[发明专利]一种开管铝镓扩散工艺

说明书

本发明属于高压大电流电力半导体器件生产领域中的一种一次P型扩散工艺。

目前在晶闸管生产时，一次P型扩散普遍采用硼铝涂层扩散工艺或闭管铝镓扩散。

1、涂层硼铝扩散工艺：

(1)源的配制：分别将氧化硼(B₂O₃)和硝酸铝[Al(NO₃)₃]溶于无水乙醇中制成饱和液，再将氧化硼的饱和液稀释后与硝酸铝饱和液以1∶2的体积比混合后作为杂质源。

(2)涂源、扩散：将已配好的硼铝混合源液同时均匀地涂布于干净的毛片上，在紫外灯下烘干，再将硅片叠加在石英舟上送入扩散炉中石英管道的恒温区，恒温在1270-1290℃，扩散至所需要的结深，出炉后在氢氟酸中腐蚀一周才能去掉扩散时形成的硼硅玻璃，然后测结深，接后工序。

涂层硼铝工艺虽然简单、操作方便，但扩散质量受涂层质量影响很大，因为硼的浓度很高，在涂层时某一因素稍有变化，即引起扩散参数均匀性和重复性变差。(参见1975年人民出版社《大功率可控硅元件原理与设计》P289)

2、闭管铝镓扩散

(1)源的制作：将处理干净的高纯铝、硅与高纯镓按选定的配比装入已处理干净的石英管中，然后真空封管，在扩散炉或合金炉内高温下形成合金，取出处理后，再用钼片包住敲成粉末作为杂质源。

(2)扩散：将杂质源装入石英舟与硅片同时装入双套管或三套石英管中(大电流元件的硅片直径大，扩散温度高，石英管直径也大，防止塌陷用双套、三套管，并充氩气)，然后将石英管抽真空，充氩气，用氢氧焰封管，将石英管送入扩散炉的恒温区，升温至1280℃，扩散至要求的结深，降温冷却，把石英外管打碎取出硅片。

闭管铝镓扩散工艺设备投资大，工艺过程复杂，周期长，影响扩散质量的因素太多，参数分散，尤其每次都要耗费一支昂贵的石英管，成本高。(参见1971年科学出版社《可控硅整流元件制造工艺》P37)

本发明针对已有工艺的不足之处，提供了一种新的开管铝镓扩散工艺。

该工艺是将硅片先涂布铝乳胶源扩散，后开管镓扩散，再同时进行铝、镓的再分布，整个扩散过程是在二氧化硅乳胶源经高温后形成的氧化膜及氮气(或惰性气体)保护下，于同一扩散炉内经一次高温连续完成的一次P型扩散(铝镓预扩与再分布分两次进行也可)，杂质源为铝乳胶源、氧化镓，反应气体为氢气。

本发明采取已有工艺之优点、又弥补了其不足，铝扩散是通过二氧化硅乳胶源的作用，达到均匀涂布；同时，该乳胶源经高温后形成的氧化膜又可以保护镓扩散的顺利进行，既保证了不产生合金点，又减少了通常开管扩镓前的一次高温氧化，而且整个扩散过程是在同一扩散炉中，只经一次高温过程即可完成，因此与现行工艺比较有以下优点：

(1)工艺简单，生产周期短，容易操作，稳定可靠，成本低。

(2)扩散参数可控性可调性好，不仅可根据器件设计的不同要求调整扩散浓度，还可以随时通过监测陪片来确定和调整再分布时间，以准确控制扩散结深。

(3)该工艺的产品电参数一致性和高温特性好，如触发参数和动态特性均优于涂层硼铝扩散工艺。产品合格率及优品率高，与现行工艺相比，合格率可提高15-25％，优品率可提高20％左右，经济效益显著。本发明的实施方法是：

(1)二氧化硅铝乳胶源的配制：

将1克硝酸铝，加入10-30mL二氧化硅乳胶中，用超声波超声30分钟左右，使硝酸铝完全溶解为止，待用。

(2)铝乳胶源的涂布：

将(1)中配好的铝乳胶源用汲液管(或其他器具)滴3-5滴于硅片的一面，用甩胶机甩3分钟左右使源在硅片上分布均匀，自然凉干，再在另一面用同样的方法涂源凉干。

(3)预扩铝：

将涂好源的硅片，纵向或横向立放在石英舟上，推入扩散炉的恒温区中，温度在1200-1280℃，恒温3-12小时，氮气以200-300mL/min的流量排除系统中的空气，然后改为维持系统中正压即可。

(4)预扩镓：

扩镓是以氧化镓为扩散杂质源、氢气为反应气体，硅片温度1160～1230℃，镓源温度900～1000℃，氢气流量80～200mL/min，通源时间20～100分钟。

将氧化镓源在硅片装炉的同时置于扩散炉的源区一侧，预扩铝结束，将氮气改为通大流量的氢气(200～300ml/分)30分钟左右，同时将炉温降为1160～1230℃，改通小流量的氢气(80～200mL/min)，通源，计时，通源结束，改通大流量的氮气(200～300mL/min)，半小时后可测陪片的扩散参数。