CN106558624A - 一种快速恢复二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快速恢复二极管及其制造方法，所述二极管包括：具有三个具有间隔的P型硅区(3)的且表面有氧化层(2)的N型硅衬底(1)，所述氧化层(2)上的多晶层(5)，所述多晶层(5)上的阳极金属层和所述N型硅衬底(1)上与其相对的阴极金属层，所述P型硅区(3)具有深能级掺杂区(4)；所述制造方法包括：1)初始氧化；2)形成有源区和分压环；3)形成PN结；4)多晶生长：5)寿命控制；6)多晶场板；7)形成阳极金属电极并表面钝化；8)形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag阴极金属电极。本发明制造方法利用多晶实现激光退火终端保护，避免激光退火导致终端受损以致耐压失效。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力半导体器件，具体涉及一种快速恢复二极管及其制造方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，各种变频电路和斩波电路的应用不断扩大，电力电子电路中的回路有的采用换流关断的晶闸管，有的采用具有自关断能力的新型电力电子器件，而这两种器件都需要一个与之并联的快速恢复二极管。早期的工艺条件要求尽可能引入少的复合中心进行半导体器件制造，但如此制造的器件开关速度慢，无法适应高频应用的需求。为了满足电力电子系统对高频性能要求，无论是开关管，还是续流用的二极管，都需要用受控的方法将复合中心引入晶格，降低少子寿命，提高器件的开关速度。如果对器件有更高频的要求，则需在引入更多的复合中心的同时还需优化结构。
目前通常采用以下两种方式在器件中引入复合中心。第一种是对硅中呈现深能级的杂质进行热扩散：通常采用重金属金或铂，由于其扩散速度快，无法精确控制深度，因此为全局寿命控制方式。第二种是通过高能粒子轰击硅晶体，在晶体中产生空穴和间隙原子形式的晶格损伤：一般采用电子辐照、氢注入或氦注入；电子辐照通常为贯穿方式，即复合中心在器件中的分布是恒定的，因此仍旧为全局寿命控制；氢注入和氦注入可以通过控制注入能量实现限定深度注入，在最有效区域实现寿命控制，即通常说的局域寿命控制，局域寿命控制技术是高端器件常用的寿命控制方式。
采用激光退火实现深能级杂质限定深度分布，同样可以实现局域寿命控制，这是一个可以获得低漏电同时器件特性又好的的一种折中方案。但激光退火在介质层表面近1500℃的高温，如此的高温会导致终端介质层出现无法预知的问题，严重的可能导致反向耐压失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速恢复二极管及其制造方法，克服现有技术存在的不足，实现了金属局域寿命控制。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种快速恢复二极管，所述二极管包括：具有三个具有间隔的P型硅区(3)的且表面有氧化层(2)的N型硅衬底(1)，所述氧化层(2)上的多晶层(5)，所述多晶层(5)上的阳极金属层和所述N型硅衬底(1)上与其相对的阴极金属层，所述P型硅区(3)具有深能级掺杂区(4)。
所述的快速恢复二极管的第一优选方案，所述氧化层(2)的厚度为
所述的快速恢复二极管的第二优选方案，所述多晶层(5)的材料为硅，厚度为
所述的快速恢复二极管的第三优选方案，所述深能级掺杂区(4)的掺杂杂质为金、铂或钯。
一种所述的快速恢复二极管的制造方法，该方法包括如下步骤：
1)初始氧化：清洗N型硅衬底，高温氧化所述衬底于表面生成氧化层；
2)形成有源区和分压环：通过涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶形成有源区和终端区窗口；
3)形成PN结：形成掩蔽层，注入硼，于1100～1300℃氮气下推结5～25um；
4)多晶生长：淀积多晶层，掺杂磷杂质：
5)寿命控制：光刻，刻蚀多晶，暴露有源区窗口，注入或溅射深能级杂质，并激光退火进行推结；
6)多晶场板：再次光刻，刻蚀多晶，实现终端场板结构；
7)阳极金属电极：蒸发或者溅射Al，通过光刻，刻蚀，去胶，合金，形成表面金属淀积，进行表面钝化；
8)阴极金属电极：形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag背面金属电极。
所述的快速恢复二极管的制造方法的第一优选技术方案，步骤3)所述掩蔽层的厚度为
所述的快速恢复二极管的制造方法的第二优选技术方案，步骤3)所述硼的注入剂量为1e13～1e15。
所述的快速恢复二极管的制造方法的第三优选技术方案，步骤3)所述推结的温度为1200℃。
所述的快速恢复二极管的制造方法的第四优选技术方案，步骤4)所述多晶的掺杂源为POCl3或磷。
与最接近的现有技术比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明方法利用多晶实现激光退火终端保护，可避免激光退火工艺导致终端受损以致耐压失效，本方法同样适用于其它需要局域寿命控制的功率器件；
2)本发明采用的多晶同时可作为场板，不增加额外的保护介质层，可实现成本控制。
附图说明
图1：N型硅衬底；
图2：N型硅衬底场氧化层；
图3：有源区分压环光刻刻蚀后芯片剖面图；
图4：有源区激光退火后结构图；
图5：终端场板结构图；
其中：
1N型硅衬底层；2SiO2层；3P+层；4深能级掺杂层；5多晶。
具体实施方式
以下通过具体实施例并结合附图进一步对本发明进行描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一种所述的快速恢复二极管的制造方法，该方法包括如下步骤：
1)初始氧化：对均匀掺杂的N型硅衬底(见图1)进行清洗后，使用高温氧化的方法，在硅片表面生长氧化层2，厚度见图2；
2)形成有源区和分压环：通过涂胶，曝光，显影，刻蚀，去胶，形成有源区和终端区窗口；
3)形成PN结：为防止注入损伤，生长氧化层作为掩蔽层，后续进行硼注入，剂量为1e13-1e15，1200℃氮气下推结5-25μm，见图3；
4)多晶生长：淀积多晶厚度为利用POCl3或注入磷进行掺杂：
5)寿命控制：光刻，刻蚀多晶，露出有源区窗口，注入或溅射深能级杂质，并通过激光退火进行推结，见图4；
6)多晶场板：再次光刻，刻蚀多晶，实现终端场板结构，见图5；
7)阳极金属电极：蒸发或者溅射Al，通过光刻，刻蚀，去胶，合金，形成表面金属淀积，进行表面钝化；
8)阴极金属电极；形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag背面金属电极。
Claims (9)
1.一种快速恢复二极管，所述二极管包括：具有三个具有间隔的P型硅区(3)的且表面有氧化层(2)的N型硅衬底(1)，所述氧化层(2)上的多晶层(5)，所述多晶层(5)上的阳极金属层和所述N型硅衬底(1)上与其相对的阴极金属层，其特征在于，所述P型硅区(3)具有深能级掺杂区(4)。
2.根据权利要求1所述的快速恢复二极管，其特征在于，所述氧化层(2)的厚度为
3.根据权利要求1所述的快速恢复二极管，其特征在于，所述多晶层(5)的材料为硅，厚度为
4.根据权利要求1所述的快速恢复二极管，其特征在于，所述深能级掺杂区(4)的掺杂杂质为金、铂或钯。
5.一种权利要求1所述的快速恢复二极管的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)初始氧化：清洗N型硅衬底，高温氧化所述衬底于表面生成氧化层；
2)形成有源区和分压环：涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶形成有源区和终端区窗口；
3)形成PN结：形成掩蔽层，注入硼，于1100～1300℃氮气下推结5～25um；
4)多晶生长：淀积多晶层，掺杂磷杂质：
5)寿命控制：光刻，刻蚀多晶，暴露有源区窗口，注入或溅射深能级杂质，并激光退火进行推结；
6)多晶场板：再次光刻，刻蚀多晶，实现终端场板结构；
7)阳极金属电极：蒸发或者溅射Al，光刻，刻蚀，去胶，合金，形成表面金属淀积，进行表面钝化；
8)阴极金属电极：形成Al/Ti/Ni/Ag或Ti/Ni/Ag背面金属电极。
6.根据权利要求5所述的快速恢复二极管的制造方法，其特征在于，步骤3)所述掩蔽层的厚度为
7.根据权利要求5所述的快速恢复二极管的制造方法，其特征在于，步骤3)所述硼的注入剂量为1e13～1e15。
8.根据权利要求5所述的快速恢复二极管的制造方法，其特征在于，步骤3)所述推结的温度为1200℃。
9.根据权利要求5所述的快速恢复二极管的制造方法，其特征在于，步骤4)所述多晶的掺杂源为POCl3或磷。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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