[发明专利]采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法

权利要求书

1.采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）工艺环境准备

将工艺环境中的空气双级过滤，过滤后的空气在10级以下；

（2）超声波清洗

首先将硅片超声波除砂1小时以上，氢氟酸超声波清洗1小时以上，分别用常温和70℃的去离子水冲洗，用去离子水超声波清洗2小时以上，每30～35分钟更换一次去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；

（3）硅片漂洗

将超声波除砂后的硅片放入1#液中，1#液的体积比是氨水:过氧化氢:去离子水=1:2:5，在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～15遍，换上洁净的1#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替冲洗20～25遍；将硅片取出放入2#液中，2#液的体积比是盐酸:过氧化氢:去离子水=1:2:7.在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～12遍，换上洁净的2#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替各冲洗25～30遍，最后将清洗干净的硅片放入180℃烘箱中烘1小时以上；

（4）清洗石英架、石英砣

将石英架、石英砣放入体积比为H₂O:HF=4:1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热去离子水冲洗各20～25遍，放入180℃烘箱中烘1小时以上；

（5）硅片铝扩散

将硝酸铝以3g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硝酸铝溶液作为铝扩散源，用涂胶机将铝源涂在硅片表面，然后将硅片叠放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，20～30小时以后闭炉；

（6）硅片硼扩散

将氧化硼以10g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硼溶液作为硼扩散源，用涂胶机将硼源涂在硅片表面，然后将硅片摆放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，2～5小时以后闭炉；

（7）氧化

将硼扩散后的硅片放到1150℃氧化炉中做氧化，通水汽2小时以上、氧气1小时以上各两次，氧气流量500ml/分钟，时间到后闭炉；

（8）一次光刻

将氧化后的硅片需要刻图形的一面甩光刻胶，然后在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在120#汽油溶液中显影10～15分钟，在乙酸丁酯中定影2～3分钟，之后在140℃温度下烘干，并将背面涂真空封蜡，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；

（9）磷扩散

将光刻好、合格的硅片，用1#液、2#液清洗干净，烘干后放到磷扩炉中，待炉温升到1200℃通磷源和氧气氮气保护气体，炉温升到1250℃时关闭磷源，停止升温，继续通保护气体，直到扩散炉降温到1000℃以下闭炉闭气；

（10）割圆

用高速割圆机将硅片图形以外的部分去掉；

（11）烧结

将装芯片的钢架推入真空烧结炉的恒温区中，开启真空泵及真空机组，当真空达2×10^-3Pa时，推入烧结炉，在550℃恒温下加热15～20分钟,然后以每分钟2℃的速度升温到650℃，恒温加热15～20分钟后，再以每分钟2℃的速度降温至550℃，取下炉盖，自然降温至400℃时推离炉体，当温度低于200℃时，放气取出石墨船；

（12）蒸发

将烧结后的芯片放到蒸发台的载片台上，将高纯铝丝缠在钨丝电极上，盖上蒸发台罩，抽真空到2×10^-3Pa，然后给钨丝电极加热，使电极上的铝蒸发出来，覆盖在芯片表面，将钨丝上的铝全蒸发完后，关闭蒸发电源，待机器蒸发室冷却后将芯片取出，测试铝膜厚度10um以上；

（13）合金

在真空合金炉中，530℃的温度下，恒温40～45分钟，使芯片表面铝与硅形成微合金；

（14）二次光刻

将合金后的芯片需要刻图形的一面甩光刻胶，在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在120#汽油溶液中显影10～15分钟，更换120#汽油定影2～3分钟，在140℃温度下烘干，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；

（15）喷砂、磨角

将合金二次光刻后的芯片放到喷砂机的载片旋转头上，打开旋转电机按钮，打开喷砂机电源，喷砂嘴与芯片轴向夹角为55°，喷嘴头对芯片边缘往里2mm位置，检查气体压力10MPa，打开气体开关，开始喷砂，观察芯片边缘露出钼片0.5～1mm，关闭喷砂机；

将喷砂后的芯片在磨角机中，磨3°的角，使总磨角边宽达到5mm；

（16）旋转腐蚀、涂胶保护

将喷砂磨角后的芯片放到旋转腐蚀机中，用芯片腐蚀液腐蚀50～55秒，冲水40～45秒，之后取出，放到热板上烤干，再放到涂胶机上涂保护胶RTU116；

（17）测试、封装

将旋转腐蚀保护后的芯片放到真空烘箱中在180℃温度下老化72小时，测试封装。