CN104616986B - 一种快恢复二极管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种快恢复二极管的制备方法，该方法采用SOI基材替代传统外延片，采用平面制造工艺，与传统的快恢复二极管兼容，并且该方法采用SOI基材中的二氧化硅及上层硅作为场氧和场板，由于SOI基材中的二氧化硅是利用绝对纯净的氧原子注入形成，二氧化硅纯度高，且与下层的硅晶体接触好，能很好的减小快恢复二极管表面污染，减少表面电荷的形成，从而减少表面的漏电，提高快恢复二极管的电学特性和成品率；本发明采用SOI基材替代传统的外延片，减少了快恢复二极管制造步骤，改善了场氧及多晶硅场板质量，大大降低了氧化层界面电荷，提高了工艺一致性。
Description
技术领域
本发明涉及功率半导体器件技术领域，特别涉及一种快恢复二极管的制备方法。
背景技术
快恢复二极管—Fast Recovery Diode(简称FRD)作为近年来问世的新型功率器件，是电力电子设备中用量最多的功率半导体器件之一，由于具有开关性能好、反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点，在电力电子电路中常常与三端功率开关器件(如IGBT等)并联使用，作高频、大电流的续流二极管或整流管，具有极大的发展前景和市场需求。从耐压范围上看，主要用于电磁炉、电源、变频家电、变频焊机、电动车等产品的400V～1200V之间的FRD用量最大，电压大于1200V的FRD主要以1700V为主，在高压变频器等工业产品上广泛使用。电力电子技术及消费电子技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域，而半导体功率器件的可控制特性决定了电力电子及消费电子系统的效率、体积和重量。伴随着电力电子技术及消费电子的快速增长，人们对于减小成本的要求越来越高。
对于快恢复二极管来说，位于快恢复二极管中间的表面电位基本相同，而位于边界(即靠近终端)的二极管与衬底表面的电位却相差较大，往往引起表面电场过于集中造成器件在边缘击穿。因此为了保证快恢复二极管在高压下正常工作，通常需要在快恢复二极管边界处采取措施即采用终端保护技术，来减小表面电场强度，提高快恢复二极管的击穿电压。虽然终端场板分压区本身对快恢复二极管导电能力并无贡献，但为了提高快恢复二极管击穿电压的需要，快恢复二极管终端设计是必不可少的。传统的二极管制备方法的工艺流程如图1所示，该传统的快恢复二极管终端制造使得快恢复二极管芯片的制造周期变得很长，从而使得快恢复二极管的工艺变得复杂，产品成本增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种快恢复二极管的制备方法，该方法采用SOI基材替代传统外延片，采用平面制造工艺，与传统的快恢复二极管兼容，满足大批量生产，适合于军品的需要及民用的消费电子的需要，并且该方法采用SOI基材中的二氧化硅及上层硅作为场氧和场板，由于SOI基材中的二氧化硅是利用绝对纯净的氧原子注入形成，二氧化硅纯度高，且与下层的硅晶体接触好，能很好的减小快恢复二极管表面污染，减少表面电荷的形成，从而减少表面的漏电，提高快恢复二极管的电学特性，提高快恢复二极管成品率。
本发明的上述目的通过以下方案实现：
一种快恢复二极管的制备方法包括如下步骤：
(1)、采用SOI外延片作为基材，所述SOI外延片由下向上依次为N型重掺杂层6、N型外延层5、SOI中间层7和上层硅场板8，其中，所述SOI中间层的材料为二氧化硅；
(2)、在步骤(1)选取的基材上，依次对所述上层硅场板8和SOI中间层7进行光刻腐蚀，分别形成主结区和终端场板分压区；
(3)、在步骤(2)得到的具备主结区和终端场板分压区的SOI外延片的表面，涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，采用丙酮溶液冲洗对已曝光部分进行冲洗，并对所述SOI外延片的表面分别进行离子注入和铂注入，并进行高温退火，在所述主结区和终端场板分压区内形成PN结；
(4)、采用金属化连接工艺，对步骤(3)处理后的SOI外延片中的PN结的正面和背面进行金属连接，即采用金属电极分别对PN结的正面和背面进行连接，得到具备金属电极4的快恢复二极管。
上述的快恢复二极管的制备方法，所述步骤(3)中，PN结包括P型区域3和N型区域，P型区域3由在N型外延层中注入的离子构成，N型区域为未注入离子的N型外延层区域和N型重掺杂区。
上述的快恢复二极管的制备方法，所述步骤(4)中，首先对PN结的背面进行减薄处理，然后进行所述PN结正反面金属连接。
上述的快恢复二极管的制备方法，所述步骤(2)中，依次对上层硅场板8和SOI中间层7进行光刻腐蚀，分别形成主结区和终端场板分压区，具体实现方法如下：
(2a)、在上层硅场板8的上表面涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，并采用丙酮溶液对已曝光区进行冲洗；然后采用等离子刻蚀方法对上层硅场板8上的已曝光区进行刻蚀，得到具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板；
(2b)、在步骤(2a)得到的具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板和裸露出的SOI中间层7的上表面涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，并采用丙酮溶液对已曝光区进行冲洗；然后采用氢氟酸腐蚀方法对已曝光区进行腐蚀，得到具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板8和SOI中间层7。
上述的快恢复二极管的制备方法，所述步骤(3)中，注入的离子为硼离子。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)、本发明采用SOI基材替代传统的外延片，采用平面制造工艺，与传统的快恢复二极管兼容，满足大批量生产，适合于军品的需要及民用的消费电子的需要；
(2)、本发明采用SOI基材中的二氧化硅及上层硅作为场氧和场板，由于SOI基材中的二氧化硅是利用绝对纯净的氧原子注入形成，二氧化硅纯度高，且与下层的硅晶体接触好，能很好的减小快恢复二极管表面污染，减少表面电荷的形成，从而减少表面的漏电，提高快恢复二极管的电学特性，提高快恢复二极管成品率；
(3)、本发明采用SOI基材替代传统的外延片，省略了初始氧化，光刻刻蚀多晶硅，淀积多晶硅，光刻刻蚀多晶硅，淀积厚氧及致密，等主要快恢复二极管制造工艺，减少快恢复二极管制造步骤，减小制造成本；
(4)、本发明采用SOI基材替代传统的外延片，减少了快恢复二极管制造步骤，改善了场氧及多晶硅场板质量，大大降低了氧化层界面电荷，提高了工艺一致性，提高了快恢复二极管制造质量，从而提高了成品率及可靠性。
附图说明
图1为现有技术中的制备快恢复二极管的工艺流程图；
图2为现有技术中的传统快恢复二极管的结构示意图；
图3为本发明的快恢复二极管的结构示意图；
图4为本发明选取的SOI基材的结构示意图；
图5为本发明对上层硅场板和SOI中间层进行光刻腐蚀后得到的基材结构示意图；
图6为本发明经过光刻、注入和推进处理后的基材结构示意图；
图7为本发明进过正面金属连接后的二极管结构示意图。
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：
在现有技术中，采用如图1所示的工艺流程，制备得到的快恢复二极管的结构示意图如图2所示，包括金属电极4、多晶硅场板2、PN结P型区域3、场氧1、N型外延层5和N型重掺杂层6。
如图3所示的本发明快恢复二极管的结构示意图，该发明提供的一种快恢复二极管的制备方法包括如下步骤：
(1)、采用SOI外延片作为基材，如图4所示的SOI基材的结构示意图，所述SOI外延片由下向上依次为N型重掺杂层6、N型外延层5、SOI中间层7和上层硅场板8，其中，所述SOI中间层的材料为二氧化硅；
(2)、在步骤(1)选取的基材上，依次对所述上层硅场板8和SOI中间层7进行光刻腐蚀，分别形成主结区和终端场板分压区，其结构示意图如图5所示；具体实现方法如下：
(2a)、在上层硅场板8的上表面涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，并采用丙酮溶液对已曝光区进行冲洗；然后采用等离子刻蚀方法对上层硅场板8上的已曝光区进行刻蚀，得到具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板；
(2b)、在步骤(2a)得到的具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板和裸露出的SOI中间层7的上表面涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，并采用丙酮溶液对已曝光区进行冲洗；然后采用氢氟酸腐蚀方法对已曝光区进行腐蚀，得到具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板(8)和SOI中间层7，
(3)、在步骤(2)得到的具备主结区和终端场板分压区的SOI外延片的表面，涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，采用丙酮溶液冲洗对已曝光部分进行冲洗，并对所述SOI外延片的表面分别进行离子注入和铂注入，并进行高温退火，在所述主结区和终端场板分压区内形成PN结，其结构示意图如图6所示；该PN结包括P型区域3和N型区域，P型区域3由在N型外延层中注入的离子构成，N型区域为未注入离子的N型外延层区域和N型重掺杂区。
在该步骤进行离子注入时，注入的离子为硼离子。
(4)、采用金属化连接工艺，对所述PN结的背面进行减薄处理，然后进行所述PN结正反面金属连接，即采用金属电极分别对PN结的正面和背面进行连接，得到具备金属电极4的快恢复二极管。其中，经过正面金属连接后的二极管结构示意图如图7所示。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，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 (4)
1.一种快恢复二极管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、采用SOI外延片作为基材，所述SOI外延片由下向上依次为N型重掺杂层(6)、N型外延层(5)、SOI中间层(7)和上层硅场板(8)，其中，所述SOI中间层的材料为二氧化硅；
(2)、在步骤(1)选取的基材上，依次对所述上层硅场板(8)和SOI中间层(7)进行光刻腐蚀，分别形成主结区和终端场板分压区；
(3)、在步骤(2)得到的具备主结区和终端场板分压区的SOI外延片的表面，涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，采用丙酮溶液冲洗已曝光部分，并对所述SOI外延片的表面分别进行硼离子注入和铂注入，并进行高温退火，在所述主结区和终端场板分压区内形成PN结；
(4)、采用金属化连接工艺，对步骤(3)处理后的SOI外延片中的PN结的正面和背面进行金属连接，即采用金属电极(4)分别对PN结的正面和背面进行连接，得到具备金属电极(4)的快恢复二极管。
2.根据权利要求1所述的一种快恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，PN结包括P型区域和N型区域，P型区域由在N型外延层中注入的离子构成，N型区域为未注入离子的N型外延层区域和N型重掺杂区。
3.根据权利要求1所述的一种快恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，首先对PN结的背面进行减薄处理，然后进行所述PN结正反面金属连接。
4.根据权利要求1所述的一种快恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，依次对上层硅场板(8)和SOI中间层(7)进行光刻腐蚀，分别形成主结区和终端场板分压区，具体实现方法如下：
(2a)、在上层硅场板(8)的上表面涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，并采用丙酮溶液对已曝光区进行冲洗；然后采用等离子刻蚀方法对上层硅场板(8)上的已曝光区进行刻蚀，得到具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板；
(2b)、在步骤(2a)得到的具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板和裸露出的SOI中间层(7)的上表面涂抹光感胶，按照设定的主结区和终端场板分压区的图形进行曝光处理，并采用丙酮溶液对已曝光区进行冲洗；然后采用氢氟酸腐蚀方法对已曝光区进行腐蚀，得到具备主结区和终端场板分压区图形的上层硅场板(8)和SOI中间层(7)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |