低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法及器件技术

本发明专利技术公开了一种低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法及器件，属于半导体器件制造领域。本发明专利技术采用LTO(Low Temperature Oxidation)低温氧化工艺技术，超高纯度氧气携源硅烷，于LTO氧化炉内低温环境，在已形成沟槽的普通PIN二极管扩散片晶片表面形成致密的氧化物薄膜。再经过光刻和刻蚀工序后，进行精准的定向钯扩散。从而获得Vf(正向压降)、Trr(反向恢复时间)等参数集中性很好的扩散基片，显著提高扩散片上的芯片利用率，大幅度提升产品品质。而相比采用价格高昂的离子注入机，本发明专利技术大幅度降低成本的同时，可获得与离子注入相对接近的参数品质。对接近的参数品质。对接近的参数品质。

【技术实现步骤摘要】
低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法及器件


[0001]本专利技术属于半导体器件制造领域，具体涉及一种低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法及器件。

技术介绍

[0002]众所周知，二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。二极管的种类非常多，其中快恢复二极管(统称 FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管。这类二极管主要于开关电源或变频器等高频电子电路中使用，其作用为高频整流，或作为续流二极管或阻尼二极管，在某些领域可以取代肖特基二极管使用。
[0003]快恢复二极管的内部结构是典型的PIN结型二极管，即在P型硅材料与N 型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压(耐压值)较高。但是不同于肖特基二极管的是， PIN结构的快恢复二极管需要在制造工艺上采用掺金形成复合中心的原理，来降低其反向恢复时间，即获得较高的开关速度。
[0004]复合中心指的是某些杂质和缺陷在半导体结构内部，可以促进载流子复合，而对非平衡载流子寿命的长短起决定性作用。作为复合中心的杂质与缺陷的方式一般是在禁带中引入一个或几个深能级，它们既可以俘获电子又能俘获空穴，从而促进复合过程。金和铂是半导体硅材料中最常见的复合中心，掺金得到的二极管的VF和Trr特性比掺铂二极管优良，但高温反向漏电流特性比掺铂的要差。而假如能使得杂质浓度控制得更好，可以采用复合中心的复合作用介于金与铂之间的钯。在普通PIN结构的整流二极管中掺入钯，可以加快电子与空穴的复合，而位于PN结附近的钯浓度，也会直接决定其反向恢复时间的大小。
[0005]一般情况下，带有较快恢复时间的PIN结型整流二极管，统称为快恢复二极管(FRD)。根据恢复时间不同，可分为快恢复二极管FR、高效整流二极管HER、超快恢复二极管SF。
[0006]根据储存电荷与正向电压关系公式：
[0007][0008]而反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间，所以可以得出：Vf/
∝
Trr，正向压降与反向恢复时间成反比。众所周知，正向压降过高会导致高频电路中更高的功率损耗，因此对于快恢复二级管产品而言，精准控制反向恢复时间Trr的范围就显得尤为重要。
[0009]由于Vf这个参数在芯片封装成品前都是不准确的，所以只能根据多年积累经验总结Trr规律而预先判定产品Vf是否符合要求，总结其Trr典型分布因如下表1所示：
[0010]表1：快恢复二极管FRD的常见典型分类
[0011]型号电压分布Trr典型范围
超快恢复二极管SF全系列22～35ns高效整流二极管HER＜1000V30～48ns高效整流二极管HER＞1000V48～72ns快恢复二极管FR＜500V75～150ns快恢复二极管FR500～1000V90～250ns快恢复二极管FR＞1000V180～450ns
[0012]通过上述分类表可以看出，对于Trr越低的二极管芯片，其标准偏差的要求就越高。换言之，就是其每一片硅晶片内部的钯杂质浓度偏差越小越好。
[0013]集成电路的制造中用到的离子注入机价格极为昂贵，且工艺繁琐，生产效率较低，所以不会被使用在二极管制造工艺中。现在的二极管传统工艺模式是进行扩散：在硅片PN结扩散形成后，直接进行涂源并扩散钯杂质，以将复合中心引入PN结。传统的涂源难以确保晶片表面钯杂质浓度的均匀性，也就导致了产品最终Trr的偏差，尤其是针对于5寸甚至6寸的基片，其内外圈浓度差异可高达 50％。
[0014]因此，如何确保二极管扩散片内部形成复合中心时的钯杂质浓度均匀性，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0015]本专利技术的目的在于解决现有技术中二极管扩散片内部形成复合中心时钯杂质浓度不均匀的问题，并提供一种低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法。
[0016]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0017]第一方面，本专利技术提供了一种低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法，其包括：
[0018]S1、采用已形成PN结且完成刻蚀开槽的PIN二极管扩散片晶片为材料，先以纯氧携带硅烷形成第一氧化氛围并进行500～800℃的低温氧化，再以纯氧形成第二氧化氛围继续进行500～800℃的干氧氧化，从而在晶片表面形成氧化物薄膜；
[0019]S2、在带有氧化物薄膜的晶片上通过匀胶光刻形成图案化的掩膜，使每个芯片台面中心露出氧化层刻蚀窗口，但芯片台面在四周边缘位置以及芯片台面之间的沟槽处依然保留有环绕氧化层刻蚀窗口的掩膜；再对晶片进行氧化层刻蚀，去除各氧化层刻蚀窗口范围内的氧化物薄膜，得到用于附着钯源的附源窗口；
[0020]S3、将钯源涂布于晶片表面，然后通过烧结进行定向钯扩散，使钯杂质扩散进入晶片内部形成复合中心。
[0021]作为上述第一方面的优选，所述已形成PN结且完成刻蚀开槽的PIN二极管扩散片晶片加工方法为：将硅晶片经杂质扩散后形成具有整流二极管PIN结构的晶片，再经过匀胶光刻和刻蚀开槽，获得带有芯片图形结构的晶片。
[0022]作为上述第一方面的优选，所述第一氧化氛围由高纯氧气和硅烷按气体流量比(1～3):1混合并持续通入低温氧化环境中得到。
[0023]作为上述第一方面的优选，在晶片表面形成氧化物薄膜过程中，在第一氧化氛围下通过低温氧化形成的氧化物薄膜厚度为以上，优选为以上，进一步优选为优选的，在第二氧化氛围下通过干氧氧化形成的氧化物薄膜厚度不超过
[0024]作为上述第一方面的优选，所述钯源为氯化钯的醇溶液，优选为质量百分数 5％～20％的氯化钯的异丙醇溶液；优选的，在晶片表面涂布钯源后，需待异丙醇溶剂挥发完毕再进行烧结。
[0025]作为上述第一方面的优选，所述低温氧化、干氧氧化在全自动程控炉中进行；所述定向钯扩散在全自动程控炉中进行。
[0026]作为上述第一方面的优选，所述进行定向钯扩散的烧结温度为750～1000℃。
[0027]作为上述第一方面的优选，所述将钯源涂布于晶片表面的方法为滴胶法或者刀刮法。
[0028]第二方面，本专利技术提供了一种二极管器件，其通过对第一方面中任一方案所述方法生产的晶片进行加工后得到。
[0029]作为上述第二方面的优选，所述二极管器件类型包括快恢复二极管FR、超快恢复二极管SF、高效整流二极管HER。
[0030]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0031]本专利技术采用LTO(Low Temperature Oxidation)低温氧化工艺技术，超高纯度氧气携源硅烷，于LTO氧化炉内低温环境，在已形成沟槽的普通PIN二极管扩散片晶片表面形成致密的氧化物薄膜。再经过光刻和刻蚀工序后，进行精准的定向钯扩散。从而获得Vf(正向压降)、Trr(反向恢复时间)等参数集中性很好的扩散基片，显著提高扩散片上的芯片利用率，大幅度提升产品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法，其特征在于，包括：S1、采用已形成PN结且完成刻蚀开槽的PIN二极管扩散片晶片为材料，先以纯氧携带硅烷形成第一氧化氛围并进行500～800℃的低温氧化，再以纯氧形成第二氧化氛围继续进行500～800℃的干氧氧化，从而在晶片表面形成氧化物薄膜；S2、在带有氧化物薄膜的晶片上通过匀胶光刻形成图案化的掩膜，使每个芯片台面中心露出氧化层刻蚀窗口，但芯片台面在四周边缘位置以及芯片台面之间的沟槽处依然保留有环绕氧化层刻蚀窗口的掩膜；再对晶片进行氧化层刻蚀，去除各氧化层刻蚀窗口范围内的氧化物薄膜，得到用于附着钯源的附源窗口；S3、将钯源涂布于晶片表面，然后通过烧结进行定向钯扩散，使钯杂质扩散进入晶片内部形成复合中心。2.如权利要求1所述的在二极管扩散片中形成半导体复合中心的方法，其特征在于，所述已形成PN结且完成刻蚀开槽的PIN二极管扩散片晶片加工方法为：将硅晶片经杂质扩散后形成具有整流二极管PIN结构的晶片，再经过匀胶光刻和刻蚀开槽，获得带有芯片图形结构的晶片。3.如权利要求1所述的低温氧化掩蔽PN结定向形成钯复合中心的方法，其特征在于，所述第一氧化氛围由高纯氧气和硅烷按气体流量比(1～3):1混合并持续通入低温氧化环境中得到。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞旭俊，贺鸿浩，王俊，蒋杰，金家斌，毛建军，任亮，
申请(专利权)人：浙江赛晶电子有限公司，
类型：发明
国别省市：