CN103578978B - 一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法 - Google Patents
一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103578978B CN103578978B CN201310487942.2A CN201310487942A CN103578978B CN 103578978 B CN103578978 B CN 103578978B CN 201310487942 A CN201310487942 A CN 201310487942A CN 103578978 B CN103578978 B CN 103578978B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- layer
- fast recovery
- recovery diode
- high pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 73
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 69
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 23
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 42
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 17
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 16
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 16
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N [Si].[P] Chemical compound [Si].[P] HIVGXUNKSAJJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
- H01L29/6609—Diodes
- H01L29/66143—Schottky diodes
Abstract
本发明涉及一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，包括以下工序：选取硅外延片、铂扩散、P+阳极区硅-硅键合、台面制造、硅槽钝化、正面金属化、减薄、背面金属化，本发明工艺流程中在形成P+阳极区之前在N-层表面进行铂扩散工艺，使高浓度复合中心尽可能分布在N-层靠近PN结附近的区域，而在P+层靠近PN结附近不引入或引入很低浓度的复合中心，即实现了复合中心的类似局域分布，有利于实现正向压降和反向恢复时间的更佳折衷，并可减小少子寿命、缩短反向恢复时间，同时可降低复合中心对漏电的影响，有利于提高产品成品率，可用来制造体积小、成品率高、一致性好、可靠性高的高压快恢复二极管芯片。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，属于功率半导体器件领域。
背景技术
快恢复二极管由于具有开关性能好、反向恢复时间短、正向电流大、反向耐压高、体积小、安装简便等优点，广泛地应用于脉宽调制器、开关电源、不间断电源等装置中，作高频、高压、大电流整流、续流及保护用，已成为应用装置中不可或缺的组成部分。
现代电力电子应用装置对快恢复二极管性能的主要要求有：反向恢复时间要短，以减小二极管开关损耗的提高电路工作频率；正向压降要小，以减小二极管的通态损耗；反向漏电流要小，以减小断态损耗；软度因子要大，以保证整个电路的稳定性。
在快恢复二极管的制造中，减小反向恢复时间的方法是在器件内部引入复合中心。目前广泛使用的贵金属掺杂，就是通过向器件中掺杂金、铂等重金属杂质作为复合中心，减小少子寿命，以达到缩小反向恢复时间的目的。但这种复合中心的引入往往是在整个器件中引入大范围的复合中心，由于贵金属杂质具有很高的扩散系数，所以复合中心均匀分布于整个器件内部。这种在整个器件中引入大范围的复合中心的制造方法，在提高二极管开关性能的同时，会引起器件其他参数的劣化，如反向漏电流增大、软击穿、低合格率等。
研究表明，对于快恢复二极管来说，减小少子寿命、缩短反向恢复时间最有效的复合中心是存在于N层并且靠近PN结附近的复合中心。相关文献（VictorA.K.Temple,“OptimizingCarrierLifetimeProfilesforImprovedTrade-OffTimeandForwardDrop”,IEEETrans.OnElectronDevices,VOL.ED-30,NO.7,782(1983)）就复合中心的空间分布对快恢复二极管正向压降和关断损耗的影响进行了详细分析和阐述。
对于台面高压快恢复二极管，器件结构如图1所示。台面快恢复二极管芯片传统制造方法是选用N型硅直拉单晶片，包括选取硅单晶片、磷扩散、磨片、硼扩散、铂扩散、减薄、金属化等工序，即采用三重扩散方法形成P+NN+结构，具体做法是采用N型直拉单晶硅作为原始硅片，首先在高温（不低于1250℃）条件下进行磷预淀积，形成高浓度的N+层，接着圆片另一面喷砂磨片，再进行硼淀积，然后在高温（不低于1250℃）、长时间（几十甚至上百小时）条件下进行硼扩散和磷再分布，形成高浓度的P+层，从而形成P+NN+结构。硅-硅直接键合（SiliconDirectBonding，简称SDB）技术是将两个抛光硅片经化学清洗和活化处理后在室温下粘贴在一起，再经过高温退火处理，使键合界面发生物理化学反应，形成强度很大的化学共价键连接，增加键合强度而形成一个整体。硅-硅键合工艺通常分为三步：第一步，两片表面平整洁净抛光硅片经适当表面清洗与活化，使硅片表面成为亲水面；第二步，室温下直接键合使两硅片在室温下依靠短程的分子间作用力吸合在一起；第三步，高温退火处理，使界面发生物理化学反应，增加键合强度而形成整体。该技术具有工艺简单，两键合硅片的晶向、电阻率和导电类型可自由选择，与半导体工艺完全兼容，并且键合强度大，键合后的界面可以承受磨片、抛光和高温处理等优点。自1985年Lasky首次报道以来，该技术得到广泛重视与快速发展。如今，硅-硅直接键合技术已经广泛应用于SOI、MEMS和电力电子器件等领域。如1986年日本东芝公司已采用SDB技术研制出1800V、10A的IGBT器件（OhashiHetal.Proc.IEEEIEDM，1986：210-213）
经检索，目前涉及台面快恢复二极管芯片制造方法的专利和文献，如CN101188199A《一种快恢复硅整流二极管芯片的制造方法》、华中科技大学硕士学位论文《掺铂超快恢复二极管制备技术及特性的研究》等，都采用以上所述的传统方法。采用这种传统工艺生产台面快恢复二极管芯片的缺点在于：1）芯片结构中的P+和N+结构是通过扩散形成，高温、长时间的扩散必然会引入大量热缺陷，导致材料位错数量增多，影响器件的性能和成品率；2）扩散结的结深与扩散工艺温度、时间密切相关，当扩散温度一定时，只能通过延长扩散时间来提高扩散结的深度，因此不适合加工深结快恢复二极管芯片；3）即使精细控制扩散细节，也很难保证扩散结深、结掺杂浓度及分布的均匀性和一致性，这样生产的芯片性能的稳定性和一致性很难提高；4）传统方法中的掺铂寿命控制方法，在提高二极管开关性能的同时，会引起器件其他参数的劣化，如反向漏电流增大、软击穿、低合格率等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，可用来制造体积小、成品率高、一致性好、可靠性高的高压快恢复二极管芯片。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，包括如下步骤：
（1）、在N型硅外延材料的N-面上淀积一层金属铂，然后在900～1000℃下进行铂扩散，时间为30～60min；
（2）、将步骤（1）中经铂扩散后的圆片通过硅-硅键合工艺键合一层重掺杂P+硅材料，形成P+阳极区；
（3）、在圆片的P+阳极区上依次制备氧化层和氮化硅层，作为台面腐蚀的掩蔽层，然后进行光刻，接着采用湿法腐蚀工艺形成硅台面结构，最后采用干法刻蚀工艺去掉台面上的氧化硅层和氮化硅层；
（4）、在步骤（3）得到的圆片表面依次制备磷硅玻璃、二氧化硅作为钝化层，或者依次制备二氧化硅、氮化硅作为钝化层；
（5）、对经步骤（4）处理的圆片经光刻、腐蚀后形成阳极接触窗口，然后表面淀积金属，光刻、腐蚀后形成阳极金属电极；
（6）、将步骤（5）得到的圆片从N+面进行减薄；
（7）、将减薄后的圆片的N+面淀积金属，形成阴极金属电极。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（1）中N型硅外延材料结构为N+N-或N+NN-型，其中N-层厚度为10～100μm；所述N型硅外延材料的N-面上淀积的金属铂厚度为50～500μm。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（2）中的硅-硅键合工艺具体为：将经铂扩散后的硅片与P+硅材料贴合，将贴合好的硅片与P+硅材料在N2环境下经过30min～120min的高温退火处理，使P+硅材料与硅片成为一体。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（3）中硅台面结构的台面高度H为50～100μm。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（3）中作为台面腐蚀掩蔽层的氧化层厚度为0.3～0.5μm，氮化硅层厚度为0.5～1.0μm。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（4）中钝化层的厚度为1.0～3.0μm。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（5）中形成阳极金属电极的具体方法为：首先进行阳极接触窗口的光刻、腐蚀，形成阳极欧姆接触窗口，接着依次蒸发钛、镍、银金属层，金属层总厚度为1.0～3.0μm，然后光刻、腐蚀金属，形成阳极金属电极。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（6）中减薄之后圆片的总厚度为200～300μm。
在上述基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法中，步骤（7）中淀积的金属依次为钛、镍、银金属层，金属层总厚度为1.0～3.0μm，形成阴极金属电极。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
（1）、本发明快恢复二极管制造方法中，铂扩散工序是P+阳极区域形成之前进行，即在PN结形成之前进行铂扩散工艺，有利于高浓度有效复合中心尽可能分布在N层靠近PN结附近的区域，而P+阳极区域是在扩铂之后形成，这样在P+层靠近PN结附近不存在或者分布的复合中心浓度很低，即实现了复合中心的类似局域分布，复合中心的这种局域分布在减小少子寿命、缩短反向恢复时间的同时，有利于折衷反向恢复时间和正向压降性能参数之间矛盾，另外可降低复合中心对漏电的影响，有利于提高产品成品率；
（2）、本发明快恢复二极管制造方法选用N型硅外延材料（结构为N+N-或N+NN-型）作为初始材料，材料中N+低阻层可直接作为器件阴极欧姆接触区域，与传统技术相比，避免了形成N+区所必需的高温磷扩散工艺过程，简化了工艺；
（3）、本发明快恢复二极管制造方法中，器件阳极P+区域通过硅-硅键合工艺形成，硅-硅直接键合技术与IC工艺完全兼容，工艺成熟，键合后界面可接受磨片、抛片、化学和高温处理；并且与传统技术相比，避免了形成P+区所必需的长时间高温硼扩散工艺过程，缩短了工艺加工周期；
（4）、本发明快恢复二极管制造方法中，器件阳极P+区域通过硅-硅键合工艺形成，可通过调整P+键合材料的厚度，方便灵活控制PN结结深，因此非常适合制作对结深有特殊要求的快恢复二极管芯片，尤其适合制作深结台面快恢复二极管芯片；
（5）、采用本发明快恢复二极管制造方法，器件阳极P+区域通过硅-硅键合工艺形成，与传统技术相比，制备的材料质量高，器件中PN结结深、结掺杂浓度及分布的均匀性和一致性更高，因此器件性能一致性和整体可靠性更好；
（6）、采用本发明制造的快恢复二极管在反向恢复时间减小的同时，仍具有较低的反向漏电流，使器件的可靠性得到保证，本方法可推广应用到反向工作电压在50～1200V的台面快恢复二极管芯片的研制中。
附图说明
图1为本发明快恢复二极管制造流程图；
图2为本发明台面高压快恢复二极管剖面结构图；
图3为本发明初始材料剖面结构图；
图4为本发明制作过程中P+阳极区域键合后剖面结构图；
图5为本发明制作过程中形成台面腐蚀掩蔽层后结构剖面图；
图6为本发明制作过程中腐蚀硅槽后结构剖面图；
图7为本发明制作过程中完成台面钝化保护后结构剖面图；
图8为本发明制作过程中完成减薄、金属化后结构剖面图。
其中：1为阳极P+区域，2为阴极N区域，3为阴极接触N+层，4为阳极金属层，5为阴极金属层，6为钝化保护层，7为氮化硅层，8表示氧化硅层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图2所示为本发明台面高压快恢复二极管剖面结构图，由图可知，快恢复二极管中P+层1和N+层3分别是阳极和阴极的接触层，可与金属电极形成良好欧姆接触，以降低器件正向压降；N高阻层2为低浓度N型杂质高阻层，决定器件的反向耐压值，根据器件反向耐压值的大小，通过对N层的厚度和电阻率精确控制，确保器件反向耐压达到要求；由磷硅玻璃、二氧化硅或氮化硅组成的复合钝化层6可有效保护硅槽斜面上的PN结，增强器件对外来离子玷污的阻断能力，控制和稳定半导体表面的电特性以及防止器件在使用时受到机械和化学的损伤；金属层4和金属层5分别为器件阳极和阴极的金属电极，由钛/镍/银构成的多层复合金属层能够与硅形成良好的欧姆接触，同时与硅具有很好的粘附性，能够满足后道工序实现金属引脚焊接的要求。
如图1所示为本发明快恢复二极管制造流程图，本发明快恢复二极管制造过程如下：
一、材料选择：N型硅外延材料结构可以为N+N-或N+NN-型，选取<111>晶向、结构为N+N-的硅外延材料（如图3所示为本发明初始材料剖面结构图），N-高阻层2电阻率为1～100Ω·cm，厚度为10～100μm；
二、铂扩散：在外延材料的N-面2蒸发或溅射一层厚度为50～500μm的金属铂，然后在900～1000℃条件下进行铂扩散，时间为30～60min；
三、P+区域键合：选取重掺杂P+硅低阻材料1，将P+硅材料1和经过步骤（2）处理的衬底材料表面清洗与活化，接着放入1～2%的稀释的HF酸溶液中漂洗1～2分钟，完全漂去硅片表面的本征氧化层，去离子水冲洗、甩干，然后在室温下将硅片的抛光面贴合在一起，使两硅片在室温下依靠短程分子间作用力吸合在一起，接着将贴合好的硅片在N2环境下经过30min～120min的高温退火处理，使P+材料1与衬底材料成为一体，最后对P+面进行磨片，P+区域剩余厚度根据器件结深的要求而定，如图4所示为本发明制作过程中P+阳极区域键合后剖面结构图；
四、台面光刻、腐蚀：通过氧化工艺制备一层厚度为0.3～0.5μm的氧化层8，再通过淀积工艺制备一层厚度为0.5～1μm氮化硅层7，形成台面腐蚀的掩蔽层，如图5所示为本发明制作过程中形成台面腐蚀掩蔽层后结构剖面图；然后进行光刻，形成台面硅槽腐蚀窗口，去掉窗口区域光刻胶，接着采用湿法腐蚀工艺形成硅台面结构，如图6所示为本发明制作过程中腐蚀硅槽后结构剖面图，台面的高度H为50～100μm，最后采用干法刻蚀工艺依次去掉台面上的氮化硅层7和氧化层8；
五、硅槽钝化：采用LPCVD工艺，正面依次淀积磷硅玻璃、二氧化硅，或者依次淀积二氧化硅、氮化硅，经光刻、腐蚀后，形成硅槽钝化保护层6。如图7所示为本发明制作过程中完成台面钝化保护后结构剖面图；
六、正面金属化：在圆片硅台面结构的上端面进行阳极接触窗口的光刻、腐蚀，形成阳极欧姆接触窗口，接着依次蒸发钛/镍/银金属层，金属层总厚度为1.0～3.0μm，然后光刻、腐蚀金属，形成阳极金属电极4；
七、背面减薄：将圆片从背面，即从N+面3减薄，减薄之后的厚度为200～300μm。
八、背面金属化：将减薄后的圆片的N+面3淀积钛/镍/银金属层，金属层总厚度为1.0～3.0μm，形成阴极金属电极5。如图8所示为本发明制作过程中完成减薄、金属化后结构剖面图。
实施例1
一、材料选择：选取<111>晶向、结构为N+N-的硅外延材料，N-高阻层电阻率为22Ω·cm，厚度为55μm。
二、铂扩散：在外延材料的N-面蒸发或溅射一层厚度为500μm的金属铂，然后在930℃条件下进行铂扩散，时间为30min。
三、P+区域键合：退火处理条件为1200℃，30min，N2保护。
四、台面光刻、腐蚀：氧化层的厚度为0.5μm，氮化硅层的厚度为1μm，形成台面腐蚀的掩蔽层，形成硅台面结构的台面高度H为80μm。
五、硅槽钝化：采用LPCVD工艺，正面依次淀积厚度为0.3μm的磷硅玻璃和0.4μm的二氧化硅，经光刻、腐蚀后，形成硅槽钝化保护层。
六、正面金属化：依次蒸发厚度分别为的钛/镍/银金属层，然后光刻、腐蚀金属，形成阳极金属电极；
七、背面减薄：将圆片从N+面减薄，减薄之后的厚度为210μm。
八、背面金属化：将减薄后的圆片的N+面淀积厚度分别为的钛/镍/银金属层，形成阴极金属电极。
本实施例制备得到的快恢复二极管，击穿电压BV≥450V，反向漏电流IR≤5μABV=400V，正向压降VF≤1.2VIF=6A，反向恢复时间trr≤30nsIF=IRM=1.0A,IREC=0.1A，di/dt=-100A/μs，器件耐高温特性强，能够通过150℃高温、长达1000小时的高温反偏实验。
本发明制造方法中铂扩散工序提前至形成PN结之前，即在P+阳极区域形成之前进行铂扩散工艺，这样可使高浓度有效复合中心尽可能分布在N层靠近PN结附近的区域，而在P+层靠近PN结附近不引入或者引入很低浓度的复合中心，即实现了复合中心的类似局域分布；快恢复二极管中的P+阳极区域是采用硅-硅键合工艺形成，通过调整P+键合材料的厚度和电阻率，可实现结深几十微米以上的深结，避免了长时间的高温硼扩散工艺过程。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、在N型硅外延材料的N-面（2）上淀积一层金属铂，然后在900～1000℃下进行铂扩散，时间为30～60min；
（2）、将步骤（1）中经铂扩散后的圆片通过硅-硅键合工艺键合一层重掺杂P+硅材料（1），形成P+阳极区；
（3）、在圆片的P+阳极区上依次制备氧化层（8）和氮化硅层（7），作为台面腐蚀的掩蔽层，然后进行光刻，接着采用湿法腐蚀工艺形成硅台面结构，最后采用干法刻蚀工艺去掉台面上的氧化硅层（8）和氮化硅层（7）；
（4）、在步骤（3）得到的圆片表面依次制备磷硅玻璃、二氧化硅作为钝化层（6），或者依次制备二氧化硅、氮化硅作为钝化层（6）；
（5）、对经步骤（4）处理的圆片经光刻、腐蚀后形成阳极接触窗口，然后表面淀积金属，光刻、腐蚀后形成阳极金属电极（4）；
（6）、将步骤（5）得到的圆片从N+面（3）进行减薄；
（7）、将减薄后的圆片的N+面（3）淀积金属，形成阴极金属电极（5）。
2.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（1）中N型硅外延材料结构为N+N-或N+NN-型，其中N-层厚度为10～100μm；所述N型硅外延材料的N-面（2）上淀积的金属铂厚度为50～500μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（2）中的硅-硅键合工艺具体为：将经铂扩散后的硅片与P+硅材料（1）贴合，将贴合好的硅片与P+硅材料（1）在N2环境下经过30min～120min的高温退火处理，使P+硅材料与硅片成为一体。
4.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中硅台面结构的台面高度H为50～100μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中作为台面腐蚀掩蔽层的氧化层（8）厚度为0.3～0.5μm，氮化硅层（7）厚度为0.5～1.0μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（4）中钝化层（6）的厚度为1.0～3.0μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（5）中形成阳极金属电极（4）的具体方法为：首先进行阳极接触窗口的光刻、腐蚀，形成阳极欧姆接触窗口，接着依次蒸发钛、镍、银金属层，金属层总厚度为1.0～3.0μm，然后光刻、腐蚀金属，形成阳极金属电极（4）。
8.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（6）中减薄之后圆片的总厚度为200～300μm。
9.根据权利要求1所述的一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法，其特征在于：所述步骤（7）中淀积的金属依次为钛、镍、银金属层，金属层总厚度为1.0～3.0μm，形成阴极金属电极（5）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310487942.2A CN103578978B (zh) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310487942.2A CN103578978B (zh) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103578978A CN103578978A (zh) | 2014-02-12 |
| CN103578978B true CN103578978B (zh) | 2016-05-18 |
Family
ID=50050495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310487942.2A Active CN103578978B (zh) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103578978B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104332503B (zh) * | 2014-10-16 | 2019-01-25 | 桑德斯微电子器件（南京）有限公司 | 一种高压快恢复二极管芯片生产工艺 |
| CN105405895B (zh) * | 2015-12-17 | 2018-10-02 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种低存储电荷快恢复二极管芯片 |
| CN106449433A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-02-22 | 上海芯石微电子有限公司 | 一种降低开关二极管结电容的键合结构及其制造方法 |
| CN108807178B (zh) * | 2017-05-05 | 2022-08-23 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体结构及其形成方法 |
| CN109671625A (zh) * | 2017-10-13 | 2019-04-23 | 华润微电子（重庆）有限公司 | 快恢复二极管的制备方法 |
| CN108074809B (zh) * | 2017-11-09 | 2020-11-06 | 江苏捷捷微电子股份有限公司 | 一种快速软恢复二极管芯片的制造方法 |
| CN108269859B (zh) * | 2017-12-12 | 2021-04-13 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种双向瞬态电压抑制二极管及制造方法 |
| DE102018113573B4 (de) * | 2018-06-07 | 2022-11-03 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Patentabteilung | Diode mit einem Halbleiterkörper |
| CN109920764A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-06-21 | 福建安特微电子有限公司 | 半导体芯片表面钝化保护的多层薄膜结构、应用及工艺 |
| CN112909078B (zh) * | 2021-02-08 | 2022-11-29 | 临沂卓芯电子有限公司 | 一种高压超快恢复二极管芯片及其制造方法 |
| CN113314414B (zh) * | 2021-06-29 | 2024-03-26 | 中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂） | 一种低功耗超快恢复整流二极管的制造方法 |
| CN115547856B (zh) * | 2022-10-20 | 2023-05-16 | 安徽钜芯半导体科技有限公司 | 一种高性能半导体整流芯片及其制备工艺 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054369A (en) * | 1997-06-30 | 2000-04-25 | Intersil Corporation | Lifetime control for semiconductor devices |
| CN101582456A (zh) * | 2009-07-02 | 2009-11-18 | 锦州市双合电器有限公司 | 高频电镀用快恢复整流二极管及其制造方法 |
| CN102496572A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-13 | 江苏宏微科技有限公司 | 快恢复外延型二极管及其制备方法 |
| CN102569067A (zh) * | 2012-02-17 | 2012-07-11 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种平面高压超快软恢复二极管的制造方法 |
| CN102832121A (zh) * | 2011-06-17 | 2012-12-19 | 中国科学院微电子研究所 | 快恢复二极管制造方法 |
| CN203118957U (zh) * | 2012-09-27 | 2013-08-07 | 宁波比亚迪半导体有限公司 | 一种快恢复二极管 |
-
2013
- 2013-10-17 CN CN201310487942.2A patent/CN103578978B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054369A (en) * | 1997-06-30 | 2000-04-25 | Intersil Corporation | Lifetime control for semiconductor devices |
| CN101582456A (zh) * | 2009-07-02 | 2009-11-18 | 锦州市双合电器有限公司 | 高频电镀用快恢复整流二极管及其制造方法 |
| CN102832121A (zh) * | 2011-06-17 | 2012-12-19 | 中国科学院微电子研究所 | 快恢复二极管制造方法 |
| CN102496572A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-13 | 江苏宏微科技有限公司 | 快恢复外延型二极管及其制备方法 |
| CN102569067A (zh) * | 2012-02-17 | 2012-07-11 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种平面高压超快软恢复二极管的制造方法 |
| CN203118957U (zh) * | 2012-09-27 | 2013-08-07 | 宁波比亚迪半导体有限公司 | 一种快恢复二极管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103578978A (zh) | 2014-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103578978B (zh) | 一种基于硅基键合材料的高压快恢复二极管制造方法 | |
| CN102244078B (zh) | 台面工艺可控硅芯片结构和实施方法 | |
| US6664169B1 (en) | Process for producing semiconductor member, process for producing solar cell, and anodizing apparatus | |
| CN102569067B (zh) | 一种平面高压超快软恢复二极管的制造方法 | |
| CN101399200B (zh) | 一种p、n纸源同一扩散过程制造硅二极管pn结的方法 | |
| CN101399201B (zh) | 一种硅双向触发二极管的制造方法 | |
| CN103545239B (zh) | 一种基于薄膜型的外延片剥离工艺 | |
| CN106981423B (zh) | 基于Si衬底外延SiC基GaN HEMT的工艺方法 | |
| CN106298512A (zh) | 一种快恢复二极管及其制备方法 | |
| JP2006196710A (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| CN104638026B (zh) | 一种金刚石肖特基势垒二极管及其制备方法 | |
| CN102832121B (zh) | 快恢复二极管制造方法 | |
| CN109686812A (zh) | 基于隧穿氧化层的键合硅pin辐射响应探测器及制备方法 | |
| CN102789970A (zh) | 一种快恢复二极管芯片的制备方法 | |
| CN110289209A (zh) | 一种soi晶圆的加工方法 | |
| CN108074809B (zh) | 一种快速软恢复二极管芯片的制造方法 | |
| WO2014040360A1 (zh) | 一种高压超结igbt的制作方法 | |
| CN103296076B (zh) | 平面晶闸管、用于制造平面晶闸管的芯片及制作方法 | |
| CN208706655U (zh) | 一种穿通结构的可控硅芯片 | |
| CN107046086A (zh) | 发光二极管 | |
| CN110335919A (zh) | 一种改善激光磷硅玻璃掺杂电池表面激光损伤的方法 | |
| CN109742160A (zh) | 浅沟槽高压gpp芯片及其制备方法 | |
| CN103151263B (zh) | 一种晶闸管芯片制备方法 | |
| CN206271661U (zh) | 一种快恢复二极管 | |
| CN104851925B (zh) | 一种局部背接触太阳能电池的背面开口结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |