本发明专利技术涉及一种基于扩散工艺具有双缓冲层结构的快恢复二极管芯片制造方法，在制造过程中，减少反向恢复电荷和反向恢复时间、抑制反向恢复峰值电流作用。二极管阴极采用磷深扩散方式形成，扩散形成的阴极结构为N+N结构，N区实际上是一个缓冲层，起到阻挡空间电荷区的扩展、缩短基区宽度、降低正向通态压降的作用；二极管反向时，N‑N与NN+界面的电场减缓载流子反向抽取速度，使得有更多的电荷用于复合，从而使恢复特性得到软化。采用本发明专利技术制造方法，快恢复二极管芯片的阳极和阴极均采用扩散方式形成，结合铂扩散少子寿命控制技术，制造工艺流程简单，可以用来制造成本低、耐压高、恢复时间短且具有软恢复特性的快恢复二极管芯片。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于扩散工艺具有双缓冲层快恢复二极管芯片制造方法，即一种基于扩散工艺双缓冲层的快恢复二极管芯片制造方法，属于功率半导体器件领域。
技术介绍
快恢复二极管由于具有开关性能好、反向恢复时间短、正向电流大、反向耐压高、体积小、安装简便等优点，广泛地应用于脉宽调制器、开关电源、不间断电源等装置中，作高频、高压、大电流整流、续流及保护用，已成为应用装置中不可或缺的组成部分。现代电子应用装置对快恢复二极管性能的主要要求有：反向恢复时间要短，以减小二极管开关损耗的提高电路工作频率；反向恢复软度要大，以减小反向恢复峰值电流、提高器件乃至整个装置可靠性；正向压降要小，以减小二极管的通态损耗；反向漏电流要小，以减小断态损耗；芯片性价比要高，以降低整个装置的成本。对于台面快恢复二极管，器件结构如图1所示。目前比较快捷的制造方法是选用P+NN+结构的硅三层外延材料，包括选取硅外延材料、高温扩散、台面腐蚀、铂扩散、减薄、金属化等工序。采用P+NN+型外延片作为原始硅片，虽然缩短了扩散时间，简化了工艺，但其不足之处是：(1)高压快恢复二极管对外延材料参数指标要求高，要求厚外延、低电阻率(如对于高压快恢复二极管，材料中P+层电阻率通常要求0.001Ω·cm，P+层厚度要求100μm左右，N层材料电阻率要求1～200Ω·cm，厚度1～400μm)外延技术难度大，因此不利于制造高压快恢复二极管芯片；(2)采用P+NN+型外延材料制作的二极管pn结属于突变结，二极管反向恢复时载流子反向抽出速度快、用于复合的载流子
较少，因此采用这种处延结构制作的快恢复二极管芯片反向恢复峰值电流大，属于硬恢复；(3)目前国产厂家三层外延材料不能满足设计要求，采用进品材料成本高，采购周期长，芯片性价比低。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于扩散工艺的快恢复二极管制造方法，本专利技术中选用传统的N型单抛硅单片作为衬底材料，采用成熟的扩散工艺容易形成结深100μm、低电阻率的阳极区，尤其适合制作高压快恢复二极管芯片。同时扩散形成的阳极结构为P+P结构，阳极中P区使二极管正向导通时阳极发射效率降低，起减少反向恢复电荷和反向恢复时间、抑制反向恢复峰值电流、提高反向恢复软度作用。本专利技术原材料采用单抛硅单晶片，材料成本较低。国此采用本专利技术可以用来制造成本低、耐压高、恢复时间短且具有软恢复特性的快恢复二极管芯片。本专利技术涉及一种基于扩散工艺具有双缓冲层结构的快恢复二极管芯片制造方法，在制造过程中，二极管阳极采用硼扩散方式形成，扩散形成的阳极结构为P+P结构，阳极中P区使二极管正向导通时阳极发射效率降低，起减少反向恢复电荷和反向恢复时间、抑制反向恢复峰值电流作用。二极管阴极采用磷深扩散方式形成，扩散形成的阴极结构为N+N结构，N区实际上是一个缓冲层，起到阻挡空间电荷区的扩展、缩短基区宽度、降低正向通态压降的作用；二极管反向时，N-N与NN+界面的电场减缓载流子反向抽取速度，使得有更多的电荷用于复合，从而使恢复特性得到软化。采用本专利技术制造方法，快恢复二极管芯片的阳极和阴极均采用扩散方式形成，结合铂扩散少子寿命控制技术，制造工艺流程简单，可以用来制造成本低、耐压高、恢复时间短且具有软恢复特性的快恢复二极管芯片。本专利技术的技术解决方案是：一种基于硅单晶具有双缓冲层的快恢复二极管芯片制造方法，包括以下步骤：(1)以N型硅单晶片为基底材料，在该N型硅单晶片的非抛光面(硅单晶包
括正面和背面，这里非抛光面是指不光滑面，也就是毛面)依此淀积氧化层和氮化硅层，然后以掺硼乳胶作为杂质源，在1100℃～1250℃下对N型硅单晶进行硼扩散，时间为10h～20h，在N型硅单晶片的抛光面形成二极管阳极，即使N型硅单晶片形成带有二极管阳极的N型硅单晶片；(2)腐蚀掉步骤(1)中带有二极管阳极的N型硅单晶片的非抛光面氧化层和氮化硅层，再在N型硅单晶片的抛光面(即正面，光滑表面)依此淀积氧化层和氮化硅层，然后对步骤(1)带有二极管阳极的N型硅单晶片非抛光面进行三氯氧磷扩散，扩散温度为1100℃～1250℃，扩散时间10h～30h，在N型硅单晶的非抛光面形成二极管阴极，即使步骤(1)带有二极管阳极的N型硅单晶片形成带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片；至此形成具有双缓冲层二极管器件纵向杂质浓度分布图如图3所示。(3)对步骤(2)的带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片的抛光面进行光刻，接着采用湿法腐蚀工艺在带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片的抛光面形成硅槽结构，最后采用干法刻蚀工艺去掉N型硅单晶片抛光面的氧化硅层和氮化硅层；(4)对步骤(3)得到的带有硅槽结构的N型硅单晶片抛光面依次淀积磷硅玻璃、氧化层作为钝化层，或者依次淀积氧化层、氮化硅层作为钝化层；(5)对经步骤(4)处理后的带有钝化层的硅槽结构(硅槽的凹陷使N型硅单晶片剩余没有凹陷部分形成了硅台面)进行光刻、腐蚀形成阳极接触窗口，然后对带有接触窗口的N型硅单片抛光面进行金属铂淀积，然后在850℃～1000℃高温下进行扩散，扩散时间10min～60min；(6)对经步骤(5)的N型硅单片抛光面进行金属淀积，然后进行光刻、腐蚀后形成阳极金属电极，得到带有阳极金属电极的硅槽结构；(7)将步骤(6)处理后的带有阳极金属电极的硅槽结构的N型单抛硅单晶片(圆片)非抛光面进行减薄；(8)对经步骤(7)减薄后的带有阳极金属电极硅槽结构的N型单抛硅单晶
片(圆片)的非抛光面进行金属淀积，形成阴极金属电极，完成了具有双缓冲层的快恢复二极管的制造。所述步骤(1)中N型硅单晶片为单抛硅单晶片厚度为450μm～525μm，电阻率为40Ω·cm～200Ω·cm；淀积氧化层厚度为0.4～1μm，淀积氮化硅层厚度0.6μm～1.5μm。所述步骤(2)中的淀积氧化层厚度为0.4μm～1μm，淀积氮化硅层厚度0.6μm～1.5μm。所述步骤(3)中硅台面结构的台面高度H为50μm～100μm。所述步骤(5)中对N型硅单晶片抛光面进行金属铂淀积采用铂金属扩散，缩短器件反向恢复时间，使二极管实现快恢复特性。所述步骤(5)中钝化层的厚度为1.0μm～3.0μm。所述步骤(6)中形成阳极金属电极的具体方法为：首先对带有钝化层的硅槽结构进行光刻、腐蚀，形成阳极欧姆接触窗口，接着依次蒸发淀积钛、镍、银金属层，钛、镍、银金属层的总厚度为1.0μm～3.0μm，然后光刻、腐蚀钛、镍、银金属层，形成阳极金属电极。所述步骤(7)中减薄之后圆片的总厚度为200μm～300μm。所述步骤(8)中淀积的金属依次为钛、镍、银金属层，总厚度为1.0～3.0μm，形成阴极金属电极。采用本专利技术制造方法，快恢复二极管芯片的阳极和阴极均采用扩散方式形成，工艺步骤简单，可以用来制造成本低、耐压高、恢复时间短且具有软恢复特性的快恢复二极管芯片。采用本专利技术制造的快恢复二极管采用扩散工艺形成双缓冲层结构，在反向恢复时间减小的同时，降低了反向恢复峰值电流，同时具有软恢复特性，本方法可推广应用到反向击穿电压在1200～3300V的台面快恢复二极管芯片的制造中。(1)本专利技术快恢复二极管制造方法中，器件阳极区域采用掺硼乳胶源或固态\本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于硅单晶具有双缓冲层的快恢复二极管芯片制造方法，其特征在于包括以下步骤：(1)以N型硅单晶片为基底材料，在该N型硅单晶片的非抛光面依此淀积氧化层和氮化硅层，然后以掺硼乳胶作为杂质源，在1100℃～1250℃下对N型硅单晶抛光面进行硼扩散，时间为10h～20h，在N型硅单晶片的抛光面形成二极管阳极，即使N型硅单晶片形成带有二极管阳极的N型硅单晶片；(2)腐蚀掉步骤(1)中带有二极管阳极的N型硅单晶片非抛光面氧化层和氮化硅层，再在N型硅单晶片的抛光面依次淀积氧化层和氮化硅层，然后对步骤(1)带有二极管阳极的N型硅单晶片非抛光面进行三氯氧磷扩散，扩散温度为1100℃～1250℃，扩散时间10h～30h，在N型硅单晶的非抛光面形成二极管阴极，即使步骤(1)带有二极管阳极的N型硅单晶片形成带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片；(3)对步骤(2)的带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片的抛光面进行光刻，接着采用湿法腐蚀工艺在带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片抛光面形成硅槽结构，最后采用干法刻蚀工艺去掉N型硅单晶片抛光面的氧化硅层和氮化硅层；(4)在步骤(3)得到的去掉上氧化硅层和氮化硅层的硅槽结构的表面依次淀积磷硅玻璃、氧化层作为钝化层，或者依次淀积氧化层、氮化硅层作为钝化层；(5)对经步骤(4)处理后的带有钝化层的硅槽结构进行光刻、腐蚀形成阳极接触窗口，然后对带有接触窗口的N型硅单晶片抛光面进行金属铂淀积，然后在850℃～1000℃下进行高温扩散，扩散时间10min～60min；(6)对经步骤(5)高温扩散的N型硅单晶片抛光面淀积金属，然后进行光刻、腐蚀后形成阳极金属电极，得到带有阳极金属电极的硅槽结构的N型硅单晶片；(7)对经步骤(6)处理后的带有阳极金属电极的硅槽结构的N型硅单晶片非抛光面进行减薄；(8)对经步骤(7)减薄后的带有阳极金属电极的硅槽结构的N型硅单晶片非抛光面进行金属淀积，形成阴极金属电极，完成了具有双缓冲层的快恢复二极管的制造。...
【技术特征摘要】
1.一种基于硅单晶具有双缓冲层的快恢复二极管芯片制造方法，其特征在于包括以下步骤：(1)以N型硅单晶片为基底材料，在该N型硅单晶片的非抛光面依此淀积氧化层和氮化硅层，然后以掺硼乳胶作为杂质源，在1100℃～1250℃下对N型硅单晶抛光面进行硼扩散，时间为10h～20h，在N型硅单晶片的抛光面形成二极管阳极，即使N型硅单晶片形成带有二极管阳极的N型硅单晶片；(2)腐蚀掉步骤(1)中带有二极管阳极的N型硅单晶片非抛光面氧化层和氮化硅层，再在N型硅单晶片的抛光面依次淀积氧化层和氮化硅层，然后对步骤(1)带有二极管阳极的N型硅单晶片非抛光面进行三氯氧磷扩散，扩散温度为1100℃～1250℃，扩散时间10h～30h，在N型硅单晶的非抛光面形成二极管阴极，即使步骤(1)带有二极管阳极的N型硅单晶片形成带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片；(3)对步骤(2)的带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片的抛光面进行光刻，接着采用湿法腐蚀工艺在带有二极管阳极和阴极的N型硅单晶片抛光面形成硅槽结构，最后采用干法刻蚀工艺去掉N型硅单晶片抛光面的氧化硅层和氮化硅层；(4)在步骤(3)得到的去掉上氧化硅层和氮化硅层的硅槽结构的表面依次淀积磷硅玻璃、氧化层作为钝化层，或者依次淀积氧化层、氮化硅层作为钝化层；(5)对经步骤(4)处理后的带有钝化层的硅槽结构进行光刻、腐蚀形成阳极接触窗口，然后对带有接触窗口的N型硅单晶片抛光面进行金属铂淀积，然后在850℃～1000℃下进行高温扩散，扩散时间10min～60min；(6)对经步骤(5)高温扩散的N型硅单晶片抛光面淀积金属，然后进行光刻、腐蚀后形成阳极金属电极，得到带有阳极金属电极的硅槽结构的N型硅单晶片；(7)对经步骤(6)处理后的带有阳极金属电极的硅槽结构的N型硅单晶片
\t非抛光面进行减薄；(8)对经步骤(7)减薄后的带有阳极金属电极的硅槽结构的N型硅单晶片非抛光面进行金属淀积，形成阴极金属电极，完成了具有双缓冲层的快恢复二极管的制造。2.根据权利要求1所述的一种基于硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵元富，姚全斌，殷丽，王传敏，刘学明，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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