CN101866854A - 超快软恢复二极管芯片的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种超快软恢复二极管芯片的生产方法，用于大电流、快软恢芯片的生产。包括外延片清洗、磷预淀积、喷砂、硼扩散及磷高温再分布、双面喷砂、氧化退火、铂扩散、清洗、刻槽、玻璃钝化保护、电极蒸发、划片，本发明对晶片采用真空蒸铂的方法后再进行铂扩散，在900℃-1000℃的温度范围内再扩散0.5-2.5小时，获得软恢复特性，使反向恢复电流具有软特性；较好地解决了反向恢复时间与通态压降的优化问题；无需专门设计实现软特性的特殊工艺和方法，只需变换扩铂方式和方法，从而有效达成快速二极管的软恢复特性；可广泛替代进口，应用于各个领域，实现该系列产品的全面国产化。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域内的一种二极管芯片的生产方法。
背景技术
超快软恢复二极管主要作为高频整流、续流、开关及保护二极管等用于开关电源、逆变电源、通信电源、高频大电流等电路中，多用于航天及军事等可靠性要求较高的场合。随着高精尖武器装备系统的性能对高速度、高可靠性要求越来越高，高新工程武器装备系统对半导体元器件也提出了更高的要求，系统不仅要求开关速度快，而且需要电流反向恢复时具有软恢复特性。
二极管截止时，有一个反向电流，它从关断至恢复到零点的时间称为反向恢复时间。其中反向电流直接恢复到零点开通的二级管称为硬恢复特性二极管，硬恢复特性二极管应用于快速(高频)电路时容易产生高频谐波，严重时将干扰设备系统的正常工作；快恢复二极管的软恢复特性能有效遏制高次谐波。由于高效、超高频电源在各个领域的广泛应用，尤其是航天、航空、船舶、兵器等领域的大量应用，超快软恢复二极管的开关特性尤为重要。我国超快软恢复二极管来源一直依赖于进口，国外主要由欧美半导体公司(如MICROSEMI、EUPEC、IXYS、FAIRCHILDSEMI(仙童)等外国公司)推出的超快软恢复二极管芯片技术对我国是封锁的，进口成型产品价格高、交货周期长、购买渠道不畅，尤其在军工行业，依赖进口的现状将使元器件采购愈来愈被动。采用一般普通硬恢复二极管，应用线路复杂，系统可靠性较低，甚至有些先进的线路和集成电路由于二极管的硬恢复特性而无法完成。
目前超快软恢复二极管的生产存在以下问题：1、缺乏完整的理论设计；2、缺乏成熟的生产工艺；3、应用先进的生产设备不足，如使用高精度离子注入机等。4、目前国内无厂商系统地的进行研制和开发，更谈不到批量化、系列化供应大电流超快软恢复二极管。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种超快软恢复二极管芯片的生产方法，在传统快速二极管芯片生产工艺基础上，采用真空蒸铂的方法后再进行铂扩散，实现高频率、大电流、软恢复特性。
为实现上述目的，本发明包括外延片清洗、磷预淀积、喷砂、硼扩散及磷高温再分布、双面喷砂、氧化退火、铂扩散、清洗、刻槽、玻璃钝化保护、电极蒸发、划片，其特征在于：对晶片采用真空蒸铂的方法后再进行铂扩散。
所述真空蒸铂及铂扩散方法为：使用蒸发釜进行真空蒸铂，克服以往液态铂扩散的不均匀性；然后再将蒸过铂的晶片处理后在扩散炉中以900℃-1000℃的温度范围内进行低温扩散0.5-2.5小时。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、反向恢复电流具有软特性；
2、较好地解决了反向恢复时间与通态压降的优化问题；
3、无需专门设计实现软特性的特殊工艺和方法，只需变换扩铂方式和方法有效达成快速二极管的软恢复特性；
4、可广泛替代进口，应用于各个领域，实现该系列产品的全面国产化。
具体实施方式
下面对本发明的生产方法作详细描述。
外延片清洗：经超声波用去离子水进行清洗、脱水处理；
磷预淀积及喷砂：采用纸源扩散，扩散炉实际温度1220℃，预淀积2个小时，使得表面方块电阻＜0.1Ω/口；再采用湿式晶圆喷砂机进行喷砂除杂质清洗；
硼扩散及磷高温再分布、双面喷砂：目的是形成PN结，同时对磷推进深度，增加基区宽度。方法是在1250℃温度环境下，用硼纸源扩散35个小时，使得硼的表面方块电阻＜0.1Ω/口；双面喷砂仍然采用湿式晶圆喷砂机进行表面去除杂质处理；
真空蒸铂后进行铂扩散：该工序是快恢复二极管芯片生产的关键工艺，本发明方法不是用传统涂覆铂液态源，而是使用蒸发釜蒸铂的方法后，在扩散炉中通过低温925℃扩散1.2小时，得到分布均匀的扩散层。这里充分考虑了压降和反向恢复时间的优化点(由于复合中心浓度越大反向恢复时间就越小、压降越大)，反向恢复时间控制在90～150纳秒范围内。由于真空蒸铂的均匀性与厚度的可控性，通过低温扩散得到分布均匀的铂层分布，由于其层的均匀性，所以具有一定的容性分布，致使二极管快速复合(恢复)的同时又具有软特性。
氧化退火：在扩散炉中通纯氧对芯片进行退火处理，使芯片扩散层分布均匀；
清洗：芯片清洗采用超纯水超声波清洗；
刻槽：混合酸腐蚀光刻后的芯片，以便进行玻璃钝化处理；
玻璃钝化保护：
1.将光刻后的扩散片用混合酸腐蚀出PN结，去除光刻胶；
2.将溶剂与玻璃粉在瓶中进行搅拌制成玻璃浆；
3.将玻璃桨均匀地涂敷在已刻蚀出沟槽的硅片表面，用刮刀将电极面多余的玻璃桨刮掉；
4.将涂敷后在硅片在585℃炉内进行玻璃预烧，时间为20min；
5.取出预烧过的硅片，将其电极面多余玻璃粉擦掉；
6.将擦拭过的硅片进行玻璃熔融，炉温为820℃，时间为20min；
7.对玻璃熔融后的硅片再进行第二次玻璃桨涂敷、预烧、擦拭、熔融，获得完整的玻璃钝化。
电极蒸发：蒸镍银合金。在真空条件下，通过蒸发源加热膜材，使其蒸发，蒸发原子和分子从蒸发源表面逸出后，到达被镀的硅片表面上。
划片：采用激光划片。划片尺寸为215mil方形片。
通过实施上述工艺，本发明达到的主要技术性能指标如下：
●VBR：400～1200V
●IO：1A～50A
●VRWM：400～1200V
●VF：0.9～1.3V(IF＝3xI(AV))
●IR1：5.0μA(VR＝VRWM，TA＝25℃)
●IR2：150μA(VR＝VRWM，TA＝100℃)
●trr：45～150ns
●温度循坏：-55℃～175℃连续重复10次以上；
●工作寿命1000小时；
●可经受500次温度冲击试验。
Claims (2)
1.一种超快软恢复二极管芯片的生产方法，包括外延片清洗、磷预淀积、喷砂、硼扩散及磷高温再分布、双面喷砂、氧化退火、铂扩散、清洗、刻槽、玻璃钝化保护、电极蒸发、划片，其特征在于：对晶片采用真空蒸铂的方法后再进行铂扩散。
2.根据权利要求1所述的超快软恢复二极管芯片的生产方法，其特征在于：所述真空蒸铂和铂扩散方法为：使用蒸发釜进行真空蒸铂，在扩散炉中采用900℃-1000℃的温度扩散0.5-2.5小时。
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