專利名稱：快恢復(fù)外延型二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快恢復(fù)外延型二極管及其制備方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
FRED作為新一代新型電力半導(dǎo)體器件，具有高頻率、高電壓、大電流、低損耗和低電磁干擾等優(yōu)點，與IGBT —起被國際電力電子行業(yè)公認為電力電子技術(shù)第三次革命的最具代表性的器件。FRED可以作為PFC 二極管，輸出整流二極管，嵌位二極管、吸收二極管單獨使用，也可以作為續(xù)流二極管與IGBT配套使用，F(xiàn)RED單管和模塊以及與IGBT組合的?？鞆V泛用于電機調(diào)速，如洗衣機，空調(diào)機，電冰箱，電動汽車、城市軌道交通、機車牽引、各種風(fēng)機、水泵和風(fēng)力和太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其節(jié)能降耗效果是十分明顯。FRED還可用于通訊及數(shù)據(jù)處理的各種開關(guān)電源，電焊機、靜電感應(yīng)加熱、顯示、核磁共振，照明與交通運輸，節(jié)能燈及軍事和航空，具有廣闊的市場前景。目前，外延型快恢復(fù)二極管(FRED)的制備方法都是采用N型外延硅片作為材料，P 型有源區(qū)采用離子注入或硼擴散的方法實現(xiàn)，因此在制作過程中，需要經(jīng)過氧化、光刻有源區(qū)、離子注入、推結(jié)、光刻電極孔、金屬化、光刻金屬、淀積鈍化層、光刻鈍化層、硅片減薄、背面金屬化工藝，在制作過程中，需要多次離子注入、高溫推結(jié)以及至少四次光刻，不僅操作復(fù)雜，制作工序多，工藝流程長，而且生產(chǎn)周期長，造成制造成本高，市場競爭力差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝流程短，一致性和重復(fù)性好的快恢復(fù)外延型二極管及其制備方法。本發(fā)明為達到上述目的的技術(shù)方案是一種快恢復(fù)外延型二極管的制備方法，其特征在于按以下步驟，(1)、第一外延層生長在N+型襯底硅片正面生長一層以上的N型的第一外延層， 其總厚度控制在1 300 μ m、電阻率在1 150歐姆厘米；(2)、第二外延層生長在第一外延層上生長一層P型的第二外延層，其厚度控制在1 30 μ m，雜質(zhì)濃度控制在IO13 IO18CnT3 ；(3)、第三外延層生長在第二外延層上生長一層P+型的第三外延層，其厚度控制在0 10 μ m，雜質(zhì)濃度控制在IO18 IO22CnT3 ；0)、少子壽命控制對硅片用重金屬摻雜或氦注入，或用電子或中子輻照硅片，將二極管反向恢復(fù)時間控制在5 500ns ；(5)、終端臺面制作在硅片的正面涂覆光刻膠，進行光刻工藝、腐蝕后制得臺面硅槽，臺面硅槽的深度控制在5 50 μ m，且臺面硅槽的深度穿過第三外延層和第二外延層并延伸至第一外延層內(nèi)；(6)、表面玻璃鈍化用刮涂法或光刻膠法在臺面硅槽及硅片表面填充玻璃粉，然后在600 900°C溫度下燒結(jié)10 60min形成玻璃鈍化層；
(7)、金屬層淀積在硅片的正面用濺射、電子束蒸發(fā)或電鍍或化學(xué)鍍形成1 8μπι金屬層；(8)、光刻金屬層在金屬層上涂覆光刻膠后，經(jīng)光刻、腐蝕掉有源區(qū)以外的金屬層，形成金屬陽極層；(9)、合金在真空或氮氣的條件、或在氮氣和氫氣的條件下進行合金，合金溫度控制在300°C 500°C，時間在30 60min，形成金屬陽極層；(10)、背面減薄用磨片機打磨硅片的背面，將硅片減薄到150 400 μ m ；(11)、背面金屬化用濺射、電子束蒸發(fā)、電鍍或化學(xué)鍍的其中之一形成1000 20000 A的背面金屬層作，形成金屬陰極層，制得快恢復(fù)外延型二極管。其中所述N型的第一外延層厚度可控制在30 200 μ m、電阻率在20 100歐姆厘米；P型的第二外延層厚度控制在5 18 μ m，P+型的第三外延層的厚度控制在2 8 μ m0本發(fā)明的快恢復(fù)外延型二極管，其特征在于包括依次相連接的金屬陰極層、N+ 襯底硅片、第一外延層、第二外延層和第三外延層，臺面硅槽穿過第三外延層并延伸至第二外延層內(nèi)，設(shè)置在臺面硅槽內(nèi)的玻璃鈍化層延伸至第三外延層頂面，且玻璃鈍化層上設(shè)有窗口，設(shè)置在玻璃鈍化層上部的金屬陽極層穿過玻璃鈍化層上的窗口與第三外延層連接。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明利用高濃度的N+型襯底硅片上依次生長了 N型的第一外延層、P型的第二外延層以及P+型的第三外延層，因此可通過N型的第一外延層作為漂移區(qū)，P型的第二外延層作為有源區(qū)，通過P+的第三外延層改善金屬陽極與硅片的歐姆接觸，以及阻止PN結(jié)反向阻斷時空間電荷區(qū)向金屬陽極的擴展。本發(fā)明快恢復(fù)二極管內(nèi)的各層結(jié)構(gòu)如導(dǎo)電類型、 雜質(zhì)濃度和外延層厚度均由外延工藝精確控制，通過臺面挖槽工藝在第三外延層和第二外延層以及第一外延層內(nèi)制得臺面硅槽，再通過玻璃鈍化工藝在臺面填充玻璃粉經(jīng)燒結(jié)后形成玻璃鈍化層，因此本發(fā)明的快恢復(fù)二極管終端結(jié)構(gòu)采用臺面挖槽工藝和玻璃鈍化工藝控制，取消了原來工藝中需要氧化、多次離子注入、高溫推結(jié)等工藝，尤其光刻次數(shù)由原來的4 次減少到2次，大大縮短了工藝流程，節(jié)約了大量的水、電、氣體和化學(xué)試劑，減少了環(huán)境污染，降低了制作成本。2、本發(fā)明是在高濃度的N+型襯底硅片上直接生長N型的第一外延層，并在N型的第一外延層直接生長一層P型的第二外延層，因此代替原來的用離子注入或擴散法制作的 P型有源區(qū)，由于各外延層所生長的雜質(zhì)濃度和厚度可以精確控制，故采用本發(fā)明制備方法制得的快恢復(fù)外延型二極管參數(shù)的均勻性、一致性、重復(fù)性都很好更，容易實現(xiàn)快恢復(fù)二極管的低正向壓降、超快速、軟恢復(fù)特性等高品質(zhì)特征。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步的詳細描述。圖1是本發(fā)明快恢復(fù)二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-金屬陰極層，2-N+襯底硅片，3-第一外延層，4-第二外延層，5-臺面硅槽，6-玻璃鈍化層，7-第三外延層，8-金屬陽極層。
具體實施例方式本發(fā)明的快恢復(fù)外延型二極管的制備方法，按以下步驟(1)、第一外延層生長在N+型襯底硅片正面生長一層以上的N型的第一外延層， 其總厚度控制在1 300 μ m、電阻率在1 150歐姆厘米，該N型的第一外延層厚度可控制在30 200 μ m、電阻率在20 100歐姆厘米，該N型外延層可采用一次或兩次或三次生長，使N+型襯底硅片正面生長的N型的第一外延層作為漂移區(qū)。(2)、第二外延層生長在第一外延層上生長一層P型的第二外延層，其厚度控制在1 30 μ m，雜質(zhì)濃度控制在IO13 1018cm_3，該厚度還可控制在5 18 μ m，該P型的第二外延層作為有源區(qū)。(3)、第三外延層生長在第二外延層上生長一層P+型的第三外延層，其厚度控制在0 10 μ m，雜質(zhì)濃度控制在IO18 IO22CnT3,該厚度還可控制在2 8 μ m，通過P+型的第三外延層以改善金屬陽極與硅片的歐姆接觸，以及阻止PN結(jié)反向阻斷時空間電荷區(qū)向金屬陽極的擴展。0)、少子壽命控制對硅片用重金屬摻雜或氦注入，或用電子輻照或中子輻照硅片，將二極管反向恢復(fù)時間控制在5 500ns，該二極管反向恢復(fù)時間還可控制在10 400ns，通過對少子壽命的控制，以制得快速或超快速的二極管。(5)、終端臺面制作在硅片的正面涂覆光刻膠，進行光刻工藝、腐蝕后制得臺面硅槽，臺面硅槽的深度控制在5 50 μ m，且臺面硅槽的深度穿過第三外延層和第二外延層并延伸至第一外延層內(nèi)，該臺面硅槽的深度不超過第一外延層的厚度。(6)、表面玻璃鈍化用刮涂法或光刻膠法在臺面硅槽及硅片表面填充玻璃粉，即在終端臺面填充玻璃粉，然后在600 900°C溫度下燒結(jié)10 60min形成玻璃鈍化層，該玻璃鈍化層的厚度可控制在1 20 μ m。(7)、金屬層淀積在硅片的正面用濺射、電子束蒸發(fā)或電鍍或化學(xué)鍍形成1 8 μ m金屬層，該金屬層為鈦和鎳和銀的金屬復(fù)合層，或金或鎳的金屬層。(8)、光刻金屬層在金屬層上涂覆光刻膠后，經(jīng)光刻、腐蝕掉有源區(qū)以外的金屬層，形成金屬陽極層。(9)、合金在真空或氮氣/和氫氣的條件下進行合金，合金溫度控制在300°C 5000C，時間在30 60min，該合金厚度控制在100 2000 A0(10)、背面減薄用磨片機打磨硅片的背面，將硅片減薄到150 400 μ m。(11)、背面金屬化用濺射、電子束蒸發(fā)、電鍍或化學(xué)鍍的其中之一形成1000 20000 A的背面金屬層，形成金屬陰極層，制得快恢復(fù)外延型二極管。見圖1所示，本發(fā)明的快恢復(fù)外延型二極管，包括依次相連接的金屬陰極層1、N+ 襯底硅片2、第一外延層3、第二外延層4和第三外延層7，該第一外延層3為N型外延層，第二外延層4為P型的外延層，而第三外延層7為P+型外延層，臺面硅槽5貫穿設(shè)置在第三外延層7和第二外延層4并延伸至第一外延層3內(nèi)，使臺面硅槽5不貫穿第一外延層3，使硅片表面與臺面硅槽5形成終端臺面，設(shè)置在臺面硅槽5內(nèi)的玻璃鈍化層6延伸至第三外延層7的頂面，且玻璃鈍化層6上設(shè)有窗口，設(shè)置在玻璃鈍化層6上部的金屬陽極層8穿過玻璃鈍化層6上的窗口與第三外延層7連接。
權(quán)利要求
1.一種快恢復(fù)外延型二極管的制備方法，其特征在于按以下步驟，(1)、第一外延層生長在N+型襯底硅片正面生長一層以上的N型的第一外延層，其總厚度控制在1 300 μ m、電阻率在1 150歐姆厘米；(2)、第二外延層生長在第一外延層上生長一層P型的第二外延層，其厚度控制在1 30 μ m,雜質(zhì)濃度控制在IO13 IO18cm-3 ；(3)、第三外延層生長在第二外延層上生長一層P+型的第三外延層，其厚度控制在 0 10 μ m，雜質(zhì)濃度控制在IO18 IO22CnT3 ；(4)、少子壽命控制對硅片用重金屬摻雜或氦注入，或用電子或中子輻照硅片，將二極管反向恢復(fù)時間控制在5 500ns ；(5)、終端臺面制作在硅片的正面涂覆光刻膠，進行光刻工藝、腐蝕后制得臺面硅槽， 臺面硅槽的深度控制在5 50 μ m，且臺面硅槽的深度穿過第三外延層和第二外延層并延伸至第一外延層內(nèi)；(6)、表面玻璃鈍化用刮涂法或光刻膠法在臺面硅槽及硅片表面填充玻璃粉，然后在 600 900°C溫度下燒結(jié)10 60min形成玻璃鈍化層；(7)、金屬層淀積在硅片的正面用濺射、電子束蒸發(fā)或電鍍或化學(xué)鍍形成1 8μπι金屬層；(8)、光刻金屬層在金屬層上涂覆光刻膠后，經(jīng)光刻、腐蝕掉有源區(qū)以外的金屬層，形成金屬陽極層；(9)、合金在真空或氮氣的條件、或在氮氣和氫氣的條件下進行合金，合金溫度控制在 300°C 500°C，時間在30 60min，形成金屬陽極層；(10)、背面減薄用磨片機打磨硅片的背面，將硅片減薄到150 400μ m ；(11)、背面金屬化用濺射、電子束蒸發(fā)、電鍍或化學(xué)鍍的其中之一形成1000 20000 A的背面金屬層作，形成金屬陰極層，制得快恢復(fù)外延型二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)外延型二極管的制備方法，其特征在于所述N型的第一外延層厚度可控制在30 200 μ m、電阻率在20 100歐姆厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)外延型二極管的制備方法，其特征在于所述P型的第二外延層厚度控制在5 18 μ m，第三外延層的厚度控制在2 8 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)外延型二極管的制備方法制作的快恢復(fù)外延型二極管，其特征在于包括依次相連接的金屬陰極層、N+襯底硅片、第一外延層、第二外延層和第三外延層，臺面硅槽穿過第三外延層和第二外延層并延伸至第一外延層內(nèi)，設(shè)置在臺面硅槽內(nèi)的玻璃鈍化層延伸至第三外延層頂面，且玻璃鈍化層上設(shè)有窗口，設(shè)置在玻璃鈍化層上部的金屬陽極層穿過玻璃鈍化層上的窗口與第三外延層連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快恢復(fù)外延型二極管，包括依次相連接的金屬陰極層、N+襯底硅片、第一外延層、第二外延層和第三外延層，臺面硅槽貫穿在第三外延層并延伸至第二外延層內(nèi)，設(shè)置在臺面硅槽內(nèi)的玻璃鈍化層延伸至第三外延層頂面，且玻璃鈍化層上設(shè)有窗口，設(shè)置在玻璃鈍化層上部的金屬陽極層穿過玻璃鈍化層上的窗口與第三外延層連接。本發(fā)明通過外延工藝精確控制各外延層的雜質(zhì)濃度和厚度，通過臺面挖槽工藝和玻璃鈍化工藝制得終端結(jié)構(gòu)，能大大縮短工藝流程，快恢復(fù)外延型二極管一致性和重復(fù)性好，容易實現(xiàn)快恢復(fù)二極管的低正向壓降、超快速、軟恢復(fù)特性等高品質(zhì)特征。
文檔編號H01L21/329GK102496572SQ201110451719
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉利峰, 吳迪, 張景超, 戚麗娜, 林茂 申請人:江蘇宏微科技有限公司