專利名稱：一種開管鋁鎵擴散工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高壓大電流電力半導體器體生產領域中的一種一次P型擴散工藝。
目前在晶閘管生產時，一次P型擴散普遍采用閉管鎵(或鋁鎵)擴散或硼鋁涂層擴散工藝。閉管鎵擴散，真空封管難度大，擴散質量受石英管影響，擴散參數(shù)不易調整，周期長、成本高;硼鋁涂層擴散由于擴散的均勻性和重復性較差，造成產品電參數(shù)分散，產品合格率、優(yōu)品率較低。
本發(fā)明針對已有工藝的不足之處，提供了一種新的開管鋁鎵擴散工藝。
該工藝是將硅片先涂布鋁乳膠源擴散，后開管鎵擴散，再同時進行鋁、鎵的再分布，整個擴散過程是在二氧化硅乳膠源經高溫后形成的氧化膜及氮氣(或惰性氣體)保護下，于同一擴散爐內經一次高溫連續(xù)完成的一次P型擴散(鋁鎵預擴與再分布分兩次進行也可)，雜質源為鋁乳膠源、氧化鎵，反應氣體為氫氣。
本發(fā)明采取已有工藝之優(yōu)點，又彌補了其不足，鋁擴散是通過二氧化硅乳膠源的作用，達到均勻涂布;同時，該乳膠源經高溫后形成的氧化膜又可以保護鎵擴散的順利進行，既保證了不產生合金點，又減少了通常開管擴鎵前的一次高溫氧化，而且整個擴散過程是在同一擴散爐中，只經一次高溫過程即可完成，因此與現(xiàn)行工藝比較有以下優(yōu)點(1)工藝簡單，生產周期短，容易操作，穩(wěn)定可靠，成本低。
(2)擴散參數(shù)可控性可調性好，不僅可根據(jù)器件設計的不同要求調整擴散濃度，還可以隨時通過監(jiān)測陪片來確定和調整再分布時間，以準確控制擴散結深。
(3)該工藝的產品電參數(shù)一致性和高溫特性好，如觸發(fā)參數(shù)和動態(tài)特性均優(yōu)于涂層硼鋁擴散工藝。產品合格率及優(yōu)品率高，與現(xiàn)行工藝相比，合格率可提高15-25%，優(yōu)品率可提高20%左右，經濟效益顯著。
本發(fā)明的實施方法是(1)二氧化硅鋁乳膠源的配制將1克硝酸鋁，加入10-30mL二氧化硅乳膠中，用超聲波超聲30分鐘左右，使硝酸鋁完全溶解為止，待用。
(2)鋁乳膠源的涂布將(1)中配好的鋁乳膠源用汲液管(或其他器具)滴3-5滴于硅片的一面，用甩膠機甩3分鐘左右使源在硅片上分布均勻，自然涼干，再在另一面用同樣的方法涂源涼干。
(3)預擴鋁將涂好源的硅片，縱向或橫向立放在石英舟上，推入擴散爐的恒溫區(qū)中，溫度在1200-1280℃，恒溫3-12小時，氮氣以200-300mL/min的流量排除系統(tǒng)中的空氣，然后改為維持系統(tǒng)中正壓即可。
(4)預擴鎵擴鎵是以氧化鎵為擴散雜質源、氫氣為反應氣體，硅片溫度1160～1230℃，鎵源溫度900～1000℃，氫氣流量80～200mL/min，通源時間20～100分鐘。
將氧化鎵源在硅片裝爐的同時置于擴散爐的源區(qū)一側，預擴鋁結束，將氮氣改為通大流量的氫氣(200～300ml/分)30分鐘左右，同時將爐溫降為1160～1230℃，改通小流量的氫氣(80～200mL/min)，通源，計量，通源結束，改通大流量的氮氣(200～300mL/min)，半小時后可測陪片的擴散參數(shù)。
(5)鋁鎵的再分布在氮氣保護下(流量以維持系統(tǒng)中的正壓即可)，硅片溫度在1240～1280℃進行鋁鎵的再分布，再分布時間根據(jù)測量陪片的結深來確定，符合要求后進行慢降溫至700℃以下自然降溫出爐。Rs在50～300Ω/囗結深Xj在60～120μm范圍內。
以上結束再對硅片進行單面拋光、氧化、光刻等公知的后工序。
說明本發(fā)明可以根據(jù)器件設計要求不同及系統(tǒng)等的改變，通過調整溫度、氣體流量、通源時間等以達到設計要求的參數(shù)為目的。
權利要求
1.一種開管鋁鎵擴散工藝，將研磨、清洗干凈的N型硅片進行雜質源擴散，本發(fā)明的特征是將硅片先涂布鋁乳膠源擴散，后開管鎵擴散，再同時進行鋁、鎵的再分布，整個擴散過程是在二氧化硅乳膠源經高溫后形成的氧化膜及氮氣(或惰性氣體)保護下，于同一擴散爐內經一次高溫連續(xù)完成的一次P型擴散(鋁鎵預擴與再分布分兩次進行也可)，雜質源為鋁乳膠源、氧化鎵，反應氣體為氫氣。
2.根據(jù)權利要求1所說的一種開管鋁鎵擴散工藝，其特征在于，所說的鋁擴散是將配好的鋁乳膠源均勻地涂布于清潔干燥的硅片兩面，進行鋁預擴，硅片溫度為1200-1280℃，擴散時間為3～12小時。
3.根據(jù)權利要求1所說的一種開管鋁鎵擴散工藝，其特征在于，在同一擴散爐內進行開管擴鎵時其硅片溫度在1160～1230℃，鎵源溫度為900～1000℃，氫流量為80～200毫升/分，通源時間20～100分鐘。
4.根據(jù)權利要求1所說的一種開管鋁鎵擴散工藝，其特征在于，在進行鋁鎵的再分布時硅片溫度為1240～1280℃，氮氣流量以維持系統(tǒng)中正壓即可。
全文摘要
一種開管鋁鎵擴散工藝。本發(fā)明是屬于高壓大電流電力半導體器件生產領域中的一種擴散工藝。該工藝是由在硅片上涂布鋁乳膠源擴散和開管鎵擴散同步進行為特征的。整個擴散過程是在二氧化硅乳膠源經高溫后形成的氧化膜及氮氣(或惰性氣體)保護下，于同一擴散爐內經一次高溫連續(xù)完成一次P型擴散的。該工藝簡單靈活，操作容易，穩(wěn)定可靠，擴散雜質分布理想，擴散參數(shù)可控可調性好。用該工藝生產的器件電參數(shù)一致性和動態(tài)特性好，其合格率可提高15-25％，優(yōu)品率可提高20％左右，經濟效益顯著。
文檔編號H01L21/225GK1057364SQ90106318
公開日1991年12月25日 申請日期1990年11月24日 優(yōu)先權日1990年11月24日
發(fā)明者林玉松, 劉秀喜, 高大江 申請人:山東師范大學