CN104388935B - 半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀酸及台面旋转腐蚀工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀酸及台面旋转腐蚀工艺，旋转腐蚀酸由发烟硝酸、氢氟酸、冰乙酸按比例混合而成，工艺使用旋转腐蚀机进行旋转腐蚀。本发明成功取得了一种半导体硅平板功率芯片台面旋转腐蚀工艺技术,运用该技术具有较好的环保等社会效益及良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及半导体硅功率平板芯片制造领域，具体是一种半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀酸及台面旋转腐蚀工艺。
背景技术
平板芯片的外形可（或近似）看作一个“圆台体”，该圆台上、下表面分别为芯片的阴、阳极面。阴极表面通常为一层铝膜（由真空镀膜工艺将纯铝与硅键合而生成）；阳极为一扁平的圆柱体金属钼片。阴、阳极表面与外部电源线以“压接”方式相连。该圆台的侧面为裸露的PN结面（半导体工艺术语叫芯片台面），侧面与阳极面成一小于90°夹角，形成该夹角的工艺称为芯片台面造型（俗称磨角）。磨角由匀速转动的磨角头、金刚砂、机械手(或人手工)配合完成。磨角的目的是为了芯片能有更高的阻断电压能力，磨角过程中芯片被磨部分表面（芯片台面）难免存在划痕，划痕的存在会使芯片的阻断电压能力降得很低。消除划痕最有效的办法是对芯片的台面进行化学腐蚀。
目前几种常见的平板芯片台面腐蚀工艺有以下几种：
⑴、传统的平板芯片台面腐蚀工艺：
工艺流程：用已溶化的真空封蜡均匀的涂在平板芯片被磨部分以外的部分→烘干（80℃）→平板芯片平放排列在塑料花篮底部→塑料花篮底部浸泡在混合酸液（硝酸﹕氢氟酸﹕冰乙酸=2-6﹕1﹕1）中，且要保证平放在塑料花篮底部的芯片被浸没→轻晃塑料花篮, 平板芯片台面被腐蚀→提起塑料花篮→去离子水冲洗→烘干→特性检验→合格品（不合格品返回前面及其后续工序）→涂硅橡胶保护台面→烘干→二甲苯中溶去真空封蜡→丙酮中清洗溶有真空封蜡的二甲苯残液→去离子水冲洗→酒精脱水→烘干→特性检验→合格品入库。
⑵、酸流喷射台面旋转腐蚀工艺：
酸流喷射台面旋转腐蚀工艺是利用旋转腐蚀机对平板芯片台面进行腐蚀的一种工艺，旋转腐蚀机主要结构原理如图1所示，图1中D1、D2为喷水嘴，D3为喷酸嘴，D4、D5为喷气嘴，S1、S2、S3、S4、S5为自控阀门。
腐蚀过程中，直流调速电机带动芯片卡座及芯片匀速转动，喷酸嘴D3向平板芯片的台面喷射出直径1㎜左右（直径可调）的混合酸流，对平板芯片的台面进行腐蚀。常见的酸流喷射台面旋转腐蚀工艺技术为下列三种：
1）、真空封蜡保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺：
工艺流程：用已溶化的真空封蜡均匀的涂在平板芯片被磨部分以外的部分→烘干（80℃）→平板芯片水平固定在芯片座上→设定腐蚀时间、启动旋转腐蚀机、平板芯片随底座转动→喷液嘴向平板芯片台面喷射混合酸液（硝酸﹕氢氟酸﹕冰乙酸=2-6﹕1﹕1）→平板芯片台面被腐蚀→芯片台面腐蚀结束→喷水嘴向芯片喷去离子水冲洗→喷水结束，自动甩干→特性检验→合格品（不合格品返回前面及其后续工序）→涂硅橡胶保护台面→烘干→二甲苯中溶去真空封蜡→丙酮中清洗二甲苯、真空封蜡残液→去离子水冲洗→酒精脱水→烘干→特性检验→合格品包装入库。
2）、喷N2、水分别保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺：
工艺流程：平板芯片水平固定在芯片座上→设定腐蚀时间、启动旋转腐蚀机、平板芯片随底座转动→喷气嘴向平板芯片阴极面喷N2保护阴极面，同时芯片底部喷水嘴向芯片阳极喷水保护阳极钼片→喷液嘴向平板芯片台面喷射混合酸液（硝酸﹕氢氟酸﹕冰乙酸=2-6﹕1﹕1）→平板芯片台面被腐蚀→芯片台面腐蚀结束→喷水嘴向芯片喷去离子水冲洗→喷水结束，自动甩干→特性检验→合格品（不合格品返回起始工序）→涂硅橡胶保护台面→烘干→特性检验→合格品包装入库。
3）、保护罩保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺：
株洲南车时代电气股份有限公司发明了一种保护罩，该装置能将平板芯片台面以外的表面保护起来不受喷射的酸液溅浸（专利号CN101123173A），工艺流程与上述“工艺②”类似，但省去了“向平板芯片阳极喷水保护阳极钼片、向平板芯片阴极面喷N2保护阴极面”等工艺设计。
以上几种平板芯片台面腐蚀工艺的共同点是: 腐蚀前, 先对平板芯片台面以外的部分(阴极铝膜和阳极钼片)加以保护, 以免腐蚀过程中受酸侵。
以上几种平板芯片台面腐蚀工艺相比,三种酸流喷射台面旋转腐蚀工艺中，无论哪种工艺均比传统的平板芯片台面腐蚀工艺节省混合酸液，因为旋转腐蚀只对需腐蚀的台面喷射酸流，而传统腐蚀工艺要将平板芯片整体浸没在酸液中，旋转腐蚀工艺在收获环保效益的同时也使平板芯片的制造成本得到了降低。
以上三种平板芯片台面旋转腐蚀工艺相比，真空封蜡保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺使用化剂种类多，工序繁杂，用工量大，较之喷N2、水分别保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺，及保护罩保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺，明显处于劣势。
喷N2、水分别保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺的不足之处在于酸液溅浸（混合酸液对平板芯片阴极铝膜边缘腐蚀）现象时有发生，影响芯片的质量与外观;N2耗量大(平均0.3元/只左右), 腐蚀成本高，而保护罩保护阴、阳极酸流喷射台面旋转腐蚀工艺关键在于保护罩的密封程度，漏封处必受酸液腐蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀酸及台面旋转腐蚀工艺，以解决现有技术平板芯片台面旋转腐蚀工艺存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀酸，其特征在于：由发烟硝酸、氢氟酸、冰乙酸按比例混合而成，各组分体积比例为：发烟硝酸:氢氟酸:冰乙酸=2:1:0.5。
所述的一种半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀酸，其特征在于：所述发烟硝酸为浓度在98%以上的发烟硝酸。
一种半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，其特征在于：使用旋转腐蚀机进行旋转腐蚀，包括以下步骤：
（1）、检查旋转腐蚀机电源线连接情况，并清理旋转腐蚀机上的杂物，将酸液桶安放到位，并检查旋转腐蚀机气路、水路部分是否正常，保证旋转腐蚀机电箱及阀门箱内有正气压；
（2）、根据待腐蚀平板芯片的大小选择旋转腐蚀机相应的卡盘并组装到位，具体是将平板芯片水平卡至芯片卡盘，使阳极钼片上缘与芯片卡盘上边缘齐平；调节旋转腐蚀机喷酸嘴、喷气嘴、喷水嘴的位置及角度，要求喷酸嘴D3轴线在平板芯片台面上缘外圆切线略偏下处，喷水嘴D1轴线在平板芯片台面上缘外圆切线处；喷水嘴D2轴线正对芯片卡盘底部进水孔中心，喷气嘴D4轴线垂直于平板芯片中心，并调好腐蚀时间及旋转速度，具体是根据芯片直径大小设定腐蚀时间在25s—35s范围内，并设定旋转腐蚀机的旋转速度在150-300r/min范围内，然后启动旋转腐蚀机工作；
（3）、喷气嘴D5 安装于旋转腐蚀机的密闭酸液桶中，将旋转腐蚀机喷气嘴D4、D5，喷水嘴D2、喷酸嘴D3依次自动打开，进行芯片台面腐蚀；
（4）、使用去离子水冲洗芯片台面，此时喷酸嘴D3、喷气嘴D5关闭，喷水嘴D1、D2喷水，喷气嘴D4喷气，然后将喷气嘴D4喷气，其余喷嘴关闭，进行甩干处理；
（5）、取出芯片进行烘干处理，然后进行电参数检验，检验合格的合格品则涂硅橡胶保护芯片台面后，再进行进行电参数高、常温检验，电参数高、常温检验合格后的合格品则包装入库；
对于首次电参数检验不合格品，视具体情况或返回首道工序重新台面腐蚀或作次品报废，电参数高、常温检验不合格品，去芯片台面硅橡胶后，返回首道工序重新台面腐蚀。
所述的半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，其特征在于：待腐蚀平板芯片的阴极铝膜面采用吹干燥的压缩空气保护工艺，首先向平板芯片的阴极面吹干燥的压缩空气，压缩气压在0.25-0.30MPa范围内，压缩空气干燥过程流向：空气压缩机产生压缩空气流入装有干燥剂的集气罐，集气罐中压缩空气流入装有干燥剂的干燥塔，干燥塔中压缩空气经过滤球后流入旋转腐蚀机的喷气嘴D4，由喷气嘴D4喷向平板芯片的阴极面。
所述的半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，其特征在于：待腐蚀平板芯片的阳极钼片采用坐水保护工艺，旋转腐蚀机启动时,喷水嘴D2向芯片卡盘底部进水孔不断注水，使上缘与卡盘上边缘齐平的钼片坐在水中，腐蚀过程中不断注入的水与芯片台面上流下的酸液在离心力作用下，被甩入废液收集箱中，从废液导管流出。
本发明优点为：
（1）、环保效益
采用本发明的平板芯片台面腐蚀酸液配方，腐蚀时间缩短为常见的酸流喷射台面旋转腐蚀工艺腐蚀酸液配方腐蚀时间的1/4，硝酸、氢氟酸、冰乙酸用量减少至常见的酸流喷射台面旋转腐蚀工艺的1/4，废水产生量亦同步减少，酸用量及废水产生量的大幅减少，明显降低了平板芯片的制造对环境产生的影响。
（2）、经济效益：
与常见的酸流喷射台面旋转腐蚀工艺相比，硝酸、氢氟酸、冰乙酸用量减少至常见的酸流喷射台面旋转腐蚀工艺的1/4，经测算，平均每只平板芯片能减少成本0.5元右右。
用干燥的压缩空气保护平板芯片阴极铝膜技术，平均每只平板芯片能减少N2成本0.3元右右。
腐蚀时间缩短为常见的酸流喷射台面旋转腐蚀工艺腐蚀酸液配方腐蚀时间的1/4，工作效率至少可提高1倍，以每位熟练工每天腐蚀300只芯片、日平均工资90元计，平均每只平板芯片能减少用工成本0.3元右右。
用酸、用水量大幅减少，使废水、废气处理系统运行成本得到有效降低。
附图说明
图1为现有技术中旋转腐蚀机结构示意图。
具体实施方式
半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀酸，由发烟硝酸、氢氟酸、冰乙酸按比例混合而成，各组分体积比例为：发烟硝酸:氢氟酸:冰乙酸=2:1:0.5。
一种半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，使用旋转腐蚀机进行旋转腐蚀，包括以下步骤：
（1）、检查旋转腐蚀机电源线连接情况，并清理旋转腐蚀机上的杂物，将酸液桶安放到位，并检查旋转腐蚀机气路、水路部分是否正常，保证旋转腐蚀机电箱及阀门箱内有正气压；
（2）、根据待腐蚀平板芯片的大小选择旋转腐蚀机相应的卡盘并组装到位，具体是将平板芯片水平卡至芯片卡盘，使阳极钼片上缘与芯片卡盘上边缘齐平；调节旋转腐蚀机喷酸嘴、喷气嘴、喷水嘴的位置及角度，要求喷酸嘴D3轴线在平板芯片台面上缘外圆切线略偏下处，喷水嘴D1轴线在平板芯片台面上缘外圆切线处；喷水嘴D2轴线正对芯片卡盘底部进水孔中心，喷气嘴D4轴线垂直于平板芯片中心，并调好腐蚀时间及旋转速度，具体是根据芯片直径大小设定腐蚀时间在25s-35s范围内，并设定旋转腐蚀机的旋转速度在150-300r/min范围内，然后启动旋转腐蚀机工作；
（3）、喷气嘴D5 安装于旋转腐蚀机的密闭酸液桶中，将旋转腐蚀机喷气嘴D4、D5，喷水嘴D2、喷酸嘴D3依次自动打开，进行芯片台面腐蚀；
（4）、使用去离子水冲洗芯片台面，此时喷酸嘴D3、喷气嘴D5关闭，喷水嘴D1、D2喷水，喷气嘴D4喷气，然后将喷气嘴D4喷气，其余喷嘴关闭，进行甩干处理；
（5）、取出芯片进行烘干处理，然后进行电参数检验，检验合格的合格品则涂硅橡胶保护芯片台面后，再进行进行电参数高、常温检验，电参数高、常温检验合格后的合格品则包装入库；
对于首次电参数检验不合格品，视具体情况或返回首道工序重新台面腐蚀或作次品报废，电参数高、常温检验不合格品，去芯片台面硅橡胶后，返回首道工序重新台面腐蚀。
待腐蚀平板芯片的阴极铝膜面采用吹干燥的压缩空气保护工艺，首先向平板芯片的阴极面吹干燥的压缩空气，压缩气压在0.25-0.30MPa范围内，压缩空气干燥过程流向：空气压缩机产生压缩空气流入装有干燥剂的集气罐，集气罐中压缩空气流入装有干燥剂的干燥塔，干燥塔中压缩空气经过滤球后流入旋转腐蚀机的喷气嘴D4，由喷气嘴D4喷向平板芯片的阴极面。
待腐蚀平板芯片的阳极钼片采用坐水保护工艺，旋转腐蚀机启动时,喷水嘴D2向芯片卡盘底部进水孔不断注水，使上缘与卡盘上边缘齐平的钼片坐在水中，腐蚀过程中不断注入的水与芯片台面上流下的酸液在离心力作用下，被甩入废液收集箱中，从废液导管流出。
本发明台面旋转腐蚀酸配方技术原理如下:
（1）、新配方腐蚀酸液能对平板芯片台面快速腐蚀。在硅质芯片台面腐蚀过程中，化学反应的发生顺序是: 混合酸液中的硝酸与硅发生氧化反应,生成SiO2、NO2↑、H2O在先，混合酸液中的氢氟酸与SiO2反应,生成SiF4↑、H2O在后，因此，腐蚀速度的快慢取决于硝酸的浓度，浓度越高，硝酸与硅发生氧化反应的速度越快。
在新配方腐蚀酸液中，发烟硝酸与芯片台面(硅) 发生快速氧化反应,生成SiO2、NO2↑、H2O;氢氟酸与SiO2反应,生成SiF4↑、H2O；冰乙酸在芯片台面腐蚀中起缓冲作用。采用本腐蚀酸液配方, 腐蚀时间为25s-35s；而用67﹪左右的硝酸,腐蚀时间为100s-150s；腐蚀酸液新配方的腐蚀时间仅为常见腐蚀酸液配方腐蚀时间的1/4。
（2）、新配方腐蚀酸液不腐蚀平板芯片阴极铝膜。发烟硝酸与铝膜不发生化学反应（化学原理：铝能极缓慢地溶于中等浓度的硝酸，但在浓硝酸中是稳定的，硝酸的浓度越高越稳定。如运输发烟硝酸的槽罐采用纯铝制成就是依据此原理）。氢氟酸能与铝发生化学反应，反应条件是铝表面必须被活化。铝表面被活化的条件是表面有水分存在，在芯片台面快速腐蚀中，阴极铝膜处在发烟硝酸及干燥的压缩空气氛围中，属失水状态而无法活化，所以氢氟酸与铝膜也不发生化学反应。
（3）、新配方腐蚀酸液不接触平板芯片阳极钼片。芯片台面快速腐蚀中，阳极钼片始终“坐在”流动的去离子水中，与腐蚀酸液不接触，故阳极钼片不会被腐蚀。
Claims (4)
1.一种半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，其特征在于：半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺中使用有腐蚀酸，所述腐蚀酸是由发烟硝酸、氢氟酸、冰乙酸按比例混合而成，各组分体积比例为：发烟硝酸：氢氟酸：冰乙酸=2：1：0.5；
使用旋转腐蚀机进行旋转腐蚀，包括以下步骤：
（1）、检查旋转腐蚀机电源线连接情况，并清理旋转腐蚀机上的杂物，将酸液桶安放到位，并检查旋转腐蚀机气路、水路部分是否正常，保证旋转腐蚀机电箱及阀门箱内有正气压；
（2）、根据待腐蚀平板芯片的大小选择旋转腐蚀机相应的卡盘并组装到位，具体是将平板芯片水平卡至芯片卡盘，使阳极钼片上缘与芯片卡盘上边缘齐平；调节旋转腐蚀机喷酸嘴、喷气嘴、喷水嘴的位置及角度，要求喷酸嘴D3轴线在平板芯片台面上缘外圆切线略偏下处，喷水嘴D1轴线在平板芯片台面上缘外圆切线处；喷水嘴D2轴线正对芯片卡盘底部进水孔中心，喷气嘴D4轴线垂直于平板芯片中心，并调好腐蚀时间及旋转速度，具体是根据芯片直径大小设定腐蚀时间在25s-35s范围内，并设定旋转腐蚀机的旋转速度在150-300r/min范围内，然后启动旋转腐蚀机工作；
（3）、喷气嘴D5 安装于旋转腐蚀机的密闭酸液桶中，将旋转腐蚀机喷气嘴D4、喷气嘴D5，喷水嘴D2、喷酸嘴D3依次自动打开，进行芯片台面腐蚀；
（4）、使用去离子水冲洗芯片台面，此时喷酸嘴D3、喷气嘴D5关闭，喷水嘴D1、喷水嘴D2喷水，喷气嘴D4喷气，然后将喷气嘴D4喷气，其余喷嘴关闭，进行甩干处理；
（5）、取出芯片进行烘干处理，然后进行电参数检验，检验合格的合格品则涂硅橡胶保护芯片台面后，再进行电参数高、常温检验，电参数高、常温检验合格后的合格品则包装入库；
对于首次电参数检验不合格品，视具体情况或返回首道工序重新台面腐蚀或作次品报废，电参数高、常温检验不合格品，去芯片台面硅橡胶后，返回首道工序重新台面腐蚀。
2.根据权利要求1所述的半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，其特征在于：所述发烟硝酸为浓度在98%以上的发烟硝酸。
3.根据权利要求1所述的半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，其特征在于：待腐蚀平板芯片的阴极铝膜面采用吹干燥的压缩空气保护工艺，首先向平板芯片的阴极面吹干燥的压缩空气，压缩气压在0.25-0.30MPa范围内，压缩空气干燥过程流向：空气压缩机产生压缩空气流入装有干燥剂的集气罐，集气罐中压缩空气流入装有干燥剂的干燥塔，干燥塔中压缩空气经过滤球后流入旋转腐蚀机的喷气嘴D4，由喷气嘴D4喷向平板芯片的阴极面。
4.根据权利要求1所述的半导体硅平板芯片台面旋转腐蚀工艺，其特征在于：待腐蚀平板芯片的阳极钼片采用坐水保护工艺，旋转腐蚀机启动时，喷水嘴D2向芯片卡盘底部进水孔不断注水，使上缘与卡盘上边缘齐平的钼片坐在水中，腐蚀过程中不断注入的水与芯片台面上流下的酸液在离心力作用下，被甩入废液收集箱中，从废液导管流出。
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