專利名稱：晶閘管管芯制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，尤其涉及一種晶閘管的制造工藝。
背景技術：
傳統焊接式晶閘管管芯的傳統制造工藝是采用"雙擴散_鍍鎳法"，通過將經過硼 擴散(一次擴散)和磷擴散(二次擴散)的單晶硅片，表面進行化學鍍鎳，使之可以實現 可焊接的工藝特性，再通過搪鉛工藝，將單晶硅片與同樣經過化學鍍鎳的鉬片焊接在一起， 在經過常規的磨角、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，此法的優點在于由于管芯中的核心部分抓單晶硅片，其表面經過化學鍍 鎳處理后，可以順利引出陰極電極，同時也使管芯具備了可焊接的工藝特性，簡化了封裝工 藝，提高了焊接式晶閘管管芯生產效率；但是不足之處在于通過此種工藝制成的晶閘管管 芯動態參數的重復性、一致性較差，高溫特性差(焊接式晶閘管管芯根據電工類行業標準 JB/T8950. 1-1999，電流小于100A的晶閘管高溫狀態下的工作結溫通常為115°C )，制成的 管芯耐壓等級低(通常焊接管芯耐壓等級最高只能達到2000V)，等級合格率不高等缺點； 而且由于此種工藝采取的是傳統的手工搪鉛，將單晶硅片與經過化學鍍鎳處理后的鉬片 (傳統工藝中鉬片需要進行化學鍍鎳后方可進行搪鉛處理)進行搪鉛工藝焊接形成管芯， 人為因素干擾較多，導致管芯制造工效偏低，成品質量很難得到保證；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，遠遠超過歐盟ROHS指令中 對鉛含量的要求(ROHS指令中對產品的鉛含量要求最高不得超過1000mg/kg)，嚴重影響 到國內通過傳統工藝制造的焊接式晶閘管及電力模塊的出口。雖然目前國內已有廠家通過 采用銀錫等無鉛焊料替代鉛錫焊料來對管芯進行焊接，但是由于銀錫等無鉛焊料的熔點較 之鉛錫焊料高出許多(鉛錫焊料熔點約為183t:，銀錫等無鉛焊料熔點至少在217t:以上)， 無鉛合金焊料潤濕能力差，無法自動對正，焊接過程對操作人的熟練程度要求很高，同時焊 接后的成品管芯的力學特性差，焊點很脆，經過碰撞很容易脫落，可靠性低，同時由于依舊 是采用的是錫焊工藝，因此管芯的高溫特性、耐壓等級無法得到改善和提高。
發明內容
本發明的主要目的是解決現有技術所存在的不足，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。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的
1、一種晶閘管管芯制造工藝，其特征在于 1)、硼擴散采用特純三氧化二硼和純硝酸鋁配置雜質源，將雜質源涂抹在制備好
的單晶硅片表面，放置于llO(TC 130(TC的擴散爐中，恒溫20-40h，在大氣中擴散，使硅片 表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結構，即jl結和j2結，然后進行拋光處理；
2)、氧化將硼擴散好的硅片，先采用清洗溶液對硅片進行表面清洗，脫水待用，然 后將清洗脫水后的硅片放入擴散爐中進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)、一次光刻對氧化好的硅片，采用常規的光刻工藝進行第一次光刻處理，去除 硅片陰極部分的二氧化硅層； 4)、磷擴散對一次光刻好硅片進行清潔處理，采用高純的三氯氧磷做為擴散的雜 質源，按光刻圖形進行選擇擴散，使硅片形成P-N-P-N四層結構，即jl結、j2結和j3結；
5)、燒結將磷擴散好的硅片，與純鋁箔和鉬片裝片在一起，置于燒結爐進行燒結 處理，使硅片與鉬片有效鍵合在一起，燒結時爐溫設置為700-80(TC，燒結時間為10-30分 鐘； 6)、蒸發將燒結好的管芯置于鍍膜機內進行真空蒸發鍍膜處理，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，形成的常規的晶閘管管芯結構； 7)、合金將蒸發好的晶閘管管芯放入燒結爐中，在真空狀態，通過設定的溫控程 序即開爐溫度設定在520-55(TC，時間在10-30分鐘，進行合金處理； 8)、二次光刻對合金后的晶閘管管芯，采用傳統的光刻工藝進行第二次光刻處 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-鍍鎳將經過燒結蒸發后的管芯，采用電子電鍍工藝或蒸發鍍膜， 對管芯表層進行鍍鎳處理，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 厚度應控制在3-50 y m范圍內； 10)、表面處理-鍍銀將經過鍍鎳處理后的晶閘管管芯，采用電子電鍍或蒸發鍍
膜，對管芯表層再進一步進行鍍銀處理，鍍層厚度應控制在3-50ym范圍內； 11)、三次光刻經過鍍鎳、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，用磨角機磨出2.5 度_5度的負斜角和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進行管芯表面腐蝕，最終使管 芯形成有效的阻斷電壓； 本發明通過在原始的N型硅片上通過一次擴散(硼擴散)_氧化_光刻_ 二次擴 散(磷擴散)制造工序，使之形成P-N-P-N四層結構(即jl結、j2結和j3結)，再采取燒 結蒸發鍍膜工藝，以高純鋁作為單晶硅片與鉬片的鍵合介質，在真空高溫的條件下進行燒 結鍵合，同時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膜，由于 高純鋁的金屬離子較之傳統工藝采用的鉛，在表面腐蝕過程中更易于清除，這樣可以確保 管芯動態特性的穩定和一致，最后在燒結鍍膜好的管芯表層分別進行鍍鎳和鍍銀處理，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搪鉛工藝的同時，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。
本發明的有益效果 本發明是對傳統的焊接式晶閘管管芯制造工藝的創新改進，在管芯的制造過程 中，創新性地采用"雙擴散——燒結蒸發多層金屬電子電鍍電極引出法"。通過高度自動化 的工藝改進，完全摒除了傳統焊接式晶閘管管芯制造工藝中的手工搪鉛工序，不僅簡化了管芯制造工序，而且使管芯能徹底實現無鉛化，完全符合歐盟R0HS指令對鉛含量的限制要 求。同時對燒結后的單晶硅片分別經過鍍鎳和鍍銀處理，從而借助鎳、銀的金屬鍍層的金 屬特性，使管芯不經過傳統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(由內至外依次為鋁、鎳、銀)，同時也在管芯的下表層也 形成多層金屬鍍層(由內至外依次為鎳、銀)，通過單晶硅片表層蒸發鍍膜形成的鋁層和 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的制備焊接式晶閘管管芯所必備的搪 鉛工藝，徹底實現了管芯無鉛化生產，同時也使產品的耐壓等級可以從常規工藝中的最高
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 可以將高溫狀態下的工作結溫可以統一提升到125°C )產品參數特性得到大大增強。采用 此種工藝制備的晶閘管管芯，既可以焊接封裝，同時也可以壓接封裝。由于管芯外表層是鍍 銀層，由于銀的良好導電性能，使壓接封裝的時候，管芯與管殼、管帽的內表層形成更好的 接觸。克服了傳統工藝制備的晶閘管管芯接觸壓降高的缺點。高溫特性優良，大大提升了 管芯的動態參數的穩定性和可靠性。同時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械化程度，提高了管芯的等級合格率。因而可以廣泛替代國內傳統 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制造。
附圖1是本發明的一種結構剖面示意圖。
具體實施例方式
下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。 圖中1是陽極，2是銀層，3是鎳層，4是鉬片，5是硅片SCR結構，6是鋁層，9是控
制極，10是陰極。 實施例1 : 本發明具體制造工藝和步驟如下所述，其中硼擴散、氧化、一次光刻、磷擴散、二次 光刻、表面腐蝕、磨角均為常規的晶閘管管芯的制造方法。 1、硼擴散采用常規涂層擴散法，采用特純三氧化二硼和純硝酸鋁配置雜質源， 將雜質源涂抹在制備好的單晶硅片表面，放置于120(TC的擴散爐中，恒溫25h，在大氣中擴 散，使硅片表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結構(即形成j 1結和j2結)，然后進行拋光處 理； 2、氧化將硼擴散好的硅片，先采用清洗溶液對硅片進行表面清洗，脫水待用，然 后將清洗脫水后的硅片放入擴散爐中進行氧化處理，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，按照調試好的氧化運行曲線進行氧化處理；
3、一次光刻對氧化好的硅片，采用常規的光刻工藝進行第一次光刻處理，去除硅 片陰極部分的二氧化硅層，保證后期磷擴散的順利進行； 4、磷擴散對一次光刻好硅片進行清潔處理，采用高純的三氯氧磷做為擴散的雜 質源，按光刻圖形進行選擇擴散，使硅片形成P-N-P-N四層結構(即jl結、j2結和j3結)。
5、燒結將磷擴好的硅片，與純鋁箔和鉬片裝片在一起，置于燒結爐進行燒結處 理，使硅片與鉬片有效鍵合在一起； 6、蒸發將燒結好的管芯置于鍍膜機內進行真空蒸發鍍膜處理，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，形成的常規的晶閘管管芯結構； 7、合金將蒸發好的晶閘管管芯放入燒結爐中，在真空狀態，通過設定好的溫控程 序對管芯進行合金處理； 8、二次光刻對合金后的晶閘管管芯，采用傳統的光刻工藝進行第二次光刻處理， 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-鍍鎳將經過燒結蒸發后的管芯，對管芯表層進行電子電鍍鍍鎳處 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，確保管芯的動態參數保持良 好的穩定性和一致性； 10、表面處理-鍍銀將經過鍍鎳處理后的晶閘管管芯表層，進行電子電鍍鍍銀處 理，使管芯表層最終具備良好的導電性能； 11、三次光刻經過鍍鎳、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，用磨角機磨出3度的負
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進行管芯表面腐蝕，最終使管芯
形成有效的阻斷電壓。
實施例2 : 本發明具體制造工藝和步驟如下 1、硼擴散采用常規涂層擴散法，采用特純三氧化二硼和純硝酸鋁配置雜質源， 將雜質源涂抹在制備好的單晶硅片表面，放置于140(TC的擴散爐中，恒溫40h，在大氣中擴 散，使硅片表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結構(即形成j 1結和j2結)，然后進行拋光處 理； 2、氧化將硼擴散好的硅片，先采用清洗溶液對硅片進行表面清洗，脫水待用，然 后將清洗脫水后的硅片放入擴散爐中進行氧化處理，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，按照調試好的氧化運行曲線進行氧化處理；
9、表面處理-鍍鎳將經過燒結蒸發后的管芯，對管芯表層進行蒸發鍍膜工藝鍍 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，確保管芯的動態參數保持良 好的穩定性和一致性； 10、表面處理-鍍銀將經過鍍鎳處理后的晶閘管管芯表層，再進一步進行蒸發鍍 膜工藝鍍銀，使管芯表層最終具備良好的導電性能； 12、磨角將第二次光刻好的晶閘管管芯用W20的金剛砂，用磨角機磨出5度的負 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。
其他工藝如實施例l。
權利要求
一種晶閘管管芯制造工藝，其特征在于1)、硼擴散采用特純三氧化二硼和純硝酸鋁配置雜質源，將雜質源涂抹在制備好的單晶硅片表面，放置于1100℃~1300℃的擴散爐中，恒溫20-40h，在大氣中擴散，使硅片表面生成硼硅玻璃體，形成P-N-P結構，即j1結和j2結，然后進行拋光處理；2)、氧化將硼擴散好的硅片，先采用清洗溶液對硅片進行表面清洗，脫水待用，然后將清洗脫水后的硅片放入擴散爐中進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)、一次光刻對氧化好的硅片，采用常規的光刻工藝進行第一次光刻處理，去除硅片陰極部分的二氧化硅層；4)、磷擴散對一次光刻好硅片進行清潔處理，采用高純的三氯氧磷做為擴散的雜質源，按光刻圖形進行選擇擴散，使硅片形成P-N-P-N四層結構，即j1結、j2結和j3結；5)、燒結將磷擴散好的硅片，與純鋁箔和鉬片裝片在一起，置于燒結爐進行燒結處理，使硅片與鉬片有效鍵合在一起，燒結時爐溫設置為700-800℃，燒結時間為10-30分鐘；6)、蒸發將燒結好的管芯置于鍍膜機內進行真空蒸發鍍膜處理，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，形成的常規的晶閘管管芯結構；7)、合金將蒸發好的晶閘管管芯放入燒結爐中，在真空狀態，通過設定的溫控程序開爐溫度設定在520-550℃，時間為10-30分鐘，進行合金處理；8)、表面處理-鍍鎳將經過燒結蒸發后的管芯，采用電子電鍍工藝或蒸發鍍膜，對管芯表層進行鍍鎳處理，使管芯表層的鋁與鍍層金屬鎳之間形成有效的歐姆接觸，鍍層厚度應控制在3-50μm范圍內；9)、表面處理-鍍銀將經過鍍鎳處理后的晶閘管管芯，采用電子電鍍或蒸發鍍膜，對管芯表層再進一步進行鍍銀處理，鍍層厚度應控制在3-50μm范圍內；10)、三次光刻經過鍍鎳、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，用磨角機磨出2.5度-5度的負斜角和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進行管芯表面腐蝕，最終使管芯形成有效的阻斷電壓。
2. 根據權利要求l所述的晶閘管管芯制造工藝，其特征在于在7)、合金處理工藝后進行二次光刻工藝，對合金后的晶閘管管芯，采用傳統的光刻工藝進行第二次光刻處理，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)硼擴散，2)氧化，3)一次光刻，4)磷擴散，5)燒結，6)蒸發，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。本發明通過在原始的N型硅片上通過一次擴散-氧化-光刻-二次擴散，使之形成P-N-P-N四層結構，再在真空高溫的條件下進行燒結鍵合，同時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膜，最后在燒結鍍膜好的管芯表層分別進行鍍鎳和鍍銀處理，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搪鉛工藝的同時，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H01L21/60GK101752248SQ20091031176
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者何加利 申請人:浙江四方電子有限公司