專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)噴腐方法的化學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)：
在硅片表面進行選擇性的精密刻蝕加工，是半導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?，F(xiàn)在的干法刻蝕又可進一步分為三大類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，這一方面是因為IC芯片的加工尺寸較小(深約1um內(nèi))，精度要求高。另一方面是因為千法刻蝕的腐蝕速率本身較低，更加適宜于這種小尺度的精細加工。而對于電力電子器件制造業(yè)，由于加工尺寸相對較大(約數(shù)10um深)，加工時間將會過長，因此很少使用干法刻蝕。而對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，常溫時對硅就有較高腐蝕速率，對硅的腐蝕呈各向同性。由于它對硅和二氧化硅的腐蝕速率有一定的差別，較適合于進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，還常用于加工各類溝槽或梳條，其深度可達10～20um。
按腐蝕方式的濕法刻蝕目前主要采用浸泡法，即將硅片先插入專用花籃中，整體浸入腐蝕液中刻蝕，為了防止硅片局部過熱，需要有專門的攪拌裝置。這種方法優(yōu)點是工效高，設(shè)備較簡單。最大的缺點是硅片表面各處腐蝕均勻性不好，常呈鐵餅狀，相對誤差高達12％。目前，國內(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，甚至造成門陰間的短路或閃絡故障。隨著社會上各行各業(yè)對發(fā)電、輸電、用電品質(zhì)要求的提高，對電力電子器件硅片的要求也越來越高，尤其是對電力電子器件硅片的表面腐蝕的深度均勻性要求也越來越高，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)不能滿足社會對電力電子器件硅片的要求，必需對此加以改進。從國內(nèi)外專利檢索情況看，在電力電子器件硅片陰極圖形的梳條加工方法上，尚無相同或相近的工藝方法報導。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對現(xiàn)有電力電子器件硅片的表面進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，且勞動強度更低的電力電子器件硅片的表面進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施裝置。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)，在電力電子器件硅片的表面進行選擇性的精密刻蝕加工制作中，采用旋噴法進行加工。先將硅片置在底座上，加工時硅片是旋轉(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)點是硅片局部不會過熱，因而表面腐蝕的均勻性大為改善，相對誤差僅為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)，再通過壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲罐中吸出，通過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閉，噴酸時間可在0～200秒范圍調(diào)整。在硅片的加工過程中還設(shè)有水保護部分，分成底噴水保護和頂噴水保護。噴水設(shè)置成當噴酸剛停止時啟動，持續(xù)時間可由電控調(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)時同步供給，與頂噴水同時停止。每個工位一次加工一個硅片，一個工作周期中酸、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)保條件整個裝置裝入專用通風柜內(nèi)，工作時有透明塑料板將操作者與被加工硅片之間進行隔離。操作者還應佩帶安全眼鏡、防護手套及口罩，工作場地3米附近還應設(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，底盤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底盤帶動作勻速旋轉(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，在噴嘴上還有一個虹吸裝置，虹吸裝置用于吸入腐蝕酸液并使其霧化，通過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。為了保護電力電子器件硅片不至于過度腐蝕，在電力電子器件硅片的上方和下方均設(shè)有水保護裝置，分成底噴水保護和頂噴水保護。底噴水保護是直接通過底盤輸入的，而頂噴水保護裝置是在底盤的上方設(shè)置的。
本發(fā)明的電力電子器件硅片的表面進行選擇性的精密刻蝕加工制作具有如下特點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.自動化程度高(加工過程已完全實現(xiàn)程控化)；3.勞動強度降低(操作者只需裝片，下片，腐蝕過程交由機器執(zhí)行)；4.生產(chǎn)效率提高(一個操作者可同時管理幾個工位，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了隔離)；6.節(jié)省化學試劑(測算表明，同傳統(tǒng)的浸泡法相比，少用60％的酸液，減少了成本)；7.減少廢液排放(廢液排放減少60％，降低了后序處理費用，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。
具體實施例方式
下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
通過附圖可以看出本發(fā)明是在電力電子器件硅片的表面進行選擇性的精密刻蝕加工制作中采用旋噴法進行加工。先將硅片置在底座上，加工時硅片是旋轉(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)，再通過壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲罐中吸出，通過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閉，噴酸時間可在0～200秒范圍調(diào)整。在硅片的加工過程中還設(shè)有水保護部分，分成底噴水保護和頂噴水保護。頂噴水則設(shè)置成當噴酸剛停止時啟動，持續(xù)時間可由電控調(diào)節(jié)器在0～30秒范圍調(diào)整。底噴水設(shè)置成與當硅片旋轉(zhuǎn)時同步供給，與頂噴水同時停止。每個工位一次加工一個硅片，一個工作周期中酸、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)保條件整個裝置安裝入專用通風柜內(nèi)，工作時有透明塑料板將操作者與被加工硅片之間進行隔離。操作者還應佩帶安全眼鏡、防護手套及口罩，工作場地3米附近還應設(shè)置安全淋浴裝置，確保操作者及設(shè)備的安全。
實施例一根據(jù)上述方法所提出的裝置是至少有一可以旋轉(zhuǎn)的底盤1，底盤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通過底盤1帶動作勻速旋轉(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通過連接管10連接有壓縮空氣4，壓縮空氣4通過連接管10進入噴嘴3，并經(jīng)過噴嘴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酸罐9，虹吸裝置5用于吸入腐蝕酸液并使其霧化，并通過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。為了保護電力電子器件硅片不至于過度腐蝕，在電力電子器件硅片的上方和下方均設(shè)有水保護裝置，分成底噴水保護6和頂噴水保護7。底噴水保護6是直接通過底盤1輸入的，而頂噴水保護裝置7是在底盤的上方設(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上，并固定好，調(diào)整距酸嘴距離120±30mm；3、啟動可旋轉(zhuǎn)的底盤，轉(zhuǎn)速控制在300±50轉(zhuǎn)/分鐘；同時啟動連接噴嘴的空氣壓縮機，使壓縮空氣的壓力穩(wěn)定在0.3±0.03MPa；4、開啟噴嘴，向待加工的電力電子器件硅片均勻噴射腐蝕酸液，噴酸時間可在0～200秒范圍調(diào)整。同時啟動底噴水設(shè)置向硅片旋轉(zhuǎn)時同步供給保護水。
5、在噴射腐蝕酸液結(jié)束時啟動頂噴水，持續(xù)時間可由電控調(diào)節(jié)器在0～30秒范圍調(diào)整。
本發(fā)明將通過上述工藝與原有傳統(tǒng)的浸腐法進行了對比試驗，試驗對比數(shù)據(jù)如表1。
表1旋轉(zhuǎn)噴腐同浸泡腐蝕對比

通過數(shù)據(jù)對比可看出，新的“旋腐法”同傳統(tǒng)的“浸腐法”相比，具有槽深均勻性好(這一點對改善相關(guān)器件質(zhì)量很敏感)、酸液使用量大幅減少的優(yōu)勢。加工時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，則一個操作者，能同時操控2～3個工位，這樣將使工作效率也比“浸泡法”提高，因為“浸腐法”完全由人工產(chǎn)生晃動來操作，因此難于實現(xiàn)多工位操作。兩種方法的綜合性能對比數(shù)據(jù)如表2表2

權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)噴腐方法的化學挖槽工藝方法，其特征在于在電力電子器件硅片的表面進行選擇性的精密刻蝕加工制作中采用旋噴法進行加工，先將硅片置在底座上，加工時硅片是旋轉(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)，再通過壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲罐中吸出，通過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閉，噴酸時間可在0～200秒范圍調(diào)整；在硅片的加工過程中還設(shè)有水保護部分，分成底噴水保護和頂噴水保護；頂噴水設(shè)置成當噴酸剛停止時啟動，持續(xù)時間可由電控調(diào)節(jié)器在0～30秒范圍調(diào)整；底噴水則設(shè)置成與當硅片旋轉(zhuǎn)時同步供給，與頂噴水同時停止。
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)保條件整個裝置安裝入專用通風柜內(nèi)，工作時有透明塑料板將操作者與被加工硅片之間進行隔離。
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，底盤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底盤帶動作勻速旋轉(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，在噴嘴上還有一個虹吸裝置，虹吸裝置用于吸入腐蝕酸液并使其霧化，并通過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裝置分成底噴水保護和頂噴水保護。
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是直接通過底盤輸入的，而頂噴水保護裝置是在底盤的上方設(shè)置的。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)噴腐方法的化學挖槽工藝方法及裝置，在電力電子器件硅片表面進行選擇性精密刻蝕加工制作中采用旋噴法進行加工。先將硅片置在底座上，加工時硅片是旋轉(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)，再通過壓縮空氣利用虹吸原理將酸性腐蝕液從酸液儲罐中吸出，通過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。在硅片加工過程中還設(shè)有水保護部分，分成底噴水保護和頂噴水保護。頂噴水設(shè)置成當噴酸剛停止時啟動。底噴水設(shè)置成與當硅片旋轉(zhuǎn)時同步供給，與頂噴水同時停止。每個工位一次加工一個硅片，一個工作周期中酸、水交替起作用。
文檔編號C23F1/10GK1869284SQ20061003147
公開日2006年11月29日 申請日期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 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司