专利名称：硼铝源一次全扩散生产kp整流芯片的方法
技术领域：
本发明涉及晶闸管整流芯片生产领域，尤其涉及一种硼铝源一次全扩散生产KP 整流芯片的方法。
背景技术：
现有技术中，大功率KP晶闸管整流芯片生产工艺比较复杂，除了硅片清洗和扩散工序外，还有氧化、一次光刻、磷扩、割圆、烧结、蒸铝、二次光刻、台面腐蚀等工序，消耗大量电能、工时和化学药剂，成本较高，而且表面扩散浓度不均与半导体内杂质浓度梯度相矛盾，使大功率整流器件综合性能不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种硼铝源一次全扩散生产KP整流芯片的方法，克服现有技术的不足，采用硼铝源一次高温扩散工艺，减少PN结生产的磷扩时间，缩短工艺流程，减少硅单晶片的损伤，提高成品率。为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案硼铝源一次全扩散生产KP整流芯片的方法，包括硅片清洗、扩散、氧化、一次光刻、磷扩、割圆、烧结、蒸铝、二次光刻、台面腐蚀，所述扩散工序为一次全扩散，具体包括以下步骤1)硼源、铝源制备(1)硼源制备a.配制三氧化二硼溶液，取三氧化二硼优级无水乙醇=IOg 100ml，用超声波把溶液均勻超开；b.制源用硅片清洗，先将硅片摆放在石英舟上，放入石英箱中，用1#液和姊液煮， 各2遍，每次10分钟，再用去离子水冲净，烘干备用；C.清洗石英闭管，首先用氢氟酸溶液漂30分钟，用去离子水冲洗，然后用王水泡 2h 4h，用大量去离子水冷热交替冲洗，冲完放入烘箱中烤干备用； d.硅片涂源，先将硅片从烘箱中取出，放在操作台里，取三氧化二硼溶液倒入石英皿里，然后依次放入硅片，硅片涂源后取出烤干，重复4 5次，装入石英闭管里，用氢氧焰将石英闭管两头封上，充高纯氩气，石英闭管用电火花真空检测器检测，呈粉红色时推入扩散炉恒温区，温度1250士 1°C，时间为19h 20h，当表面浓度为0. 3 0. 5R □ / Ω时即为硼源片，备用；(2)铝源制备a.铝丝腐蚀，取99. 999%的高纯铝丝，用盐酸腐蚀液漂30秒，盐酸腐蚀液配制比例为，盐酸去离子水=1 1，漂完用去离子水冲净，烤干备用；b.制源用硅片清洗，先将硅片摆放在石英舟上，放入石英箱中，用1#液和姊液煮， 各2遍，每次10分钟，再用去离子水冲净，烘干备用；
c.将烧结炉温升至700°C 705°C，然后将前述腐蚀过的铝丝弯成“S”形，分别摆放硅片上，将硅片放在石英板上推入真空烧结炉中，真空烧结炉真空度为3X10_3Mpa，待恒温后计时2分钟，然后直接推开炉体，降温后取出，硅片与铝丝焊成一体即为铝源片；2) 一次全扩散(1)扩前预处理a.清洗石英环、石英片、硼源片和镊子，用去离子水洗2遍，每次10分钟，烘干备用；b.清洗石英闭管，先将石英闭管漂氢氟酸溶液30分钟，冲水后，再泡王水池 4h，取出石英闭管，用冷、热去离子水交替冲20遍，放入烘箱中烘干备用；c.铝源片处理，将铝源片放入塑料槽中，放入盐酸腐蚀液，漂30秒后冲去离子水 20遍，烘干备用；d.硅片处理，将待扩硅片分别摆放在石英舟上，放入石英箱中，倒入去油清洗剂， 用超声波清洗4h以上，分别用1#液和2#液煮2遍，每次10分钟，用去离子水冲干净，放入温度180°C烘箱中，烘烤池 4h，烤干备用；(2)将石英片、待扩硅片、石英片、硼源片、石英环、铝源片、石英片、待扩硅片依次放入石英闭管中，保证硼源片和铝源片在待扩硅片中分布均勻，用氢氧焰将石英闭管两头封上，充高纯氩气，石英闭管用电火花真空检测器检测，呈粉红色时推入扩散炉恒温区，温度1250士 1°C，时间为20h 21h，当硅片厚度选用400士 IOmm时，电阻率为60 80 Ωπι，表面浓度为40R □ / Ω 60R □ / Ω，结深为70 μ m 75 μ m时扩散完成。与现有技术相比，本发明的有益效果是在PN结的生产制造过程中，采用硼铝两种元素扩散源，一次高温扩散成型，相同规格的大功率高压整流芯片产品对比，电压提高了 800V 1000V，产品使用寿命多出500小时以上，减少了磷扩时间4 5小时，提高了扩散效率，硅单晶片的损伤减少，提高了成品率。
图1是本发明一次全扩散时装管示意图。图中1-石英闭管2-石英片3-石英环4-待扩硅片5-硼源片6_铝源片
具体实施例方式硼铝源一次全扩散生产KP整流芯片的方法，包括硅片清洗、一次全扩散、氧化、一次光刻、磷扩、割圆、烧结、蒸铝、二次光刻、台面腐蚀等步骤一、硅片清洗1)先将待扩硅片经去砂、去油、漂氧化层、去金属离子处理后，洗净烘干备用；2)1#液配制，双氧水氨水去离子水=2:1:5邶液配制，双氧水盐酸去离子水=2 :1:7;3)配制盐酸腐蚀液，盐酸去离子水=1:1;4)配制混酸，硝酸氢氟酸=9:1;5)配制台面腐蚀液，硝酸氢氟酸=6:1;6)配制光刻腐蚀液，氟化铵氢氟酸去离子水=6 3 10。
二、一次全扩散，具体包括以下步骤1)硼源、铝源制备(1)硼源制备a.配制三氧化二硼溶液，取三氧化二硼优级无水乙醇=IOg 100ml，用超声波把溶液均勻超开；b.制源用硅片清洗，先将硅片摆放在石英舟上，放入石英箱中，用1#液和姊液煮， 各2遍，每次10分钟，再用去离子水冲净，烘干备用；c.清洗石英闭管，首先用氢氟酸溶液漂30分钟，用去离子水冲洗，然后用王水泡 2h 4h，用大量去离子水冷热交替冲洗，冲完放入烘箱中烤干备用；d.硅片涂源，先将硅片从烘箱中取出，放在操作台里，取三氧化二硼溶液倒入石英皿里，然后依次放入硅片，硅片涂源后取出烤干，重复4 5次，装入石英闭管里，用氢氧焰将石英闭管两头封上，充高纯氩气，石英闭管用电火花真空检测器检测，呈粉红色时推入扩散炉恒温区，温度1250士 1°C，时间为19h 20h，当表面浓度为0. 3 0. 5R □ / Ω时即为硼源片，备用；(2)铝源制备a.铝丝腐蚀，取99. 999%的高纯铝丝，用盐酸腐蚀液漂30秒，盐酸腐蚀液配制比例为，盐酸去离子水=1 1，漂完用去离子水冲净，烤干备用；b.制源用硅片清洗，先将硅片摆放在石英舟上，放入石英箱中，用1#液和姊液煮， 各2遍，每次10分钟，再用去离子水冲净，烘干备用；c.将烧结炉温升至700°C 705°C，然后将前述腐蚀过的铝丝弯成“S”形，分别摆放硅片上，将硅片放在石英板上推入真空烧结炉中，真空烧结炉真空度为3X10_3Mpa，待恒温后计时2分钟，然后直接推开炉体，降温后取出，硅片与铝丝焊成一体即为铝源片；2) 一次全扩散(1)扩前预处理a.清洗石英环、石英片、硼源片和镊子，用去离子水洗2遍，每次10分钟，烘干备用；b.清洗石英闭管，先将石英闭管漂氢氟酸溶液30分钟，冲水后，再泡王水池 4h，取出石英闭管，用冷、热去离子水交替冲20遍，放入烘箱中烘干备用；c.铝源片处理，将铝源片放入塑料槽中，放入盐酸腐蚀液，漂30秒后冲去离子水 20遍，烘干备用；d.硅片处理，将待扩硅片分别摆放在石英舟上，放入石英箱中，倒入去油清洗剂， 用超声波清洗4h以上，分别用1#液和2#液煮2遍，每次10分钟，用去离子水冲干净，放入温度180°C烘箱中，烘烤池 4h，烤干备用；(2)见图1，将石英片、待扩硅片、石英片、硼源片、石英环、铝源片、石英片、待扩硅片依次放入石英闭管中，保证硼源片和铝源片在待扩硅片中分布均勻，用氢氧焰将石英闭管两头封上，充高纯氩气，石英闭管用电火花真空检测器检测，呈粉红色时推入扩散炉恒温区，温度1250士 1°C，时间为20h 21h，当硅片厚度选用400士 10謹时，电阻率为60 80 Ωm，表面浓度为40R □ / Ω 60R □ / Ω，结深为70 μ m 75 μ m时扩散完成。三、氧化
将扩散完成的硅片摆放在塑料盆里，用氢氟酸溶液漂氧化层，以硅片表面不粘水为好，然后用去离子水冲去氢氟酸溶液，摆放在氧化石英舟上，放在石英箱中煮1#和2#液分别煮2遍，每次10分钟，冲水20遍，放入烘箱里烘干，时间为池 4h，然后取出放在氧化石英管中，预热15分钟至20分钟，然后缓慢的推入氧化炉恒温区，干湿氧交替9小时，时间顺序是干氧1小时-湿氧3小时-干氧1小时-湿氧3小时——干氧1小时，氧化炉温度为 1180 0C 士 1°C，湿氧温度为95°C 98°C，干氧为300ml，湿氧为500ml，氧化层厚度为7条干涉条纹，颜色为绿，粉红交替，分别数一种颜色为7条就可以。四、一次光刻将氧化后硅片分别按要求刻上需要的芯片版图，操作过程是先将硅片放入前烘烘箱内，烘20分钟，然后甩胶，一次甩胶速度为每分钟800转 1000转，甩胶速度决定胶厚度，甩完胶的硅片放入前烘烘箱20分钟，温度80°C，曝光前将所有硅片分别刻上相应图形， 显影时把硅片摆在石英舟上放到汽油箱里，时间为8分钟，然后放到乙酸丁脂1分钟，吹干放入烘箱中30分钟，温度为140°C，补蜡，用光刻腐蚀液腐蚀，将腐蚀后硅片用石英舟摆好硅片，去胶用1#液和硫酸都行，只要把硅片表面胶去干净就可以。五、磷扩将一次光刻硅片均勻摆放在磷扩石英舟上清洗，煮1#和2#液，分别煮两遍，每次10 分钟，用冷热去离子水交替冲20遍，然后放入烘箱中烘干备用；将磷炉升温至1200°C，通入 10至15分钟氧气A和氮气N2,硅片在炉口预热15分钟后，将硅片慢慢推入恒温区内，通A 和N2分别450ml开始预扩，待预扩120分钟后，将磷扩炉温升到1250°C，恒温计时，主扩时间根据芯片而定，在升温同时将化和N2分别调到500ml，主扩完成后，在闭炉30分钟后关闭气体，否则硅片容易表面氧化，待第二天取出割圆。六、割圆将磷扩后硅片按图形进行割圆，粘片时硅片和玻璃片之间无气泡，割时对好割圆线，不要偏移割圆线，无崩边，划痕，将硅片表面蜡去干净。去蜡方法有，洗洁精、汽油、洗衣粉。七、烧结a.将割圆硅片用1#液煮1遍，主要是去油和去蜡，然后漂氢氟酸去掉氧化层，待氧化层全都去净后，冲水再煮1#液和2#液各1遍，每遍10分钟，冲水时要用冷热去离子水交替冲水，冲水20遍，然后用无水乙醇脱水，烘干。(注在漂完氧氟酸时要测反型，如果有反型用混酸漂反型，漂反型时，漂的时间为10秒或15秒不能太长，否则对芯片表面参数有影响)。b.钼片清洗方法，首先将钼片均勻摆放在清洗架上，然后放入塑料桶中，倒入工业双氧水，加入氢氧化钠配制清洗液，清洗配制比例，工业双氧水氢氧化钠=600ml 5g， 清洗2分钟冲水，冲水20遍备用。c.装船将清洗干净的割圆后硅片、钼片、纯铝片，按顺序装入模具，放进真空烧结炉中烧结，炉温为700°C 705°C。八、蒸铝将烧结好芯片摆放在镀膜机中蒸铝，表面为银灰色，然后放进真空烧结炉中形成合金，炉温为540°C 550°C，时间为恒温30分钟。九、二次光刻将合金后芯片甩胶，甩胶速度为每分钟在600转 800转。然后放在前烘烘箱20 分钟，温度为80°C，按照一次光刻图形进行二次光刻，曝光后芯片摆在显影箱中，时间为2 分钟，然后放到乙酸丁酯定影1分钟，拿出吹干放入烘箱中30分钟，温度为140°C，取出补蜡腐蚀，腐蚀液为磷酸，最后用汽油棉擦净光刻胶。十、台面腐蚀a.将二次光刻后合格芯片均勻涂上黑蜡(以保护芯片)，待芯片黑蜡干后用磨角机分别磨出芯片正负两个角，正角为30°，负角为5°，正负角总宽度为1.8mm至2. 1mm，这样保证正反向电压特性。b.腐蚀，将磨角后芯片分别摆放在腐蚀盆里，然后冲水，把芯片表面金刚砂冲净， 然后用台面腐蚀液进行腐蚀，腐蚀分两次，第一次90秒，冲水6遍，第二次30秒冲水10遍， 然后用红外线灯烤干。c.涂胶，将腐蚀完芯片放在涂胶机上，涂406胶，涂胶机速度、手法一致，保证胶均勻，没有毛边。d.测试，在晶闸管综合参数测试台上测出反向，正向电压，漏电流应小于0.3mA， 电压应大于1800V为合格。
权利要求
1.硼铝源一次全扩散生产KP整流芯片的方法，包括硅片清洗、扩散、氧化、一次光刻、 磷扩、割圆、烧结、蒸铝、二次光刻、台面腐蚀，其特征在于，所述扩散工序为一次全扩散，具体包括以下步骤1)硼源、铝源制备(1)硼源制备a.配制三氧化二硼溶液，取三氧化二硼优级无水乙醇=IOg 100ml，用超声波把溶液均勻超开；b.制源用硅片清洗，先将硅片摆放在石英舟上，放入石英箱中，用1#液和姊液煮，各2 遍，每次10分钟，再用去离子水冲净，烘干备用；C.清洗石英闭管，首先用氢氟酸溶液漂30分钟，用去离子水冲洗，然后用王水泡 4h，用大量去离子水冷热交替冲洗，冲完放入烘箱中烤干备用；d.硅片涂源，先将硅片从烘箱中取出，放在操作台里，取三氧化二硼溶液倒入石英皿里，然后依次放入硅片，硅片涂源后取出烤干，重复4 5次，装入石英闭管里，用氢氧焰将石英闭管两头封上，充高纯氩气，石英闭管用电火花真空检测器检测，呈粉红色时推入扩散炉恒温区，温度1250士 1°C，时间为19h 20h，当表面浓度为0. 3 0. 5R □ / Ω时即为硼源片，备用；(2)铝源制备a.铝丝腐蚀，取99.999%的高纯铝丝，用盐酸腐蚀液漂30秒，盐酸腐蚀液配制比例为， 盐酸去离子水=1 1，漂完用去离子水冲净，烤干备用；b.制源用硅片清洗，先将硅片摆放在石英舟上，放入石英箱中，用1#液和姊液煮，各2 遍，每次10分钟，再用去离子水冲净，烘干备用；c.将烧结炉温升至700°C 705°C，然后将前述腐蚀过的铝丝弯成“S”形，分别摆放硅片上，将硅片放在石英板上推入真空烧结炉中，真空烧结炉真空度为3 X 10_3Mpa，待恒温后计时2分钟，然后直接推开炉体，降温后取出，硅片与铝丝焊成一体即为铝源片；2)一次全扩散(1)扩前预处理a.清洗石英环、石英片、硼源片和镊子，用去离子水洗2遍，每次10分钟，烘干备用；b.清洗石英闭管，先将石英闭管漂氢氟酸溶液30分钟，冲水后，再泡王水池 4h，取出石英闭管，用冷、热去离子水交替冲20遍，放入烘箱中烘干备用；c.铝源片处理，将铝源片放入塑料槽中，放入盐酸腐蚀液，漂30秒后冲去离子水20遍， 烘干备用；d.硅片处理，将待扩硅片分别摆放在石英舟上，放入石英箱中，倒入去油清洗剂，用超声波清洗4h以上，分别用1#液和2#液煮2遍，每次10分钟，用去离子水冲干净，放入温度 180°C烘箱中，烘烤池 4h，烤干备用；(2)将石英片、待扩硅片、石英片、硼源片、石英环、铝源片、石英片、待扩硅片依次放入石英闭管中，保证硼源片和铝源片在待扩硅片中分布均勻，用氢氧焰将石英闭管两头封上，充高纯氩气，石英闭管用电火花真空检测器检测，呈粉红色时推入扩散炉恒温区，温度 1250 士 1°C，时间为20h 21h，当硅片厚度选用400 士 IOmm时，电阻率为60 80Ωπι，表面浓度为40R □ / Ω 60R □ / Ω，结深为70 μ m 75 μ m时扩散完成。
全文摘要
本发明涉及硼铝源一次全扩散生产KP整流芯片的方法，包括硅片清洗、扩散、氧化、一次光刻、磷扩、割圆、烧结、蒸铝、二次光刻、台面腐蚀，其特征在于，所述扩散工序为一次全扩散，具体包括以下步骤硼源、铝源制备和一次全扩散，扩散时保证石英闭管中硼源片和铝源片在待扩硅片中分布均匀，当表面浓度和结深达标时扩散完成。与现有技术相比，本发明的有益效果是在PN结的生产制造过程中，采用硼铝两种元素扩散源，一次高温扩散成型，相同规格的大功率高压整流芯片产品对比，电压提高了800V～1000V，产品使用寿命多出500小时以上，减少了磷扩时间4～5小时，提高了扩散效率，硅单晶片的损伤减少，提高了成品率。
文档编号H01L21/22GK102208345SQ20111013307
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者于能斌, 王景波 申请人:鞍山市华辰电力器件有限公司