CN107680907A - 快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管，制作方法包括以下步骤：1)选取N型硅圆片；2)进行铝预沉积，使硅圆片内形成PNP型纵向结构；3)保护硅圆片的阳极面，去除硅圆片的阴极面的PN结，使硅圆片内形成PN型纵向结构；4)在硅圆片的阳极面进行硼离子注入；5)在硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使硅圆片内形成P+PN型纵向结构；6)在硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；7)进行硅圆片的后处理工序，完成芯片的制作。本发明能够克服现有阳极低温键合型FRD制造方法的工艺成本高、成品率低、长期可靠性差的技术缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，尤其是涉及一种应用于FRD(Fast RecoveryDiode，快恢复二极管的简称)的制作方法及由该方法制作的快恢复二极管。
背景技术
快恢复二极管(简称FRD)是一种开关特性优良、反向恢复时间短的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制的简称)脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管、缓冲二极管、阻尼二极管或箝位二极管等使用。快恢复二极管(FRD)芯片一般采用PIN(I层的掺杂浓度远低于P层和N层)型结构，由于基区薄，反向恢复电荷少，不仅大大缩短了trr值，降低了正向压降VF，且能承受较高的反向电压VRM。如附图1所示，为快恢复二极管的主要电气参数特性示意图，图中的符号说明如下：
IFM：二极管通态峰值电流；
-diF/dt：正向通态电流下降率；
IRM：反向峰值电流；
VFM：正向通态电压；
VR：反向电压；
VRM：反向峰值电压；
ta：存储时间，ta＝t1-t0；
tb：复合时间，tb＝t2-t1；
trr：反向恢复时间，trr＝ta+tb；
dir(REC)/dt：反向恢复di/dt；
Qrr：反向恢复电荷；
S：反向恢复软度因子，S＝tb/ta。
此外，FRD还有其它一些结构，如PINN+，但一般都是PIN结构的衍生结构。实际应用中，IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor，集成门极换流晶闸管)配套FRD(FastRecovery Diode，快恢复二极管)需要承受较高的正向通态电流下降率-diF/dt(一般可达-500～-5000A/μs)、具备快速关断能力、反向恢复时间trr短(一般为2～10μs)及较软的反向恢复特性(软度因子S≥0.7)。10MW以上的大功率变流器中，通常选用低温键合型FRD，传统低温键合型FRD采用阳极键合工艺，其具体制作流程如附图2所示。
传统阳极键合型FRD制造流程一般为：N型硅圆片→铝预沉积→阳极硼离子注入→铝、硼杂质深结扩散→去除阴极面的PN结(单面研磨)→磷预沉积→氧化(磷推进)→铝层蒸发→合金化→阳极质子辐照→尺寸切割→阳极低温键合→结终端处理→电子辐照→芯片测试、封装及出厂测试，如附图3至附图13所示。其中，1为N型层，2为P型杂质层，3为P+杂质层，4为N+杂质层，5为铝电极，6为键合层，7为钼片，8为钝化层，9为结终端保护胶。在株洲南车时代电气股份有限公司于2015年11月03日申请，并于2016年02月24日公开，公开号为CN105355552A的中国发明专利申请《一种快恢复二极管的制备方法》就公开了这种工艺。
阳极键合工艺是阳极烧结工艺的改良工艺，低温键合工艺温度比烧结工艺低、键合面的空洞率为零，且不会造成芯片的基区变短。但是在传统制造方法中，存在以下几个难以解决的技术缺陷：
(1)铝预沉积工艺后立即进行阳极硼离子注入及铝、硼杂质深结扩散工艺，铝、硼杂质深结扩散后在硅片内部形成了P+PNP型纵向结构，PN结结深可达数十微米至上百微米，只能通过单面研磨工艺去除阴极面多余的PN结。而传统低温键合型FRD制造过程中使用单面机械研磨工艺，极易造成硅圆片表面产生大量机械损伤缺陷的现象，这通常会导致芯片漏电流偏大、反向阻断电压偏低。由于机械研磨工艺带来的机械损伤非常小且随机分布、即使在高倍显微镜下也很难观察到，只有在芯片电参数异常时的解剖分析过程中才会追溯到单面研磨工艺，更为严重的是单面研磨工艺至芯片电参数测试的间隔时间长，期间会有大量硅圆片进行单面研磨工艺，当发现单面研磨工艺异常时，已经有大量芯片完成制造，会造成大量芯片参数降级。对单面研磨设备进行修复后，无法直接通过硅圆片研磨面的表面特性判断设备是否满足工艺要求，只能通过小批量的流片及芯片的电参数来判断设备状态，然而FRD制造周期长，上述过程需要耗费大量的时间，且须暂停其他整流片的单面研磨工艺，造成元件制造商的生产成本过高、生产计划不能顺利完成。
(2)传统单面机械研磨工艺由于研磨工艺的可控性低，易使硅圆片研磨面产生微小裂纹，存在微小裂纹的芯片的例行检测参数有时表现为合格，若存在缺陷的芯片长期工作在接近额定电压、环境温度变化剧烈的工况下，这些裂纹缺陷在热胀冷缩效应及电应力作用下会不断增大，最终导致元件失效，元件的长期可靠性低，会严重影响元件的应用性能及制造商的业界口碑。
(3)传统阳极键合型FRD，由于质子辐照工艺的穿透能力有限，芯片制造过程中，需在低温键合工艺之前完成阳极质子辐照工艺(即在不确定芯片的阻断能力是否满足要求之前)，而此时并不能确定芯片的静态参数(阻断电压、漏电流等)是否合格，且由于采用单面机械研磨工艺，芯片的静态参数合格率不稳定且波动大，完成质子辐照及后续工艺的芯片的静态参数可能不达标。由于质子辐照工艺服务厂家稀少，其工艺成本高昂，现有制造方法势必造成阳极键合型FRD的制造成本居高不下。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管，以克服现有阳极低温键合型FRD制造方法的工艺成本高、成品率低、长期可靠性差的技术缺陷。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种快恢复二极管制作方法的技术实现方案，一种快恢复二极管制作方法，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)铝预沉积：进行铝预沉积，使所述硅圆片内形成浅结深的PNP型纵向结构；
S103)阴极面PN结去除：保护所述硅圆片的阳极面，去除所述硅圆片的阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成PN型纵向结构；
S104)硼离子注入：在所述硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在所述硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使所述硅圆片内形成深结深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在所述硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)进行所述硅圆片的后处理工序。
优选的，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
优选的，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
优选的，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
优选的，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
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S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
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优选的，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
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S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
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优选的，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
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S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
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S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
优选的，所述铝预沉积工艺进一步包括以下过程：
S301)将所述硅圆片清洗并甩干，装入铝预沉积工艺源管内，然后将源管放入铝预沉积扩散炉内，对所述硅圆片进行铝杂质掺杂；
S302)掺杂工艺结束后，检测所述硅圆片抛光面的薄层电阻率；
S303)如果所述硅圆片抛光面的薄层电阻率没有达到设计值，重复上述步骤S301、S302，直至所述硅圆片抛光面的薄层电阻率达到设计值。
优选的，通过铝预沉积工艺以后，在所述硅圆片内形成PNP型纵向结构，所述硅圆片的PN结结深小于10μm。
优选的，所述阴极面PN结去除工艺进一步包括以下步骤：
采用保护胶保护所述硅圆片的阳极面，采用酸或碱溶液腐蚀法去除所述硅圆片阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成PN型纵向结构。
优选的，所述硼离子注入工艺进一步包括以下步骤：
将所述硅圆片清洗并甩干，然后放入扩散炉内进行氧化工艺，使所述硅圆片的表面形成SiO2层以保护硼离子注入面；
在所述硅圆片的阳极面注入硼离子，注入偏转角及剂量依据设计值及工艺条件而定。
优选的，所述铝、硼杂质深结扩散工艺进一步包括以下步骤：
将所述硅圆片清洗并甩干，放入扩散炉内进行氧化推进工艺，使所述硅圆片内的硼、铝杂质进行深结扩散，硼、铝结深及薄层电阻率依据设计值而定。
优选的，所述N型杂质扩散工艺进一步包括以下步骤：
磷预沉积：将所述硅圆片清洗并甩干，放入扩散炉内进行磷预沉积工艺，使所述硅圆片的阴极面形成高浓度的N型杂质层；完成磷预沉积工艺后，去除所述硅圆片表面的磷硅玻璃；
磷杂质深结扩散：将所述硅圆片清洗并甩干，放入磷推进扩散炉内进行磷杂质深结扩散，使磷杂质扩散至设计深度，完成磷杂质深结扩散工艺后，去除所述硅圆片表面的SiO2层，所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构。
优选的，所述铝层蒸发及合金化工艺进一步包括以下步骤：
将清洗干净后的硅圆片放入真空蒸发机中进行铝层蒸发，形成阴、阳极引出电极，然后将蒸完铝的硅圆片放入合金炉中进行合金化，使硅、铝之间形成欧姆接触。
优选的，所述质子辐照工艺进一步包括以下步骤：
对芯片的阳极面施以质子辐照以调节少子寿命及芯片的软度因子。
优选的，所述电子辐照工艺进一步包括以下步骤：
对芯片进行电子辐照，并检测芯片的少子寿命及芯片压降是否达到设计值，如果未达到设计值，则继续进行电子辐照直到达到设计值。
优选的，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用单面抛光的N型硅圆片，所述硅圆片的抛光面制作为芯片的阳极面或阴极面。
优选的，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用非抛光的N型硅圆片，然后将所述硅圆片的任意一面抛光，所述硅圆片的抛光面制作为芯片的阳极面或阴极面。
优选的，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用非抛光的N型硅圆片，并标记所述硅圆片的任意一面，标记面制作为芯片的阳极面或阴极面。
优选的，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用双面抛光的N型硅圆片，并标记所述硅圆片的任意一面，标记面制作为芯片的阳极面或阴极面。
本发明还具体提供了另一种快恢复二极管制作方法的技术实现方案，一种快恢复二极管制作方法，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)铝预沉积：进行铝预沉积，使所述硅圆片内形成浅结深的PNP型纵向结构；
S103)硼离子注入：在所述硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PNP型纵向结构；
S104)阴极面PN结去除：保护所述硅圆片的阳极面，去除所述硅圆片的阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在所述硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使所述硅圆片内形成深结深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在所述硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)进行所述硅圆片的后处理工序。
本发明还具体提供了第三种快恢复二极管制作方法的技术实现方案，一种快恢复二极管制作方法，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)硼离子注入：在所述硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使所述硅圆片内形成浅结深的P+N型纵向结构；
S103)铝预沉积：进行铝预沉积，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PNP型纵向结构；
S104)阴极面PN结去除：保护所述硅圆片的阳极面，去除所述硅圆片的阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在所述硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使所述硅圆片内形成深结深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在所述硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)进行所述硅圆片的后处理工序。
本发明还另外具体提供了一种快恢复二极管的技术实现方案，一种快恢复二极管，所述快恢复二极管采用如上所述的方法制作而成。
通过实施上述本发明提供的快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明在铝预沉积工艺之后，立即采取措施去除阴极面多余的浅PN结，铝预沉积工艺在硅圆片内形成PNP型纵向结构，PN结的结深小于10μm，可以采用更加简单的酸溶液腐蚀或碱溶液腐蚀工艺很轻易地去除阴极面多余的PN结；
(2)本发明通过对工艺流程的优化设计，实现了Al杂质在硅圆片上的单面扩散，从而规避了传统阳极低温键合型FRD制造方法中的单面研磨工艺，因此不会使硅圆片表面产生机械损伤缺陷，采用本发明方法制造的芯片具有较高的成品率及长期可靠性；
(3)本发明在完成铝、硼杂质深结扩散工艺后直接在硅圆片的内部形成所需要的P+PN型纵向结构，工艺流程更加简单；
(4)本发明采用阴极低温键合工艺取代阳极低温键合工艺，由于低温键合工艺不会造成芯片的N型缓冲层(基区)变薄，即阴极低温键合工艺不会引起芯片的阻断能力下降，从而使阳极质子辐照工艺可在芯片完成静态参数筛选后进行，只有静态参数合格的芯片才会进行质子辐照工艺，从而降低了质子辐照工艺成本；
(5)采用本发明方法制作的快恢复二极管各项参数与传统阳极键合型FRD相当，工艺简洁、成本更低，成品率和使用寿命都得到了极大程度的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的实施例。
图1是现有技术中快恢复二极管的主要电气参数特性示意图；
图2是传统快恢复二极管阳极键合制备工艺的流程示意图；
图3是传统制备工艺中N型硅圆片的结构示意图；
图4是传统制备工艺中经过铝预沉积工艺后的结构示意图；
图5是传统制备工艺中经过硼离子注入工艺后的结构示意图；
图6是传统制备工艺中经过铝、硼杂质深结扩散工艺后的结构示意图；
图7是传统制备工艺中去除阴极面的PN结后的结构示意图；
图8是传统制备工艺中经过磷杂质扩散工艺后的结构示意图；
图9是传统制备工艺中形成引出电极后的结构示意图；
图10是传统制备工艺中进行阳极质子辐照工艺的示意图；
图11是传统制备工艺中经过阳极低温键合工艺后的结构示意图；
图12是采用传统制备工艺最终制作完成的快恢复二极管的完整芯片结构示意图；
图13是对快恢复二极管进行电子辐照的工艺流程示意图；
图14是本发明快恢复二极管制作方法一种具体实施方式的工艺流程示意图；
图15是本发明快恢复二极管制作方法中N型硅圆片的结构示意图；
图16是本发明快恢复二极管制作方法中经过铝预沉积工艺后的结构示意图；
图17是本发明快恢复二极管制作方法中去除阴极面的PN结后的结构示意图；
图18是本发明快恢复二极管制作方法中经过硼离子注入工艺后的结构示意图；
图19是本发明快恢复二极管制作方法中经过铝、硼杂质深结扩散工艺后的结构示意图；
图20是本发明快恢复二极管制作方法中经过磷杂质扩散工艺后的结构示意图；
图21是本发明快恢复二极管制作方法中形成引出电极后的结构示意图；
图22是本发明快恢复二极管制作方法中经过阴极低温键合工艺后的结构示意图；
图23是采用本发明快恢复二极管制作方法最终制作完成的快恢复二极管的完整芯片结构示意图；
图24是本发明快恢复二极管制作方法中进行阳极质子辐照工艺的示意图；
图25是本发明快恢复二极管制作方法中对快恢复二极管进行电子辐照的工艺流程示意图；
图中：1-N型层，2-P型杂质层，3-P+杂质层，4-N+杂质层，5-铝电极，6-键合层，7-钼片，8-钝化层，9-结终端保护胶。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：
IGCT：Integrated Gate Commutated Thyristor的缩写，即集成门极换流晶闸管；
质子辐照：将氢原子离化加速后射靶的技术，可以控制硅片局部少数载流子寿命；
电子辐照：硅片置于辐照场中，通过电子轰击，形成复合中心，达到控制少子寿命的目的。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图14至附图25所示，给出了本发明快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图14至附图25所示，一种快恢复二极管(芯片)制作方法的具体实施例，一种快恢复二极管(芯片)制作方法，包括以下步骤：
S101)选取合适的单面抛光的N型硅圆片，即如附图15中所示的N型层1，抛光面为芯片的阳极面；
S102)铝预沉积(工艺)：进行铝预沉积，在N型层1的上下表面形成P型杂质(铝杂质)层2，使硅圆片内形成结深较浅的PNP型纵向结构，如附图16所示；
S103)去除阴极面的PN结(工艺)：保护硅圆片的阳极面，采用腐蚀工艺去除硅圆片的阴极面(即N型层1的下表面)的PN结，使硅圆片内形成PN型纵向结构，如附图17所示；
S104)硼离子注入(工艺)：在硅圆片的阳极面(抛光面)进行硼离子注入，在P型杂质层2上形成P+杂质(硼、铝)层3，使硅圆片内形成结深较浅的P+PN型纵向结构，如附图18所示；
S105)铝、硼杂质深结扩散(工艺)：在硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使硅圆片内形成结深较深的P+PN型纵向结构，如附图19所示；
S106)N型杂质扩散(工艺)：在硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，在N型层1的下表面形成N+杂质(磷杂质)层4，使硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构，如附图20所示；
S200)进行硅圆片的后处理工序。
作为本发明一种典型的具体实施例，硅圆片的后处理工序S200)进一步包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化(工艺)：在硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，在P+杂质层3的上表面形成铝电极5，在N+杂质层4的下表面形成铝电极5，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，如附图21所示；
S202)尺寸切割(工艺)：对硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合(工艺)：通过低温键合工艺，将芯片的阴极面(即N+杂质层4的下表面)与钼片7键合到一起，N+杂质层4与钼片7之间为键合层6，如附图22所示；
S204)结终端处理(工艺)：对芯片的结终端进行台面造型及保护处理，在芯片的结终端处形成钝化层8，并在钝化层8的外表面涂覆结终端保护胶9，如附图23所示；
S205)静态参数测试(工艺)：对芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照(工艺)：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照以调节少子寿命，如附图24所示；
S207)电子辐照(工艺)：对芯片施以电子辐照，如附图25所示；
S208)封装测试(工艺)：对芯片进行测试、封装及出厂测试。
在上述步骤S101中，硅圆片可以选用单面抛光的N型硅圆片，硅圆片的抛光面制作为芯片的阳极面或阴极面。硅圆片也可以选用非抛光的N型硅圆片，然后将硅圆片的任意一面抛光，硅圆片的抛光面制作为芯片的阳极面或阴极面，只要设定好即可。或者硅圆片选用非抛光的N型硅圆片，并标记硅圆片的任意一面，标记面制作为芯片的阳极面或阴极面，只要设定好即可。硅圆片还可以选用双面抛光的N型硅圆片，并标记硅圆片的任意一面，标记面制作为芯片的阳极面或阴极面，只要设定好即可。
下面针对上述工艺步骤中的具体过程进行进一步的详细介绍。
S101)N型硅圆片选取
选取电阻率、厚度、直径、晶向合适的单面抛光的N型硅圆片，抛光面作为制成快恢复二极管(芯片)的阳极面。
P型杂质扩散
S102)铝预沉积
S301)将硅圆片清洗并甩干，装入铝预沉积工艺源管内，然后将源管放入铝预沉积扩散炉内，对硅圆片进行铝杂质掺杂；
S302)掺杂工艺结束后，检测硅圆片抛光面的薄层电阻率；
S303)如果硅圆片抛光面的薄层电阻率没有达到设计值，重复上述步骤S301、S302，直至硅圆片抛光面的薄层电阻率达到设计值。如果硅圆片抛光面的薄层电阻率达到设计值，则可进行后续工艺。此时，硅圆片内形成PNP型纵向结构，PN结的结深小于10μm。
S103)阴极面PN结去除
用保护胶或其他类似材料保护硅圆片的阳极面，采用酸或碱溶液腐蚀的方法去除阴极面的PN结，使硅圆片内部形成PN型纵向结构。
S104)硼离子注入
预处理：在硅圆片表面形成一层薄SiO2层以保护硼离子注入面(即硅圆片的抛光面)：将硅圆片清洗并甩干，然后放入扩散炉内进行氧化工艺，使硅圆片表面形成SiO2层。
硼离子注入：在硅圆片的阳极面注入硼离子，注入偏转角及剂量依据设计值及工艺条件而定。
S105)铝、硼杂质深结扩散
将硅圆片清洗并甩干，放入扩散炉内进行氧化推进工艺，使硅片内的硼、铝杂质进行深结扩散，硼、铝结深及薄层电阻率依据设计值而定。
S106)N型(磷)杂质扩散
磷预沉积：将硅圆片清洗并甩干，放入扩散炉内进行磷预沉积工艺，使硅圆片的阴极面形成高浓度的N型杂质层。完成该工艺后，去除硅圆片表面的磷硅玻璃。
磷杂质深结扩散：将硅圆片清洗并甩干，放入磷推进扩散炉内进行磷杂质深结扩散，使磷杂质扩散至设计深度，完成该工艺后，去除硅圆片表面的SiO2层。此时，硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构。
S200)后处理工序
S201)铝层蒸发及合金化
将清洗干净后的硅圆片放入真空蒸发机中进行铝层蒸发，形成阴、阳极引出电极，然后将蒸完铝的硅圆片放入合金炉中进行合金化，使硅、铝之间形成欧姆接触。
S202)尺寸切割
将硅圆片切割成所需的尺寸的芯片。
S203)阴极低温键合
通过低温键合工艺，将硅圆片的阴极面与对应尺寸的钼片7键合到一起。
S204)结终端处理
将完成低温键合工艺的芯片进行台面造型工艺，并进对台面做保护处理，形成完整的芯片。
S205)芯片静态参数测试
通过测试，筛选出静态参数合格的芯片，合格的芯片可进入下一步工艺。
S206)质子辐照
对芯片的阳极面(抛光面)施以质子辐照以调节少子寿命及芯片的软度因子S。
S207)电子辐照
对芯片进行电子辐照，检测芯片少子寿命及芯片压降是否达到设计值。如果没有达到设计值，则继续进行电子辐照直到达到设计值。
S208)芯片测试、封装及出厂测试。
本发明实施例中的具体工艺参数可以参考CN105355552A的中国发明专利申请中快恢复二极管制备方法的相关工艺参数。
经测试，采用本发明所述方法制作的IGCT配套用FRD(ZKX2000-45A)与IGCT配套用传统阳极低温键合型FRD(ZKx2000-45)的性能相当，其关键参数具体如下：
实施例2
一种快恢复二极管制作方法的具体实施例，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)铝预沉积：进行铝预沉积，使硅圆片内形成结深较浅的PNP型纵向结构；
S103)硼离子注入：在硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使硅圆片内形成结深较浅的P+PNP型纵向结构；
S104)去除阴极面的PN结：保护硅圆片的阳极面，去除硅圆片的阴极面的PN结，使硅圆片内形成结深较浅的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使硅圆片内形成结深较深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)进行硅圆片的后处理工序。
其中，上述每一步骤的具体工艺过程，以及工艺参数可参考实施例1。
实施例3
一种快恢复二极管制作方法的具体实施例，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)硼离子注入：在硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使硅圆片内形成结深较浅的P+N型纵向结构；
S103)铝预沉积：进行铝预沉积，使硅圆片内形成结深较浅的P+PNP型纵向结构；
S104)去除阴极面的PN结：保护硅圆片的阳极面，去除硅圆片的阴极面的PN结，使硅圆片内形成结深较浅的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使硅圆片内形成结深较深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)：进行硅圆片的后处理工序。
其中，上述每一步骤的具体工艺过程，以及工艺参数可参考实施例1。
实施例4
在上述实施例1至3中任一实施例中步骤S101～S106的基础上，硅圆片的后处理工序S200)可以进一步采用以下步骤替代：
S201)尺寸切割：对硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对芯片进行测试、封装及出厂测试。
其中，本实施例中工艺步骤的具体过程可参考实施例1。
实施例5
在上述实施例1至3中任一实施例中步骤S101～S106的基础上，硅圆片的后处理工序S200)可以进一步采用以下步骤替代：
S201)铝层蒸发及合金化：在硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对芯片进行测试、封装及出厂测试。
其中，本实施例中工艺步骤的具体过程可参考实施例1。
实施例6
在上述实施例1至3中任一实施例中步骤S101～S106的基础上，硅圆片的后处理工序S200)可以进一步采用以下步骤替代：
S201)铝层蒸发及合金化：在硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对芯片进行测试、封装及出厂测试。
其中，本实施例中工艺步骤的具体过程可参考实施例1。
实施例7
在上述实施例1至3中任一实施例中步骤S101～S106的基础上，硅圆片的后处理工序S200)可以进一步采用以下步骤替代：
S201)尺寸切割：对硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对芯片进行测试、封装及出厂测试。
其中，本实施例中工艺步骤的具体过程可参考实施例1。
实施例8
在上述实施例1至3中任一实施例中步骤S101～S106的基础上，硅圆片的后处理工序S200)可以进一步采用以下步骤替代：
S201)铝层蒸发及合金化：在硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对芯片进行测试、封装及出厂测试。
其中，本实施例中工艺步骤的具体过程可参考实施例1。
实施例9
一种快恢复二极管，采用如上实施例1至8中的任意一种方法制作而成。
本发明上述实施例1-实施例8描述的快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管与现有阳极键合型快恢复二极管制作方法相比具有如下技术优势：
传统阳极键合型FRD制造流程一般为：N型硅圆片→铝预沉积→阳极硼离子注入→铝、硼杂质深结扩散→去除阴极面的PN结(单面研磨)→磷预沉积→氧化(磷推进)→铝层蒸发→合金化→阳极质子辐照→尺寸切割→阳极低温键合→结终端处理→电子辐照→芯片测试、封装及出厂测试。而本发明具体实施例采用阴极键合型FRD制作方法，其具体流程为：N型硅圆片→铝预沉积→去除阴极面的PN结→阳极硼离子注入→铝、硼杂质深结扩散→磷预沉积→氧化(磷推进)→铝层蒸发→合金化→尺寸切割→阴极低温键合→结终端处理→芯片静态参数测试→阳极质子辐照→电子辐照→芯片测试、封装及出厂测试。
在传统制造方法中，铝预沉积工艺后立即进行阳极硼离子注入及铝、硼杂质深结扩散工艺，铝、硼杂质深结扩散后在硅片内部形成了P+PNP型纵向结构，PN结的结深可达数十微米至上百微米，只能通过单面研磨工艺去除阴极面多余的PN结。而在本发明具体实施例采用的制作方法中，铝预沉积工艺后，立即采取措施去除阴极面多余的浅PN结。铝预沉积工艺在硅圆片内形成PNP型纵向结构，PN结的结深小于10μm，可以很轻易地去除阴极面多余的PN结，其工艺可以为酸溶液腐蚀或碱溶液腐蚀。本发明具体实施例规避了单面研磨工艺，因此不会使硅片表面产生机械损伤缺陷，采用该方法制造的芯片具有较高的成品率及长期工作可靠性。
在传统制造方法中，铝、硼杂质深结扩散后在硅片内部形成了P+PNP型纵向结构。而在本发明具体实施例采用的制作方法中，铝、硼杂质深结扩散后直接在硅片内部形成所需要的P+PN型纵向结构，工艺过程更加简洁。
在传统制造方法中，受质子辐照工艺穿透能力限制，阳极质子辐照工艺在低温键合工艺之前进行，这样一些静态参数不合格的芯片也进行了质子辐照工艺，增加了质子辐照的工艺成本。而在本发明具体实施例采用的制作方法中，由于低温键合工艺不会造成芯片的N型缓冲层变薄，即阴极低温键合工艺不会引起芯片的阻断能力下降。因此，采用阴极键合工艺取代阳极键合工艺，就可以在芯片完成静态参数筛选后进行质子辐照工艺，即只有静态参数合格的芯片才能进行质子辐照工艺，从而降低了质子辐照的工艺成本。
通过实施本发明具体实施例描述的快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管在铝预沉积工艺之后，立即采取措施去除阴极面多余的浅PN结，铝预沉积工艺在硅圆片内形成PNP型纵向结构，PN结的结深小于10μm，可以采用更加简单的酸溶液腐蚀或碱溶液腐蚀工艺很轻易地去除阴极面多余的PN结；
(2)本发明具体实施例描述的快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管通过对工艺流程的优化设计，实现了Al杂质在硅圆片上的单面扩散，从而规避了传统阳极低温键合型FRD制造方法中的单面研磨工艺，因此不会使硅圆片表面产生机械损伤缺陷，采用本发明方法制造的芯片具有较高的成品率及长期可靠性；
(3)本发明具体实施例描述的快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管在完成铝、硼杂质深结扩散工艺后直接在硅圆片的内部形成所需要的P+PN型纵向结构，工艺流程更加简单；
(4)本发明具体实施例描述的快恢复二极管制作方法及由该方法制作的快恢复二极管采用阴极低温键合工艺取代阳极低温键合工艺，由于低温键合工艺不会造成芯片的N型缓冲层(基区)变薄，即阴极低温键合工艺不会引起芯片的阻断能力下降，从而使阳极质子辐照工艺可在芯片完成静态参数筛选后进行，只有静态参数合格的芯片才会进行质子辐照工艺，从而降低了质子辐照工艺成本；
(5)采用本发明方法制作的快恢复二极管各项参数与传统阳极键合型FRD相当，工艺简洁、成本更低，成品率和使用寿命都得到了极大程度的提升。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (35)
1.一种快恢复二极管制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)铝预沉积：进行铝预沉积，使所述硅圆片内形成浅结深的PNP型纵向结构；
S103)阴极面PN结去除：保护所述硅圆片的阳极面，去除所述硅圆片的阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成PN型纵向结构；
S104)硼离子注入：在所述硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在所述硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使所述硅圆片内形成深结深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在所述硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)进行所述硅圆片的后处理工序。
2.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
3.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
4.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
5.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
6.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
7.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述铝预沉积工艺进一步包括以下过程：
S301)将所述硅圆片清洗并甩干，装入铝预沉积工艺源管内，然后将源管放入铝预沉积扩散炉内，对所述硅圆片进行铝杂质掺杂；
S302)掺杂工艺结束后，检测所述硅圆片抛光面的薄层电阻率；
S303)如果所述硅圆片抛光面的薄层电阻率没有达到设计值，重复上述步骤S301、S302，直至所述硅圆片抛光面的薄层电阻率达到设计值。
9.根据权利要求8所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于：通过铝预沉积工艺以后，在所述硅圆片内形成PNP型纵向结构，所述硅圆片的PN结结深小于10μm。
10.根据权利要求9所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述阴极面PN结去除工艺进一步包括以下步骤：
采用保护胶保护所述硅圆片的阳极面，采用酸或碱溶液腐蚀法去除所述硅圆片阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成PN型纵向结构。
11.根据权利要求10所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硼离子注入工艺进一步包括以下步骤：
将所述硅圆片清洗并甩干，然后放入扩散炉内进行氧化工艺，使所述硅圆片的表面形成SiO2层以保护硼离子注入面；
在所述硅圆片的阳极面注入硼离子，注入偏转角及剂量依据设计值及工艺条件而定。
12.根据权利要求11所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述铝、硼杂质深结扩散工艺进一步包括以下步骤：
将所述硅圆片清洗并甩干，放入扩散炉内进行氧化推进工艺，使所述硅圆片内的硼、铝杂质进行深结扩散，硼、铝结深及薄层电阻率依据设计值而定。
13.根据权利要求12所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述N型杂质扩散工艺进一步包括以下步骤：
磷预沉积：将所述硅圆片清洗并甩干，放入扩散炉内进行磷预沉积工艺，使所述硅圆片的阴极面形成高浓度的N型杂质层；完成磷预沉积工艺后，去除所述硅圆片表面的磷硅玻璃；
磷杂质深结扩散：将所述硅圆片清洗并甩干，放入磷推进扩散炉内进行磷杂质深结扩散，使磷杂质扩散至设计深度，完成磷杂质深结扩散工艺后，去除所述硅圆片表面的SiO2层，所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构。
14.根据权利要求13所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述铝层蒸发及合金化工艺进一步包括以下步骤：
将清洗干净后的硅圆片放入真空蒸发机中进行铝层蒸发，形成阴、阳极引出电极，然后将蒸完铝的硅圆片放入合金炉中进行合金化，使硅、铝之间形成欧姆接触。
15.根据权利要求14所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述质子辐照工艺进一步包括以下步骤：
对芯片的阳极面施以质子辐照以调节少子寿命及芯片的软度因子。
16.根据权利要求15所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述电子辐照工艺进一步包括以下步骤：
对芯片进行电子辐照，并检测芯片的少子寿命及芯片压降是否达到设计值，如果未达到设计值，则继续进行电子辐照直到达到设计值。
17.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、9、10、11、12、13、14、15或16中任一项所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用单面抛光的N型硅圆片，所述硅圆片的抛光面制作为芯片的阳极面或阴极面。
18.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、9、10、11、12、13、14、15或16中任一项所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用非抛光的N型硅圆片，然后将所述硅圆片的任意一面抛光，所述硅圆片的抛光面制作为芯片的阳极面或阴极面。
19.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、9、10、11、12、13、14、15或16中任一项所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用非抛光的N型硅圆片，并标记所述硅圆片的任意一面，标记面制作为芯片的阳极面或阴极面。
20.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、9、10、11、12、13、14、15或16中任一项所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述步骤S101进一步包括：
所述硅圆片选用双面抛光的N型硅圆片，并标记所述硅圆片的任意一面，标记面制作为芯片的阳极面或阴极面。
21.一种快恢复二极管制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)铝预沉积：进行铝预沉积，使所述硅圆片内形成浅结深的PNP型纵向结构；
S103)硼离子注入：在所述硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PNP型纵向结构；
S104)阴极面PN结去除：保护所述硅圆片的阳极面，去除所述硅圆片的阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在所述硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使所述硅圆片内形成深结深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在所述硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)进行所述硅圆片的后处理工序。
22.根据权利要求21所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
23.根据权利要求21所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
24.根据权利要求21所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
25.根据权利要求21所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
26.根据权利要求21所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
27.根据权利要求21所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
28.一种快恢复二极管制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101)选取N型硅圆片；
S102)硼离子注入：在所述硅圆片的阳极面进行硼离子注入，使所述硅圆片内形成浅结深的P+N型纵向结构；
S103)铝预沉积：进行铝预沉积，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PNP型纵向结构；
S104)阴极面PN结去除：保护所述硅圆片的阳极面，去除所述硅圆片的阴极面的PN结，使所述硅圆片内形成浅结深的P+PN型纵向结构；
S105)铝、硼杂质深结扩散：在所述硅圆片的阳极面进行铝、硼杂质深结扩散，使所述硅圆片内形成深结深的P+PN型纵向结构；
S106)N型杂质扩散：在所述硅圆片的阴极面进行磷杂质掺杂扩散，使所述硅圆片内形成P+PNN+型纵向结构；
S200)：进行所述硅圆片的后处理工序。
29.根据权利要求28所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
30.根据权利要求28所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
31.根据权利要求28所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)质子辐照：对静态参数合格的芯片的阳极面施以质子辐照；
S207)电子辐照：对所述芯片施以电子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
32.根据权利要求28所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
33.根据权利要求28所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割；
S202)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触，以形成芯片；
S203)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述芯片的阴极面与钼片键合到一起；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
34.根据权利要求28所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述硅圆片的后处理工序S200)包括以下步骤：
S201)铝层蒸发及合金化：在所述硅圆片的表面蒸发铝层，形成引出电极，并进行合金化处理，使铝、硅之间形成欧姆接触；
S202)阴极低温键合：通过低温键合工艺，将所述硅圆片的阴极面与钼片键合到一起；
S203)尺寸切割：对所述硅圆片进行尺寸切割以形成芯片；
S204)结终端处理：对所述芯片的结终端进行台面造型及保护处理；
S205)静态参数测试：对所述芯片进行静态参数测试；
S206)电子辐照：对静态参数合格的芯片施以电子辐照；
S207)质子辐照：对所述芯片的阳极面施以质子辐照；
S208)封装测试：对所述芯片进行测试、封装及出厂测试。
35.一种快恢复二极管，其特征在于：所述快恢复二极管采用如权利要求1至34中任一项所述的方法制作而成。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US4388635A (en) * | 1979-07-02 | 1983-06-14 | Hitachi, Ltd. | High breakdown voltage semiconductor device |
| CN104576363A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-29 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种大功率整流管管芯的制作方法 |
| CN105355552A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-02-24 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种快恢复二极管的制备方法 |
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2016
- 2016-08-01 CN CN201610618733.0A patent/CN107680907B/zh active Active
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