一种快恢复二极管的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种快恢复二极管的制造方法。该方法采用液态硼源涂敷工艺替代硼离子注入工艺，在现有生产线条件下即可实现硼源涂敷及扩散，且液态硼源的成本远低于硼离子注入用靶材，最重要的是避免了价格高昂的离子注入设备投入，显著降低了生产成本及固资投入费用；采用控制精度更高的质子辐照工艺以替换存在污染生产线风险且可控性差、重复性差的掺金/铂工艺，精确控制FRD芯片的少子寿命，提高了器件的参数一致性，同时将FRD的反向恢复软度因子提高到0.7以上，降低了FRD反向恢复峰值电压，进而降低了其工作中所需承受的电应力，提高了FRD的应用长期可靠性。高了FRD的应用长期可靠性。高了FRD的应用长期可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种快恢复二极管的制造方法


[0001]本专利技术属于半导体制作工艺
，尤其涉及一种快恢复二极管的制造方法。

技术介绍

[0002]快恢复二极管FRD(Fast Recovery Diode)需要承受较高的正向通态电流下降率di
F
/dt(一般可达-500～-5000A/us)、具备快速关断能力、反向恢复时间t
rr
短(一般为2～10us)及较软的反向恢复特性(软度因子S≥0.7)。
[0003]现有FRD制造工艺过程中的硼杂质掺杂工艺通常采用硼离子注入工艺，而离子注入设备的价格高昂，一般的功率半导体器件厂商根本无力负担此类设备的采购费用及日常维护费用，因此其硼杂质掺杂工艺通常采用委外加工的方式，势必会延长产品的生产周期，同时需要承担委外加工工艺不可控的风险，而且委外加工费用同样很昂贵。
[0004]FRD传统制造工艺过程中采用掺金工艺或掺铂工艺来控制芯片的纵向局部少子寿命，而金、铂等重金属为生产线中需要极力避免的金属杂质，需要严格控制该工艺的执行过程，增加了生产线的管理成本，而且该工艺始终是一种易造成产线重金属污染的“危险”工艺。其次，控制金和铂的扩散分布比较困难，因为在晶体中扩散机制与其他缺陷相互作用，极难保证重金属分布的重复性，同一批次器件的特性参差不一，分散性大，甚至成品低，器件参数一致性差不利于器件的配对选型；另外，采用掺金工艺或掺铂工艺的FRD的软度因子通常小于0.7，导致其反向恢复峰值电压V
RM
过高，易造成器件失效，不能满足高正向通态电流下降率(di
F
/dt)场合的应用需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种新的快恢复二极管的制造方法，以克服现有制造方法的制造成本高昂、成品率低、器件参数一致性差、不满足高正向通态电流下降率(di
F
/dt)场合的应用需求以及长期可靠性差等缺陷。
[0006]根据本专利技术的一个方面，上述快恢复二极管的制造方法主要包括以下步骤：
[0007]S100，对N型硅晶片进行金属杂质掺杂，使得硅晶片内部形成PNP型纵向结构；
[0008]S200，对硅晶片的阳极面涂敷P型杂质液态源；
[0009]S300，对涂敷了P型杂质液态源的硅晶片的阳极面进行金属杂质深结扩散和P型杂质深结扩散，使得硅晶片内部的PNP型纵向结构进一步生长成P
+
PNP型纵向结构；
[0010]S400，去除硅晶片的阴极面的PN结，使得硅晶片内部的P
+
PNP型纵向结构变成P
+
PN型纵向结构；
[0011]S500，对硅晶片的阴极面进行N型杂质扩散，使得硅晶片内部的P
+
PN型纵向结构进一步生长成P
+
PNN
+
型纵向结构；
[0012]S600，对硅晶片的阳极面和阴极面进行金属层蒸发，使得硅晶片的阳极面和阴极面分别形成阳极引出电极和阴极引出电极，然后对阳极引出电极和阴极引出电极处进行合金化处理，使得阳极引出电极和阴极引出电极处的硅与金属之间形成欧姆接触；
[0013]S700，进行结终端处理。
[0014]根据本专利技术的实施例，上述步骤S100包括以下步骤：
[0015]S110，将硅晶片清洗并甩干，装入金属预沉积工艺源管内，然后将源管放入金属预沉积扩散炉，以对硅晶片进行金属杂质掺杂；
[0016]S120，在掺杂结束后，检测硅晶片的表面的薄层电阻率，如果没有达到预设值，则重复步骤S110，直至硅晶片的表面的薄层电阻率达到预设值。
[0017]根据本专利技术的实施例，在所述步骤S400中，优选地通过机械研磨去除硅晶片阴极面的PN结。
[0018]根据本专利技术的实施例，上述步骤S500包括以下步骤：
[0019]S510，将硅晶片清洗并甩干，放入扩散炉内进行N型杂质预沉积，使得硅晶片的阴极面形成N型杂质层；
[0020]S520，将硅晶片清洗并甩干，放入N型杂质推进扩散炉内进行N型杂质深结扩散，使得硅晶片的阴极面的N型杂质扩散至硅晶片的指定深度。
[0021]根据本专利技术的实施例，优选地，在所述步骤S700之前或之后，还对硅晶片的阳极面施以质子辐照，以调节快恢复二极管的少子寿命。
[0022]根据本专利技术的实施例，在对硅晶片的阳极面施以质子辐照时，根据硅晶片内部的金属杂质和P型杂质的浓度分布以及快恢复二极管的电压等级确定质子辐照的位置和剂量。
[0023]根据本专利技术的实施例，优选地，在对硅晶片的阳极面施以质子辐照之后，还对硅晶片进行电子辐照。
[0024]根据本专利技术的实施例，在对硅晶片进行电子辐照时，检测快恢复二极管的少子寿命和快恢复二极管的压降是否达到预设值，如果没有达到预设值，继续进行电子辐照，直到快恢复二极管的少子寿命和快恢复二极管的压降达到预设值。
[0025]根据本专利技术的实施例，优选地，所述金属杂质为铝杂质；所述P型杂质为硼杂质；所述N型杂质为磷杂质。
[0026]根据本专利技术的实施例，上述P型杂质液态源由三氧化硼粉末溶于无水乙醇而形成。
[0027]与现有技术相比，本专利技术提供的技术方法具有如下优点或有益效果：
[0028](1)在FRD现有的制造方法中，通常采用硼离子注入工艺进行硼杂质掺杂工艺，工艺操作复杂，工艺周期长，且需要投入价格高昂的离子注入设备或者委外加工，而委外加工的工艺可控性差。而在本专利技术提出的制造方法中，优选采用硼源涂敷工艺进行硼杂质掺杂，由于液态硼源的价格远低于硼离子注入用靶材，因此生产成本更低，工艺操作简单，效率更高，且避免了价格高昂的离子注入设备投入。
[0029](2)在FRD现有的制造方法中，通常采用掺金/铂工艺控制FRD芯片纵向少子寿命，由于金/铂存在污染生产线的风险，且极难保证金/铂分布的重复性，因此同一批次器件的特性参差不一，分散性大，甚至成品低，器件参数一致性差不利于器件的配对选型；另外，采用掺金工艺或掺铂工艺的FRD的反向恢复软度因子通常小于0.7，导致反向恢复峰值电压V
RM
过高，易造成器件失效，不能满足高正向通态电流下降率(di
F
/dt)场合的应用需求。而在本专利技术提出的制造方法中，优选采用质子辐照工艺来控制FRD芯片的纵向少子寿命，可以精确控制质子辐照造成的复合中心的位置及浓度，从而实现少子寿命的精确控制，且该工艺的
重复性高，进而提高了FRD器件参数的一致性，有利于器件选型；并且采用质子辐照工艺的FRD的反向恢复软度因子大于0.7，有效降低了反向恢复峰值电压V
RM
，降低了器件工作过程中所承受的电应力，使得此类器件可以应用于电压高、正向通态电流下降率(di
F
/dt)较高的变流器领域及柔性直流输电领域。
[0030]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快恢复二极管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S100，对N型硅晶片进行金属杂质掺杂，使得硅晶片内部形成PNP型纵向结构；S200，对硅晶片的阳极面涂敷P型杂质液态源；S300，对涂敷了P型杂质液态源的硅晶片的阳极面进行金属杂质深结扩散和P型杂质深结扩散，使得硅晶片内部的PNP型纵向结构进一步生长成P
+
PNP型纵向结构；S400，去除硅晶片的阴极面的PN结，使得硅晶片内部的P
+
PNP型纵向结构变成P
+
PN型纵向结构；S500，对硅晶片的阴极面进行N型杂质扩散，使得硅晶片内部的P
+
PN型纵向结构进一步生长成P
+
PNN
+
型纵向结构；S600，对硅晶片的阳极面和阴极面进行金属层蒸发，使得硅晶片的阳极面和阴极面分别形成阳极引出电极和阴极引出电极，然后对阳极引出电极和阴极引出电极处进行合金化处理，使得阳极引出电极和阴极引出电极处的硅与金属之间形成欧姆接触；S700，进行结终端处理。2.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述步骤S100包括以下步骤：S110，将硅晶片清洗并甩干，装入金属预沉积工艺源管内，然后将源管放入金属预沉积扩散炉，以对硅晶片进行金属杂质掺杂；S120，在掺杂结束后，检测硅晶片的表面的薄层电阻率，如果没有达到预设值，则重复步骤S110，直至硅晶片的表面的薄层电阻率达到预设值。3.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，在所述步骤S400中，通过机械研磨去除...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭润庆，郭继军，操国宏，李勇，朱为为，王政英，宋胜兰，姚震洋，王东东，吴志华，
申请(专利权)人：株洲中车时代半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：