一种抗单粒子烧毁效应整流二极管及其加固制备方法技术

本发明专利技术提供一种抗单粒子烧毁效应整流二极管及其加固制备方法，旨在提升航天器用高压快恢复整流二极管抗辐照能力，为新一代航天器提供元器件保障。针对高能粒子辐照下高压快恢复整流二极管容易在主结边缘处形成失效点这一现象，本发明专利技术提出主结边缘局域载流子寿命控制技术，利用高能氦离子注入在主结边缘处形成局域晶格损伤从而引入额外复合中心，提高主结边缘处载流子的复合效率，从而降低主结边缘处的电流密度和热量累积，实现高压快恢复整流二极管抗辐照能力提升目的。本发明专利技术提出的高压快恢复整流二极管抗辐照加固制备方法具有工艺制备流程简单、技术成熟、抗辐照加固效果显著、可同时兼顾器件电学性能等技术优势，具有较高的应用价值。的应用价值。的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种抗单粒子烧毁效应整流二极管及其加固制备方法


[0001]本专利技术涉及一种抗单粒子烧毁效应整流二极管的加固制备方法，适用于航天器用高压快恢复整流二极管抗辐照能力提升，属于高压快恢复整流二极管抗辐照加固制备


技术介绍

[0002]新一代长寿命卫星将采用电推进技术，为了提高性能，降低重量，需要使用高压快恢复整流二极管。与此同时，航天器电源系统减重也对高压功率器件提出了应用需求。高压快恢复整流二极管已成为新一代航天器急需使用的关键元器件。早期卫星型号应用中对高压快恢复整流二极管的反向击穿电压要求不高，一般认为对单粒子烧毁不敏感，但随着电推进等技术对高压快恢复整流二极管的反向击穿电压提出了更高的要求，高反偏电压下带来的单粒子烧毁问题已成为制约高压快恢复整流二极管型号应用的瓶颈之一，急需解决攻关。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：针对高压快恢复整流二极管抗辐照能力无法满足宇航应用需求的问题，克服现有工艺制备流程的不足，提供一种抗单粒子烧毁效应整流二极管的加固制备方法，提升高压快恢复整流二极管的抗辐照能力，为新一代航天器提供元器件保障。
[0004]本专利技术的技术解决方案是：一种抗单粒子烧毁效应整流二极管，所述二极管的主结区边缘区域为氦离子注入区，所述的主结区边缘区域是指主结区形成过程中在边缘产生的非平面结区域。
[0005]所述氦离子注入区中氦离子的注入能量为630KeV～700KeV，注入剂量为1e14cm
‑2～5e14cm
‑2。/>[0006]本专利技术的另一个技术方案是:一种抗单粒子烧毁效应整流二极管的加固制备方法，该方法包括如下步骤：
[0007]S1、场氧化层生长：在N
+
硅衬底上生长N
‑
硅外延层，并在N
‑
硅外延层表面生长场氧化层；
[0008]S2、P
+
场限环和主结区域形成：在N
‑
硅外延层内部形成P
+
场限环和主结区域；
[0009]S3、氦离子注入：在主结区边缘区域注入氦离子并激活；
[0010]S4、正面金属化：在P
+
主结区域表面形成阳极金属接触；
[0011]S5、背面金属化：在N
+
硅衬底背面形成阴极金属接触。
[0012]优选地，所述步骤S1的场氧化层生长的具体步骤为：
[0013]A1.1、N
‑
外延生长：在N
+
硅衬底上生长一层N
‑
硅外延层；N
‑
硅外延层用于在其内部形成场限环和主结区域；
[0014]A1.2、场氧化前硅片表面清洗：将步骤A1.1形成的硅片，进行RCA清洗，在清除硅片
表面自然氧化硅的同时将硅片表面的杂质尘粒、有机物和金属离子去除；
[0015]A1.3、硅片表面场氧化层生长：采用干
‑
湿
‑
干三步热氧化法，在清洗后的硅片表面生长一层场氧化层，形成的场氧化层厚度为
[0016]优选地，所述步骤S2的P
+
场限环和主结区域形成的具体步骤为：
[0017]A2.1、P
+
硼注入光刻：采用光刻工艺，将光刻掩膜版上的图案转移到光刻胶上，形成P
+
硼注入窗口区域；所述P
+
硼注入窗口区域为P
+
场限环和主结区域；
[0018]A2.2、湿刻腐蚀场氧化层和光刻胶：在P
+
硼注入窗口区域中进行湿刻腐蚀，去除N
‑
硅外延层表面对应区域生长的场氧化层，并去除剩余光刻胶；
[0019]A2.3、离子注入保护氧化前表面清洗：对步骤A2.2腐蚀后的硅片表面进行清洗；
[0020]A2.4、离子注入保护氧化层生长：将清洗后的硅片置于氧化炉中生长，在P
+
硼注入窗口区域生长一层保护氧化层，保护氧化层的厚度为
[0021]A2.5、P
+
硼离子注入：在P
+
硼注入窗口区域注入硼离子，硼离子的注入剂量为1e15cm
‑2～6e15cm
‑2，注入能量为75KeV～85KeV，在N
‑
硅外延层内部形成P
+
N
‑
结；
[0022]A2.6、湿刻腐蚀离子注入保护氧化层：去除P
+
硼注入窗口区域的离子注入保护氧化层；
[0023]A2.7、离子推进前表面清洗：对步骤A2.6之后形成的硅片进行表面清洗；
[0024]A2.8、离子推进：将步骤A2.7清洗后的硅片置于扩散炉中进行扩散，使得P
+
N
‑
结的结深增加，同时激活注入的硼离子，形成P
+
场限环和P
+
主结区域。
[0025]优选地，所述步骤S3的氦离子注入的具体步骤为：
[0026]A3.1、N
‑
外延层表面热氧化层生长：采用干
‑
湿
‑
干三步热氧化法，在N
‑
外延层表面生长一层热氧化层；
[0027]A3.2、氦注入光刻：采用光刻工艺，将光刻掩膜版上的图案转移到光刻胶上，形成氦注入窗口区域；所述氦注入窗口区域为P
+
主结区边缘区域；
[0028]A3.3、湿刻腐蚀热氧化层：在氦注入窗口区域中进行湿刻腐蚀，去除N
‑
硅外延层表面对应区域生长的热氧化层；
[0029]A3.4、氦离子注入：在氦注入窗口区域进行氦离子注入，氦离子注入剂量为1e14cm
‑2～5e14cm
‑2，注入能量为630KeV～700KeV，在氦注入窗口区域引入局域晶格损伤，实现局域载流子寿命控制；
[0030]A3.5、湿刻腐蚀光刻胶：将硅片进行湿刻腐蚀，利用剥离液去除剩余的光刻胶；
[0031]A3.6、杂质激活，即：激活注入的氦离子。
[0032]优选地，所述步骤S4的正面金属化的具体步骤为：
[0033]A4.1、N
‑
外延层表面热氧化层生长：采用干
‑
湿
‑
干三步热氧化法，在N
‑
外延层表面淀积一层热氧化层；
[0034]A4.2、正面金属接触窗口光刻：采用光刻工艺，将光刻掩膜版上的图案转移到光刻胶上，在P+主结区上方形成正面金属接触窗口区域；
[0035]A4.3、湿刻腐蚀热氧化层和光刻胶，将步骤A4.2处理后的硅片进行湿刻腐蚀，去除正面金属接触窗口区域淀积的热氧化层，并用剥离液去除剩余的光刻胶；
[0036]A4.4、蒸发金属：对步骤A4.3处理后的硅片进行电子束蒸发，在硅片淀积金属，金
属为铝，金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗单粒子烧毁效应整流二极管，其特征在于所述二极管的主结区边缘区域为氦离子注入区，所述的主结区边缘区域是指主结区形成过程中在边缘产生的非平面结区域。2.根据权利要求1所述的一种抗单粒子烧毁效应整流二极管，其特征在于所述氦离子注入区中氦离子的注入能量为630KeV～700KeV，注入剂量为1e14cm
‑2～5e14cm
‑2。3.一种抗单粒子烧毁效应整流二极管的加固制备方法，其特征在于包括如下步骤：S1、场氧化层生长：在N
+
硅衬底上生长N
‑
硅外延层，并在N
‑
硅外延层表面生长场氧化层；S2、P
+
场限环和主结区域形成：在N
‑
硅外延层内部形成P
+
场限环和主结区域；S3、氦离子注入：在主结区边缘区域注入氦离子并激活；S4、正面金属化：在P
+
主结区域表面形成阳极金属接触；S5、背面金属化：在N
+
硅衬底背面形成阴极金属接触。4.根据权利要求3所述的一种抗单粒子烧毁效应整流二极管的加固制备方法，其特征在于所述步骤S1的场氧化层生长的具体步骤为：A1.1、N
‑
外延生长：在N
+
硅衬底上生长一层N
‑
硅外延层；N
‑
硅外延层用于在其内部形成场限环和主结区域；A1.2、场氧化前硅片表面清洗：将步骤A1.1形成的硅片，进行RCA清洗，在清除硅片表面自然氧化硅的同时将硅片表面的杂质尘粒、有机物和金属离子去除；A1.3、硅片表面场氧化层生长：采用干
‑
湿
‑
干三步热氧化法，在清洗后的硅片表面生长一层场氧化层，形成的场氧化层厚度为5.根据权利要求3所述的一种抗单粒子烧毁效应整流二极管的加固制备方法，其特征在于所述步骤S2的P
+
场限环和主结区域形成的具体步骤为：A2.1、P
+
硼注入光刻：采用光刻工艺，将光刻掩膜版上的图案转移到光刻胶上，形成P
+
硼注入窗口区域；所述P
+
硼注入窗口区域为P
+
场限环和主结区域；A2.2、湿刻腐蚀场氧化层和光刻胶：在P
+
硼注入窗口区域中进行湿刻腐蚀，去除N
‑
硅外延层表面对应区域生长的场氧化层，并去除剩余光刻胶；A2.3、离子注入保护氧化前表面清洗：对步骤A2.2腐蚀后的硅片表面进行清洗；A2.4、离子注入保护氧化层生长：将清洗后的硅片置于氧化炉中生长，在P
+
硼注入窗口区域生长一层保护氧化层，保护氧化层的厚度为A2.5、P
+
硼离子注入：在P
+
硼注入窗口区域注入硼离子，硼离子的注入剂量为1e15cm
‑2～6e15cm
‑2，注入能量为75KeV～85KeV，在N
‑
硅外延层内部形成P
+
N
‑
结；A2.6、湿刻腐蚀离子注入保护氧化层：去除P
+
硼注入窗口区域的离子注入保护氧化层；A2.7、离子推进前表面清洗：对步骤A2.6之后形成的硅片进行表面清...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫日根，廖新芳，梅博，袁强，于庆奎，孙毅，吕贺，范晓明，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：