專利名稱：螺栓型晶閘管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶閘管制造技術(shù)，特別是螺栓型晶閘管的制造方法。
傳統(tǒng)的晶閘管制造方法-“擴散-合金法”，是經(jīng)一次擴散制成晶閘管管芯的P-N-P結(jié)構(gòu)(即在原始N型硅片上形成j1結(jié)和j2結(jié))，再利用金-銻(Au-Sb)合金片進行燒結(jié)形成N+層(j3結(jié))，引出陰極電極，如

圖1。這種方法工藝較成熟，易于實施。其缺點是合金法形成的j3結(jié)表面不平坦，明顯影響晶閘管的工作電壓，且由于銻(Sb)在金硅再結(jié)晶前沿的溶解量有限、表面濃度調(diào)節(jié)范圍受到限制，使晶閘管的高溫特性及動態(tài)參數(shù)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(chǎn)品質(zhì)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(jié)構(gòu)全部由兩次擴散的方法制成。雙擴散法根據(jù)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采用涂層擴散，擴散源一般采用三氧化二硼(B2O3)和硝酸鋁〔Al(CO3)〕，達(dá)到在N型原硅片上滲入P型雜質(zhì)形成P-N-P結(jié)構(gòu)(形成j1結(jié)和j2結(jié))，然后通過拋光、氧化、光刻等工序，再利用氧化硅或氮化硅對某些雜質(zhì)的掩蔽效應(yīng)進行選擇擴散-即二次擴散，形成N層(形成j3結(jié))，去除氧化硅層(或氮化硅層)后進行化學(xué)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，能采用的工藝途徑較多，可以靈活地、精確地控制晶閘管的各個參數(shù)和調(diào)整各部分濃度及結(jié)深的關(guān)系，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(yán)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(chǎn)螺栓型晶閘管。
CN85 1 09419A公開了一種“半導(dǎo)體器件”，其中介紹了利用錫-銅合金焊料將半導(dǎo)體芯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(shù)，然而它只能適用于一般半導(dǎo)體器件，例如小功率NPN信號晶體管等器件作焊料使用，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(fā)明的目的是針對上述已知技術(shù)的不足而作出的改進發(fā)明。本發(fā)明提供一種“雙擴散-合金法”制造螺栓型晶閘管管芯，并采用銀-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(jié)法)，在經(jīng)二次擴散法獲得的P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)的硅片的陰極N層上(j3結(jié)上)制成N+層和陰極電極。本發(fā)明兼有“擴散-合金法”和“雙擴散法”的優(yōu)點，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短工藝流程、降低勞動強度、改善勞動條件和節(jié)省貴金屬高純黃金(Au)而降低產(chǎn)品成本的目的，因而特別適合于5～200A等中、小功率的螺栓型晶閘管的批量生產(chǎn)應(yīng)用。
本發(fā)明的工作原理是在傳統(tǒng)的“擴散-合金法”的基礎(chǔ)上增加拋光、氧化、光刻、二次擴散和一次燒結(jié)工序，即在原始N型硅片上通過一次擴散、拋光、氧化、光刻和二次擴散等工序形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)(即j1結(jié)、j2結(jié)和j3結(jié))，再利用本發(fā)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(jié)制成N+層和陰極電極，然后按常規(guī)工藝將已形成N+層的硅片和制備好的鉬片、鋁片及控制極點進行第二次燒結(jié)，引出陽極、陰極及控制極電極制成完整的螺栓型晶閘管管芯，如圖2。
下面通過本發(fā)明的實施例對本發(fā)明的工作原理作詳細(xì)說明。
本發(fā)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，其具體制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(jié)工序均為常規(guī)方法。
一次擴散采用常規(guī)涂層擴散法，將雜質(zhì)源(例如鋁、硼)涂在制備好的硅片表面，置于1200～1300℃的擴散爐中，恒溫20～30h，在大氣中擴散，使硅片表面生成硼硅玻璃體-(XB3O3·YSiO2)，保護鋁、硼向硅片內(nèi)部擴散，根據(jù)需要擴散深度可控制為70～90μm，達(dá)到在原始N型硅片上擴入P型雜質(zhì)，形成P-N-P結(jié)構(gòu)(即形成j1結(jié)和j2結(jié))，然后進入下道工序進行拋光。
拋光是將一次擴散形成P-N-P結(jié)構(gòu)的硅片置于拋光機上用HP硅片拋光劑進行拋光。通過拋光徹底清除硅片表面的硼硅玻璃體為氧化和二次擴散提供清潔、平整而光亮的硅片表面。
氧化是將經(jīng)拋光完好的硅片置于1100～1200℃的氧化爐中，交替通以干氧-濕氧-干氧的方法，使硅片表面生成二氧化硅(SiO2)。本發(fā)明實施例中硅片所生成的二氧化硅層為2000～4000
厚，氧化時間為4～6h。
光刻是在氧化硅層上采用常規(guī)的光刻處理工藝，去除硅片陰極部分的二氧化硅層，保證二次擴散順利擴進。
二次擴散是采用室溫下具有高蒸氣壓的三氯氧磷(POCl3)作擴散雜質(zhì)源，按光刻圖形進行選擇擴散，使硅片形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)。
燒結(jié)燒結(jié)分一次燒結(jié)和二次燒結(jié)。第一次燒結(jié)是將經(jīng)過二次擴散后具有P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)的硅片的陰極N層與本發(fā)明提供的銀-銻合金片(Ag-Sb)置于800～830℃燒結(jié)爐中恒溫5min進行燒結(jié)制成N+層和陰極電極。第二次燒結(jié)是將已形成N+層的硅片與制備好的鉬片、鋁片和控制極點置于690～720℃的燒結(jié)爐中恒溫4～5min進行燒結(jié)。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(fā)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，并經(jīng)軋制成0.04～0.06mm厚的薄料，沖制成所需要的形狀的銀-銻合金片。
下面通過圖面說明對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為“擴散-合金法”制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(jīng)一次擴散形成P-N-P結(jié)構(gòu)的硅片、5為燒結(jié)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”制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(jié)構(gòu)的硅片、5為二次擴散形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)的硅片、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(jié)銀-銻合金片形成的N+層。
綜上所述，本發(fā)明兼具“擴散-合金法”和“雙擴散法”的優(yōu)點，并克服了它們各自的缺點，達(dá)到了提高產(chǎn)品質(zhì)品質(zhì)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(chǎn)品成本的目的。因而特別適合于5～200A的中小功率螺栓型晶閘管的批量生產(chǎn)。
權(quán)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(jié)等工序，其特征在于在燒結(jié)工序中(1)制成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(jié)分二次進行，第一次在800～830℃的燒結(jié)爐中恒溫5min燒結(jié)銀-銻合金片(Ag-Sb)制成N+層及陰極電極，第二次燒結(jié)在690～720℃燒結(jié)爐中恒溫4～5min燒結(jié)鉬片、鋁片和控制極點，制成螺栓型晶閘管管心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀-銻合金片(Ag-Sb)，其特征在于銀-銻合金中含有銀原子98～99%和銻原子1～2%，軋制成0.04～0.06mm厚的薄料，并沖制成所需要的形狀。
全文摘要
一種螺栓型晶閘管制造方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用二次擴散法在原始N型硅片上形成P-N-P-N四層結(jié)構(gòu)，用銀-銻合金片(Ag-Sb)代替金-銻合金片(Au-Sb)進行燒結(jié)形成N+層和陰極電極。本發(fā)明與傳統(tǒng)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(chǎn)品合格率高等特點，因而特別適合于5-200A的中、小功率螺栓型晶閘管的批量生產(chǎn)。
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(yōu)先權(quán)日1989年6月15日
發(fā)明者張建華 申請人:郵電部武漢通信電源廠