CN100424836C - 一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用在大功率整流二极管生产的一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法。本发明的有益效果是比现有工艺简便，减少了工艺过程如和氧化、单面腐蚀、去氧化层扩硼铝、去氧化层扩磷源工艺相比少了4道工序，节约了大量的电能，人工和化学药品，既节能又环保，成本低，用纸源一次扩散的方法每片杂质源的成本为3-10元，而采用本工艺的杂质源成本仅为0.1-0.3元不到纸源成本的十分之一。

Description

一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种应用在大功率整流二极管生产的一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法。

背景技术

现有技术中，大功率整流二极管生产工艺较复杂，除了包含硅片清洗及扩散工序外，还含有氧化、单面腐蚀、去氧化层扩硼铝、去氧化层扩磷源工序，浪费大量的电能，人工和化学药品。还有用纸源一次扩散的方法，每片杂质源的成本为3-10元，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法，该方法与同类或相近工艺相比较成本比较低，扩散成本能节约50％以上，适合大批量整流二极管的生产。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法，该方法包括以下步骤：

1)硅片清洗；硅片经去火漆、去砂、去油、漂氧化层、去金属离子处理后，洗净的硅片，放到电烤箱中烘干待用；

2)一次全扩散；

(1)准备工作；

①配制杂质源；

a.硝酸铝-三氧化二硼溶液的配制：

在500ml优级无水乙醇中放入50克高纯硝酸铝和500mg高纯三氧化二硼；

b.五氧化二磷乙醇溶液的配制：

取10g高纯五氧化二磷充分溶解在200g优级无水乙醇中成为浓五氧化二磷溶液；

②配制硫酸铜溶液：CU₂SO₄∶H₂O-5ml∶100ml滴入几滴HF待用；

③配制腐蚀液：按HNO₃∶HF体积比10∶1配制；

④配制电解液：500g的硫酸锌溶解在2500ml的高纯水中；

⑤清洗石英板架；煮1#、2#液各二遍，冷高纯水、热高纯水交替冲洗，电烤箱中烤干待用；其中，1#液由氨水∶过氧化氢∶高纯水的体积比为1∶2∶5配制而成；2#液由盐酸∶过氧化氢∶高纯水的体积比为1∶2∶5配制而成；

⑥开启扩散炉，炉温设定在1250℃；

(2)涂杂质源；将杂质源倒入点滴瓶中，硅片摆放在搪瓷盘内的滤纸上；在硅片的一面涂上2-3滴硼铝杂质源，均匀展开在红外灯下烘2min，然后将已涂杂质源的一面相对叠放；另一面用毛笔均匀涂磷源，每片的背面都涂，稍干后整齐地叠放在石英板舟上，用硅砣压实；

(3)扩散；当炉温升至给定工作温度1250℃时偏差指示表均匀由负端逐渐回到零点，将石英板架放到炉口预热10min；然后推入恒温区扩散35-60h，接近预定时间，随时取样片测扩散结深；

(4)退火；结深达到设计要求后，将炉温降至900℃恒温2小时，再自然降至300℃后，将石英板架拉至炉口，冷却后取出，硅片放入塑料勺中的氢氟酸浸泡，用超声清洗器清洗1小时h，纯水冲洗5min；

(5)HF超片；切断控温仪总电源开关，待温度自然降至300℃以下，石英板架拉至炉口，冷却后取出，硅片放入塑料勺中的氢氟酸浸泡，超声1h，纯水冲洗5min；

(6)电解去硼硅玻璃；将硅片放入盛有重量百分比为20％的硫酸锌溶液的搪瓷盘中，接通电源，按动开关，将电解仪的负端点在结片上，正端接在铜线，浸在溶液中，电解电流50-250mA，逐渐降到20mA以下为合格，逐一双面电解，取出后，高纯水冲洗2min；

(7)测试；经表面浓度R_S测量、电压特性测量、结深测量，测试合格为成品。

本发明的有益效果是比现有工艺简便，减少了工艺过程如和氧化、单面腐蚀、去氧化层扩硼铝、去氧化层扩磷源工艺相比少了4道工序，节约了大量的电能，人工和化学药品，既节能又环保，成本低，用纸源一次扩散的方法每片杂质源的成本为3-10元，而采用本工艺的杂质源成本仅为0.1-0.3元不到纸源成本的十分之一。

具体实施方式

一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法，该方法包括以下步骤：

一、硅片清洗；

1)去火漆：将硅片装入盛有无水乙醇的烧杯中，浸泡24h，高纯水冲洗1min；

2)去砂：将硅片插上石英清洗架，放入石英箱中，滴入5ml洗净剂于高纯水中，用超声波清洗器超声清洗，水变污，倒掉，再倒入高纯水，反复超声清洗4h，水变清；将石英架上的硅片，放入塑料勺中，倒入氢氟酸超声清洗10min用高纯水冲2min，再用超声波清洗器反复超声清洗至水清为止时间为12h左右；

3)1#液配制：氨水∶过氧化氢∶高纯水的体积比为1∶2∶5；

2#液配制：盐酸∶过氧化氢∶高纯水的体积比为1∶2∶5；

4)去油：将配制后的1#液倒入石英管中，其量淹没硅片为准，在电炉上煮沸10min，用高纯水冲洗1min，按上述方法煮二遍，高纯水冲洗2min；

5)漂氧化层：将硅片放入盛有氢氟酸的容器中，浸泡10min，用高纯水冲洗1min，加热煮2遍，高纯水冲2min；

6)去金属离子：将配制后的2#液倒入盛有硅片的石英箱中，量以浸过硅片为准，放到电炉上加热煮沸10min，高纯水洗2min，按上述方法煮2遍，最后高纯水冲洗5min；

7)洗净的硅片，放到电烤箱中V档烘1h，烘干待用；

质量要求：1)清洗后的硅片表面光亮，无水迹；2)硅片完整率≥99％；

检验方法与检验规则：表面状态用肉眼观察.

注意事项

1)硅片清洗过程中，药液必须覆盖硅片不得使硅片暴露在空气中，移动硅片时，暴露在空气中的时间应尽可能短；

2)煮1#液、2#液后，冲高纯水时，应先将水冲入石英清洗箱待温度下降后，方可将箱中药液倒掉；

3)清洗换水时，箱中溶液最多保留100ml；

4)1#液2#液现用现调，不可长时间放置，配完后摇匀后再用，否则影响清洗效果；

5)硅片清洗后，必须烘干；

6)配制1#、2#液的瓶用后要用盖子盖好，以备下次待用。

二、一次全扩散过程

(1)准备工作；

①配制杂质源；

a.硝酸铝-三氧化二硼溶液的配制：

在500ml优级无水乙醇中放入50克高纯硝酸铝和500mg高纯三氧化二硼；

b.五氧化二磷乙醇溶液的配制：

取10g高纯五氧化二磷充分溶解在200g优级无水乙醇中成为浓五氧化二磷溶液；

②配制硫酸铜溶液：CU₂SO₄∶H₂O-5ml∶100ml滴入几滴HF待用；

③配制腐蚀液：按HNO₃∶HF体积比10∶1配制；

④配制电解液：500g的硫酸锌溶解在2500ml的高纯水中；

⑤清洗石英板架；煮1#、2#液各二遍，冷、热高纯水冲洗，电烤箱中烤干待用；

⑥开启扩散炉，炉温设定在1250℃；

(2)涂杂质源；将杂质源倒入点滴瓶中，硅片摆放在搪瓷盘内的滤纸上；在硅片的一面涂上2-3滴硼铝杂质源，均匀展开在红外灯下烘(气温高时也可阴干)2min，然后将已涂杂质源的一面相对叠放；另一面用毛笔均匀涂磷源，每片的背面都涂，稍干后整齐地叠放在石英板舟上，用硅砣压实；

(3)扩散；当炉温升至给定工作温度1250℃时偏差指示表均匀由负端逐渐回到零点，将石英板架放到炉口预热10min；然后推入恒温区扩散35-60h，接近预定时间，随时取样片测扩散结深；

(4)退火；结深达到设计要求后，将炉温降至900℃恒温2小时，再自然降至300℃后，将石英板架拉至炉口，冷却后取出，硅片放入塑料勺中的氢氟酸浸泡，用超声清洗器超声清洗1h，纯水冲洗5min；

(5)HF超片；切断控温仪总电源开关，待温度自然降至300℃以下，石英板架拉至炉口，冷却后取出，硅片放入塑料勺中的氢氟酸浸泡，超声1h，纯水冲洗5min；

(6)电解去硼硅玻璃；将硅片放入盛有重量百分比20％的硫酸锌溶液的搪瓷盘中，接通电源，按动开关，将电解仪的负端点在结片上，正端接在铜线，浸在溶液中，电解电流50-250mA，逐渐降到20mA以下为合格，逐一双面电解，取出后，高纯水冲洗2min；

(7)测试；经表面浓度R_S测量、电压特性测量、结深测量，测试合格为成品。

a)表面浓度R_S测量：接通电源，选择(I_mA)10档，击穿(V_mv)200档，电流设定0.453，将一扩硅片放在支架上，按下降键自然落到结片上，测R_S值，再按上升键，取下结片，逐一双面测量，选合格面作斜边；

b)电压特性测量：将样片用石腊加热粘到玻璃板上，钻床上割圆样片双面涂敷黑胶保护，在磨角器中磨正角，用10∶1-HNO₃∶HF溶液腐蚀2遍去黑胶清洗干净，烘干，放到综合参数测试仪板上，测量电压特性；

c)结深测量：将一次扩散后的样片放到滤纸上，用镊子将硅片压碎选取断面整齐的解剖面，夹起放入显色液中染色；然后用去离子水冲洗一下，滤纸吸干，将染好的样片粘到测量夹具上，断面朝上；

三、质量要求

1)一扩结深要求：

序号\参数\项目

硅片电阻率(Ω·cm)

硅片厚度(mm)

扩散结深(μm)

1	30--50	0.40	115
				2	50--70	0.40	90--100
3	50--70	0.45	115
				4	60--80	0.40	90--95
5	80--100	0.50	105--110

2)一扩表面浓度R_S的要求：3560Ω/□

3)电压特性要求：断态不重复峰值电压V_DSM大于等于1000V

                断态不重复峰值电流I_DSM大于等于0.1mA

                反向不重复峰值电压V_RSM大于等于1000V

                反向不重复峰值电流I_DSM大于等于0.1mA

4)一扩硅片完整率：98％

5)硅片表面状态：无氧化、无划痕。

四、检验方法与检验规则

1)结深；每批取样片在显微镜下测量，结深浅补扩，超标为废品；

2)表面浓度R：在四探针测试仪测量R，不符合标准返工；浓度高，单面磨到合格；深度低，补扩双面检查按一般检查按一般检验水平IIAQL-1.0％；

3)电压特性：综合参数测试仪，每批取样片，不合格为废品；

4)硅片表面状态：目测，氧化返工，划痕废品，全检。

五、注意事项

1)加强清洁度观念，扩散工具一律专用，定期处理，硅片清洗关键时刻应无其它工序干扰，避免沾污；

2)扩散关电降温后，拉至炉口，若中途停电应退火恒温6h；

3)根据一次扩散结深，表面浓度及单晶材料参数，适当调整二次扩散的参数，确保扩散后结片参数良好；

4)高纯水要求：14MΩ以上；

5)接触硅片时要戴口罩、手套；配源、涂源时必须戴口罩、手套。

Claims (1)

1. 一次涂源全扩散生产整流管芯片的工艺方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)硅片清洗；硅片经去火漆、去砂、去油、漂氧化层、去金属离子处理后，洗净的硅片，放到电烤箱中烘干待用；

2)一次全扩散；

(1)准备工作；

①配制杂质源；

a.硝酸铝-三氧化二硼溶液的配制：

在500ml优级无水乙醇中放入50克高纯硝酸铝和500mg高纯三氧化二硼；

b.五氧化二磷乙醇溶液的配制：

取10g高纯五氧化二磷充分溶解在200g优级无水乙醇中成为浓五氧化二磷溶液；

②配制硫酸铜溶液：CU₂SO₄∶H₂O-5ml∶100ml滴入几滴HF待用；

③配制腐蚀液：按HNO₃∶HF体积比10∶1配制；

④配制电解液：500g的硫酸锌溶解在2500ml的高纯水中；

⑤清洗石英板架；煮1#、2#液各二遍，冷高纯水、热高纯水交替冲洗，电烤箱中烤干待用；其中，1#液由氨水∶过氧化氢∶高纯水的体积比为1∶2∶5配制而成；2#液由盐酸∶过氧化氢∶高纯水的体积比为1∶2∶5配制而成；

⑥开启扩散炉，炉温设定在1250℃；

(2)涂杂质源；将杂质源倒入点滴瓶中，硅片摆放在搪瓷盘内的滤纸上；在硅片的一面涂上2-3滴硼铝杂质源，均匀展开在红外灯下烘2min，然后将已涂杂质源的一面相对叠放；另一面用毛笔均匀涂磷源，每片的背面都涂，稍干后整齐地叠放在石英板舟上，用硅砣压实；

(3)扩散；当炉温升至给定工作温度1250℃时偏差指示表均匀由负端逐渐回到零点，将石英板架放到炉口预热10min；然后推入恒温区扩散35-60h，接近预定时间，随时取样片测扩散结深；

(4)退火；结深达到设计要求后，将炉温降至900℃恒温2小时，再自然降至300℃后，将石英板架拉至炉口，冷却后取出，硅片放入塑料勺中的氢氟酸浸泡，用超声清洗器清洗1小时，纯水冲洗5min；

(5)HF超片；切断控温仪总电源开关，待温度自然降至300℃以下，石英板架拉至炉口，冷却后取出，硅片放入塑料勺中的氢氟酸浸泡，超声1h，纯水冲洗5min；

(6)电解去硼硅玻璃；将硅片放入盛有重量百分比为20％的硫酸锌溶液的搪瓷盘中，接通电源，按动开关，将电解仪的负端点在结片上，正端接在铜线，浸在溶液中，电解电流50-250mA，逐渐降到20mA以下为合格，逐一双面电解，取出后，高纯水冲洗2min；

(7)测试；经表面浓度R_S测量、电压特性测量、结深测量，测试合格为成品。