CN105762174A - 一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的主要目的为提供一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构，在N型单晶硅片的N面上间隔地排列制造出高浓度的N+结，具有自调制效应，形成良好的软恢复特性；此材料片通过硅氧化方式将N面粘附一片单晶片，在加工过程中不易碎片；此结构的制造成本低于外延片的成本。使用本发明的含阴极辅助的快恢复二极管材料片，与传统的外延片加工相比，具有良好的快速、软恢复特性，成本更低。
Description
技术领域
本发明属于二极管材料片制备的技术领域，特别是涉及一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法。
背景技术
在电子电路中，二极管是最常用的基础电子元器件之一；在电力电子电路中，二极管更与开关器件形影相随，不可缺少；很多情况下，电力电子电路中的二极管数量多于开关器件，在电路中起着举足轻重的作用，尤其以与开关器件匹配使用的大功率二极管要求最为特殊,但对电路中使用的大功率开关二极管提出了更高的要求，反向恢复时间越快越好，反向恢复时间由衬底浓度决定，衬底掺杂浓度梯度的存在使得注入到两极区的载流子数量增加，梯度越小，载流子的数量越多，注入到两极区的载流子在反向恢复过程中也需要被抽取或被复合，注入载流子越多，意味着需要的反向恢复时间越长，因此，希望两极区的掺杂结深越浅越好，掺杂浓度越高越好。
快恢复二极管一般采用三扩片和外延片作为衬底，普通快恢复二极管衬底采用三扩片，该材料片的阴极通常由磷的深扩散形成，以充当缓冲层，这种设计导致N+的过渡区长，导通压降会增加，复合时间长，进而反向恢复时间长；高效快恢复二极管衬底采用外延片，衬底掺杂浓度非常高，与外延层接触附近的浓度梯度非常陡，因此产品的反向恢复时间要比普通快恢复二极管短很多，压降也要小很多，复合时间短，进而反向恢复时间短，但是外延片采用昂贵的设备制造，因此外延片成本高。
针对上述问题，本发明提供了一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法，具有N+/N结构，设计出辅助二极管（发射效率自调节二极管），辅助二极管的结构特点是将二极管的阴极面设计成高浓度与低浓度区镶嵌的结构，如图1所示，2区为高浓度区，1区为低浓度区，我们将低浓度1区称为辅助二极管，2区与1区浓度相差2-3个数量级，当正向导通时，辅助二极管1区内的注入载流子浓度要低于主二极管2区，辅助二极管的存在起到了减少反向恢复电荷和反向恢复时间、抑制反向恢复峰值电流的作用，而二极管处于反向偏压时，主二极管2区的载流子迅速被抽走，而辅助二极管1区内存有较少的载流子通过复合消失，产生软恢复特性，采用此材料片加工的快恢复二极管可将反向恢复时间trr降低，并且衬底材料片成本低，粘附一片单晶片（B），硅片的总厚度在30-100um，二极管加工过程中不易碎片。
发明内容
在电子电路中，二极管是最常用的基础电子元器件之一；在电力电子电路中，二极管更与开关器件形影相随，不可缺少；很多情况下，电力电子电路中的二极管数量多于开关器件，在电路中起着举足轻重的作用，尤其以与开关器件匹配使用的大功率二极管要求最为特殊,但对电路中使用的大功率开关二极管提出了更高的要求，反向恢复时间越快越好，反向恢复时间由衬底浓度决定，衬底掺杂浓度梯度的存在使得注入到两极区的载流子数量增加，梯度越小，载流子的数量越多，注入到两极区的载流子在反向恢复过程中也需要被抽取或被复合，注入载流子越多，意味着需要的反向恢复时间越长，因此，希望两极区的掺杂结深越浅越好，掺杂浓度越高越好。
快恢复二极管一般采用三扩片和外延片作为衬底，普通快恢复二极管衬底采用三扩片，该材料片的阴极通常由磷的深扩散形成，以充当缓冲层，这种设计导致N+的过渡区长，导通压降会增加，复合时间长，进而反向恢复时间长；高效快恢复二极管衬底采用外延片，衬底掺杂浓度非常高，与外延层接触附近的浓度梯度非常陡，因此产品的反向恢复时间要比普通快恢复二极管短很多，压降也要小很多，复合时间短，进而反向恢复时间短，但是外延片采用昂贵的设备制造，因此外延片成本高。
针对上述问题，本发明提供了一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法，具有N+/N结构，设计出辅助二极管（发射效率自调节二极管），辅助二极管的结构特点是将二极管的阴极面设计成高浓度与低浓度区镶嵌的结构，如图1所示，2区为高浓度区，1区为低浓度区，我们将低浓度1区称为辅助二极管，2区与1区浓度相差2-3个数量级，当正向导通时，辅助二极管1区内的注入载流子浓度要低于主二极管2区，辅助二极管的存在起到了减少反向恢复电荷和反向恢复时间、抑制反向恢复峰值电流的作用，而二极管处于反向偏压时，主二极管2区的载流子迅速被抽走，而辅助二极管1区内存有较少的载流子通过复合消失，产生软恢复特性，采用此材料片加工的快恢复二极管可将反向恢复时间trr降低，并且衬底材料片成本低，粘附一片单晶片（B），硅片的总厚度在30-100um，二极管加工过程中不易碎片。
附图说明
图1本发明的材料片阴极辅助部分结构示意图；
图2本发明的材料片结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例
如图2，在低掺杂N-单晶硅片（厚度260um）的背面扩散磷（1260℃,2h），形成N型区（C），结深20um，再利用丝网印刷工艺，丝网使用800目加工，刮刀使用胶刀，刮刀压力3kg，刮刀速度70mm/s，在N区（C）面涂覆一层磷乳胶源（A）,粘度在150CP左右，在热板上200℃烘烤1min，烘烤后的乳胶源厚度在20um，宽度在100um，在硅片涂源面（A）粘附一片单晶片（B），将粘附一起的两硅片进行1200℃高温扩散形成点状的N+区（E），N+结深在5um，表面浓度在1E19/cm2以上，N+区（E）与N区（C）形成阴极辅助部分，出炉后，将正面（未粘硅片面）使用减薄机减掉180um，即N区（C）和N-区（D）厚度之和厚度80um，抛光，即可得到带有阴极辅助快恢复二极管材料片。
将此材料片按照快恢复二极管的工艺进行加工后，在正面贴抗腐蚀蓝膜进行HF腐蚀30min，将粘上去的单晶片（B）即可从涂源（A）处腐蚀掉。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变形都将落在本发明权利要求书的范围内。
Claims (4)
1.含阴极辅助的快恢复二极管材料片，其结构包括：如图2，在低掺杂的N-单晶硅片（D）的下面通过掺杂形成10-20um厚的N层（C），在N层涂覆磷乳胶源（A），通过乳胶源粘附一片N型单晶片（B），通过热氧化方式使两片硅片结合在一起，同时在N层内形成4-6um的N+区（E），将N-层（D）减薄到20-80um。
2.根据权利要求1所述的含阴极辅助的快恢复二极管的材料片结构，其特征在于，具有N+（E）/N（C）形成的阴极辅助结构。
3.根据权利要求1所述的材料片结构，其特征在于，乳胶源厚度在5um~30um，形成N+区宽度20um~150um，N型区（C）和N-区（D）总厚度在30-100um，N型区（C）面有粘附的单晶片（B）做支撑。
4.一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法，其步骤包括：在低掺杂N-单晶片（D）的下面扩磷形成N型区（C），再在N型区（C）通过丝网印刷涂覆磷乳胶源，利用乳胶源粘附一片单晶片（B），经过高温扩散，在N型区（C）内形成N+区（E），形成阴极辅助二极管，并且高温扩散时通过硅氧化的方式使两硅片紧密结合在一起，减薄、抛光N-单晶片（D）上表面，使N型区（C）和N-区（D）的总厚度变薄。
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