TW201643979A - 功率二極體裝置之處理方法及設備 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種功率二極體裝置之處理方法，包括以下步驟：首先，提供經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品；接著，將經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品置於一高揮發性溶劑中，並進行一雙頻超音波之震盪清洗步驟，以去除經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品上殘留的乾式蝕刻之汙染物；最後，將經雙頻超音波之震盪清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成品進行一第二次清洗步驟。採用本發明之處理方法，可大幅提升功率二極體表面之微粒汙染的清除效率。
Description
本發明涉及半導體元件之清洗技術，特別是指一種可大幅提升微粒清潔的效果的功率二極體裝置之處理方法及設備。
功率二極體是一種用途相當廣泛的電子元件，同時也是構成電子電路的重要構成單元之一；一般來說，一個良好的功率二極體必須同時具備低導通電壓、高切換速度、及高崩潰電壓等特性，而功率二極體的潔淨程度通常會對這些特性產生相當大的不良影響。
影響功率二極體之電氣特性的污染源主要有空氣中之灰塵、操作人員和機台動作時造成的飛塵、及乾式蝕刻殘渣(如：碳、金屬類、氧化物等)；在次微米/深次微米製程中，舉凡在乾式蝕刻或蝕刻後的表面處理步驟都需要用到去離子水或高揮發性溶劑來清洗製程半成品，以避免功率二極體受到污染。
目前常用的清洗技術手段例如將製程半成品浸泡於高揮發性溶劑中並輔以超音波震盪的清洗方式，並無法有效地將製程中產生的微粒汙染徹底清洗掉，因而造成產品良率無法提升。
以壓裝式整流二極體之功率二極體元件為例作說明，其包括引線、基座以及位於引線和基座間的半導體晶片，三者經由焊接過程焊接在一起成為功率二極體半成品後，半導體晶片的P-N接面的側相曝露面需要被清潔，以提高晶片耐壓能力並降低漏電
流。目前常用的清潔方式有乾式蝕刻和濕式蝕刻，雖然乾式蝕刻相較於濕式蝕刻有蝕刻線較平整、製程複雜度較低等優勢，但乾蝕刻後的殘留物對於功率二極體元件的電性影響極大。
本發明從防止二次汙染發生的角度出發，主要目的在於提供一種功率二極體裝置之處理方法及設備，其可大幅度地提升微粒清潔的效果，並可將不同粒徑的微粒汙染從功率二極體上移除。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：一種功率二極體裝置之處理方法，包括以下步驟：首先，提供經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品；接著，將經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品置於一高揮發性溶劑中，並進行一雙頻超音波之震盪清洗步驟，以去除經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品上殘留的乾式蝕刻之汙染物；然後，將經雙頻超音波之震盪清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成品進行一第二次清洗步驟。
本發明還提供一種功率二極體裝置之處理設備，用於處理經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品，其特徵在於，所述功率二極體裝置之處理設備包括一雙頻超音波清洗裝置及一沖洗裝置。所述雙頻超音波清洗裝置用於對經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品進行一雙頻超音波之震盪清洗，以去除經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品上殘留的乾式蝕刻之汙染物；所述沖洗裝置與所述雙頻超音波清洗裝置位於相鄰位置，用於將經雙頻超音波之震盪清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成品進行一沖洗步驟。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果：本發明利用雙頻超音波震盪器對高揮發性溶劑施加一高頻超音波及一低頻超音波，進而可透過高頻與低頻超音波在溶劑中的空穴效應將
各種汙染物(特別是不同粒徑的粒狀汙染物)有效地從功率二極體裝置半成品上清洗掉。
再者，本發明可進一步利用沖洗裝置對功率二極體裝置半成品噴灑高揮發性溶劑，可將因浸泡而回沾的汙染完全帶走，使經乾式蝕刻後的功率二極體具有良好的結構性與較佳的電性。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵得到進一步的了解。為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式作詳細說明如下。
A‧‧‧處理設備
100‧‧‧雙頻超音波清洗裝置
102‧‧‧溶劑儲存槽
104‧‧‧雙頻超音波震盪器
200‧‧‧沖洗裝置
202‧‧‧沖洗槽
204‧‧‧噴灑機構
2042‧‧‧加壓馬達
2044‧‧‧送水管
2046‧‧‧噴灑頭
206‧‧‧溶劑供應端
300‧‧‧乾式蝕刻裝置
302‧‧‧電漿產生器
304‧‧‧反應室
306‧‧‧承載座
308‧‧‧遮蔽板
310‧‧‧送氣管
400‧‧‧乾燥裝置
500‧‧‧功率二極體裝置半成品
502‧‧‧頂部導線
504‧‧‧半導體晶片
506‧‧‧基座
508‧‧‧銲接層
510‧‧‧護板
步驟S100至步驟S106
圖1為本發明之功率二極體裝置之處理設備的方塊圖。
圖2為習知之乾式蝕刻裝置與包含功率二極體的半成品的示意圖。
圖3為本發明之雙頻超音波清洗裝置的示意圖。
圖4為本發明之沖洗裝置的示意圖。
圖5為本發明之功率二極體裝置之處理方法的流程圖。
由於乾式蝕刻與濕式蝕刻相比，其具有蝕刻線較平整、製程複雜度較低的優點，進而根據乾式蝕刻的功率二極體具有良好的結構性與較佳的電性，為進一步提升功率二極體在乾蝕刻後的產品良率與電性表現，本發明揭露了「先利用雙頻超音波之震盪清洗步驟將絕大部分的微粒汙染從功率二極體表面移除，而後再配合噴灑沖洗步驟將可能因浸泡而回沾的微粒汙染完全移除，以防止二次汙染」之技術手段。
下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式來說明本發明上述技術手段的具體實施方式，本領域的技術人員可由本說明書所揭示的內容瞭解本發明的優點與功效。另外，本發明可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，也就是說本說明書中的各項細
節亦可基於不同觀點與應用，在本發明的精神下進行各種修飾與變更。此外，所附圖式僅做為簡單示意用途，並非依實際尺寸的描繪，先予敘明。
請參閱圖1，為本發明一較佳實施例之功率二極體裝置之處理設備的方塊圖。如圖所示，本較佳實施例所提供的處理設備A包括位於相鄰位置的一雙頻超音波清洗裝置100及一沖洗裝置200；而在實際應用中，所述處理設備A可以和一乾式蝕刻裝置300及一乾燥裝置400配合使用。
首先值得說明的是，所述處理設備A主要用於清洗經乾蝕刻後的功率二極體裝置半成品上殘留的乾式蝕刻之汙染物(或稱乾式蝕刻殘渣，如：膜狀、點狀或粒子狀汙染)。如圖2所示，一種習知之乾式蝕刻裝置300包括一電漿產生器302、一反應室304、一承載座306、及一遮蔽板308；其中，電漿產生器302經由一送氣管310與反應室304相連，承載座306設置於反應室304內，承載座306上可供放置一功率二極體裝置半成品500，遮蔽板308設置於反應室304內且相對於送氣管310，用於改善蝕刻氣體在反應室304內的濃度分佈。
請複參閱圖2，利用乾式蝕刻裝置300所製成的功率二極體裝置半成品500主要包括一頂部導線502、一半導體晶片504、及一基座506；其中，頂部導線502可透過一銲接層508與半導體晶片504相連，半導體晶片504同樣可透過一銲接層508與基座506相連，半導體晶片504並同時被基座506之一護板510所圍繞。
進一步值得說明的是，乾式蝕刻裝置300在蝕刻功率二極體裝置半成品的半導體晶片504的P-N接面的側向曝露面時，由於會產生乾式蝕刻之汙染物，因而經乾式蝕刻後的功率二極體裝置半成品需要被運送到處理設備A中並依次進行一雙頻超音波之震盪清洗步驟及一沖洗步驟，其中雙頻超音波之震盪清洗步驟可將汙染物從功率二極體表面移除，且沖洗步驟可防止二次汙染的發
生，然後再利用乾燥裝置400將經二次清洗後的功率二極體裝置半成品乾燥。本領域技術人員應理解，以上所述只是所述處理設備A一典型實施態樣而已，本發明的後續應用可以在不同的實施態樣上具有各種的變化。
請參閱圖3，為本發明一較佳實施例之雙頻超音波清洗裝置的示意圖。雙頻超音波清洗裝置100包括一溶劑儲存槽102及一雙頻超音波震盪器104；本實施例中，溶劑儲存槽102可為一立方體狀的槽體且可用耐腐蝕材料(如：不銹鋼、鋁或石英)製成；溶劑儲存槽102在實際使用時盛裝一高揮發性溶劑，其可為(但不限於)甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)或丙酮(acetone)，其中又以異丙醇為最佳。
雙頻超音波震盪器104設置於溶劑儲存槽102的下方或周圍；值得注意的是，雙頻超音波震盪器104可同時或交替地施加一高頻超音波及一低頻超音波於高揮發性溶劑，並同時透過高頻與低頻超音波在溶劑中的空穴效應將各種汙染物(特別是不同粒徑的粒狀汙染物)有效地從功率二極體裝置半成品表面帶走。舉例而言，所施加的高頻超音波的頻率範圍介於約80至150KHz之間，低頻超音波的頻率範圍小於50KHz，例如可介於30至50KHz之間，而震盪時間大概只要40至120秒即可帶走乾式蝕刻之汙染物。以上所述僅為雙頻超音波清洗裝置100的較佳實施態樣，本發明並不限定雙頻超音波清洗裝置100的結構組成、形式和外形尺寸。
實際上，本領域技術人士得依所欲清除之汙染物或乾蝕刻後殘渣的粒徑大小範圍，對應選擇雙頻超音波清洗時的高頻超音波和低頻超音波的震盪頻率，來達到最佳的清潔效果，而不受限於本發明所提出的示例性高頻超音波和低頻超音波範圍。
請參閱圖4，為本發明一較佳實施例之沖洗裝置的示意圖。沖洗裝置200包括一沖洗槽202及一設置於沖洗槽202上的噴灑機
構204；本實施例中，噴灑機構204包括一加壓馬達2042、一送水管2044、及多數個噴灑頭2046，加壓馬達2042設置於沖洗槽202上方，送水管2044沿著沖洗槽202頂壁水平設置，且送水管2044之一自由端經由加壓馬達2042連接一溶劑供應端206，多數個噴灑頭2046沿著送水管2044的長度方向間隔設置。以上所述僅為沖洗裝置200的較佳實施態樣，本發明並不限定沖洗裝置200的結構組成、形式和外形尺寸。
沖洗裝置200在實際使用時，溶劑供應端206可持續供應一高揮發性溶劑，其可為(但不限於)甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)或丙酮(acetone)，其中同樣以異丙醇為最佳。須說明的是，雙頻超音波震盪器104與沖洗裝置200所用的高揮發性溶劑可為相同或不同，本發明並不加以限制。
進一步值得注意的是，功率二極體裝置半成品500在浸入高揮發性溶劑並以雙頻超音波震盪洗淨後，可進一步運送到沖洗槽202，然後藉由加壓馬達2042將另一高揮發性溶劑引入送水管2044，進而以噴灑方式將回沾到功率二極體裝置半成品500表面的汙染完全移除，並藉此防止二次汙染。理想化條件是，沖洗時間大概只要40至120秒即可帶走因浸泡而回沾的汙染物。
再者，經沖洗(第二次清洗)後的功率二極體裝置半成品500在室溫下即可充分乾燥，只是基礎乾燥時間相對較長；而考量整體製程速率，可將經沖洗後的功率二極體裝置半成品500置於乾燥裝置400中，乾燥溫度較佳是控制在50℃至150℃的範圍內，使殘留在功率二極體裝置半成品500表面的高揮發性溶劑完全揮發掉。經乾燥後的功率二極體裝置半成品500即可進行下一道製程。
於實際設備/製程設計時，雙頻超音波清洗裝置100、沖洗裝置200以及乾燥裝置400可為一條龍式產線，即每一裝置的操作時間皆作相同設定，如40至120秒。
請一併參閱圖1至圖5，本發明功率二極體裝置之處理設備A的構成單元、其技術特徵及所達成之功效已詳細說明如上，接下來將進一步介紹根據所述處理設備A的功率二極體裝置之處理方法。如圖5所示，所述功率二極體裝置之處理方法包括以下步驟：
步驟S100，提供經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品500。如同前述，乾式蝕刻裝置300在蝕刻功率二極體晶片的P-N接面的側向曝露面時會產生乾式蝕刻之汙染物，例如微粒(粒子狀汙染)，其汙染源可列舉如下：空氣中之灰塵、操作人員和機台動作時造成的飛塵、及乾式蝕刻殘渣(如：碳、金屬類、氧化物等)。這些汙染物通常會對元件發生重大影響，甚至可能造成良率降低。
步驟S102，將經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品500置於一高揮發性溶劑中，並進行一雙頻超音波之震盪清洗步驟，以去除經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品500上殘留的乾式蝕刻之汙染物。步驟S102可由雙頻超音波清洗裝置100執行，具體地說，功率二極體裝置半成品500可裝載於載具(圖未示)，接著藉由運送裝置(如：機械手臂，圖未示)一同運送到溶劑儲存槽102內並浸於高揮發性溶劑，然後再利用雙頻超音波震盪器104所施加的高頻與低頻超音波進行震盪清洗。
步驟S104，將至少一經雙頻超音波之震盪清洗後的所述功率二極體裝置半成品500進行一第二次清洗步驟。步驟S102可由沖洗裝置200執行，具體地說，功率二極體裝置半成品500可連載具一同被運送到沖洗槽202內，然後再利用噴灑機構204所持續噴灑的高揮發性溶劑將回沾於表面的汙染物沖洗掉。須說明的是，本發明並不限定第二次清洗的方式，舉凡可防止二次汙染的清洗方式均可應用於本步驟。
除上述主要步驟之外，本發明之處理方法還可選擇性地執行步驟S106，將經第二次清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成
品進行一乾燥步驟。具體地說，功率二極體裝置半成品500可連載具一同被運送到乾燥裝置400內，並在適當溫度下使殘留在功率二極體裝置半成品500表面的高揮發性溶劑完全揮發掉。
綜上所述，相較於習知的清洗技術手段，本發明利用雙頻超音波震盪器對高揮發性溶劑施加一高頻超音波及一低頻超音波，進而可透過高頻與低頻超音波在溶劑中的空穴效應將各種汙染物(特別是不同粒徑的粒狀汙染物)有效地從功率二極體裝置半成品上清洗掉。
再者，本發明可進一步利用沖洗裝置對功率二極體裝置半成品噴灑高揮發性溶劑，可將因浸泡而回沾的汙染完全帶走，使經乾式蝕刻後的功率二極體具有良好的結構性與較佳的電性。
最重要的是，本發明透過「先利用雙頻超音波之震盪清洗步驟將絕大部分的微粒汙染從功率二極體表面移除，而後再配合噴灑沖洗步驟將可能因浸泡而回沾的微粒汙染完全移除，以防止二次汙染」之技術手段的具體實現，可防止二次汙染的發生。
惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。
步驟S100至步驟S106
Claims (10)
- 一種功率二極體裝置之處理方法，包括以下步驟：提供經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品；將經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品置於一高揮發性溶劑中，並進行一雙頻超音波之震盪清洗步驟，以去除經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品上殘留的乾式蝕刻之汙染物；以及將經雙頻超音波之震盪清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成品進行一第二次清洗步驟。
- 如請求項1所述的功率二極體裝置之處理方法，其中所述雙頻超音波之震盪清洗步驟的時間介於約40至120秒之間，所述第二次清洗步驟的時間介於約40至120秒之間。
- 如請求項1所述的功率二極體裝置之處理方法，其中所述雙頻超音波之震盪清洗步驟包括同時或交替地對所述高揮發性溶劑施加一高頻超音波及一低頻超音波，所述高頻超音波的頻率範圍介於約80至150KHz之間，所述低頻超音波的頻率小於50KHz。
- 如請求項1所述的功率二極體裝置之處理方法，其中所述第二次清洗步驟包括利用另一高揮發性溶劑噴灑沖洗經雙頻超音波之震盪清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成品，以去除回沾到經雙頻超音波之震盪清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成品的表面的乾式蝕刻之汙染物。
- 如請求項4所述的功率二極體裝置之處理方法，其中所述高揮發性溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或丙酮，所述另一高揮發性溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇或丙酮。
- 如請求項1所述的功率二極體裝置之處理方法，更包括將至少一經第二次清洗後的所述功率二極體裝置半成品進行一乾燥步驟。
- 一種功率二極體裝置之處理設備，用於處理經乾式蝕刻後的至少一功率二極體裝置半成品，其特徵在於，所述功率二極體裝置之處理設備包括：一雙頻超音波清洗裝置，所述雙頻超音波清洗裝置用於對經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品進行一雙頻超音波之震盪清洗，以去除經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品上殘留的乾式蝕刻之汙染物；以及一沖洗裝置，所述沖洗裝置與所述雙頻超音波清洗裝置位於相鄰位置，用於將經雙頻超音波之震盪清洗後的至少一所述功率二極體裝置半成品進行一沖洗步驟。
- 如請求項7所述的功率二極體裝置之處理設備，其中所述雙頻超音波清洗裝置包括一溶劑儲存槽及一雙頻超音波震盪器，所述溶劑儲存槽裝有一高揮發性溶劑以浸泡經乾式蝕刻後的至少一所述功率二極體裝置半成品，所述雙頻超音波震盪器設置於所述溶劑儲存槽的下方或周圍，用於同時或交替地對所述高揮發性溶劑施加一高頻超音波及一低頻超音波，以去除經乾式蝕刻的至少一所述功率二極體裝置半成品上殘留的乾式蝕刻之汙染物。
- 如請求項8所述的功率二極體裝置之處理設備，其中所述高頻超音波的頻率範圍介於約80至150KHz之間，所述低頻超音波的頻率小於50KHz。
- 如請求項7所述的功率二極體裝置之處理設備，其中所述沖洗裝置包括一沖洗槽及一設置於該沖洗槽上的噴灑機構，所述噴灑機構包括一加壓馬達、一送水管、及多數個噴灑頭，所述加壓馬達設置於所述沖洗槽的上方，所述送水管沿著所述沖洗槽的頂壁水平設置，且所述送水管之一自由端經由所述加壓馬達與一溶劑供應端相連通，所述該些噴灑頭沿著所述送水管的長度方向間隔設置。
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