[发明专利]一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺

摘要

本发明公开了一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，属于半导体芯片领域。一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、终端结构和P+阳极，所述的芯片为快恢复二极管芯片；芯片截层从右向左依次为芯片、N+截止环、终端结构和P+阳极。采用偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构，在远离P+阳极区域采用偏置金属场板场限环，短路了芯片表面电荷，解决了高压快恢复二极管在HTRB老化中耐压衰减失效问题，在靠近P+阳极区域采用浮动场限环，避免引入多晶场板，从而节省了芯片制造成本。它具有高HTRB可靠性，低成本，击穿电压高，漏电流小，开关损耗低的优点，延长了二极管的寿命。

主权项

一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片(1)，其特征在于：还包括N+截止环(2)、复合终端结构(3)和P+阳极(4)，所述的芯片(1)为快恢复二极管芯片；芯片截层从右向左依次为芯片(1)、N+截止环(2)、复合终端结构(3)和P+阳极(4)，所述的复合终端结构(3)为偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)，所述的浮动场限环(31)靠近P+阳极(4)一侧，偏置金属场板场限环(32)靠近N+截止环(2)一侧；采用如下工艺获得：1)场氧化前表面清洗：配置氢氟酸溶液，由体积比水：氢氟酸＝6：1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40％；配置1号液，由体积比为氨水：过氧化氢溶液：水＝1：(1‑2)：(5‑7)混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27％；配置2号液，由体积比氯化氢：过氧化氢溶液：水＝1：(1‑2)：(6‑8)混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37％、过氧化氢溶液质量浓度为30％；清洗顺序如下：a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；b.用1号液浸泡硅片10min，用去离子水冲洗；c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗；d.用2号液浸泡硅片10min，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡1min，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；2)硅片表面场氧化层的生长：将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚1‑2μm，氧化炉温度为1000‑1100℃；3)P+硼扩散光刻：对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极区域的P+阳极(4)，复合终端结构(3)区域形成偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)；4)湿刻腐蚀场氧化层：对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层；去除P+硼扩散光刻的光刻胶；5)离子注入保护氧化前表面清洗：使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；6)离子注入保护氧化层的生长：将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900‑1000℃；7)P+硼离子注入：将步骤6)处理完成的硅片在40KeV‑80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)的注入；8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层：将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6：1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层；9)离子推进前表面清洗：使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；10)离子推进：将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)的扩散，激活注入的硼离子；扩散炉温度为1100‑1200℃；11)N+截止环光刻：对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环(2)；12)湿刻腐蚀热氧化层：将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6：1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环(2)光刻区域淀积的热氧化层；13)N+截止环离子注入：将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环(2)使用40KeV‑80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环(2)表面的光刻胶；14)正面金属接触窗口光刻：对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)和复合终端结构(3)的区域中形成金属接触窗口的区域；15)湿刻腐蚀热氧化层：将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6：1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶；16)蒸发正面金属：将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属；17)正面金属光刻：对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极(4)和复合终端结构(3)内；18)湿刻正面金属：将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85％的磷酸溶液去除P+阳极(4)区域和复合终端结构(3)外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；19)正面金属合金：将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400‑500℃，合金时间为20min；20)背面减薄：对步骤20)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200‑300μm；21)背面金属淀积：对于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，形成背面电极；22)电子束辐照：对步骤22)处理得到的硅片，用200kGy‑800kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；23)芯片切割：将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。