專(zhuān)利名稱(chēng)：一種旋轉(zhuǎn)噴腐方法的化學(xué)挖槽工藝方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子器件的制作工藝方法，特別是指一種在電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性精密刻蝕加工方法。本發(fā)明還涉及一種上述方法的裝置。
背景技術(shù)：
在硅片表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工，是半導(dǎo)體器件中一種常用的工藝方法。電力電子器件硅片表面同樣需要進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工。精密刻蝕可分為使用腐蝕液的濕法刻蝕和采用原子游離、分子游離基以及離子等的干法刻蝕。現(xiàn)在的干法刻蝕又可進(jìn)一步分為三大類(lèi)1、等離子刻蝕利用原子游離基加工，腐蝕呈各向同性，設(shè)備為同軸型結(jié)構(gòu)。
2、反應(yīng)離子刻蝕利用活性離子加工，腐蝕呈各向異性，設(shè)備為平板型結(jié)構(gòu)。
3、濺射刻蝕利用非活性離子加工，腐蝕呈各向異性，設(shè)備為平板型結(jié)構(gòu)。
在集成電路制造行業(yè)，干法刻蝕很普及，這一方面是因?yàn)镮C芯片的加工尺寸較小(深約1um內(nèi))，精度要求高。另一方面是因?yàn)榍Х涛g的腐蝕速率本身較低，更加適宜于這種小尺度的精細(xì)加工。而對(duì)于電力電子器件制造業(yè)，由于加工尺寸相對(duì)較大(約數(shù)10um深)，加工時(shí)間將會(huì)過(guò)長(zhǎng)，因此很少使用干法刻蝕。而對(duì)于濕法刻蝕的腐蝕主要有堿腐蝕和酸腐蝕兩種方式。
●堿腐蝕用KOH或NaOH溶液，加熱到高溫，腐蝕對(duì)硅呈各向異性，一般僅用于硅片表面作整體剝離。
●酸腐蝕用硝酸與氫氟酸的混合液再加入適量的其它試劑，常溫時(shí)對(duì)硅就有較高腐蝕速率，對(duì)硅的腐蝕呈各向同性。由于它對(duì)硅和二氧化硅的腐蝕速率有一定的差別，較適合于進(jìn)行選擇性的刻蝕在電力電子器件制造業(yè)中，由于圖形的加工尺寸較大，酸腐蝕較普及，除了用于硅片表面作整體剝離外，還常用于加工各類(lèi)溝槽或梳條，其深度可達(dá)10～20um。
按腐蝕方式的濕法刻蝕目前主要采用浸泡法，即將硅片先插入專(zhuān)用花籃中，整體浸入腐蝕液中刻蝕，為了防止硅片局部過(guò)熱，需要有專(zhuān)門(mén)的攪拌裝置。這種方法優(yōu)點(diǎn)是工效高，設(shè)備較簡(jiǎn)單。最大的缺點(diǎn)是硅片表面各處腐蝕均勻性不好，常呈鐵餅狀，相對(duì)誤差高達(dá)12％。目前，國(guó)內(nèi)外硅片腐蝕設(shè)備大都采用這種方式，我們傳統(tǒng)上也按這種工藝方法來(lái)加工硅片上的梳條。
因此，在現(xiàn)有的電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工制作工藝中，仍存在一些不足，以致影響到電力電子器件硅片各方面的性能，甚至造成門(mén)陰間的短路或閃絡(luò)故障。隨著社會(huì)上各行各業(yè)對(duì)發(fā)電、輸電、用電品質(zhì)要求的提高，對(duì)電力電子器件硅片的要求也越來(lái)越高，尤其是對(duì)電力電子器件硅片的表面腐蝕的深度均勻性要求也越來(lái)越高，從環(huán)保的角度希望工藝中所用的酸越少越好，因此仍采用傳統(tǒng)的浸泡法已經(jīng)不能滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)電力電子器件硅片的要求，必需對(duì)此加以改進(jìn)。從國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利檢索情況看，在電力電子器件硅片陰極圖形的梳條加工方法上，尚無(wú)相同或相近的工藝方法報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工制作方法的不足，提供一種新型的，腐蝕的深度均勻性更好，用酸液更少，且勞動(dòng)強(qiáng)度更低的電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工制作方法。
本發(fā)明的另一目的是提出一種上述方法的實(shí)施裝置。
本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，在電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工制作中，采用旋噴法進(jìn)行加工。先將硅片置在底座上，加工時(shí)硅片是旋轉(zhuǎn)的，酸液從硅片上部經(jīng)噴嘴霧化后向下噴向硅片。這種加工方法優(yōu)點(diǎn)是硅片局部不會(huì)過(guò)熱，因而表面腐蝕的均勻性大為改善，相對(duì)誤差僅為3％。
具體制作方法是采用旋轉(zhuǎn)腐蝕法在硅片表面形成梳條的操作。先將置于下部的硅片作均速旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲(chǔ)罐中吸出，通過(guò)噴嘴使酸性腐蝕液霧化，并以一定的張角均勻地噴到硅片表面。根據(jù)梳條腐蝕深度的要求，調(diào)整電控噴酸管路的開(kāi)閉，噴酸時(shí)間可在0～200秒范圍調(diào)整。在硅片的加工過(guò)程中還設(shè)有水保護(hù)部分，分成底噴水保護(hù)和頂噴水保護(hù)。噴水設(shè)置成當(dāng)噴酸剛停止時(shí)啟動(dòng)，持續(xù)時(shí)間可由電控調(diào)節(jié)器在0～30秒范圍調(diào)整。底噴水則設(shè)置成與硅片旋轉(zhuǎn)時(shí)同步供給，與頂噴水同時(shí)停止。每個(gè)工位一次加工一個(gè)硅片，一個(gè)工作周期中酸、水交替起作用。加工中工藝條件及配方為1、硅片工作條件轉(zhuǎn)速200～500±50轉(zhuǎn)/分鐘，距酸嘴距離120±30mm。直徑100mm；2、腐蝕酸液配比硝酸∶氫氟酸∶冰乙酸＝1～10∶1∶13、霧化用氣條件壓縮空氣，壓力為0.3±0.03MPa。
4、保護(hù)用水條件去離子水，壓力為0.25±0.03MPa。
5、安全環(huán)保條件整個(gè)裝置裝入專(zhuān)用通風(fēng)柜內(nèi)，工作時(shí)有透明塑料板將操作者與被加工硅片之間進(jìn)行隔離。操作者還應(yīng)佩帶安全眼鏡、防護(hù)手套及口罩，工作場(chǎng)地3米附近還應(yīng)設(shè)置安全淋浴裝置，確保操作者及設(shè)備的安全。
根據(jù)上述方法所提出的裝置是至少有一可以旋轉(zhuǎn)的底盤(pán)，底盤(pán)上固定有待加工的電力電子器件硅片，電力電子器件硅片通過(guò)底盤(pán)帶動(dòng)作勻速旋轉(zhuǎn)，在電力電子器件硅片的上方設(shè)有用于噴射腐蝕酸液的噴嘴，噴嘴連接有壓縮空氣，在噴嘴上還有一個(gè)虹吸裝置，虹吸裝置用于吸入腐蝕酸液并使其霧化，通過(guò)壓縮空氣呈霧狀向下方電力電子器件硅片的表面均勻噴出。為了保護(hù)電力電子器件硅片不至于過(guò)度腐蝕，在電力電子器件硅片的上方和下方均設(shè)有水保護(hù)裝置，分成底噴水保護(hù)和頂噴水保護(hù)。底噴水保護(hù)是直接通過(guò)底盤(pán)輸入的，而頂噴水保護(hù)裝置是在底盤(pán)的上方設(shè)置的。
本發(fā)明的電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工制作具有如下特點(diǎn)1.加工質(zhì)量改善(同傳統(tǒng)的浸泡法相比，腐蝕的深度均勻性提高4倍)；2.自動(dòng)化程度高(加工過(guò)程已完全實(shí)現(xiàn)程控化)；3.勞動(dòng)強(qiáng)度降低(操作者只需裝片，下片，腐蝕過(guò)程交由機(jī)器執(zhí)行)；4.生產(chǎn)效率提高(一個(gè)操作者可同時(shí)管理幾個(gè)工位，提高人的生產(chǎn)率)；5.安全條件改善(加工中操作者同加工件加強(qiáng)了隔離)；6.節(jié)省化學(xué)試劑(測(cè)算表明，同傳統(tǒng)的浸泡法相比，少用60％的酸液，減少了成本)；7.減少?gòu)U液排放(廢液排放減少60％，降低了后序處理費(fèi)用，有利環(huán)保)。


圖1為本發(fā)明裝置原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明酸、水供給周期圖；
圖3為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
通過(guò)附圖可以看出本發(fā)明是在電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工制作中采用旋噴法進(jìn)行加工。先將硅片置在底座上，加工時(shí)硅片是旋轉(zhuǎn)的，酸液從硅片上部經(jīng)噴嘴霧化后向下噴向硅片。具體制作方法是一個(gè)工作周期中酸、水交替起作用。先將置于下部的硅片作均速旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲(chǔ)罐中吸出，通過(guò)噴嘴使酸性腐蝕液霧化，并以一定的張角均勻地噴到硅片表面。根據(jù)梳條腐蝕深度的要求，調(diào)整電控噴酸管路的開(kāi)閉，噴酸時(shí)間可在0～200秒范圍調(diào)整。在硅片的加工過(guò)程中還設(shè)有水保護(hù)部分，分成底噴水保護(hù)和頂噴水保護(hù)。頂噴水則設(shè)置成當(dāng)噴酸剛停止時(shí)啟動(dòng)，持續(xù)時(shí)間可由電控調(diào)節(jié)器在0～30秒范圍調(diào)整。底噴水設(shè)置成與當(dāng)硅片旋轉(zhuǎn)時(shí)同步供給，與頂噴水同時(shí)停止。每個(gè)工位一次加工一個(gè)硅片，一個(gè)工作周期中酸、水交替起作用。加工中工藝條件及配方為1、硅片工作條件轉(zhuǎn)速300±50轉(zhuǎn)/分鐘，距酸嘴距離120±30mm。直徑100mm；2、腐蝕酸液配比硝酸∶氫氟酸∶冰乙酸＝1～10∶1∶13、霧化用氣條件壓縮空氣，壓力為0.3±0.03MPa。
4、保護(hù)用水條件去離子水，壓力為0.25±0.03MPa。
5、安全環(huán)保條件整個(gè)裝置安裝入專(zhuān)用通風(fēng)柜內(nèi)，工作時(shí)有透明塑料板將操作者與被加工硅片之間進(jìn)行隔離。操作者還應(yīng)佩帶安全眼鏡、防護(hù)手套及口罩，工作場(chǎng)地3米附近還應(yīng)設(shè)置安全淋浴裝置，確保操作者及設(shè)備的安全。
實(shí)施例一根據(jù)上述方法所提出的裝置是至少有一可以旋轉(zhuǎn)的底盤(pán)1，底盤(pán)1上固定有待加工的電力電子器件硅片2，電力電子器件硅片2通過(guò)底盤(pán)1帶動(dòng)作勻速旋轉(zhuǎn)，在電力電子器件硅片2的上方設(shè)有用于噴射腐蝕酸液的噴嘴3，噴嘴3通過(guò)連接管10連接有壓縮空氣4，壓縮空氣4通過(guò)連接管10進(jìn)入噴嘴3，并經(jīng)過(guò)噴嘴3呈霧狀向下方的電力電子器件硅片2的表面噴出；在噴嘴上還有一個(gè)虹吸裝置5，虹吸裝置5上有一虹吸管8，虹吸管8插入裝有腐蝕酸液的儲(chǔ)酸罐9，虹吸裝置5用于吸入腐蝕酸液并使其霧化，并通過(guò)壓縮空氣呈霧狀向下方電力電子器件硅片的表面均勻的噴出。為了保護(hù)電力電子器件硅片不至于過(guò)度腐蝕，在電力電子器件硅片的上方和下方均設(shè)有水保護(hù)裝置，分成底噴水保護(hù)6和頂噴水保護(hù)7。底噴水保護(hù)6是直接通過(guò)底盤(pán)1輸入的，而頂噴水保護(hù)裝置7是在底盤(pán)的上方設(shè)置的。加工工藝是1、調(diào)配腐蝕酸液。采用硝酸、氫氟酸和冰乙酸，并按硝酸∶氫氟酸∶冰乙酸＝2∶1∶1比例配比，將配好的腐蝕酸液裝入儲(chǔ)酸罐；2、再將待加工的電力電子器件硅片放置于裝置的底盤(pán)上，并固定好，調(diào)整距酸嘴距離120±30mm；3、啟動(dòng)可旋轉(zhuǎn)的底盤(pán)，轉(zhuǎn)速控制在300±50轉(zhuǎn)/分鐘；同時(shí)啟動(dòng)連接噴嘴的空氣壓縮機(jī)，使壓縮空氣的壓力穩(wěn)定在0.3±0.03MPa；4、開(kāi)啟噴嘴，向待加工的電力電子器件硅片均勻噴射腐蝕酸液，噴酸時(shí)間可在0～200秒范圍調(diào)整。同時(shí)啟動(dòng)底噴水設(shè)置向硅片旋轉(zhuǎn)時(shí)同步供給保護(hù)水。
5、在噴射腐蝕酸液結(jié)束時(shí)啟動(dòng)頂噴水，持續(xù)時(shí)間可由電控調(diào)節(jié)器在0～30秒范圍調(diào)整。
本發(fā)明將通過(guò)上述工藝與原有傳統(tǒng)的浸腐法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表1。
表1旋轉(zhuǎn)噴腐同浸泡腐蝕對(duì)比

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可看出，新的“旋腐法”同傳統(tǒng)的“浸腐法”相比，具有槽深均勻性好(這一點(diǎn)對(duì)改善相關(guān)器件質(zhì)量很敏感)、酸液使用量大幅減少的優(yōu)勢(shì)。加工時(shí)間的比較則相差不大，但如果將“旋腐法”的設(shè)備加工成多工位的，則一個(gè)操作者，能同時(shí)操控2～3個(gè)工位，這樣將使工作效率也比“浸泡法”提高，因?yàn)椤敖ā蓖耆扇斯ぎa(chǎn)生晃動(dòng)來(lái)操作，因此難于實(shí)現(xiàn)多工位操作。兩種方法的綜合性能對(duì)比數(shù)據(jù)如表2表2

權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)噴腐方法的化學(xué)挖槽工藝方法，其特征在于在電力電子器件硅片的表面進(jìn)行選擇性的精密刻蝕加工制作中采用旋噴法進(jìn)行加工，先將硅片置在底座上，加工時(shí)硅片是旋轉(zhuǎn)的，酸液從硅片上部經(jīng)噴嘴霧化后向下噴向硅片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的旋噴法是采用旋轉(zhuǎn)腐蝕法在硅片表面形成梳條的操作，先將置于下部的硅片作均速旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲(chǔ)罐中吸出，通過(guò)噴嘴使酸性腐蝕液霧化，并以一定的張角均勻地噴到硅片表面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的旋噴法根據(jù)梳條腐蝕深度的要求，調(diào)整電控噴酸管路的開(kāi)閉，噴酸時(shí)間可在0～200秒范圍調(diào)整；在硅片的加工過(guò)程中還設(shè)有水保護(hù)部分，分成底噴水保護(hù)和頂噴水保護(hù)；頂噴水設(shè)置成當(dāng)噴酸剛停止時(shí)啟動(dòng)，持續(xù)時(shí)間可由電控調(diào)節(jié)器在0～30秒范圍調(diào)整；底噴水則設(shè)置成與當(dāng)硅片旋轉(zhuǎn)時(shí)同步供給，與頂噴水同時(shí)停止。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的旋噴法的工藝條件及配方為A、硅片工作條件轉(zhuǎn)速200～500±50轉(zhuǎn)/分鐘，距酸嘴距離120±30mm；B、腐蝕酸液配比硝酸∶氫氟酸∶冰乙酸＝1～10∶1∶1；C、霧化用氣條件壓縮空氣，壓力為0.3±0.03MPa；D、保護(hù)用水條件去離子水，壓力為0.25±0.03MPa；E、安全環(huán)保條件整個(gè)裝置安裝入專(zhuān)用通風(fēng)柜內(nèi)，工作時(shí)有透明塑料板將操作者與被加工硅片之間進(jìn)行隔離。
5.如權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于至少有一可以旋轉(zhuǎn)的底盤(pán)，底盤(pán)上固定有待加工的電力電子器件硅片，電力電子器件硅片通過(guò)底盤(pán)帶動(dòng)作勻速旋轉(zhuǎn)，在電力電子器件硅片的上方設(shè)有用于噴射腐蝕酸液的噴嘴，噴嘴連接有壓縮空氣，在噴嘴上還有一個(gè)虹吸裝置，虹吸裝置用于吸入腐蝕酸液并使其霧化，并通過(guò)壓縮空氣呈霧狀向下方電力電子器件硅片的表面均勻噴出，在電力電子器件硅片的上方和下方均設(shè)有水保護(hù)裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的水保護(hù)裝置分成底噴水保護(hù)和頂噴水保護(hù)。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的底噴水保護(hù)是直接通過(guò)底盤(pán)輸入的，而頂噴水保護(hù)裝置是在底盤(pán)的上方設(shè)置的。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)噴腐方法的化學(xué)挖槽工藝方法及裝置，在電力電子器件硅片表面進(jìn)行選擇性精密刻蝕加工制作中采用旋噴法進(jìn)行加工。先將硅片置在底座上，加工時(shí)硅片是旋轉(zhuǎn)的，酸液從硅片上部經(jīng)噴嘴霧化后向下噴向硅片。具體制作方法是采用旋轉(zhuǎn)腐蝕法在硅片表面形成梳條的操作。先將置于下部的硅片作均速旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲(chǔ)罐中吸出，通過(guò)噴嘴使酸性腐蝕液霧化，并以一定的張角均勻地噴到硅片表面。在硅片加工過(guò)程中還設(shè)有水保護(hù)部分，分成底噴水保護(hù)和頂噴水保護(hù)。頂噴水設(shè)置成當(dāng)噴酸剛停止時(shí)啟動(dòng)。底噴水設(shè)置成與當(dāng)硅片旋轉(zhuǎn)時(shí)同步供給，與頂噴水同時(shí)停止。每個(gè)工位一次加工一個(gè)硅片，一個(gè)工作周期中酸、水交替起作用。
文檔編號(hào)C23F1/10GK1869284SQ20061003147
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者張明, 李繼魯, 戴小平, 蔣誼, 陳芳林 申請(qǐng)人:株洲南車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司