專利名稱：晶閘管管芯制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種晶閘管的制造工藝。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)焊接式晶閘管管芯的傳統(tǒng)制造工藝是采用"雙擴(kuò)散_鍍鎳法"，通過將經(jīng)過硼 擴(kuò)散(一次擴(kuò)散)和磷擴(kuò)散(二次擴(kuò)散)的單晶硅片，表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，使之可以實(shí)現(xiàn) 可焊接的工藝特性，再通過搪鉛工藝，將單晶硅片與同樣經(jīng)過化學(xué)鍍鎳的鉬片焊接在一起， 在經(jīng)過常規(guī)的磨角、表面腐蝕等工藝處理后，形成可焊接的晶閘管管芯，僅僅適用于焊接式 晶閘管封裝制造，此法的優(yōu)點(diǎn)在于由于管芯中的核心部分抓單晶硅片，其表面經(jīng)過化學(xué)鍍 鎳處理后，可以順利引出陰極電極，同時(shí)也使管芯具備了可焊接的工藝特性，簡(jiǎn)化了封裝工 藝，提高了焊接式晶閘管管芯生產(chǎn)效率；但是不足之處在于通過此種工藝制成的晶閘管管 芯動(dòng)態(tài)參數(shù)的重復(fù)性、一致性較差，高溫特性差(焊接式晶閘管管芯根據(jù)電工類行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T8950. 1-1999，電流小于100A的晶閘管高溫狀態(tài)下的工作結(jié)溫通常為115°C )，制成的 管芯耐壓等級(jí)低(通常焊接管芯耐壓等級(jí)最高只能達(dá)到2000V)，等級(jí)合格率不高等缺點(diǎn)； 而且由于此種工藝采取的是傳統(tǒng)的手工搪鉛，將單晶硅片與經(jīng)過化學(xué)鍍鎳處理后的鉬片 (傳統(tǒng)工藝中鉬片需要進(jìn)行化學(xué)鍍鎳后方可進(jìn)行搪鉛處理)進(jìn)行搪鉛工藝焊接形成管芯， 人為因素干擾較多，導(dǎo)致管芯制造工效偏低，成品質(zhì)量很難得到保證；更重要的是目前焊料 通常是采用鉛錫作為原輔料，致使成品管芯的鉛含量明顯過高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歐盟ROHS指令中 對(duì)鉛含量的要求(ROHS指令中對(duì)產(chǎn)品的鉛含量要求最高不得超過1000mg/kg)，嚴(yán)重影響 到國(guó)內(nèi)通過傳統(tǒng)工藝制造的焊接式晶閘管及電力模塊的出口。雖然目前國(guó)內(nèi)已有廠家通過 采用銀錫等無鉛焊料替代鉛錫焊料來對(duì)管芯進(jìn)行焊接，但是由于銀錫等無鉛焊料的熔點(diǎn)較 之鉛錫焊料高出許多(鉛錫焊料熔點(diǎn)約為183t:，銀錫等無鉛焊料熔點(diǎn)至少在217t:以上)， 無鉛合金焊料潤(rùn)濕能力差，無法自動(dòng)對(duì)正，焊接過程對(duì)操作人的熟練程度要求很高，同時(shí)焊 接后的成品管芯的力學(xué)特性差，焊點(diǎn)很脆，經(jīng)過碰撞很容易脫落，可靠性低，同時(shí)由于依舊 是采用的是錫焊工藝，因此管芯的高溫特性、耐壓等級(jí)無法得到改善和提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，從而制備出一種既可焊接封 裝又可壓接封裝的完整的晶閘管管芯制造工藝。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的
1、一種晶閘管管芯制造工藝，其特征在于 1)、硼擴(kuò)散采用特純?nèi)趸鸷图兿跛徜X配置雜質(zhì)源，將雜質(zhì)源涂抹在制備好
的單晶硅片表面，放置于llO(TC 130(TC的擴(kuò)散爐中，恒溫20-40h，在大氣中擴(kuò)散，使硅片 表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結(jié)構(gòu)，即jl結(jié)和j2結(jié)，然后進(jìn)行拋光處理；
2)、氧化將硼擴(kuò)散好的硅片，先采用清洗溶液對(duì)硅片進(jìn)行表面清洗，脫水待用，然 后將清洗脫水后的硅片放入擴(kuò)散爐中進(jìn)行氧化處理其中干氧50-70分鐘，濕氧130-160分鐘，干氧50-70分鐘，濕氧110-150分鐘，干氧80-120分鐘; 3)、一次光刻對(duì)氧化好的硅片，采用常規(guī)的光刻工藝進(jìn)行第一次光刻處理，去除 硅片陰極部分的二氧化硅層； 4)、磷擴(kuò)散對(duì)一次光刻好硅片進(jìn)行清潔處理，采用高純的三氯氧磷做為擴(kuò)散的雜 質(zhì)源，按光刻圖形進(jìn)行選擇擴(kuò)散，使硅片形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)，即jl結(jié)、j2結(jié)和j3結(jié)；
5)、燒結(jié)將磷擴(kuò)散好的硅片，與純鋁箔和鉬片裝片在一起，置于燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié) 處理，使硅片與鉬片有效鍵合在一起，燒結(jié)時(shí)爐溫設(shè)置為700-80(TC，燒結(jié)時(shí)間為10-30分 鐘； 6)、蒸發(fā)將燒結(jié)好的管芯置于鍍膜機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空蒸發(fā)鍍膜處理，通過電子束高 溫，將純鋁部分直接氣化鍍膜在硅片表層，形成歐姆接觸層，最終引出管芯的陰極、控制極 電極，形成的常規(guī)的晶閘管管芯結(jié)構(gòu)； 7)、合金將蒸發(fā)好的晶閘管管芯放入燒結(jié)爐中，在真空狀態(tài)，通過設(shè)定的溫控程 序即開爐溫度設(shè)定在520-55(TC，時(shí)間在10-30分鐘，進(jìn)行合金處理； 8)、二次光刻對(duì)合金后的晶閘管管芯，采用傳統(tǒng)的光刻工藝進(jìn)行第二次光刻處 理，在合金好后的管芯表面光刻形成門極放大圖形； 9)、表面處理-鍍鎳將經(jīng)過燒結(jié)蒸發(fā)后的管芯，采用電子電鍍工藝或蒸發(fā)鍍膜， 對(duì)管芯表層進(jìn)行鍍鎳處理，使管芯表層的鋁與鍍層金屬鎳之間形成有效的歐姆接觸，鍍層 厚度應(yīng)控制在3-50 y m范圍內(nèi)； 10)、表面處理-鍍銀將經(jīng)過鍍鎳處理后的晶閘管管芯，采用電子電鍍或蒸發(fā)鍍
膜，對(duì)管芯表層再進(jìn)一步進(jìn)行鍍銀處理，鍍層厚度應(yīng)控制在3-50ym范圍內(nèi)； 11)、三次光刻經(jīng)過鍍鎳、鍍銀處理后的晶閘管管芯做第三次光刻，使管芯表層形
成最終的門極放大圖形。 12)、磨角將第二次光刻好的晶閘管管芯用W20的金剛砂，用磨角機(jī)磨出2.5 度_5度的負(fù)斜角和20度-35度的正斜角，磨角完成后用濾紙將管芯表層吸干水分后，待 用； 13)、表面腐蝕將磨角后的晶閘管管芯通過腐蝕機(jī)進(jìn)行管芯表面腐蝕，最終使管 芯形成有效的阻斷電壓； 本發(fā)明通過在原始的N型硅片上通過一次擴(kuò)散(硼擴(kuò)散)_氧化_光刻_ 二次擴(kuò) 散(磷擴(kuò)散)制造工序，使之形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)(即jl結(jié)、j2結(jié)和j3結(jié))，再采取燒 結(jié)蒸發(fā)鍍膜工藝，以高純鋁作為單晶硅片與鉬片的鍵合介質(zhì)，在真空高溫的條件下進(jìn)行燒 結(jié)鍵合，同時(shí)通過電子束高溫將高純鋁氣化在單晶硅片表面形成一層有效的保護(hù)膜，由于 高純鋁的金屬離子較之傳統(tǒng)工藝采用的鉛，在表面腐蝕過程中更易于清除，這樣可以確保 管芯動(dòng)態(tài)特性的穩(wěn)定和一致，最后在燒結(jié)鍍膜好的管芯表層分別進(jìn)行鍍鎳和鍍銀處理，在 管芯兩端引出可焊接的陽極與陰極，從而可以在摒除傳統(tǒng)搪鉛工藝的同時(shí)，制備出可以適 用既可焊接封裝又可壓接封裝的完整的晶閘管管芯。
本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明是對(duì)傳統(tǒng)的焊接式晶閘管管芯制造工藝的創(chuàng)新改進(jìn)，在管芯的制造過程 中，創(chuàng)新性地采用"雙擴(kuò)散——燒結(jié)蒸發(fā)多層金屬電子電鍍電極引出法"。通過高度自動(dòng)化 的工藝改進(jìn)，完全摒除了傳統(tǒng)焊接式晶閘管管芯制造工藝中的手工搪鉛工序，不僅簡(jiǎn)化了管芯制造工序，而且使管芯能徹底實(shí)現(xiàn)無鉛化，完全符合歐盟R0HS指令對(duì)鉛含量的限制要 求。同時(shí)對(duì)燒結(jié)后的單晶硅片分別經(jīng)過鍍鎳和鍍銀處理，從而借助鎳、銀的金屬鍍層的金 屬特性，使管芯不經(jīng)過傳統(tǒng)的搪鉛工藝即可具備可焊接的特性，不僅可以在管芯的上表層 (單晶表層)形成多層金屬鍍層(由內(nèi)至外依次為鋁、鎳、銀)，同時(shí)也在管芯的下表層也 形成多層金屬鍍層(由內(nèi)至外依次為鎳、銀)，通過單晶硅片表層蒸發(fā)鍍膜形成的鋁層和 金屬鍍層-鎳之間形成有效的歐姆接觸，再利用鍍銀層中良好的導(dǎo)電性能，可以大大提高 晶閘管管芯的焊接特性。由于過程中完全摒除了傳統(tǒng)的制備焊接式晶閘管管芯所必備的搪 鉛工藝，徹底實(shí)現(xiàn)了管芯無鉛化生產(chǎn)，同時(shí)也使產(chǎn)品的耐壓等級(jí)可以從常規(guī)工藝中的最高
2000V提升到3000V以上，極大地改良了管芯的高溫特性(新工藝制造的焊接式晶閘管管芯 可以將高溫狀態(tài)下的工作結(jié)溫可以統(tǒng)一提升到125°C )產(chǎn)品參數(shù)特性得到大大增強(qiáng)。采用 此種工藝制備的晶閘管管芯，既可以焊接封裝，同時(shí)也可以壓接封裝。由于管芯外表層是鍍 銀層，由于銀的良好導(dǎo)電性能，使壓接封裝的時(shí)候，管芯與管殼、管帽的內(nèi)表層形成更好的 接觸。克服了傳統(tǒng)工藝制備的晶閘管管芯接觸壓降高的缺點(diǎn)。高溫特性優(yōu)良，大大提升了 管芯的動(dòng)態(tài)參數(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)由于此新型工藝過程中沒有采用人工搪鉛，客觀 上提高了管芯工藝的機(jī)械化程度，提高了管芯的等級(jí)合格率。因而可以廣泛替代國(guó)內(nèi)傳統(tǒng) 搪鉛工藝制造的晶閘管管芯，可以適用于各類螺栓型晶閘管管芯、平板型壓接式晶閘管管 芯及電力模塊用管芯等的批量生產(chǎn)制造。


附圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。 圖中1是陽極，2是銀層，3是鎳層，4是鉬片，5是硅片SCR結(jié)構(gòu)，6是鋁層，9是控
制極，10是陰極。 實(shí)施例1 : 本發(fā)明具體制造工藝和步驟如下所述，其中硼擴(kuò)散、氧化、一次光刻、磷擴(kuò)散、二次 光刻、表面腐蝕、磨角均為常規(guī)的晶閘管管芯的制造方法。 1、硼擴(kuò)散采用常規(guī)涂層擴(kuò)散法，采用特純?nèi)趸鸷图兿跛徜X配置雜質(zhì)源， 將雜質(zhì)源涂抹在制備好的單晶硅片表面，放置于120(TC的擴(kuò)散爐中，恒溫25h，在大氣中擴(kuò) 散，使硅片表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結(jié)構(gòu)(即形成j 1結(jié)和j2結(jié))，然后進(jìn)行拋光處 理； 2、氧化將硼擴(kuò)散好的硅片，先采用清洗溶液對(duì)硅片進(jìn)行表面清洗，脫水待用，然 后將清洗脫水后的硅片放入擴(kuò)散爐中進(jìn)行氧化處理，其中干氧50分鐘，濕氧130分鐘，干氧 60分鐘，濕氧120分鐘，干氧90分鐘，按照調(diào)試好的氧化運(yùn)行曲線進(jìn)行氧化處理；
3、一次光刻對(duì)氧化好的硅片，采用常規(guī)的光刻工藝進(jìn)行第一次光刻處理，去除硅 片陰極部分的二氧化硅層，保證后期磷擴(kuò)散的順利進(jìn)行； 4、磷擴(kuò)散對(duì)一次光刻好硅片進(jìn)行清潔處理，采用高純的三氯氧磷做為擴(kuò)散的雜 質(zhì)源，按光刻圖形進(jìn)行選擇擴(kuò)散，使硅片形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)(即jl結(jié)、j2結(jié)和j3結(jié))。
5、燒結(jié)將磷擴(kuò)好的硅片，與純鋁箔和鉬片裝片在一起，置于燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)處 理，使硅片與鉬片有效鍵合在一起； 6、蒸發(fā)將燒結(jié)好的管芯置于鍍膜機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空蒸發(fā)鍍膜處理，通過電子束高溫， 將純鋁部分直接氣化鍍膜在硅片表層，形成歐姆接觸層，最終引出管芯的陰極、控制極電 極，形成的常規(guī)的晶閘管管芯結(jié)構(gòu)； 7、合金將蒸發(fā)好的晶閘管管芯放入燒結(jié)爐中，在真空狀態(tài)，通過設(shè)定好的溫控程 序?qū)苄具M(jìn)行合金處理； 8、二次光刻對(duì)合金后的晶閘管管芯，采用傳統(tǒng)的光刻工藝進(jìn)行第二次光刻處理， 在合金好后的管芯表面光刻形成門極放大圖形； 9、表面處理-鍍鎳將經(jīng)過燒結(jié)蒸發(fā)后的管芯，對(duì)管芯表層進(jìn)行電子電鍍鍍鎳處 理，使管芯表層的鋁與鍍層金屬鎳之間形成有效的歐姆接觸，確保管芯的動(dòng)態(tài)參數(shù)保持良 好的穩(wěn)定性和一致性； 10、表面處理-鍍銀將經(jīng)過鍍鎳處理后的晶閘管管芯表層，進(jìn)行電子電鍍鍍銀處 理，使管芯表層最終具備良好的導(dǎo)電性能； 11、三次光刻經(jīng)過鍍鎳、鍍銀處理后的晶閘管管芯由于鍍層將原有光刻后的門極
放大圖形覆蓋，因而需要做第三次光刻，使管芯表層能形成最終的門極放大圖形。 12、磨角將第二次光刻好的晶閘管管芯用W20的金剛砂，用磨角機(jī)磨出3度的負(fù)
斜角和30度的正斜角，磨角完成后用濾紙將管芯表層吸干水分后，待用。 13、表面腐蝕將磨角后的晶閘管管芯通過腐蝕機(jī)進(jìn)行管芯表面腐蝕，最終使管芯
形成有效的阻斷電壓。
實(shí)施例2 : 本發(fā)明具體制造工藝和步驟如下 1、硼擴(kuò)散采用常規(guī)涂層擴(kuò)散法，采用特純?nèi)趸鸷图兿跛徜X配置雜質(zhì)源， 將雜質(zhì)源涂抹在制備好的單晶硅片表面，放置于140(TC的擴(kuò)散爐中，恒溫40h，在大氣中擴(kuò) 散，使硅片表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結(jié)構(gòu)(即形成j 1結(jié)和j2結(jié))，然后進(jìn)行拋光處 理； 2、氧化將硼擴(kuò)散好的硅片，先采用清洗溶液對(duì)硅片進(jìn)行表面清洗，脫水待用，然 后將清洗脫水后的硅片放入擴(kuò)散爐中進(jìn)行氧化處理，其中干氧60分鐘，濕氧150分鐘，干氧 60分鐘，濕氧130分鐘，干氧100分鐘，按照調(diào)試好的氧化運(yùn)行曲線進(jìn)行氧化處理；
9、表面處理-鍍鎳將經(jīng)過燒結(jié)蒸發(fā)后的管芯，對(duì)管芯表層進(jìn)行蒸發(fā)鍍膜工藝鍍 鎳，使管芯表層的鋁與鍍層金屬鎳之間形成有效的歐姆接觸，確保管芯的動(dòng)態(tài)參數(shù)保持良 好的穩(wěn)定性和一致性； 10、表面處理-鍍銀將經(jīng)過鍍鎳處理后的晶閘管管芯表層，再進(jìn)一步進(jìn)行蒸發(fā)鍍 膜工藝鍍銀，使管芯表層最終具備良好的導(dǎo)電性能； 12、磨角將第二次光刻好的晶閘管管芯用W20的金剛砂，用磨角機(jī)磨出5度的負(fù) 斜角和34度的正斜角，磨角完成后用濾紙將管芯表層吸干水分后，待用。
其他工藝如實(shí)施例l。
權(quán)利要求
一種晶閘管管芯制造工藝，其特征在于1)、硼擴(kuò)散采用特純?nèi)趸鸷图兿跛徜X配置雜質(zhì)源，將雜質(zhì)源涂抹在制備好的單晶硅片表面，放置于1100℃~1300℃的擴(kuò)散爐中，恒溫20-40h，在大氣中擴(kuò)散，使硅片表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結(jié)構(gòu)，即j1結(jié)和j2結(jié)，然后進(jìn)行拋光處理；2)、氧化將硼擴(kuò)散好的硅片，先采用清洗溶液對(duì)硅片進(jìn)行表面清洗，脫水待用，然后將清洗脫水后的硅片放入擴(kuò)散爐中進(jìn)行氧化處理其中干氧50-70分鐘，濕氧130-160分鐘，干氧50-70分鐘，濕氧110-150分鐘，干氧80-120分鐘；3)、一次光刻對(duì)氧化好的硅片，采用常規(guī)的光刻工藝進(jìn)行第一次光刻處理，去除硅片陰極部分的二氧化硅層；4)、磷擴(kuò)散對(duì)一次光刻好硅片進(jìn)行清潔處理，采用高純的三氯氧磷做為擴(kuò)散的雜質(zhì)源，按光刻圖形進(jìn)行選擇擴(kuò)散，使硅片形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)，即j1結(jié)、j2結(jié)和j3結(jié)；5)、燒結(jié)將磷擴(kuò)散好的硅片，與純鋁箔和鉬片裝片在一起，置于燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)處理，使硅片與鉬片有效鍵合在一起，燒結(jié)時(shí)爐溫設(shè)置為700-800℃，燒結(jié)時(shí)間為10-30分鐘；6)、蒸發(fā)將燒結(jié)好的管芯置于鍍膜機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空蒸發(fā)鍍膜處理，通過電子束高溫，將純鋁部分直接氣化鍍膜在硅片表層，形成歐姆接觸層，最終引出管芯的陰極、控制極電極，形成的常規(guī)的晶閘管管芯結(jié)構(gòu)；7)、合金將蒸發(fā)好的晶閘管管芯放入燒結(jié)爐中，在真空狀態(tài)，通過設(shè)定的溫控程序開爐溫度設(shè)定在520-550℃，時(shí)間為10-30分鐘，進(jìn)行合金處理；8)、表面處理-鍍鎳將經(jīng)過燒結(jié)蒸發(fā)后的管芯，采用電子電鍍工藝或蒸發(fā)鍍膜，對(duì)管芯表層進(jìn)行鍍鎳處理，使管芯表層的鋁與鍍層金屬鎳之間形成有效的歐姆接觸，鍍層厚度應(yīng)控制在3-50μm范圍內(nèi)；9)、表面處理-鍍銀將經(jīng)過鍍鎳處理后的晶閘管管芯，采用電子電鍍或蒸發(fā)鍍膜，對(duì)管芯表層再進(jìn)一步進(jìn)行鍍銀處理，鍍層厚度應(yīng)控制在3-50μm范圍內(nèi)；10)、三次光刻經(jīng)過鍍鎳、鍍銀處理后的晶閘管管芯做第三次光刻，使管芯表層形成最終的門極放大圖形；11)、磨角將第二次光刻好的晶閘管管芯用W20的金剛砂，用磨角機(jī)磨出2.5度-5度的負(fù)斜角和20度-35度的正斜角，磨角完成后用濾紙將管芯表層吸干水分后，待用；12)、表面腐蝕將磨角后的晶閘管管芯通過腐蝕機(jī)進(jìn)行管芯表面腐蝕，最終使管芯形成有效的阻斷電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的晶閘管管芯制造工藝，其特征在于在7)、合金處理工藝后進(jìn)行二次光刻工藝，對(duì)合金后的晶閘管管芯，采用傳統(tǒng)的光刻工藝進(jìn)行第二次光刻處理，在合 金好后的管芯表面光刻形成門極放大圖形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶閘管管芯制造工藝，其特征在于包括1)硼擴(kuò)散，2)氧化，3)一次光刻，4)磷擴(kuò)散，5)燒結(jié)，6)蒸發(fā)，7)合金，8)二次光刻，9)表面處理-鍍鎳，10)表面處理-鍍銀，11)三次光刻，12)磨角，13)表面腐蝕。本發(fā)明通過在原始的N型硅片上通過一次擴(kuò)散-氧化-光刻-二次擴(kuò)散，使之形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)，再在真空高溫的條件下進(jìn)行燒結(jié)鍵合，同時(shí)通過電子束高溫將高純鋁氣化在單晶硅片表面形成一層有效的保護(hù)膜，最后在燒結(jié)鍍膜好的管芯表層分別進(jìn)行鍍鎳和鍍銀處理，在管芯兩端引出可焊接的陽極與陰極，從而可以在摒除傳統(tǒng)搪鉛工藝的同時(shí)，制備出可以適用既可焊接封裝又可壓接封裝的完整的晶閘管管芯。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101752248SQ20091031176
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者何加利 申請(qǐng)人:浙江四方電子有限公司