[发明专利]一种平面高压超快软恢复二极管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件领域，具体涉及到一种平面高压超快软恢复二极管的制造方法。

背景技术

功率半导体器件作为电力电子电路中的核心器件用来实现电能的高效率传输、转换及其过程中的有效精确控制，实现对电能的优质、高效的利用。正是由于功率半导体器件的研究和发展，才使得电力电子技术朝着大容量、高频化、高效节能、高可靠性和低成本的方向发展。快恢复二极管——Fast Recovery Diode(简称FRD)作为近年来问世的新型功率器件，具有开关性能好、反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点，广泛用于脉宽调制器、交流电机变频调速器、开关电源、不间断电源、高频加热等装置中，作高频、高压、大电流整流、续流及保护作用。由于高频转换技术的发展和高效节能的需要，要求快恢复二极管的高压阻断能力强、开关速度快、通态压降低、高温漏电小和软度因子大。

目前对于快恢复二极管芯片制造，通常有两种方法，第一种是采用高阻片的台面工艺，如图1所示，首先在N-型硅单晶片3′中双面扩散N+型杂质，然后磨去一个面上的N+层，形成N-N+结构，接着在N-面上扩散P+型杂质，形成P+N-N+结构，最后进行台面腐蚀在PN结处腐蚀出台面结构。这种台面结构具有工艺流程简单、生产周期短、成本低的优点，但是由于台面结构的PN结终端结面直接暴露在台面上，器件的反向漏电流非常大，而且恢复特性较差。

第二种方法是采用外延片的平面工艺技术，器件结构如图2所示，在低阻N+衬底5″上采用现代外延技术生长一层缓冲N型层4″，然后再外延生长高阻N-层3″，接着进行阳极区P+层2″掺杂。该方案利用外延生长技术对外延层的厚度及杂质电荷量的精确控制，使得器件基区得以优化设计，用较短的基区厚度实现较高电压，器件的正向导通压降较低，而且采用缓冲层结构恢复软度得到改善。另外，采用平面工艺可以降低漏电流。但是这种制造方法的缺点在于外延硅材料价格高，生产的产品成本增加，一般作为1200V以下的快恢复二极管生产制造，对于1200V以上的器件来说，高阻层厚度在160um以上，该厚度已达到目前外延水平的极限，而且这种型号的外延材料售价昂贵，不适于大规模产业化生产。因此外延工艺技术不适用于高压(1200V以上)快恢复二极管的生产制造。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供了一种平面高压超快软恢复二极管的制造方法，采用本发明所述方法可以用来制造成本低、耐高压、漏电流小、正向压降小，恢复时间短且具有软恢复特性的超快恢复二极管芯片。

本发明的技术解决方案是：采用高阻硅单晶片，通过半导体平面工艺完成，具体步骤如下：

(1)氧化、有源区及场限环光刻：将高阻硅单晶片清洗处理后进行高温氧化，然后在高阻硅单晶片的正面进行光刻、腐蚀形成场限环及有源区；

(2)掺杂与推进：将硼离子注入到场限环及有源区，然后进行高温推进形成阳极区P型层；

(3)多晶硅场板制作：在经步骤(2)处理后的高阻硅单晶片的正面淀积多晶硅并进行磷扩散，然后进行光刻、刻蚀形成多晶硅场板；

(4)铂扩散：在经步骤(3)处理后的高阻硅单晶片的正面淀积二氧化硅或磷硅玻璃作为钝化层，光刻、腐蚀形成扩铂窗口，进行铂淀积和铂扩散；

(5)减薄：根据击穿电压确定N-高阻层的厚度，并按照N-高阻层的厚度在高阻硅单晶片的背面进行减薄；

(6)N型缓冲层形成：在经步骤(5)处理后的高阻硅单晶片的背面进行高能量磷离子注入并进行高温退火将磷离子激活，形成N型缓冲层；

(7)接触掺杂和退火：在经步骤(4)处理后的高阻硅单晶片的正面进行硼离子掺杂形成阳极接触P+层，在经步骤(6)处理后的高阻硅单晶片的背面进行磷离子掺杂形成阴极接触N+层，然后退火将杂质离子激活；

(8)金属化：对经步骤(7)处理后的高阻硅单晶片的正面及背面进行金属化并合金。

所用高阻硅单晶片的材料电阻率为10～200Ω·cm。

所述步骤(2)中硼离子的注入能量为30～100KeV，剂量为1×12～6×15cm^-2；推进温度为1100℃～1250℃，推进时间为100～1000分钟。

所述步骤(3)中多晶硅厚度为磷扩散后的电阻率为4～20Ω·cm。

所述步骤(4)中钝化层厚度为

所述步骤(6)中磷离子的注入能量：150KeV～15MeV，形成的所述N型缓冲层的厚度1～8um，进行高温退火将磷离子激活磷的温度为600～1000℃。