螺栓型晶閘管制造方法

2023-05-29 18:15:11

專利名稱：螺栓型晶閘管制造方法
技術領域：
本發明涉及晶閘管制造技術，特別是螺栓型晶閘管的製造方法。
傳統的晶閘管制造方法-「擴散-合金法」，是經一次擴散製成晶閘管管芯的P-N-P結構(即在原始N型矽片上形成j1結和j2結)，再利用金-銻(Au-Sb)合金片進行燒結形成N+層(j3結)，引出陰極電極，如

圖1。這種方法工藝較成熟，易於實施。其缺點是合金法形成的j3結表面不平坦，明顯影響晶閘管的工作電壓，且由於銻(Sb)在金矽再結晶前沿的溶解量有限、表面濃度調節範圍受到限制，使晶閘管的高溫特性及動態參數很難提高;另外這種方法形成的N+層的合金材料為含金(Au)原子99%和銻(Sb)原子1%合金，耗用大量的高純黃金(Au)，因此這種方法對提高產品質量和降低成本帶來難以克服的困難。
針對「擴散-合金法」的缺點，人們提出了「雙擴散法」，即整個晶閘管管芯的P-N-P-N結構全部由兩次擴散的方法製成。雙擴散法根據其陰極引出方法又分「雙擴散-鍍鎳法」和「雙擴散-超聲點焊法」。雙擴散法的第一次擴散通常採用塗層擴散，擴散源一般採用三氧化二硼(B2O3)和硝酸鋁〔Al(CO3)〕，達到在N型原矽片上滲入P型雜質形成P-N-P結構(形成j1結和j2結)，然後通過拋光、氧化、光刻等工序，再利用氧化矽或氮化矽對某些雜質的掩蔽效應進行選擇擴散-即二次擴散，形成N層(形成j3結)，去除氧化矽層(或氮化矽層)後進行化學鍍鎳引出陰極電極的為「雙擴散-鍍鎳法」，利用超聲點焊引出陰極電極的叫「雙擴散-超聲點焊法」。
雙「擴散法」與「擴散-合金法」相比，能採用的工藝途徑較多，可以靈活地、精確地控制晶閘管的各個參數和調整各部分濃度及結深的關係，因而改善了晶閘管的高溫特性，提高了晶閘管的正向電壓和電壓上升率(dv/dt)等特性。但是「雙擴散法」工藝步驟繁多，工藝要極為嚴格，且工藝周期長，成品率不易提高，尤其對螺栓型晶閘管來說，陰極電極的引出十分困難，往往因此而批量報廢。人們不得已，仍沿用「擴散-合金片」來生產螺栓型晶閘管。
CN85 1 09419A公開了一種「半導體器件」，其中介紹了利用錫-銅合金焊料將半導體晶片固定到引線架上的方法，提出了以錫-銅合金焊料代替金-鍺合金焊料技術，然而它只能適用於一般半導體器件，例如小功率NPN信號電晶體等器件作焊料使用，而不能作為晶閘管管芯的具有形成N+層性能的陰極材料。
本發明的目的是針對上述已知技術的不足而作出的改進發明。本發明提供一種「雙擴散-合金法」製造螺栓型晶閘管管芯，並採用銀-銻(Ag-Sb)合金材料取代金-銻(Au-Sb)合金材料，通過合金法(即燒結法)，在經二次擴散法獲得的P-N-P-N四層結構的矽片的陰極N層上(j3結上)製成N+層和陰極電極。本發明兼有「擴散-合金法」和「雙擴散法」的優點，達到提高產品質量、縮短工藝流程、降低勞動強度、改善勞動條件和節省貴金屬高純黃金(Au)而降低產品成本的目的，因而特別適合於5～200A等中、小功率的螺栓型晶閘管的批量生產應用。
本發明的工作原理是在傳統的「擴散-合金法」的基礎上增加拋光、氧化、光刻、二次擴散和一次燒結工序，即在原始N型矽片上通過一次擴散、拋光、氧化、光刻和二次擴散等工序形成P-N-P-N四層結構(即j1結、j2結和j3結)，再利用本發明提供的銀銻片即含銀(Ag)原子98～99%和銻(Sb)原子1～2%的合金片代替金-銻(Au-Sb)合金片進行第一次燒結製成N+層和陰極電極，然後按常規工藝將已形成N+層的矽片和製備好的鉬片、鋁片及控制極點進行第二次燒結，引出陽極、陰極及控制極電極製成完整的螺栓型晶閘管管芯，如圖2。
下面通過本發明的實施例對本發明的工作原理作詳細說明。
本發明的實施例如圖2，是一種普通螺栓型晶閘管(例如KP50A)管芯剖面圖，其具體製造方法和步驟如下所述。其中一次擴散、拋光、氧化、光刻和第二次燒結工序均為常規方法。
一次擴散採用常規塗層擴散法，將雜質源(例如鋁、硼)塗在製備好的矽片表面，置於1200～1300℃的擴散爐中，恆溫20～30h，在大氣中擴散，使矽片表面生成硼矽玻璃體-(XB3O3·YSiO2)，保護鋁、硼向矽片內部擴散，根據需要擴散深度可控制為70～90μm，達到在原始N型矽片上擴入P型雜質，形成P-N-P結構(即形成j1結和j2結)，然後進入下道工序進行拋光。
拋光是將一次擴散形成P-N-P結構的矽片置於拋光機上用HP矽片拋光劑進行拋光。通過拋光徹底清除矽片表面的硼矽玻璃體為氧化和二次擴散提供清潔、平整而光亮的矽片表面。
氧化是將經拋光完好的矽片置於1100～1200℃的氧化爐中，交替通以幹氧-溼氧-幹氧的方法，使矽片表面生成二氧化矽(SiO2)。本發明實施例中矽片所生成的二氧化矽層為2000～4000
厚，氧化時間為4～6h。
光刻是在氧化矽層上採用常規的光刻處理工藝，去除矽片陰極部分的二氧化矽層，保證二次擴散順利擴進。
二次擴散是採用室溫下具有高蒸氣壓的三氯氧磷(POCl3)作擴散雜質源，按光刻圖形進行選擇擴散，使矽片形成P-N-P-N四層結構。
燒結燒結分一次燒結和二次燒結。第一次燒結是將經過二次擴散後具有P-N-P-N四層結構的矽片的陰極N層與本發明提供的銀-銻合金片(Ag-Sb)置於800～830℃燒結爐中恆溫5min進行燒結製成N+層和陰極電極。第二次燒結是將已形成N+層的矽片與製備好的鉬片、鋁片和控制極點置於690～720℃的燒結爐中恆溫4～5min進行燒結。引出陽極、陰極和控制極電極即獲得完整的螺栓型晶閘管管芯。
上述本發明提供的銀-銻合金片(Ag-Sb)，是含銀(Ag)原子98～99%和銻(Sb)原子1～2%的合金，並經軋製成0.04～0.06mm厚的薄料，衝製成所需要的形狀的銀-銻合金片。
下面通過圖面說明對本發明作進一步說明。
圖1為「擴散-合金法」製成的晶閘管管芯剖面圖。其中1為陽極、2為鉬片、3為鋁片、4為經一次擴散形成P-N-P結構的矽片、5為燒結金銻合金形成N+層、6為金硼鈀合金片、7為控制極、8為陰極。
圖2為「雙擴散-合金法」製成的晶閘管管芯剖面圖。其中1為陽極、2為鉬片、3為鋁片、4為一次擴散形成P-N-P結構的矽片、5為二次擴散形成P-N-P-N四層結構的矽片、6為控制極點金硼鈀合金片、7為控制極、8為陰極、9為燒結銀-銻合金片形成的N+層。
綜上所述，本發明兼具「擴散-合金法」和「雙擴散法」的優點，並克服了它們各自的缺點，達到了提高產品質品質量，縮短工藝流程，改善勞動條件，降低勞動強度和以銀代金而降低產品成本的目的。因而特別適合於5～200A的中小功率螺栓型晶閘管的批量生產。
權利要求
1.一種螺栓型晶閘管制造方法，包括一次擴散、拋光、氧化、光刻、二次擴散和燒結等工序，其特徵在於在燒結工序中(1)製成N+層及陰極電極由銀-銻合金片(Ag-Sb)代替金-銻合金片(Au-Sb)。(2)、燒結分二次進行，第一次在800～830℃的燒結爐中恆溫5min燒結銀-銻合金片(Ag-Sb)製成N+層及陰極電極，第二次燒結在690～720℃燒結爐中恆溫4～5min燒結鉬片、鋁片和控制極點，製成螺栓型晶閘管管心。
2.根據權利要求1所述的銀-銻合金片(Ag-Sb)，其特徵在於銀-銻合金中含有銀原子98～99%和銻原子1～2%，軋製成0.04～0.06mm厚的薄料，並衝製成所需要的形狀。
全文摘要
一種螺栓型晶閘管制造方法，屬於半導體製造技術領域。本發明採用二次擴散法在原始N型矽片上形成P-N-P-N四層結構，用銀-銻合金片(Ag-Sb)代替金-銻合金片(Au-Sb)進行燒結形成N+層和陰極電極。本發明與傳統的「擴散——合金法」、「雙擴散——鍍鎳法」及「雙擴散——超聲點焊法」等相比，具有以銀代金和工藝流程短、勞動強度低、產品合格率高等特點，因而特別適合於5-200A的中、小功率螺栓型晶閘管的批量生產。
文檔編號H01L21/324GK1046814SQ89104009
公開日1990年11月7日 申請日期1989年6月15日 優先權日1989年6月15日
發明者張建華 申請人:郵電部武漢通信電源廠