CN103700591A - 采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法 - Google Patents
采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103700591A CN103700591A CN201310731526.2A CN201310731526A CN103700591A CN 103700591 A CN103700591 A CN 103700591A CN 201310731526 A CN201310731526 A CN 201310731526A CN 103700591 A CN103700591 A CN 103700591A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chip
- silicon chip
- minutes
- temperature
- diffusion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000005245 sintering Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 48
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 26
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 42
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 42
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 29
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 20
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 16
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 14
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 12
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 12
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 12
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 241001504664 Crossocheilus latius Species 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 8
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GOZCEKPKECLKNO-RKQHYHRCSA-N Picein Chemical compound C1=CC(C(=O)C)=CC=C1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 GOZCEKPKECLKNO-RKQHYHRCSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010422 painting Methods 0.000 claims description 5
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N [N].[O] Chemical compound [N].[O] OLBVUFHMDRJKTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 238000010026 decatizing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 4
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 4
- 238000013022 venting Methods 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 abstract 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 abstract 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 abstract 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 abstract 1
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 abstract 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 2
- FGUJWQZQKHUJMW-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[B] Chemical compound [AlH3].[B] FGUJWQZQKHUJMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013871 bee wax Nutrition 0.000 description 1
- 239000012166 beeswax Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66363—Thyristors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02041—Cleaning
- H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
- H01L21/02052—Wet cleaning only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/2225—Diffusion sources
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
- Thyristors (AREA)
Abstract
本发明涉及一种采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法，包括以下步骤：工艺环境准备、超声波清洗、硅片漂洗、清洗石英架、石英砣、硅片铝扩散、硅片硼扩散、氧化、一次光刻、磷扩散、割圆、烧结、蒸发、合金、二次光刻、喷砂磨角、旋转腐蚀涂胶保护、测试封装。与现有技术相比，本发明的有益效果是：芯片制造采用硼、铝两次扩散，保证PN结前沿平缓；新型烧结技术保证烧结变形小，粘接牢固，保证扩散参数稳定不变；采用超净工艺环境，精细清洗方法，优质清洗试剂保证长的少子寿命；采用电脑控制扩散，机械磨角、喷角，保证产品参数一致性，使用可靠；制造成本低，成品率高，各项技术性能达到进口同类产品水平。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子元器件制造技术领域，尤其涉及一种采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法。
背景技术
晶闸管是晶体闸流管的简称，又称做可控硅整流器，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管按电流容量分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
国际上在高压大功率晶闸管特别是3英寸以上、电压在4000V以上的高压晶闸管的生产制作过程中，基本上采用全压接的制造技术，目前国内工矿企业普遍使用的，大多是在国外采用全压接技术生产的高压大功率晶闸管，很多晶闸管已经到了更换的年限。由于国内的制造技术还不成熟，同时受加工设备和加工精度的限制，国内生产的全压接高压大功率晶闸管从使用寿命到技术参数都远不及国外的产品，而从国外进口高压大功率晶闸管，不仅供货周期长，而且价格昂贵。
用新型的烧结工艺替代全压接工艺制造高压大功率晶闸管，用工艺上的先进性弥补了材料、设备精度上的不足，表面刻特殊图形，使得开通参数比国内同类产品提高数倍，采用特殊的台面制造技术，保证晶闸管正反向重复峰值电压的对称性，用此方法制造的高压大功率晶闸管完全可取代进口产品，制造成本低，具有可观的经济价值。
发明内容
本发明提供了一种采用新型的烧结工艺替代全压接工艺制造高压大功率晶闸管的方法，具有制造成本低，产品耐压性和可靠性高的特点，完全可以取代同类进口产品。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法，包括以下步骤：
（1）工艺环境准备
将工艺环境中的空气双级过滤，过滤后的空气在10级以下；
（2）超声波清洗
首先将硅片超声波除砂1小时以上，氢氟酸超声波清洗1小时以上，分别用常温和70℃的去离子水冲洗，用去离子水超声波清洗2小时以上，每30～35分钟更换一次去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；
（3）硅片漂洗
将超声波除砂后的硅片放入1#液中，1#液的配比是氨水:过氧化氢:去离子水=1:2:5，在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～15遍，换上洁净的1#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替冲洗20～25遍；将硅片取出放入2#液中，2#液的配比是盐酸:过氧化氢:去离子水=1:2:7.在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～12遍，换上洁净的2#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替各冲洗25～30遍，最后将清洗干净的硅片放入180℃烘箱中烘1小时以上；
（4）清洗石英架、石英砣
将石英架、石英砣放入体积比为H2O:HF=4:1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热去离子水冲洗各20～25遍，放入180℃烘箱中烘1小时以上；
（5）硅片铝扩散
将硝酸铝以3g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硝酸铝溶液作为铝扩散源，用涂胶机将铝源涂在硅片表面，然后将硅片叠放在石英架上，放到1260℃扩散炉中进行高温扩散，20～30小时以后闭炉；
（6）硅片硼扩散
将氧化硼以10g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硼溶液作为硼扩散源，用涂胶机将硼源涂在硅片表面，然后将硅片摆放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，2～5小时以后闭炉；
（7）氧化
将硼扩散后的硅片放到1150℃氧化炉中做氧化，通水汽2小时以上、氧气1小时以上各两次，氧气流量500ml/分钟，时间到后闭炉；
（8）一次光刻
将氧化后的硅片，需要刻图形的一面甩光刻胶，然后在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在汽油溶液中显影10～15分钟，在乙酸丁酯中定影2～3分钟，之后在140℃温度下烘干，并将背面涂真空封蜡，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；
（9）磷扩散
将光刻好、合格的硅片，用1#液、2#液清洗干净，烘干后放到磷扩炉中，待炉温升到1200℃通磷源和氧气氮气保护气体，炉温升到1250℃时关闭磷源，停止升温，继续通保护气体，直到扩散炉降温到1000℃以下闭炉闭气；
（10）割圆
用高速割圆机将硅片图形以外的部分去掉；
（11）烧结
将装芯片的钢架推入真空烧结炉的恒温区中，开启真空泵及真空机组，当真空达2×10-3Pa时，推入烧结炉，在550℃恒温下加热15～20分钟,然后以每分钟2℃的速度升温到650℃，恒温加热15～20分钟后，再以每分钟2℃的速度降温至550℃，取下炉盖，自然降温至400℃时推离炉体，当温度低于200℃时，放气取出石墨船；
（12）蒸发
将烧结后的芯片放到蒸发台的载片台上，将高纯铝丝缠在钨丝电极上，盖上蒸发台罩，抽真空到2×10-3Pa，然后给钨丝电极加热，使电极上的铝蒸发出来，覆盖在芯片表面，将钨丝上的铝全蒸发完后，关闭蒸发电源，待机器蒸发室冷却后将芯片取出，测试铝膜厚度10um以上；
（13）合金
在真空合金炉中，530℃的温度下，恒温40～45分钟，使芯片表面铝与硅形成微合金；
（14）二次光刻
将合金后的芯片，需要刻图形的一面甩光刻胶，在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在120#汽油溶液中显影10～15分钟，更换120#汽油定影2～3分钟，在140℃温度下烘干，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；
（15）喷砂、磨角
将合金二次光刻后的芯片，放到喷砂机的载片旋转头上，打开旋转电机按钮，打开喷砂机电源，喷砂嘴与芯片轴向夹角为55°，喷嘴头对芯片边缘往里2mm位置，检查气体压力10MPa，打开气体开关，开始喷砂，观察芯片边缘露出钼片0.5～1mm，关闭喷砂机；
将喷砂后的芯片在磨角机中，磨3°的角，使总磨角边宽达到5mm；
（16）旋转腐蚀、涂胶保护
将喷砂磨角后的芯片放到旋转腐蚀机中，用芯片腐蚀液腐蚀50～55秒，冲水40～45秒，之后取出，放到热板上烤干，再放到涂胶机上涂保护胶RTU116；
（17）测试、封装
将旋转腐蚀保护后的芯片放到真空烘箱中在180℃温度下老化72小时，测试封装。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）芯片制造采用硼、铝两次扩散，保证PN结前沿平缓。
2）新型烧结技术保证烧结变形小，粘接牢固，保证扩散参数稳定不变。
3）采用超净工艺环境，精细清洗方法，优质清洗试剂保证长的少子寿命。
4）采用电脑控制扩散，机械磨角、喷角，保证产品参数一致性，使用可靠。
5）制造成本低，成品率高，各项技术性能达到进口同类产品水平。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明的烧结温度曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图1，是本发明采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法的工艺流程图，包括以下具体步骤：
（1）过滤工艺环境
超净的工艺环境是制造高压大功率晶闸管的前提，在硼铝扩散过程中，涂源是关键，首先将空气双级过滤，过滤后的空气在10级以下。
（2）超声波清洗
精细清洗方法是制造高压大功率晶闸管的保证，整个清洗过程使用的试剂均为优级纯试剂。
首先将硅片超声波除砂1小时以上，氢氟酸超声波清洗1小时以上，分别用常温和70℃的去离子水冲洗，用去离子水超声波清洗2小时以上，每30～35分钟更换一次去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍。
（3）硅片漂洗
将超声波除砂后的硅片放入1#液中，1#液的体积比是氨水:过氧化氢:去离子水=1:2:5，在加热器上煮5～6分钟后用去离子水冲洗10～15遍，换上洁净的1#液重复煮一遍，最后用冷热去离子水交替冲洗20～25遍；将硅片取出放入2#液中，2#液的体积比是盐酸:过氧化氢:去离子水=1:2:7.在加热器上煮5～6分钟，然后用去离子水冲洗10～12遍，换上洁净的2#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替各冲洗25～30遍，最后将清洗干净的硅片放入180℃烘箱中烘1小时以上。
（4）清洗石英架、石英砣
将石英架、石英砣放入体积比为H2O:HF=4:1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热去离子水冲洗各20～25遍，放入180℃烘箱中烘1小时以上。
（5）硅片铝扩散
扩散芯片过程是核心工艺过程，本发明采用硼铝二次扩散，减小PN结前沿浓度梯度，降低PN结的电场强度，提高正反向重复峰值电压。
将硝酸铝以3g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硝酸铝溶液作为铝扩散源，用涂胶机将铝源涂在硅片表面，然后将硅片叠放在石英架上，放到1260℃扩散炉中进行高温扩散，20～30小时以后闭炉。
（6）硅片硼扩散
将氧化硼以10g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硼溶液作为硼扩散源，用涂胶机将硼源涂在硅片表面，然后将硅片摆放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，2～5小时以后闭炉。
（7）氧化
将硼扩散后的硅片放到1150℃氧化炉中做氧化，通水汽2小时以上、氧气1小时以上各两次，氧气流量500ml/分钟，时间到后闭炉。
（8）一次光刻
将氧化后的硅片，需要刻图形的一面甩光刻胶，然后在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在乙酸丁酯溶液中显影10～15分钟，在汽油中定影2～3分钟，之后在140℃温度下烘干，并将背面涂真空蜂蜡，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干。
（9）磷扩散
将光刻好、合格的硅片，用1#液、2#液清洗干净，烘干后放到磷扩炉中，待炉温升到1200℃通磷源和氧气氮气保护气体，1250℃后关闭磷源，停止升温，继续通保护气体，直到扩散炉降温到1000℃闭炉闭气。
（10）割圆
用高速割圆机将硅片图形以外的部分去掉。
（11）烧结
烧结过程是产品形成的关键工艺过程，本发明烧结过程采用电脑程控仪，控制设备烧结温度的变化，与以往的常规烧结工艺控制方法相比，精确稳定，一致性好，能够很好地控制烧结炉升温、恒温、降温，消除因升降温不均造成芯片电参数变坏的不利因素。
见图2，是发明的烧结温度曲线图，将装芯片的钢架推入真空烧结炉的恒温区中，开启真空泵及真空机组，当真空达2×10-3Pa时，推入烧结炉，在550℃恒温下加热15～20分钟,然后以每分钟2℃的速度升温到650℃，恒温加热15～20分钟后，再以每分钟2℃的速度降温至550℃，取下炉盖，自然降温至400℃时推离炉体，当温度低于200℃时，放气取出石墨船。
（12）蒸发
将烧结后的芯片放到蒸发台的载片台上，将高纯铝丝缠在钨丝电极上，盖上蒸发台罩，抽真空到2×10-3Pa，然后给钨丝电极加热，使电极上的铝蒸发出来，覆盖在芯片表面，将钨丝上的铝全蒸发完后，关闭蒸发电源，待机器蒸发室冷却后将芯片取出，测试铝膜厚度10um以上。
（13）合金
在真空合金炉中，530℃的温度下，恒温40～45分钟，使芯片表面铝与硅形成微合金。
（14）二次光刻
将合金后的芯片，需要刻图形的一面甩光刻胶，在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在120#汽油溶液中显影10～15分钟，更换120#汽油定影2～3分钟，在140℃温度下烘干，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干。
（15）喷砂、磨角
将合金二次光刻后的芯片，放到喷砂机的载片旋转头上，打开旋转电机按钮，打开喷砂机电源，喷砂嘴与芯片轴向夹角为55°，喷嘴头对芯片边缘往里2mm位置，检查气体压力10MPa，打开气体开关，开始喷砂，观察芯片边缘露出钼片0.5～1mm，关闭喷砂机。
将喷砂后的芯片在磨角机中，磨3°的角，使总磨角边宽达到5mm。
（16）旋转腐蚀、涂胶保护
将喷砂磨角后的芯片放到旋转腐蚀机中，用芯片腐蚀液腐蚀50～55秒，冲水40～45秒，之后取出，放到热板上烤干，再放到涂胶机上涂保护胶RTU116。
（17）测试、封装
将旋转腐蚀保护后的芯片放到真空烘箱中在180℃温度下老化72小时，测试封装。
应用本发明制造的大功率3英寸～4英寸、4000V～6500V高压晶闸管，由于烧结温度低，减小了高温产生的形变，使得烧结后芯片特性保持不变。以4英寸芯片为例，经烧结工艺制成的晶闸管，寿命都在100us以上，正反向重复峰值电压都在4000V以上，断态及反向漏电流小于150mA通态峰值压降在2.2V以下，动态DV/DT参数大于2000V/us，di/dt>200A/μs，完全达到世界同类产品先进企业（ABB公司）高压晶闸管产品标准。
产品各项技术参数对比表（与ABB晶闸管参数对比）：
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
[实施例1]应用本发明所述方法生产50片大功率4200V高压晶闸管的工艺过程如下：
（1）过滤工艺环境
将空气双级过滤，过滤后的空气为10级。
（2）超声波清洗
首先将硅片超声波除砂1小时，氢氟酸超声波清洗1小时，分别用常温和70℃的去离子水冲洗，用去离子水超声波清洗2小时，每30分钟更换一次去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；
（3）硅片漂洗
将超声波除砂后的硅片放入1#液中，在加热器上煮5分钟后用去离子水冲洗10遍，换上洁净的1#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替冲洗20遍；取出后放入2#液，在加热器上煮5分钟后用去离子水冲洗10遍，换上洁净的2#液重复煮一遍，用冷热去离子水交替各冲洗30遍，最后将清洗干净的硅片放入180℃烘箱中烘1小时；
（4）清洗石英架、石英砣
将石英架、石英砣放入体积比为H2O:HF=4:1的氢氟酸溶液中浸泡30分钟，然后，取出用冷热去离子水冲洗各20遍，放入180℃烘箱中烘1小时；
（5）硅片铝扩散
用涂胶机将铝源涂在硅片表面，然后将硅片叠放在石英架上，放到1260℃扩散炉中进行高温扩散，25小时以后闭炉；
（6）硅片硼扩散
用涂胶机将硼源涂在硅片表面，然后将硅片摆放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，3小时以后闭炉；
（7）氧化
将硼扩散后的硅片放到1150℃氧化炉中做氧化，通水汽2小时、氧气1小时各两次，氧气流量500ml/分钟，时间到后闭炉。
（8）一次光刻
将氧化后的硅片需要刻图形的一面甩光刻胶，然后在80℃温度下烘干20分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在汽油溶液中显影10分钟，在乙酸丁酯中定影2分钟，之后在140℃温度下烘干，并将背面涂真空封蜡，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；
（9）磷扩散
将光刻好、合格的硅片，用1#液、2#液清洗干净，烘干后放到磷扩炉中，待炉温升到1200℃通磷源和氧气氮气保护气体，1250℃后关闭磷源，停止升温，继续通保护气体，直到扩散炉降温到1000℃闭炉闭气；
（10）割圆
用高速割圆机将硅片图形以外的部分去掉。
（11）烧结
将装芯片的钢架推入真空烧结炉的恒温区中，开启真空泵及真空机组，当真空达2×10-3Pa时，推入烧结炉，在550℃恒温下加热20分钟,然后以每分钟2℃的速度升温到650℃，恒温加热20分钟后，再以每分钟2℃的速度降温至550℃，取下炉盖，自然降温至400℃时推离炉体，当温度低于200℃时，放气取出石墨船。
（12）蒸发
将烧结后的芯片放到蒸发台的载片台上，将高纯铝丝缠在钨丝电极上，盖上蒸发台罩，抽真空到2×10-3Pa，然后给钨丝电极加热，将钨丝上的铝全蒸发完后，关闭蒸发电源，待机器蒸发室冷却后将芯片取出，测试铝膜厚度10us以上；
（13）合金
在真空合金炉中，530℃的温度下，恒温40分钟，使芯片表面铝与硅形成微合金；
（14）二次光刻
将合金后的芯片需要刻图形的一面甩光刻胶，在80℃温度下烘干20分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在120#汽油溶液中显影10分钟，更换120#汽油定影2分钟，在140℃温度下烘干，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；
（15）喷砂、磨角
将合金二次光刻后的芯片放到喷砂机的载片旋转头上，打开旋转电机按钮，打开喷砂机电源，喷砂嘴与芯片轴向夹角为55°，喷嘴头对芯片边缘往里2mm位置，检查气体压力10MPa，打开气体开关，开始喷砂，观察芯片边缘露出钼片1mm，关闭喷砂机；
将喷砂后的芯片在磨角机中，磨3°的角，使总磨角边宽达到5mm；
（16）旋转腐蚀、涂胶保护
将喷砂磨角后的芯片放到旋转腐蚀机中，用芯片腐蚀液腐蚀50秒，冲水40秒，之后取出，放到热板上烤干，再放到涂胶机上涂保护胶RTU116；
（17）测试、封装
将旋转腐蚀保护后的芯片放到真空烘箱中在180℃温度下老化72小时，测试封装。
本批次大功率高压晶闸管的测试参数如下表所示：
检出4200V以上成品39片，3600V～4000V5片，工艺流传过程中不合格5片，总成品率达到88%。
Claims (1)
1.采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）工艺环境准备
将工艺环境中的空气双级过滤，过滤后的空气在10级以下；
（2）超声波清洗
首先将硅片超声波除砂1小时以上，氢氟酸超声波清洗1小时以上，分别用常温和70℃的去离子水冲洗，用去离子水超声波清洗2小时以上，每30～35分钟更换一次去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；
（3）硅片漂洗
将超声波除砂后的硅片放入1#液中，1#液的体积比是氨水:过氧化氢:去离子水=1:2:5，在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～15遍，换上洁净的1#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替冲洗20～25遍；将硅片取出放入2#液中，2#液的体积比是盐酸:过氧化氢:去离子水=1:2:7.在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～12遍，换上洁净的2#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替各冲洗25～30遍，最后将清洗干净的硅片放入180℃烘箱中烘1小时以上；
（4）清洗石英架、石英砣
将石英架、石英砣放入体积比为H2O:HF=4:1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热去离子水冲洗各20～25遍，放入180℃烘箱中烘1小时以上；
（5）硅片铝扩散
将硝酸铝以3g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硝酸铝溶液作为铝扩散源，用涂胶机将铝源涂在硅片表面，然后将硅片叠放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，20～30小时以后闭炉；
（6）硅片硼扩散
将氧化硼以10g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硼溶液作为硼扩散源，用涂胶机将硼源涂在硅片表面，然后将硅片摆放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，2～5小时以后闭炉；
（7）氧化
将硼扩散后的硅片放到1150℃氧化炉中做氧化，通水汽2小时以上、氧气1小时以上各两次，氧气流量500ml/分钟，时间到后闭炉；
（8）一次光刻
将氧化后的硅片需要刻图形的一面甩光刻胶，然后在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在120#汽油溶液中显影10～15分钟，在乙酸丁酯中定影2～3分钟，之后在140℃温度下烘干，并将背面涂真空封蜡，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；
（9）磷扩散
将光刻好、合格的硅片，用1#液、2#液清洗干净，烘干后放到磷扩炉中，待炉温升到1200℃通磷源和氧气氮气保护气体，炉温升到1250℃时关闭磷源，停止升温，继续通保护气体，直到扩散炉降温到1000℃以下闭炉闭气；
（10）割圆
用高速割圆机将硅片图形以外的部分去掉；
（11）烧结
将装芯片的钢架推入真空烧结炉的恒温区中，开启真空泵及真空机组，当真空达2×10-3Pa时，推入烧结炉，在550℃恒温下加热15～20分钟,然后以每分钟2℃的速度升温到650℃，恒温加热15～20分钟后，再以每分钟2℃的速度降温至550℃，取下炉盖，自然降温至400℃时推离炉体，当温度低于200℃时，放气取出石墨船；
（12）蒸发
将烧结后的芯片放到蒸发台的载片台上，将高纯铝丝缠在钨丝电极上，盖上蒸发台罩，抽真空到2×10-3Pa，然后给钨丝电极加热，使电极上的铝蒸发出来，覆盖在芯片表面，将钨丝上的铝全蒸发完后，关闭蒸发电源，待机器蒸发室冷却后将芯片取出，测试铝膜厚度10um以上；
（13）合金
在真空合金炉中，530℃的温度下，恒温40～45分钟，使芯片表面铝与硅形成微合金；
（14）二次光刻
将合金后的芯片需要刻图形的一面甩光刻胶，在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在120#汽油溶液中显影10～15分钟，更换120#汽油定影2～3分钟，在140℃温度下烘干，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；
（15）喷砂、磨角
将合金二次光刻后的芯片放到喷砂机的载片旋转头上，打开旋转电机按钮，打开喷砂机电源，喷砂嘴与芯片轴向夹角为55°，喷嘴头对芯片边缘往里2mm位置，检查气体压力10MPa，打开气体开关，开始喷砂，观察芯片边缘露出钼片0.5～1mm，关闭喷砂机；
将喷砂后的芯片在磨角机中，磨3°的角，使总磨角边宽达到5mm；
（16）旋转腐蚀、涂胶保护
将喷砂磨角后的芯片放到旋转腐蚀机中，用芯片腐蚀液腐蚀50～55秒，冲水40～45秒，之后取出，放到热板上烤干，再放到涂胶机上涂保护胶RTU116；
（17）测试、封装
将旋转腐蚀保护后的芯片放到真空烘箱中在180℃温度下老化72小时，测试封装。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310731526.2A CN103700591B (zh) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310731526.2A CN103700591B (zh) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103700591A true CN103700591A (zh) | 2014-04-02 |
| CN103700591B CN103700591B (zh) | 2016-03-16 |
Family
ID=50362081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310731526.2A Active CN103700591B (zh) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103700591B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104299901A (zh) * | 2014-09-22 | 2015-01-21 | 鞍山市良溪电力科技有限公司 | 开管涂源全扩散制造低功耗雪崩晶闸管芯片的方法 |
| CN104392911A (zh) * | 2014-10-31 | 2015-03-04 | 宁波芯科电力半导体有限公司 | 一种高压晶闸管芯片的硼扩散方法 |
| CN104282557B (zh) * | 2014-09-22 | 2017-02-08 | 鞍山市良溪电力科技有限公司 | 一种电加热设备用超温自保护晶闸管的制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3947726A (en) * | 1974-12-18 | 1976-03-30 | General Electric Co. | Reverse voltage surge protection for high-voltage thyristors |
| JPS5735373A (en) * | 1980-08-11 | 1982-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of planar type thyristor |
| CN101068003A (zh) * | 2007-02-13 | 2007-11-07 | 江苏威斯特整流器有限公司 | 一种大功率双向晶闸管的生产方法 |
| CN101752248A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-23 | 浙江四方电子有限公司 | 晶闸管管芯制造工艺 |
-
2013
- 2013-12-26 CN CN201310731526.2A patent/CN103700591B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3947726A (en) * | 1974-12-18 | 1976-03-30 | General Electric Co. | Reverse voltage surge protection for high-voltage thyristors |
| JPS5735373A (en) * | 1980-08-11 | 1982-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of planar type thyristor |
| CN101068003A (zh) * | 2007-02-13 | 2007-11-07 | 江苏威斯特整流器有限公司 | 一种大功率双向晶闸管的生产方法 |
| CN101752248A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-06-23 | 浙江四方电子有限公司 | 晶闸管管芯制造工艺 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104299901A (zh) * | 2014-09-22 | 2015-01-21 | 鞍山市良溪电力科技有限公司 | 开管涂源全扩散制造低功耗雪崩晶闸管芯片的方法 |
| CN104282557B (zh) * | 2014-09-22 | 2017-02-08 | 鞍山市良溪电力科技有限公司 | 一种电加热设备用超温自保护晶闸管的制作方法 |
| CN104299901B (zh) * | 2014-09-22 | 2017-06-16 | 鞍山市良溪电力科技有限公司 | 开管涂源全扩散制造低功耗雪崩晶闸管芯片的方法 |
| CN104392911A (zh) * | 2014-10-31 | 2015-03-04 | 宁波芯科电力半导体有限公司 | 一种高压晶闸管芯片的硼扩散方法 |
| CN104392911B (zh) * | 2014-10-31 | 2017-04-12 | 宁波芯科电力半导体有限公司 | 一种高压晶闸管芯片的硼扩散方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103700591B (zh) | 2016-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105977309B (zh) | 一种高可靠抗辐照玻璃钝化快恢复整流二极管制造方法 | |
| CN105355693B (zh) | 一种可提高光电转换效率的perc太阳能光伏电池 | |
| CN104201102A (zh) | 一种快恢复二极管frd芯片及其制作工艺 | |
| CN103578960B (zh) | 一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法 | |
| CN103606521A (zh) | 瞬态电压抑制二极管芯片的制作工艺 | |
| CN103489760B (zh) | SiC衬底同质外延碳硅双原子层薄膜的方法 | |
| CN103606517A (zh) | 一种硅片减薄方法 | |
| CN105702712A (zh) | 一种提高碳化硅半导体欧姆接触特性的方法 | |
| CN104404626B (zh) | 物理冶金多晶硅太阳能电池的磷扩散方法 | |
| CN103700591B (zh) | 采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法 | |
| CN101188199A (zh) | 一种快恢复硅整流二极管芯片的制造方法 | |
| CN105826172A (zh) | 一种提升半导体芯片可靠性与良率的钝化保护方法 | |
| CN108336169A (zh) | 一种背面钝化的p型晶体硅太阳能电池的制作方法 | |
| CN103981575B (zh) | 一种单晶硅片的退火制绒方法 | |
| CN103227245B (zh) | 一种p型准单晶硅太能阳电池pn结的制造方法 | |
| CN102569531A (zh) | 一种多晶硅片的钝化处理方法 | |
| CN107393822A (zh) | 一种具有瞬态电压抑制和整流功能的玻璃钝化续流二极管的制造方法 | |
| CN102201434A (zh) | 一种高频晶闸管 | |
| CN103311104B (zh) | 一种石墨烯的制备方法 | |
| CN105470345A (zh) | 一种超薄多晶硅太阳能电池片的制备方法 | |
| CN109449212A (zh) | 一种裸封gpp整流二极管芯片及其制造工艺 | |
| CN101866854A (zh) | 超快软恢复二极管芯片的生产方法 | |
| CN107301949A (zh) | 一种采用钨电极制造高可靠瞬态电压抑制二极管的制造方法 | |
| CN102208345B (zh) | 硼铝源一次全扩散生产kp整流芯片的方法 | |
| CN102214571B (zh) | 一种大电流zk7000a快恢复整流二极管的生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170321 Address after: Unit No. 17 Huaihe Road East Tsinghua Yuan area Qibin District of Hebi city in Henan province 458030 Room 302 Patentee after: Fu Yingying Address before: 114011 West Street, Tiexi District, Liaoning, Anshan, China, 125 Patentee before: Huachen Electric Device Co., Ltd., Anshan City |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170823 Address after: 114011 West Street, Tiexi District, Liaoning, Anshan, China, 125 Patentee after: Huachen Electric Device Co., Ltd., Anshan City Address before: Unit No. 17 Huaihe Road East Tsinghua Yuan area Qibin District of Hebi city in Henan province 458030 Room 302 Patentee before: Fu Yingying |
|
| TR01 | Transfer of patent right |