盤上，用吸液管將鋁乳膠源滴在硅片上，一般2—6滴(根據硅片表面積大小而定)，轉速2500—3500轉/分，時間15—30秒，在紅外燈下或真空干燥箱中烘干，然后用同樣方法，再在硅片另一面涂布鋁乳膠源。

3、硅片裝舟：涂布好的鋁源硅片在石英舟(或多晶硅舟)上排列方式有兩種，即立放和平放。為提高擴鋁濃度和投片量，以硅片重疊在一起擴散為好。采用石英箱或多晶硅箱擴散，效果更好。

4、鋁乳膠源的預烘：將裝有鋁乳膠源硅片的石英舟或箱，推入擴散爐的恒溫區中，通氮氣500—800毫升/分，升溫10—15分鐘，爐溫達到200℃時停爐，在200—250℃、大氮氣氛下，對鋁乳膠源預烘20—30分鐘。

5、鋁擴散：擴散爐恒溫后，計時進行鋁擴散，片溫為1240—1260℃，擴散時間為2—15小時，氮氣流量為50—100毫升/分，擴鋁結束，要以1.5—2℃/分的速度進行慢降溫，降到700—750℃時，改為自然降溫。Vsp為100—300mv，Xj為20—80um。