CN1036101C - 一种开管铝镓扩散工艺 - Google Patents
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Abstract
一种开管铝镓扩散工艺，属于高压大电流电力半导体器件生产领域中的一种一次P型扩散工艺。本发明是以硅片上涂布铝乳胶源扩散和开管镓扩散在同一扩散炉内经一次高温连续完成为特征的。本发明工艺简单，生产周期短，容易操作，稳定可靠，成本低，产品电参数一致性和动态特性好。采用本发明可提高产品合格率15-25%，提高优品率20%左右。
Description
本发明属于高压大电流电力半导体器件生产领域中的一种一次P型扩散工艺。
目前在晶闸管生产时，一次P型扩散普遍采用硼铝涂层扩散工艺或闭管铝镓扩散。
1、涂层硼铝扩散工艺：
(1)源的配制：分别将氧化硼(B2O3)和硝酸铝[Al(NO3)3]溶于无水乙醇中制成饱和液，再将氧化硼的饱和液稀释后与硝酸铝饱和液以1∶2的体积比混合后作为杂质源。
(2)涂源、扩散：将已配好的硼铝混合源液同时均匀地涂布于干净的毛片上，在紫外灯下烘干，再将硅片叠加在石英舟上送入扩散炉中石英管道的恒温区，恒温在1270-1290℃，扩散至所需要的结深，出炉后在氢氟酸中腐蚀一周才能去掉扩散时形成的硼硅玻璃，然后测结深，接后工序。
涂层硼铝工艺虽然简单、操作方便，但扩散质量受涂层质量影响很大，因为硼的浓度很高，在涂层时某一因素稍有变化，即引起扩散参数均匀性和重复性变差。(参见1975年人民出版社《大功率可控硅元件原理与设计》P289)
2、闭管铝镓扩散
(1)源的制作：将处理干净的高纯铝、硅与高纯镓按选定的配比装入已处理干净的石英管中，然后真空封管，在扩散炉或合金炉内高温下形成合金，取出处理后，再用钼片包住敲成粉末作为杂质源。
(2)扩散：将杂质源装入石英舟与硅片同时装入双套管或三套石英管中(大电流元件的硅片直径大，扩散温度高，石英管直径也大，防止塌陷用双套、三套管，并充氩气)，然后将石英管抽真空，充氩气，用氢氧焰封管，将石英管送入扩散炉的恒温区，升温至1280℃，扩散至要求的结深，降温冷却，把石英外管打碎取出硅片。
闭管铝镓扩散工艺设备投资大，工艺过程复杂，周期长，影响扩散质量的因素太多，参数分散，尤其每次都要耗费一支昂贵的石英管，成本高。(参见1971年科学出版社《可控硅整流元件制造工艺》P37)
本发明针对已有工艺的不足之处，提供了一种新的开管铝镓扩散工艺。
该工艺是将硅片先涂布铝乳胶源扩散，后开管镓扩散，再同时进行铝、镓的再分布，整个扩散过程是在二氧化硅乳胶源经高温后形成的氧化膜及氮气(或惰性气体)保护下，于同一扩散炉内经一次高温连续完成的一次P型扩散(铝镓预扩与再分布分两次进行也可)，杂质源为铝乳胶源、氧化镓，反应气体为氢气。
本发明采取已有工艺之优点、又弥补了其不足，铝扩散是通过二氧化硅乳胶源的作用，达到均匀涂布；同时，该乳胶源经高温后形成的氧化膜又可以保护镓扩散的顺利进行，既保证了不产生合金点，又减少了通常开管扩镓前的一次高温氧化，而且整个扩散过程是在同一扩散炉中，只经一次高温过程即可完成，因此与现行工艺比较有以下优点：
(1)工艺简单，生产周期短，容易操作，稳定可靠，成本低。
(2)扩散参数可控性可调性好，不仅可根据器件设计的不同要求调整扩散浓度，还可以随时通过监测陪片来确定和调整再分布时间，以准确控制扩散结深。
(3)该工艺的产品电参数一致性和高温特性好，如触发参数和动态特性均优于涂层硼铝扩散工艺。产品合格率及优品率高，与现行工艺相比，合格率可提高15-25％，优品率可提高20％左右，经济效益显著。本发明的实施方法是：
(1)二氧化硅铝乳胶源的配制：
将1克硝酸铝，加入10-30mL二氧化硅乳胶中，用超声波超声30分钟左右，使硝酸铝完全溶解为止，待用。
(2)铝乳胶源的涂布：
将(1)中配好的铝乳胶源用汲液管(或其他器具)滴3-5滴于硅片的一面，用甩胶机甩3分钟左右使源在硅片上分布均匀，自然凉干，再在另一面用同样的方法涂源凉干。
(3)预扩铝：
将涂好源的硅片，纵向或横向立放在石英舟上，推入扩散炉的恒温区中，温度在1200-1280℃，恒温3-12小时，氮气以200-300mL/min的流量排除系统中的空气，然后改为维持系统中正压即可。
(4)预扩镓：
扩镓是以氧化镓为扩散杂质源、氢气为反应气体，硅片温度1160～1230℃，镓源温度900～1000℃，氢气流量80～200mL/min，通源时间20～100分钟。
将氧化镓源在硅片装炉的同时置于扩散炉的源区一侧，预扩铝结束，将氮气改为通大流量的氢气(200～300ml/分)30分钟左右，同时将炉温降为1160～1230℃，改通小流量的氢气(80～200mL/min)，通源，计时，通源结束，改通大流量的氮气(200～300mL/min)，半小时后可测陪片的扩散参数。
(5)铝镓的再分布：
在氮气保护下(流量以维持系统中的正压即可)，硅片温度在1240～1280℃进行铝镓的再分布，再分布时间根据测量陪片的结深来确定，符合要求后进行慢降温至700℃以下自然降温出炉。Rs在50～300Ω/□结深Xj在60～120μm范围内。
以上结束再对硅片进行单面抛光、氧化、光刻等公知的后工序。
说明：本发明可以根据器件设计要求不同及系统等的改变，通过调整温度、气体流量、通源时间等以达到设计要求的参数为目的。
Claims (1)
1、一种开管铝镓扩散工艺，
(1)经前工序处理硅片
(2)进行铝、镓扩散，扩铝是以铝乳胶源作为杂质源，
(3)铝镓再分布
(4)接后工序，
其特征在于，
硅片扩铝之后，不经抛光、氧化，以铝乳胶源为保护层连续进行扩镓，
开管镓扩散时的硅片温度为1160-1230℃。
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| CN90106318A CN1036101C (zh) | 1990-11-24 | 1990-11-24 | 一种开管铝镓扩散工艺 |
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| CN1057364A CN1057364A (zh) | 1991-12-25 |
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