一种快恢复二极管的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种集成门极换流晶闸管配套用快恢复二极管的制备方法，包括如下步骤：1)对N型硅圆片的任意一面进行抛光处理；2)进行铝预沉积，在所述硅圆片抛光面进行硼离子注入，并进行氧化推进工艺，使硅圆片内形成P+PNP型纵向结构；3)研磨所述硅圆片的未抛光面，使硅圆片内部形成P+PN型纵向结构；4)在所述硅圆片的N型侧进行磷杂质掺杂扩散，使硅圆片内部形成P+PNN+型纵向结构；5)在所述硅圆片表面蒸发铝层，形成引出电极，进行合金化工艺，使铝、硅间形成欧姆接触；6)在芯片阳极面进行质子辐照；7)将芯片阳极面与钼片键合到一起；8)进行造型，并进行保护处理；9)进行电子辐照。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工业元件的制备方法，尤其涉及一种二极管的制备方法。
技术介绍
实际应用中，IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor，集成门极换流晶 闸管）配套用FRD(Fast Recovery Diode，快恢复二极管）需要承受较高的正向电流下降 率-diF/dt (-般可达-500~_5000Α/μ s)、具备快速关断能力、反向恢复时间trr短（一般 为2~10 μ s)及较软的反向恢复特性（软度因子S彡0. 8)。虽然市场上存在很多种IGBT 配套用FRD，但其额定电压及额定电流都偏小，无法满足IGCT的应用需求；而快速晶闸管配 套用FRD的额定电压、额定电流虽然能够满足IGCT的应用需求，但其正向电流下降率-di F/ dt承受能力低且软度因子过小，与IGCT配套使用时极易损坏，FRD的失效会引起电路中的 IGCT损坏，因此，也不能满足IGCT的应用需求。IGCT配套用的FRD绝大部分是全压接型 FRD，但随着应用功率等级越来越高，工况更加苛刻，全压接型FRD的可靠性急剧降低，极易 失效，严重降低了变流器的可靠性、安全性，增加了维护成本。 快恢复二极管（FRD)的芯片一般采用PIN型结构。由于基区薄，反向恢复电荷少， 不仅大大缩短了 trr值，降低了正向压降VFM，且能承受较高的反向电压VRRM。FRD还有其它 一些结构，如PINN +,基本为PIN及其衍生结构。 市场上的IGCT配套用快恢复二极管，绝大部分都采用全压接型结构，全压接型快 恢复二极管（FRD)存在如下缺点：由于结构限制，器件的散热能力有限，反向恢复过程中， 易造成芯片局部过热，导致芯片失效，当应用电路的功率不断增大时，全压接型FRD的失效 率急剧增加；全压接型FRD -般施以较大剂量的电子辐照以降低器件的反向恢复损耗，但 会造成FRD的软度因子S降低，当正向电流下降率-diF/dt较大时，反向恢复过程中，器件 易发生震荡继而失效；提高器件的软度因子S时，会造成器件的反向恢复损耗增大，折中考 虑上述参数，无法将软度因子S提高到更大值，从而导致器件的反向恢复峰值电压V rm过大， 易造成器件击穿。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种全新的IGCT配套用低 温键合快恢复二极管的制造方法，该FRD(低温键合型FRD)采用阳极键合工艺，与全压接 型FRD相比，本专利技术所涉及的FRD具有更强的散热能力，不会发生局部过热损坏，从而提高 了器件的工作结温，能够应用于更高功率的电路中；散热能力的增强，使器件能够承受更 大的反向恢复损耗，因此，可以设法将器件的软度因子S提高到更大值，相同正向电流下降 率-di F/dt作用下，该器件的反向恢复峰值电压Vrm更小，使之能够承受更大的正向电流下 降率-di F/dt。相同应用条件下，本专利技术所涉及的FRD具有更高的可靠性，且可以应用于条 件更为苛刻的应用中而不失效，其散热能力更强、可承受的单位面积电流密度更大、工作结 温更高、正向电流下降率_di F/dt承受能力更强、反向恢复特性更软，能够满足IOMff以上变 流器中的IGTC配套应用需求，且应用中，其可靠性远高于全压接型FRD。 本专利技术的一个目的在于，提供了一种集成门极换流晶闸管配套用快恢复二极管的 制备方法，包括如下步骤： 1)对N型硅圆片的任意一面进行抛光处理，所述N型硅圆片的抛光面为芯片阳极 面； 2)进行铝预沉积，在进行铝预沉积之前或之后，在所述硅圆片的抛光面进行硼离 子注入，并进行氧化推进工艺，使硅圆片内形成P +PNP型纵向结构； 3)研磨所述硅圆片的未抛光面，将所述硅圆片减薄到预设的厚度，使硅圆片内部 形成P +PN型纵向结构； 4)在所述硅圆片的N型侧进行磷杂质掺杂扩散，使硅圆片内部形成P+PNN +型纵向 结构； 5)在所述硅圆片表面蒸发铝层，形成引出电极，在所述硅圆片表面蒸发铝层之后， 进行合金化工艺，使铝、硅间形成欧姆接触； 6)在芯片阳极面进行质子辐照，以调节少子寿命和/或芯片的软度因子S ; 7)在一定温度、压力下，将芯片阳极面与钼片键合到一起，得到芯片半成品； 8)对步骤7)制得的芯片半成品进行造型、优选进行结终端造型、更优选进行台面 造型，并进行保护处理，形成完整的芯片； 9)对步骤8)制得的完整的芯片进行电子辐照，得到芯片终产物。 -方面，本专利技术采用了阳极侧的质子辐照工艺。 IGCT对配套FRD的反向恢复特性要求是既快又软，"快"是指反向恢复时间trr短， trr的长短直接关系到器件的开关损耗和工作频率，而"软"是指反向恢复时的软度因子S 要大于〇. 8,否则FRD反向恢复过程中，容易产生高dv/dt及尖峰电压，致使FRD及IGCT器 件失效。 质子辐照为将氢原子离化加速后射靶的技术，可以控制硅圆片的局部少数载流子 寿命。电子辐照为将硅圆片置于辐照场中，通过电子轰击，使硅圆片内部形成复合中心，达 到控制少子寿命的目的。一般FRD多采用电子辐照、重金属掺杂工艺，重金属掺杂或电子辐 照后的FRD的软度因子S -般小于0. 8。本专利技术采用质子辐照工艺，质子辐照后的FRD的软 度因子一般会大于1。 质子辐照的缺陷峰值深度随辐照能量的改变而变化，很容易实现FRD器件的局部 少子寿命控制。通过质子辐照，可使芯片在纵向方向上的少子寿命呈一定的梯度分布，而不 是均匀分布，从而增大了器件反向恢复时的软度因子S。 质子辐照的区域位于芯片阳极侧时，对FRD器件软度的调节作用最为显著，且所 需的辐照能量较小，使器件达到设计参数的同时能够降低制造成本。因此，在芯片阳极低温 键合工艺前，对芯片进行质子辐照，调节芯片局部区域的少子寿命，以增大器件的软度因子 S0 另一方面，本专利技术采用了低温键合工艺。 IGCT配套FRD在应用过程中会产生极高的功率损耗，全压接型FRD受其结构限制， 散热能力有限，应用过程中，极易由于局部区域过热而造成器件性能下降，继而失效。为了 降低反向恢复损耗，全压接型FRD通常需要较大剂量的电子辐照，其后果是无法将器件的 软度因子S调整到更大的值，导致器件在反向恢复过程中易发生振荡。低温键合型FRD散 热能力的增强，使器件能够承受更大的反向恢复损耗，可以设法将器件的软度因子S提高 到更大值，达到提高器件的正向电流下降率_di F/dt承受能力的目的。 低温键合工艺：在一定温度、压强下，将芯片阳极面与钼片的键合面压接到一起。 该FRD键合层的空洞率为零，阳极钼片与芯片的结合更为紧密，具有极强的散热能力，芯片 不存在局部过热现象，功率损耗不再是其参数进一步优化的泮脚石。芯片制造中，可以降低 电子辐照剂量，以进一步增大器件的软度因子S，降低器件的反向恢复峰值电压V rm，并降低 器件在反向恢复过程中发生振荡的概率，从而提高器件的应用可靠性。 本专利技术的一个【具体实施方式】的流程如图1所示。 在本专利技术的一个优选的实施方式中，步骤1)中所选用的N型硅圆片根据不同电 压、电流等级的器件所选用单晶的电阻率、厚度、直径等不同。在本专利技术的一个优选的实施 方式中，步骤1)中所选用的N型硅圆片为根据不同电压、电流等级的器件而选用的合适的 N型硅圆片。抛光处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成门极换流晶闸管配套用快恢复二极管的制备方法，包括如下步骤：1)将N型硅圆片的任意一面进行抛光处理，所述N型硅圆片的抛光面为芯片阳极面；2)进行铝预沉积，在进行铝预沉积之前或之后，在所述硅圆片的抛光面进行硼离子注入，并进行氧化推进工艺，使硅圆片内形成P+PNP型纵向结构；3)研磨所述硅圆片的未抛光面，将所述硅圆片减薄到预设的厚度，使硅圆片内部形成P+PN型纵向结构；4)在所述硅圆片的N型侧进行磷杂质掺杂扩散，使硅圆片内部形成P+PNN+型纵向结构；5)在所述硅圆片表面蒸发铝层，形成引出电极，在所述硅圆片表面蒸发铝层之后，进行合金化工艺，使铝、硅间形成欧姆接触；6)在芯片阳极面进行质子辐照，以调节少子寿命和/或芯片的软度因子S；7)在一定温度、压力下，将芯片阳极面与钼片键合到一起，得到芯片半成品；8)对步骤7)制得的芯片半成品进行造型、优选进行结终端造型、更优选进行台面造型，并进行保护处理，形成完整的芯片；9)对步骤8)制得的完整的芯片进行电子辐照，得到芯片终产物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭润庆，陈芳林，颜骥，高建宁，蒋谊，彭文华，陈勇民，邱凯兵，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43