[发明专利]整流单晶硅片免喷砂扩散镀镍工艺

说明书

技术领域

整流单晶硅片免喷砂扩散镀镍工艺技术，属于《国家重点支持的高新技术领域目录》中，电子行业绿色制造、污染减排关键技术领域。

背景技术

整流二极管和桥式整流器，是电子行业的基础元器件，我国市场年需求量数百亿只。制造此类产品的原材料是单晶硅片，采用扩散工艺在单晶硅片内形成一个PN结，单晶硅片即具有了单向导电性能，形成了整流单晶硅片，将整流单晶硅片切割成所需的面积和形状，再经后道加工处理。就可以制造出各种规格的整流元器件产品。

目前，国内普遍制造整流单晶硅片工艺的主要工序流程如下：(直径3英寸或4英寸)单晶硅片(已双面研磨)——清洗、单面磷沉积——喷砂去反型——清洗、单面硼扩散——喷砂粗化——镀镍——整流单晶硅片。从工艺流程可知，喷砂工序在生产整流单晶硅片的工艺中占有很大的比重。

经过多年发展，喷砂技术也已革新，从最初的人工手持喷砂枪喷砂，发展到现在用喷砂机喷砂。目前国内常用单台喷砂机主要能耗如下：压缩空气压力0.7MPa，压缩空气流量10m³/分钟；空气压缩机功率40千瓦，负压风机功率20千瓦，除尘电机功率5.5千瓦，输送电机功率0.75千瓦，螺旋电机功率0.4千瓦，摆动电机功率0.4千瓦，计约能耗70千瓦。

除了巨大的能耗和单晶硅片受机械力冲击后引起的碎片和应力外，空气压缩机启动后的振动和噪音巨大，1公里距离内都受其影响；喷砂机喷出的砂尘虽经回收，但在周边空气中的粉尘仍然严重超标，尤其是尺寸在PM10以下的尘粒根本无法用现有物理除尘设备滤去，严重污染着环境和威胁着操作工人的身体健康。

创新一种免喷砂工艺，使整流单晶硅片的扩散镀镍生产达到：节能、无噪声、无粉尘、产品质量和整片率更高，是本发明的初衷。

发明内容

从背景技术的描述中可知，免去喷砂工艺有二个工序要进行改造，其中包括(1)磷沉积工序后的喷砂工序和(2)镀镍工序前的喷砂工序。兹将这二个工序采用喷砂工艺的原因和改造的技术方案分析如下：

(1)磷沉积工序目的是在N型单晶硅片的一个表面上沉积上厚度12～15微米，浓度达1×10²⁰/厘米³的磷层，为后工序在未沉积磷的另面扩散硼作好工艺铺垫。但是，实践证明磷沉积工序难以做得完善，未涂料覆磷源的另一个表面上经过磷沉积工序后，也沉积上了一层磷。产生该问题的原因是在约1200度高温沉积条件下，磷原子气体会渗扩到另一个表面形成的，而且是越靠近单晶硅片的边缘，这种“反型”现象就越严重，虽经采用多种改进措施仍不能解决此问题。

如不去除单晶硅片另一个表面的残留磷层，这个表面在后道硼扩散工艺中，硼与磷这二种产生导电性质相反的物质源在同一个表示向单晶硅片内部扩散，无法形成完整的PN结，产品即会报废。所以，在磷沉积工序后必须增加一道工序，以去除非磷沉积面上的磷残留反型层。去除磷残留反型层常见有三种方法：研磨法，腐蚀法，喷砂法。

研磨法是指用单晶硅片研磨机，将非磷沉积面研磨去15～20微米，磷残留反型层被研磨去除。这种方法因为涉及将磷沉积面粘贴在研磨机上厚度不易控制的难题，有的单晶硅片研磨量很大，有的因研磨量小，仍留有磷残留反型层还涉及单晶硅片破碎和生产速度过慢等问题。该方法在国内已几乎停用。

腐蚀法是指将二片单晶硅片的磷沉积面粘合在一起，对裸露的二个非磷沉积面用化学腐蚀的方法腐蚀15～20微米，以去除磷残留反型层。此方法工效高、碎片率少，缺点是经化学腐蚀后非磷沉积面原先的研磨表面变得光亮平滑，引起后道的硼扩散难以携源，扩散参数分散，并不利于该表面的镀镍结合力。该方法目前国内还有少量企业在使用。

喷砂法是指将单晶硅片排入喷砂机的传送带上，非磷沉积面朝上对着喷砂嘴方向，高速喷出的金刚砂流将非磷沉积面喷去15～20微米，以去除磷残留反型层。因为喷去单晶硅片的质量较多，有时单晶硅片需要多次重复经过喷砂机，工效也较慢，严重的问题是：耗能多、噪声振动大、碎片率高、单晶硅片受外力作用产生了内应力、严重污染环境和威胁工人身体健康。该方法目前在国内仍被绝大多数企业采用。