[发明专利]一种用于硅基快恢复二极管芯片的铂金掺杂方法

说明书

本发明公开了一种用于硅基快恢复二极管芯片的铂金掺杂方法，包括以下步骤：S1：提升芯片背面的粗糙度形成背面粗糙层，在背面粗糙层的下方生成P+层同时使得芯片背面硼浓度大于芯片正面硼浓度；S2：在背面粗糙层下方积淀厚度为50‑1000μm的铂金金属层；S3：将芯片置入扩散炉管或快速退火炉管中，退火温度设置为1000‑1100℃，退火时间为5秒‑30分钟；S4：去除芯片背面的背面粗糙层和P+层。该种铂金掺杂方法通过提升芯片背面的铂金浓度以及降低芯片正面铂金浓度来降低了高温扩铂金引发芯片正面出现反型的机率，从而有效控制了二极管反向漏电流，因此可以进一步提升铂金扩散的温度以实现Trr＜15ns。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，特别涉及一种用于硅基快恢复二极管芯片的铂金掺杂方法。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，各种主要开关电路的工作频率和性能不断提升，尤其是各种变频电路、斩波电路的主回路，不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件(例如GTO、IGBT等)，都需要一种反向恢复时间(Trr)极短的快恢复二极管。目前，国内外芯片厂商非常青睐利用掺杂铂金的方式引入复合中心来控制少子寿命，以达到降低快恢复二极管的Trr目的。

通常做法是在芯片的正面淀积铂金，并采用高温炉管或快速退火炉管做铂金扩散控制少子寿命，这种工艺方法在加工常规恢复速度的二极管芯片时有着工艺简单、制作成本低的优势，并且可以产出参数性能良好的快恢复二极管芯片。当进一步降低快恢复二极管芯片的Trr时，就需要大幅提升铂金扩散温度，较高的扩散温度(980℃以上)会引起二极管反向漏电流剧增，且随着铂金扩散温度增加，反向漏电流呈指数增长，甚至会出现二极管电性失效的问题。例如8A/600V硅基快恢复二极管芯片，从芯片正面扩散铂金可以实现Trr最低18ns并保持二极管有着良好的反向击穿特性，倘若进一步的提升铂金扩散温度(1000～1100℃)，此时Trr可以做到15ns以下，但二极管反向漏电流剧增，甚至失去了反向阻断特性。基于上述原因，国内外硅基8A/600V芯片无法将Trr做到15ns以下，以至于电路设计者只能选择价格高昂的SiC肖特基做替代，造成电路成本增加。而在开关电路性能、频率不断升级的背景下，常规的铂金扩散方法不能生产满足市场需求的快恢复二极管芯片。

发明内容

本发明公开一种硅基快恢复二极管芯片的铂金掺杂方法，该方法可以制造Trr(反向恢复时间)小于15ns的快恢复二极管芯片，同时可以有效避免高温扩铂金引发的二极管反向漏电流增大问题。

本发明一种用于硅基快恢复二极管芯片的铂金掺杂方法，包括以下步骤：

S1：铂金掺杂前：去除芯片背面的介质层，同时提升芯片背面的粗糙度形成背面粗糙层，在所述背面粗糙层的下方生成P+层同时使得芯片背面硼浓度大于芯片正面硼浓度；

S2：铂金淀积：在所述背面粗糙层下方积淀厚度为50-1000μm的铂金金属层；

S3：铂金掺杂：将完成铂金淀积的芯片置入扩散炉管或快速退火炉管中，退火温度设置为1000-1100℃，退火时间为5秒-30分钟；

S4：铂金掺杂后：去除芯片背面的所述背面粗糙层和P+层。

上述方法有益效果在于：背面粗糙层有利于增加缺陷密度，诱导更多的铂金聚集在芯片背面，降低芯片正面铂金浓度；在所述背面粗糙层的下方设置P+层使得芯片背面硼浓度大于芯片正面硼浓度，吸附铂金；通过将铂金源设置在芯片背面、提升芯片背面粗糙度以及设置P+层来提升芯片背面的铂金浓度以及降低芯片正面铂金浓度，从而降低了芯片正面出现反型的机率和二极管反向漏电流增加的可能性，最终达到大幅提升铂金扩散温度也不会增加二极管的反向漏电流的目的。

进一步地，所述步骤S1中，用研磨或刻蚀的方式去除芯片背面的介质层。上述两种方式均能提高芯片背面的粗糙度。