本发明专利技术提供了一种掩膜版高精度遮挡半导体芯片门极图形真空镀薄膜加工工艺，通过精确对准门极掩膜版与半导体芯片的门极图形，用耐高温强力磁铁将门极掩膜版固定，通过二次真空镀膜、一次光刻、一次化学腐蚀的工艺方法，本发明专利技术既节省了大量原材料，又缩短了生产周期，同时也消除了由于多次光刻和化学腐蚀带来的工艺误差累加，本发明专利技术具有工艺方法简单、生产周期短、生产精度高、可靠易控制、节约原材料、器件性能优越、产品成品率高等优点。因此本发明专利技术对大功率晶闸管半导体芯片真空镀膜技术将起到革命性的促进作用，将极大地提高成品率，产生巨大的经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率半导体器件制造
，尤其涉及大功率晶闸管半导体芯片真空镀薄膜接触工艺。
技术介绍
众所周知，在大功率晶闸管半导体芯片中，存在三个电极：阳极、阴极和门极。给门阴级之间加一个正的触发信号，可以控制晶闸管的导通；给门阴极之间加一个负的触发信号，可以控制晶闸管的关断。门极和阴极处于半导体芯片的同一面内，两者都集成了半导体集成电路元件,集成电路元件表面处需要覆盖金属薄膜，金属薄膜作为内部电极的欧姆接触和集成电路元件之间的引线。门极集成电路元件表面处覆盖的金属薄膜和阴极集成电路元件表面处覆盖的金属薄膜之间必须实现隔离，隔离分为横向和纵向隔离。横向隔离是指在硅平面内门极与阴极金属薄膜之间要断开；纵向隔离是指阴极与门极之间的金属薄膜之间存在高度差，将来封装在管壳内，使门极悬空于半导体器件管壳内。需要指出的是：不论是横向隔离，还是纵向隔离，隔离间距很小，否则会劣化器件的性能。现有的大功率晶闸管半导体芯片的门极和阴极隔离技术有光刻台阶法和封装垫银片法。光刻台阶法就是利用真空二次镀膜、二次光刻，二次化学腐蚀的原理形成阴极和门极横向20μm的隔离技术和纵向7μm的金属薄膜高度差隔离技术，将来封装在管壳内形成门极悬空状，实现门阴极有效隔离。这种技术的优点有：采用光刻掩膜版、化学腐蚀技术，光刻后线条精细、门阴极横向隔离间距小、精度高；纵向两次真空镀薄膜法纵向隔离间距小、精度高。缺点有：1、二次真空镀薄膜、二次光刻、二次化学腐蚀工艺复杂、工艺过程不受控，而且生产周期长、浪费原材料严重。2、由于第二次真空镀薄膜是在第一次光刻、第一化学腐蚀后工艺基础上进行的。第一次光刻、第一化学腐蚀工艺多采用光刻胶、强酸、强碱等化工材料，极易造成半导体芯片及第一次真空镀膜层的污染，如果第二次真空镀薄膜前处理不干净，极易造成第二次金属薄膜起泡、脱落、缺膜，严重影响器件性能。3、多次使用光刻掩膜版、化学腐蚀工艺会增加工艺难度，会引入累积误差，使门阴极隔离不能可靠地受控，使成品率明显下降。以上三条缺陷，严重劣化大功率晶闸管的性能、降低生产成品率，浪费原材料，增加了工艺难度。造成工艺不受控。封装垫银片法是一种非常粗糙的工艺方法，就是通过一次真空镀薄法、一次光刻、一次化学腐蚀方法实现门极和阴极横向20μm间距的有效隔离；然后在阴极面上垫1mm左右厚度的银片，形成阴极和门极的1mm的高度差，压封在管壳内，实现了阴极和门极横向20μm的隔离间距和纵向1mm的高度差的门阴极悬空隔离状态，实现了门阴极之间有效隔离。这种技术的优点有：横向采用光刻法，光刻后线条精细、门阴极横向隔离间距小、精度高；工艺简单。缺点是：纵向银片不可能做的加工很薄，因此纵向隔离间距很宽，而且由于银片与金属薄膜层之间是层与层的的接触，而不是原子间亲密接触，所以两层之间不能形成良好的欧姆接触，会造成纵向电阻大、瞬态热阻抗大，严重影响器件性能；严重时银片还可能发生跑位，与门极金属薄膜发生短路，造成晶闸管烧毁。目前4英寸以上大功率晶闸管门阴极隔离技术，多采用光刻台阶法。
技术实现思路
本专利技术提供一种掩膜版高精度遮挡半导体芯片门极图形真空镀薄膜加工工艺。本专利技术的技术解决方案是：一种掩膜版高精度遮挡半导体芯片门极图形真空镀薄膜加工工艺，包括下述步骤：A：将半导体芯片(9)放入体积比1:100的氢氟酸混合液ACF和氨水：双氧水：纯水体积比为1：2：5的1#号清洗液中清洗干净，然后将其放入200±2℃充氮气烘箱内，将其烘干；然后将半导体芯片(9)中的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)与强力磁铁(11)图形高精度对准，强力磁铁(11)是镶嵌在模具(13)中，台面图形(6)四周设有档环(12)，利用固定梢(14)将台面档环(12)与模具(13)固定，然后将门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)上的门极图形(1)及放大门极图形(3)高精度对准，放于半导体芯片(9)表面上；利用强力磁铁(11)隔半导体芯片(9)强力吸附门极掩膜版(10)作用，使门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)相对位置固定，至此完成了门极掩膜版(10)高精度掩蔽半导体芯片(9)上的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)；B：将半导体芯片(9)连同门极掩膜版(10)和耐高温强力磁铁(11)整套装置装入真空镀膜机的行星盘中，注意门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)相对位置在行星盘行进中不能发生偏离；在真空条件下，金属铝被激发成气态，以分子的形式均匀分布在蒸发腔内，当遇到带有门极掩膜版(10)和档环(12)的半导体芯片(9)时，会均匀沉积在半导体芯片(9)的表面上和门极掩膜版(10)及档环(12)上，半导体芯片(9)上的阴极图形(5)沉积第一次金属膜(8)，沉积的厚度为20μm±2μm；然后将半导体芯片(9)、门极掩膜版(10)、档环(12)和高温强力磁铁(11)一套卸下，此时半导体芯片(9)只有阴极图形(5)保留了一层第一次金属膜(8)，中心门极图形(1)、放大门极图形(3)和台面图形(6)由于门极掩膜版(10)和档环(12)的遮档作用，并未沉积到金属薄膜，此时完成了阴极图形(5)第一次镀薄膜工艺；C：将经过第一次镀膜工艺后的半导体芯片(9)的台面图形(6)继续用档板(12)遮档，并利用固定梢(14)将台面档环(12)与模具(13)固定，继续装入真空镀膜机的行星盘中，在真空条件下，进行二次镀薄膜，此时半导体芯片(9)的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)、阴极图形(5)的第一次金属膜(8)、档环(12)又均匀镀了第二层金属膜(7)，第二层金属膜(7)的厚度为7μm±2μm，此时由于没有门极掩膜版(10)的遮档作用，中心门极图形(1)及放大门极图形(3)也被镀有一层金属膜(7)，整个阴极图形(5)金属薄膜和放大门极图形(3)金属膜膜层之间形成了20μm±2μm的高度差，而台面图形(6)由于档环(12)的遮档作用，并未沉积上第二层金属膜(7)；D:将经过两次镀薄膜后的半导体芯片(9)传入光刻工艺，作线条的精确刻蚀工艺，将第二层金属膜(7)隔离成中心门极图形(1)金属膜、放大门极图形(3)金属膜和阴极图形(5)金属膜，然后去掉光刻胶，中心门极图形(1)金属膜和放大门极图形(3)金属膜通过隔离线条(2)隔断；放大门极图形(3)金属膜和阴极图形(5)金属膜通过隔离线条(4)隔断，形成独立的阴极结构和门极结构；至此完成了半导体芯片阴极图形和门极图形及放大门极图形镀薄镆工艺。金属膜(7)电阻率为223±5Ω/m，热导率为236±6W/mK，材料为99.999％的AL元素,其厚度为7μm±2μm。金属膜(8)电阻率为223±5Ω/m，热导率为236±6W/mK，材料为99.999％的AL元素,其厚度为20μm±2μm。中心门极图形(1)金属膜与放大门极图形(3)金属膜之间的横向间距(2)为20μm±2μm。放大门极图形(3)金属膜与阴极图形金属膜(5)之间的横向间距(4)20μm±2μm。门极掩膜版(10)必须精确对准半导体芯片(9)的中心门极图形(1)及放大门极图形(3),门极掩膜版(10)周界比半导体芯片(9)的中心门极图形(1)和放大门极图形(3)偏大100μm±10μm；强力磁铁(11)图形隔半导体芯片(9)处于门极掩膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掩膜版高精度遮挡半导体芯片门极图形真空镀薄膜加工工艺，其特征在于：包括下述步骤：A：将半导体芯片(9)放入体积比1:100的氢氟酸混合液ACF和氨水：双氧水：纯水体积比为1：2：5的1#号清洗液中清洗干净，然后将其放入200±2℃充氮气烘箱内，将其烘干；然后将半导体芯片(9)中的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)与强力磁铁(11)图形高精度对准，强力磁铁(11)是镶嵌在模具(13)中，台面图形(6)四周设有档环(12)，利用固定梢(14)将台面档环(12)与模具(13)固定，然后将门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)上的门极图形(1)及放大门极图形(3)高精度对准，放于半导体芯片(9)表面上；利用强力磁铁(11)隔半导体芯片(9)强力吸附门极掩膜版(10)作用，使门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)相对位置固定，至此完成了门极掩膜版(10)高精度掩蔽半导体芯片(9)上的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)；B：将半导体芯片(9)连同门极掩膜版(10)和耐高温强力磁铁(11)整套装置装入真空镀膜机的行星盘中，注意门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)相对位置在行星盘行进中不能发生偏离；在真空条件下，金属铝被激发成气态，以分子的形式均匀分布在蒸发腔内，当遇到带有门极掩膜版(10)和档环(12)的半导体芯片(9)时，会均匀沉积在半导体芯片(9)的表面上和门极掩膜版(10)及档环(12)上，半导体芯片(9)上的阴极图形(5)沉积第一次金属膜(8)，沉积的厚度为20μm±2μm；然后将半导体芯片(9)、门极掩膜版(10)、档环(12)和高温强力磁铁(11)一套卸下，此时半导体芯片(9)只有阴极图形(5)保留了一层第一次金属膜(8)，中心门极图形(1)、放大门极图形(3)和台面图形(6)由于门极掩膜版(10)和档环(12)的遮档作用，并未沉积到金属薄膜，此时完成了阴极图形(5)第一次镀薄膜工艺；C：将经过第一次镀膜工艺后的半导体芯片(9)的台面图形(6)继续用档板(12)遮档，并利用固定梢(14)将台面档环(12)与模具(13)固定，继续装入真空镀膜机的行星盘中，在真空条件下，进行二次镀薄膜，此时半导体芯片(9)的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)、阴极图形(5)的第一次金属膜(8)、档环(12)又均匀镀了第二层金属膜(7)，第二层金属膜(7)的厚度为7μm±2μm，此时由于没有门极掩膜版(10)的遮档作用，中心门极图形(1)及放大门极图形(3)也被镀有一层金属膜(7)，整个阴极图形(5)金属薄膜和放大门极图形(3)金属膜膜层之间形成了20μm±2μm的高度差，而台面图形(6)由于档环(12)的遮档作用，并未沉积上第二层金属膜(7)；D:将经过两次镀薄膜后的半导体芯片(9)传入光刻工艺，作线条的精确刻蚀工艺，将第二层金属膜(7)隔离成中心门极图形(1)金属膜、放大门极图形(3)金属膜和阴极图形(5)金属膜，然后去掉光刻胶，中心门极图形(1)金属膜和放大门极图形(3)金属膜通过隔离线条(2)隔断；放大门极图形(3)金属膜和阴极图形(5)金属膜通过隔离线条(4)隔断，形成独立的阴极结构和门极结构；至此完成了半导体芯片阴极图形和门极图形及放大门极图形镀薄镆工艺。...
【技术特征摘要】
1.一种掩膜版高精度遮挡半导体芯片门极图形真空镀薄膜加工工艺，其特征在于：包括下述步骤：A：将半导体芯片(9)放入体积比1:100的氢氟酸混合液ACF和氨水：双氧水：纯水体积比为1：2：5的1#号清洗液中清洗干净，然后将其放入200±2℃充氮气烘箱内，将其烘干；然后将半导体芯片(9)中的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)与强力磁铁(11)图形高精度对准，强力磁铁(11)是镶嵌在模具(13)中，台面图形(6)四周设有档环(12)，利用固定梢(14)将台面档环(12)与模具(13)固定，然后将门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)上的门极图形(1)及放大门极图形(3)高精度对准，放于半导体芯片(9)表面上；利用强力磁铁(11)隔半导体芯片(9)强力吸附门极掩膜版(10)作用，使门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)相对位置固定，至此完成了门极掩膜版(10)高精度掩蔽半导体芯片(9)上的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)；B：将半导体芯片(9)连同门极掩膜版(10)和耐高温强力磁铁(11)整套装置装入真空镀膜机的行星盘中，注意门极掩膜版(10)与半导体芯片(9)相对位置在行星盘行进中不能发生偏离；在真空条件下，金属铝被激发成气态，以分子的形式均匀分布在蒸发腔内，当遇到带有门极掩膜版(10)和档环(12)的半导体芯片(9)时，会均匀沉积在半导体芯片(9)的表面上和门极掩膜版(10)及档环(12)上，半导体芯片(9)上的阴极图形(5)沉积第一次金属膜(8)，沉积的厚度为20μm±2μm；然后将半导体芯片(9)、门极掩膜版(10)、档环(12)和高温强力磁铁(11)一套卸下，此时半导体芯片(9)只有阴极图形(5)保留了一层第一次金属膜(8)，中心门极图形(1)、放大门极图形(3)和台面图形(6)由于门极掩膜版(10)和档环(12)的遮档作用，并未沉积到金属薄膜，此时完成了阴极图形(5)第一次镀薄膜工艺；C：将经过第一次镀膜工艺后的半导体芯片(9)的台面图形(6)继续用档板(12)遮档，并利用固定梢(14)将台面档环(12)与模具(13)固定，继续装入真空镀膜机的行星盘中，在真空条件下，进行二次镀薄膜，此时半导体芯片(9)的中心门极图形(1)及放大门极图形(3)、阴极图形(5)的第一次金属膜(8)、档环(12)又均匀镀了第二层金属膜(7)，第二层金属膜(7)的厚度为7μm±2μm，此时由于没有门极掩膜版(10)...
【专利技术属性】
技术研发人员：高山城，郭永忠，马宁强，赵卫，赵涛，
申请(专利权)人：西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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