快恢復二極管制備工藝中的鉑摻雜方法及快恢復二極管的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于二極管的制備領域，具體涉及一種快恢復二極管制備工藝中的鉬摻雜 方法及制備得到的快恢復二極管。
【背景技術】
[0002] 快恢復二極管(簡稱FRD)，是一種具有開關特性好、反向恢復時間短的特點的半導 體二極管，主要應用于開關電源、PWM脈寬調制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極 管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。
[0003] 在快恢復二極管中，硅快恢復二極管應用廣泛。為了提高開關速度，減少反向恢復 時間T"，傳統(tǒng)的方法是采用重金屬摻雜(如摻金、摻鉬）和電子輻射等技術在二極管中大面 積甚至是整體引入復合中心來消除二極管中的過剩載流子，實現(xiàn)降低器件反向恢復時間1" 的目的。摻金器件能級較深，高溫特性較差；電子輻照感生的缺陷不穩(wěn)定，在較低溫度下會 退化消失，且制備得到的器件漏電流偏大；而鉬擴散形成的替位原子是穩(wěn)定的結構，因此器 件的高溫穩(wěn)定性好。
[0004] 在快恢復二極管的制備過程中，常見的摻鉬工藝是鉬蒸發(fā)或鉬濺射。在快恢復二 極管中，作為復合中心的鉬量很小，鉬濺射或鉬蒸發(fā)造成鉬的消耗量過大，過多的鉬在硅片 表面上，造成浪費，且提高了制作成本；且鉬蒸發(fā)或鉬濺射是以物理方式沉積在硅片表面， 導致應力，帶來過多的張力，影響鉬的激活，阻礙鉬成為有效的復合中心，造成快恢復二極 管性能欠佳。
[0005] 因此，本領域急需一種快恢復二極管制備工藝過程中的鉬摻雜的方法，該方法的 成本低，操作簡便，條件易控，制備得到的鉬摻雜硅材料用于快恢復二極管的性能表現(xiàn)良 好。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種快恢復二極管制備工藝過程中 的鉬摻雜的方法，該方法的操作簡便，條件易控，且制備得到的鉬摻雜硅材料用于快恢復二 極管的性能表現(xiàn)良好。
[0007] 本發(fā)明提供的快恢復二極管制備工藝過程中的鉬摻雜的方法是將硅片材料浸泡 在鉬摻雜溶液中，使鉬離子以游離態(tài)的形式吸附在硅片表面，達到降低應力幾乎為零的目 的，之后將附著在硅片表面的剩余的鉬元素清洗去除，經退火后，達到在硅片材料中形成高 效的鉬復合中心的目的，實現(xiàn)正向壓降（Vf)和反向恢復時間（T")性能的最優(yōu)化。
[0008] 本發(fā)明提供的方法創(chuàng)新性地采用鉬摻雜溶液實現(xiàn)對硅片材料的鉬摻雜，克服了現(xiàn) 有技術只采用鉬蒸發(fā)、鉬濺射等氣相沉積方法進行鉬摻雜的技術偏見，并獲得了優(yōu)異的正 向壓降（Vf )和反向恢復時間（T")。
[0009] 本發(fā)明首先提供了一種快恢復二極管制備工藝中的鉬摻雜方法，所述方法包括如 下步驟：
[0010] (1)將硅片浸泡在鉬摻雜溶液中，獲得吸附了鉬離子的硅片；所述硅片為PN結二 極管硅片；
[0011] (2)對步驟（1)得到的硅片進行清洗；
[0012] (3)退火，獲得鉬摻雜的硅材料；
[0013] 其中，步驟（2)所述清洗的步驟為先用硫酸和雙氧水的混合溶液進行清洗，之后用 氫氟酸溶液進行清洗。
[0014] 本發(fā)明提供的快恢復二極管制備工藝中的鉬摻雜方法中，通過將硅片浸泡在鉬摻 雜溶液中，實現(xiàn)了將鉬元素吸附于硅片上的目的，之后清洗去除硅片上游離的過剩鉬元素， 退火后使鉬元素擴散至硅片內部，并被激活為有效的復合中心。另外，采用步驟（2)的清洗 步驟，有益于在退火過程中，對硅片中摻雜的鉬含量進行控制(如清洗時間越長鉬摻雜量越 低)，并有效防止游離鉬元素對退火設備的污染。
[0015] 本發(fā)明所述硅片為任何型號的PN結二極管硅片，不做具體限定，本領域可以通過 專業(yè)知識進行制作或者通過商購獲得。
[0016] 本發(fā)明步驟（1)所述鉬摻雜溶液為含有鉬離子的硅腐蝕體系。
[0017] 本發(fā)明對于鉬離子的硅腐蝕體系沒有具體限定，只要是能夠實現(xiàn)將鉬元素擴散至 硅片材料內部的溶液均可實現(xiàn)本發(fā)明。典型但非限制性的鉬離子可以以氯亞鉬酸銨、鉬酸 銨或氯鉬酸的形式加入；典型但非限制性的硅腐蝕體系可以是氫氟酸溶液、氫氟酸-硝酸 溶液、氫氟酸-硫酸溶液或氫氟酸-鹽酸溶液等。也就是說，本發(fā)明所述鉬摻雜溶液可以是 含有任何鉬離子的任何硅腐蝕體系。
[0018] 優(yōu)選地，所述硅腐蝕體系由氫氟酸與硝酸、鹽酸或硫酸中的任意1種或至少2種的 組合。
[0019] 優(yōu)選地，所述鉬離子以氯亞鉬酸銨的形式加入。
[0020] 作為優(yōu)選技術方案，本發(fā)明所述鉬摻雜溶液為含有氯亞鉬酸銨的氫氟酸溶液；
[0021] 優(yōu)選地，所述含有氯亞鉬酸銨的氫氟酸溶液中，氯亞鉬酸銨的濃度為0. 01~10g/ L去離子水；每克氯亞鉬酸銨對應0. 1~1000mL的氫氟酸；所述氫氟酸以30v%的濃度計。 也就是說，在所述浸泡溶液中，氯亞鉬酸銨和去離子水的比例為每升去離子水加入0.01~ l〇g氯亞鉬酸銨；每克氯亞鉬酸銨對應加入0. 1~l〇〇〇mL的氫氟酸。
[0022] 典型但非限制性地，氯亞鉬酸銨的濃度為0. 01~10g/L，例如0. 02g/L、0. 07g/L、 0?14g/L、0.18g/L、0.5g/L、0.8g/L、l.3g/L、2.7g/L、3.3g/L、5g/L、6. 4g/L、7. 8g/L、8. 7g/ L、9. 5g/L、9. 9g/L等；每克氯亞鉬酸銨對應加入氫氟酸的量為0. 4mL、0. 9mL、l. 4mL、4mL、 15mL、27mL、44mL、58mL、70mL、120mL、205mL、220mL、287mL、356mL、568mL、675mL、780mL、 956mL、998mL等。
[0023] 本發(fā)明所述加入的氫氟酸以30v%的濃度計。本發(fā)明并不限定氫氟酸的濃度，此處 所述氫氟酸以30v%的濃度計，只是為了更明確的表示實際加入的氫氟酸的量，也就是說， 本發(fā)明加入的氫氟酸的濃度可以是任意可以獲得的氫氟酸的濃度，例如20%、25%、40%、37% 等，只需進行相應換算即可。
[0024] 本發(fā)明所述快恢復二極管制備工藝中的鉬摻雜方法步驟（1)中，所述浸泡時間 > 0.1s，例如 0.5s、4s、35s、80s、208s、296s、450s、552s、700s、852s、968s、1058s、1540s、 1854s、2050s、2358s等；優(yōu)選 0? 1 ~2000s。
[0025] 優(yōu)選地，步驟（1)所述浸泡的溫度為5~50°C，優(yōu)選20~35°C，例如22°C、25°C、 29°C、34°C等。
[0026] 作為優(yōu)選技術方案，本發(fā)明步驟（2)所述硫酸和雙氧水的混合溶液按體積百分比 包括如下組分：
[0027]硫酸 10 ~30%
[0028] 雙氧水 10~30%
[0029] 去離子水余量；
[0030] 所述硫酸的濃度以30v%計，雙氧水以35v%計。
[0031] 優(yōu)選地，步驟（2)所述氫氟酸溶液中，以30v%濃度的氫氟酸計，氫氟酸與去離子水 的體積比為（1~30):100。
[0032] 優(yōu)選地，步驟（2)所述清洗的方式為沖洗。
[0033]優(yōu)選地，所述清洗的溫度為 10 ~KKTC，例如 12°C、15°C、19°C、25°C、40°C、58°C、 65。〇、781：、891：、951：等，優(yōu)選20~351：。
[0034] 優(yōu)選地，用硫酸和雙氧水的混合溶液進行清洗的時間彡lmin，例如2min、5min、 15min、27min、42min、68min、85min、99min、135min、168min、185min、208min、225min等，優(yōu)選 1 ~200min。
[0035] 優(yōu)選地，用氫氟酸溶液進行清洗的時間為1~3000s，例如2s、8s、22s、45s、158s、 358s、495s、630s、800s、1050s、1158s、1385s、1650s、1856s、2300s、2865s、2985s等。
[0036] 本發(fā)明對于退火的方式不做具體限定，本領域技術人員可以根據掌握的專業(yè)知識 和實際情況對退火的方式和條件進行選擇，典型但非限制性的包括真空退火、爐管退火、接 觸式大電流退火、紅外退火或感應式退火爐退火等等。
[0037] 優(yōu)選地，步驟（2)所述退火的方式選自爐管退火和/或紅外退火。
[0038] 本發(fā)明對于退火的具體條件也不做具體限定，典型但非限制性地，所述爐管退火 的條件為：退火溫度300~1200°C，退火時間1~500min。
[0039] 為了能夠進一步活化硅片中的鉬離子，本發(fā)明進一步優(yōu)選在步驟（2)所述退火之 后將硅片浸泡于鹽酸和雙氧水的溶液中。
[0040] 作為優(yōu)選技術方案，本發(fā)明所述快恢復二極管制備工藝中的鉬摻雜方法包括如下 步驟：
[0041] (1)將硅片浸泡在氯亞鉬酸銨的氫氟酸溶液中，獲得吸附了鉬離子的硅片；
[0042] (2)對步驟（1)得到的硅片先用硫酸和雙氧水的混合溶液進行清洗，之后用氫氟酸 溶液進行清洗；
[0043] (3)將步驟（2)清洗后的硅片進行退火，將退火后的硅片浸泡于鹽酸和雙氧水的溶 液中，取出晾干即獲得鉬摻雜的硅材料。
[0044] 本發(fā)明進一步提供了一種快恢復二極管，所述快恢復二極管由前述方法制備得到 的鉬摻雜硅材料制備得到。
[0045] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0046] (1)本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有技術采用氣相沉積(如蒸發(fā)或濺射）進行鉬摻雜 的技術偏見，創(chuàng)新性的采用溶液對硅片材料進行鉬摻雜，為快恢復二極管制備工藝中的鉬 摻雜方法提供了一種新的思路；
[0047] (2)本發(fā)明提供的鉬摻雜方法使鉬離子以游離態(tài)的形式吸附在硅片表面，達到降 低應力幾乎為零的目的，這種方式有助于鉬在硅片材料中形成高效的復合中心，實現(xiàn)正向 壓降（Vf)和反向恢復時間（T")性能的最優(yōu)化；
[0048] (3)本發(fā)明通過對浸泡鉬摻雜溶液后的硅片進行清洗，實現(xiàn)了對硅片中摻雜的鉬 元素的量的控制，并有效防止重金屬對硅片的污染；
[0049] (4)提供的鉬摻雜方法操作簡便，條件易控，且制備得到的鉬摻雜硅材料用于快恢 復二極管的性能表現(xiàn)良好。
【具體實施方式】
[0050] 為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施 例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應視為對本發(fā)明的具體限制。
[0051] 本發(fā)明【具體實施方式】所使用的PN結二極管硅片的厚度為390i!m