CN107403727A - 一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管，其中快恢复二极管的制造方法包括：提供一衬底，在衬底的表面上形成N型区域层，在N型区域层上形成P型区域层，在P型区域层上形成铂结构，在衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃，对P型区域层上形成的铂结构进行加热处理，去除P型区域层上残留的铂以及衬底的底面形成的硼磷硅玻璃，在去除残留的铂后的P型区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的衬底的底面形成第二电极。本发明快恢复二极管的制造方法，在扩铂的同时使用硼磷硅玻璃对铂进行吸收，能在保证N型区域内铂浓度不变的情况下，减少衬底区的铂浓度，进而减少器件反向恢复时间，降低器件正向压降。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造工艺技术领域，尤其涉及一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管。
背景技术
现代电力电子电路中的主回路不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件，如GTO(Gate Turn-Off Thyristor，可关断晶闸管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)以及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等，都需要一个与之并联的功率快恢复二极管，以通过负载中的无功电流，减小主开关器件电容的充电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向时由寄生电感感应产生的高电压。近几年来，随着功率半导体器件制造技术的不断进步，电力电子电路中的主开关器件垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管、IGBT等新型功率半导体器件的设计与制造取得了巨大的进步，频率性能不断提高，这对与之配套使用的功率快恢复二极管提出了更高的要求。所以，该二极管必须具有短的反向恢复时间和极佳的综合性能。具有P-i-N结构的快恢复二极管以高耐压和高开关速度成为高压领域应用的首选器件。
为使二极管的反向恢复速度加快，降低漂移区的少数载流子寿命是必须的。目前常用的方法是扩金、扩铂或电子辐照三种方法，在二极管的漂移区内形成缺陷，进而降低漂移区的少子寿命。由于是通过形成缺陷减少少子寿命，形成缺陷的同时也会使器件正向压降增大。电子辐照长期可靠性差，扩金漏电大。扩铂长期可靠性好，漏电小，但通态电压高。目前常用的扩铂方法如图1～图3所示：
1、完成器件正面结构后在器件正面或背面制备一定厚度的铂，然后进行退火，使铂通过扩散的方法进入硅片内部。
2、完成铂扩散后，进行清洗，再在器件背面制备背面金属层。
其中图1～图3中的硅片包括N型区域层和衬底，且图1～图3中均包括：器件正面结构、N型区域层、衬底依次排列的结构。该方法在硅片内形成的铂浓度分布见图4。由于少子复合主要在N型区域层即漂移区出现，因此只有在漂移区内的铂才能产生缺陷减少少子复合时间，对减少复合时间有贡献，其余位置的铂由于在硅片内会形成缺陷但不能减少少子复合时间，会增加器件压降，降低器件性能。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管，旨在解决现有技术中采用扩铂方法增加二极管的反向恢复速度时，通态电压高以及在二极管内形成缺陷、增加器件压降、降低器件性能的问题。
本发明实施例提供一种快恢复二极管的制造方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底的表面上形成N型区域层；
在所述N型区域层上形成P型区域层；
在所述P型区域层上形成铂结构；
在所述衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃；
对所述P型区域层上形成的铂结构进行加热处理；
去除所述P型区域层上残留的铂以及所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃；
在去除残留的铂后的所述P型区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的所述衬底的底面形成第二电极。
其中，在所述P型区域层上形成的铂结构的厚度范围为1nm～100nm。
其中，在所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃的厚度大于或者等于10um。
其中，去除所述P型区域层上残留的铂步骤包括：
对所述P型区域层上残留的铂采用溶剂进行清洗。
其中，去除所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃的步骤包括：
对所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃采用溶剂进行减薄处理。
其中，在对所述P型区域层上残留的铂采用溶剂进行清洗的同时，所述方法还包括：
采用溶剂去除所述P型区域层上由于热扩散形成的第一氧化层。
其中，对所述P型区域层上残留的铂采用溶剂进行清洗之后，所述方法还包括：
对所述P型区域层进行加热处理，形成第二氧化层；
穿设所述第二氧化层注入P型离子，在所述P型区域层与所述第二氧化层之间形成P+区域层；
采用溶剂清除所述P+区域层上的所述第二氧化层。
本发明实施例还提供一种快恢复二极管，所述快恢复二极管是由上述的方法制备形成的。
本发明实施例上述技术方案的有益效果至少包括：
通过形成依次排列的P型区域层、N型区域层以及衬底，在P型区域层上形成铂结构，在衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃，对P型区域层上形成的铂结构进行加热处理后，去除P型区域层上残留的铂以及衬底的底面形成的硼磷硅玻璃，然后在去除残留的铂后的P型区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的衬底的底面形成第二电极，完成快恢复二极管的制作。采用该方法形成的快恢复二极管，可以在保证N型区域形成的漂移区内的铂产生缺陷，减少少子复合时间的情况下，减少衬底区的铂浓度，进而减少器件反向恢复时间，降低器件正向压降。
附图说明
图1为现有技术对二极管进行扩铂操作的示意图一；
图2为现有技术对二极管进行扩铂操作的示意图二；
图3为现有技术对二极管进行扩铂操作的示意图三；
图4为现有技术对二极管进行扩铂操作后二极管内的铂浓度示意图；
图5为本发明实施例一快恢复二极管的制造方法示意图；
图6为本发明实施例采用快恢复二极管的制造方法制作形成的快恢复二极管中铂浓度示意图；
图7为本发明实施例二快恢复二极管的制造方法示意图；
图8为本发明实施例快恢复二极管的制造过程中的结构示意图一；
图9为本发明实施例快恢复二极管的制造过程中的结构示意图二；
图10为本发明实施例快恢复二极管的制造过程中的结构示意图三；
图11为本发明实施例快恢复二极管的制造过程中的结构示意图四；
图12为本发明实施例快恢复二极管的制造过程中的结构示意图五；
图13为本发明实施例快恢复二极管的制造过程中的结构示意图六；
图14为本发明实施例快恢复二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例一
如图5所示，为本发明实施例一提供的快恢复二极管的制造方法示意图，包括：
步骤101、提供一衬底。
其中该衬底可以为N型衬底，即在硅材料中加入N型杂质形成该衬底。
步骤102、在衬底的表面上形成N型区域层。
在得到衬底之后，需要以衬底为基础，在衬底上制作外延区域层，即在衬底的上表面形成外延区域层，其中外延区域层为N型区域层。N型区域层的制作方法同样是在硅材料中加入N型杂质。
需要说明的是，N型区域层的厚度远远小于衬底的厚度，这里的N型区域层相当于快恢复二极管中的基区I。
步骤103、在N型区域层上形成P型区域层。
在得到衬底和N型区域层之后，在N型区域层远离衬底的表面上形成P型区域层，其中P型区域层的制作方法为：在N型区域层远离衬底的表面上使用扩散或离子注入形成P型区域层。
步骤104、在P型区域层上形成铂结构。
在形成依次排列的P型区域层、N型区域层和衬底之后，在P型区域层远离N型区域层的表面上设置一层铂结构。
步骤105、在衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃。
在形成依次排列的P型区域层、N型区域层和衬底，且在P型区域层远离N型区域层的表面上设置一层铂结构之后，在衬底远离N型区域层的表面上设置吸收铂的硼磷硅玻璃，形成依次排列的结构：铂结构、P型区域层、N型区域层、衬底和硼磷硅玻璃。
步骤106、对P型区域层上形成的铂结构进行加热处理。
然后对P型区域层上的铂结构进行加热，使得铂结构进行扩散。在扩散过程中位于衬底的底面的硼磷硅玻璃可以对衬底内的铂进行吸收，以减少衬底内的铂浓度。如图6所示，为采用本发明实施例的方法制作形成的快恢复二极管中铂浓度示意图，其中由于设置了硼磷硅玻璃，在扩散过程中铂被部分吸收到硼磷硅玻璃中，降低器件衬底内的铂浓度，图6中衬底内的铂浓度明显小于图4中衬底内的铂浓度，可以减少器件反向恢复时间，降低器件正向压降。
步骤107、去除P型区域层上残留的铂以及衬底的底面形成的硼磷硅玻璃。
然后清洗掉P型区域层上残留的铂以及衬底的底面形成的硼磷硅玻璃，形成：P型区域层、N型区域层、衬底。其中P型区域层、N型区域层和衬底内均参杂有铂。
步骤108、在去除残留的铂后的P型区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的衬底的底面形成第二电极。
在P型区域层上设置第一电极，在衬底的底面形成第二电极，此时的结构为：第一电极、P型区域层、N型区域层、衬底和第二电极依次排列。
本发明实施例一，通过形成依次排列的P型区域层、N型区域层以及衬底，在P型区域层上形成铂结构，在衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃，对P型区域层上形成的铂结构进行加热处理后，去除P型区域层上残留的铂以及衬底的底面形成的硼磷硅玻璃，然后在去除残留的铂后的P型区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的衬底的底面形成第二电极，完成快恢复二极管的制作。采用该方法形成的快恢复二极管，可以在保证N型区域形成的漂移区内的铂产生缺陷，减少少子复合时间的情况下，减少衬底区的铂浓度，进而减少器件反向恢复时间，降低器件正向压降。
实施例二
如图7所示，为本发明实施例二提供的快恢复二极管的制造方法示意图，包括：
步骤201、提供一衬底，并在衬底的表面上形成N型区域层。
如图8所示，首先设置一衬底，该衬底可以是N型衬底，其中N型衬底为在硅材料中加入N型杂质形成的。然后在衬底的表面上形成N型区域层，N型区域层的制作方法同样是在硅材料中加入N型杂质。且N型区域层的厚度远远小于衬底的厚度，这里的N型区域层相当于快恢复二极管中的基区I。
步骤202、在N型区域层上形成P型区域层。
如图9所示，在得到衬底和N型区域层之后，在N型区域层远离衬底的表面上形成P型区域层，形成依次排列的P型区域层、N型区域层和衬底。其中P型区域层的制作方法为：在N型区域层远离衬底的表面上使用扩散或离子注入形成P型区域层。
步骤203、在P型区域层上形成铂结构，在衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃。
如图10所示，在得到依次排列的P型区域层、N型区域层和衬底之后，在P型区域层远离N型区域层的表面上设置一层铂结构，在衬底远离N型区域层的表面上设置吸收铂的硼磷硅玻璃，形成依次排列的结构：铂结构、P型区域层、N型区域层、衬底和硼磷硅玻璃。
其中P型区域层上形成的铂结构的厚度范围为1nm～100nm，衬底的底面形成的硼磷硅玻璃的厚度大于或者等于10um。
步骤204、对P型区域层上形成的铂结构进行加热处理，采用溶剂去除P型区域层上残留的铂以及热扩散形成的第一氧化层，并再次进行加热处理形成第二氧化层。
对P型区域层上的铂结构进行加热，使得铂结构进行扩散。在扩散过程中位于衬底的底面的硼磷硅玻璃可以对衬底内的铂进行吸收，以减少衬底内的铂浓度。需要说明的是，对P型区域层上的铂结构进行加热时的温度可以大于900℃，在保证铂扩散的同时，可以使得加热形成的氧化层的氧化产物为二氧化硅。
如图6所示，为采用本发明实施例的方法制作形成的快恢复二极管中铂浓度示意图，其中由于设置了硼磷硅玻璃，在扩散过程中铂被部分吸收到硼磷硅玻璃中，降低器件衬底内的铂浓度，图6中衬底内的铂浓度明显小于图4中衬底内的铂浓度，可以减少器件反向恢复时间，降低器件正向压降。
然后采用溶剂对P型区域层上残留的铂以及由于热扩散形成的第一氧化层进行清洗处理，其中这里的溶剂可以是氢氟酸。但是在采用氢氟酸进行清洗的过程中，会对硅片尤其是P型区域层产生一定的损伤，需要对硅片和P型区域层进行修复。
修复时，首先需要对P型区域层进行加热处理形成第二氧化层，此时加热时的温度也可以大于900℃，可以使得加热形成的氧化层的氧化产物为二氧化硅。形成的结构如图11所示，第二氧化层、P型区域层、N型区域层、衬底和硼磷硅玻璃依次排列。然后执行下一步骤。
步骤205、穿设第二氧化层注入P型离子，在P型区域层与第二氧化层之间形成P+区域层。
如图12所示，经过该步骤后形成的结构为：第二氧化层、P+区域层、P型区域层、N型区域层、衬底和硼磷硅玻璃依次排列。由于表面有第二氧化层保护，离子注入过程对硅片表面的损伤会减小。其中第一氧化层和第二氧化层均可以为二氧化硅。
步骤206、采用溶剂去除第二氧化层以及衬底的底面形成的硼磷硅玻璃。
如图13所示，经过该步骤后形成的结构为：P+区域层、P型区域层、N型区域层、衬底依次排列。这里的溶剂可以选用氢氟酸，利用氢氟酸与二氧化硅和硼磷硅玻璃进行反应，去除第二氧化层和硼磷硅玻璃。
当然本发明中的溶剂并不限于氢氟酸，也可以是热的浓磷酸或者其他溶剂，由于氢氟酸与二氧化硅的反应较为容易，优选氢氟酸。硼磷硅玻璃是一种掺硼的二氧化硅玻璃，主要成分也是二氧化硅，可以与氢氟酸反应，其中的硼为少量，在二氧化硅溶解的过程中也随之消失。
步骤207、在P+区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的衬底的底面形成第二电极。
在P+区域层上设置第一电极，在衬底的底面形成第二电极，此时的结构如图14所示为：第一电极、P+区域层、P型区域层、N型区域层、衬底和第二电极依次排列。
本发明实施例二，通过形成依次排列的P型区域层、N型区域层以及衬底，在P型区域层上形成铂结构，在衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃，对P型区域层上形成的铂结构进行加热处理后，去除P型区域层上残留的铂以及衬底的底面形成的硼磷硅玻璃，然后在去除残留的铂后的P型区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的衬底的底面形成第二电极，完成快恢复二极管的制作。采用该方法形成的快恢复二极管，可以在保证N型区域形成的漂移区内的铂产生缺陷，减少少子复合时间的情况下，减少衬底区的铂浓度，进而减少器件反向恢复时间，降低器件正向压降。
实施例三
本发明实施例三提供一种快恢复二极管，其中快恢复二极管采用上述方法制备形成。且本实施例形成的快恢复二极管衬底区的铂浓度相对现有的二极管来说大大降低，可以在保证N型区域形成的漂移区内的铂产生缺陷，减少少子复合时间的情况下，使得衬底区的铂浓度减小，进而减少器件反向恢复时间，降低器件正向压降。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种快恢复二极管的制造方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底的表面上形成N型区域层；
在所述N型区域层上形成P型区域层；
在所述P型区域层上形成铂结构；
在所述衬底的底面形成用于吸收铂的硼磷硅玻璃；
对所述P型区域层上形成的铂结构进行加热处理；
去除所述P型区域层上残留的铂以及所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃；
在去除残留的铂后的所述P型区域层上形成第一电极，并在去除硼磷硅玻璃后的所述衬底的底面形成第二电极。
2.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，在所述P型区域层上形成的铂结构的厚度范围为1nm～100nm。
3.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，在所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃的厚度大于或者等于10um。
4.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，去除所述P型区域层上残留的铂的步骤包括：
对所述P型区域层上残留的铂采用溶剂进行清洗。
5.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，去除所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃的步骤包括：
对所述衬底的底面形成的硼磷硅玻璃采用溶剂进行减薄处理。
6.根据权利要求4所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，在对所述P型区域层上残留的铂采用溶剂进行清洗的同时，所述方法还包括：
采用溶剂去除所述P型区域层上由于热扩散形成的第一氧化层。
7.根据权利要求4所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，对所述P型区域层上残留的铂采用溶剂进行清洗之后，所述方法还包括：
对所述P型区域层进行加热处理，形成第二氧化层；
穿设所述第二氧化层注入P型离子，在所述P型区域层与所述第二氧化层之间形成P+区域层；
采用溶剂清除所述P+区域层上的所述第二氧化层。
8.一种快恢复二极管，其特征在于，所述快恢复二极管是由如权利要求1～7任一项所述的方法制备形成的。
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