CN108010842B - 快恢复二极管的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种快恢复二极管的制作方法。所述快恢复二极管的制作方法,其包括以下步骤:提供具有N型外延层的N型衬底;在所述N型外延层远离所述N型衬底一侧形成器件正面结构;在所述N型衬底远离所述N型外延层的表面形成铂吸收结构及在所述器件正面结构远离所述N型外延层的表面形成铂材料层;进行热扩散将所述铂材料层中的铂扩散至器件的内部,去除残留的铂材料层及热扩散形成的氧化物,进行热氧化,在所述器件正面结构远离所述N型外延层的表面形成牺牲氧化层;将上述具有牺牲氧化层的器件加载正向电场,其中所述牺牲氧化层连接所述正向电场的正电压,所述铂吸收结构连接所述正向电场的负电压;及去除所述牺牲氧化层及所述铂吸收结构。

Description

快恢复二极管的制作方法
【技术领域】
本发明涉及半导体器件制造技术领域,特别地,涉及一种快恢复二极管的制作方法。
【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,MOSFET,IGBT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-VDMOS、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,在二级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,缺陷同时也会使器件正向压降增大。电子辐照长期可靠性差,扩金漏电流太大。扩铂漏电小,但通态电压高,可靠性差(扩铂材料过程会引入缺陷和可动电荷)。目前常用的扩铂方法如下: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材料,然后进行退火,使铂材料通过扩散的方法进入硅片内部;2.完成铂材料扩散后,进行清洗,再在器件背面制备背面金属层。然而,该方法形成的器件的缺陷浓度分布中,由于少子复合主要在漂移区出现,因此只有在漂移区内的铂材料才会对减少复合时间有贡献,其余位置的铂材料由于在器件内会形成缺陷,增加器件压降,降低器件性能。同时铂材料扩散过程中,大量可动电荷也会进入到Si体内,可动电荷会增大产品漏电,增加开关损耗,影响产品可靠性。
【发明内容】
针对现有方法的不足,提出了一种快恢复二极管的制作方法,可改善恢复二极管的缺陷密度分布。
一种快恢复二极管的制作方法,其包括以下步骤:
提供具有N型外延层的N型衬底;
在所述N型外延层远离所述N型衬底一侧形成器件正面结构;
在所述N型衬底远离所述N型外延层的表面形成铂吸收结构及在所述器件正面结构远离所述N型外延层的表面形成铂材料层;
进行热扩散将所述铂材料层中的铂扩散至器件的内部,去除残留的铂材料层及热扩散形成的氧化物,进行热氧化,在所述器件正面结构远离所述N型外延层的表面形成牺牲氧化层;
将上述具有牺牲氧化层的器件加载正向电场,其中所述牺牲氧化层连接所述正向电场的正电压,所述铂吸收结构连接所述正向电场的负电压;及
去除所述牺牲氧化层及所述铂吸收结构。
在一种实施方式中,所述制作方法还包括如下步骤:
在所述器件正面结构远离所述N型外延层的一侧形成第一金属层。
在一种实施方式中,所述制作方法还包括如下步骤:
在所述N型衬底远离所述N型外延层的一侧形成第二金属层。
在一种实施方式中,所述铂吸收结构包括层叠设置的多晶硅层、氮化硅层及氧化硅层。
在一种实施方式中,所述多晶硅层形成于所述N型衬底远离所述N型外延层的一侧,所述氮化硅层形成于所述多晶硅层远离所述N型衬底的一侧,所述氧化硅层形成于所述氮化硅层远离所述多晶硅层的一侧。
在一种实施方式中,所述多晶硅层的厚度大于20um,所述氮化硅层的厚度大于1um,所述氧化硅的厚度大于1um。
在一种实施方式中,所述铂材料层的厚度在10nm-100nm的范围之间。
在一种实施方式中,所述牺牲氧化层的材料包括氧化硅。
在一种实施方式中,所述正向电场的强度大于1兆电子伏特。
在一种实施方式中,所述去除残留的铂材料层及热扩散形成的氧化物步骤中,采用氢氟酸对所述铂材料层及热扩散形成的氧化物进行清洗;所述去除所述牺牲氧化层及铂吸收结构的步骤中,采用湿法去除所述牺牲氧化层,及采用背面研磨工艺去除所述铂吸收结构。
本发明通过在扩铂的同时使用铂吸收结构(如包含多晶硅/氮化硅/氧化硅层的铂吸收结构)的对铂材料进行吸收,能在保证漂移区内缺陷浓度不变的情况下,减少器件背面的缺陷浓度。进而减少器件反向恢复时间,降低器件正向压降。通过在正向电场下进行处理,将可动电荷驱赶到所述铂吸收结构中,减少了器件内部可动电荷,提高产品可靠性。使用该方法形成的铂材料浓度分布中:在决定反向恢复时间的漂移区内铂浓度大,少子寿命最小;而在对反向恢复影响不大的背面区域,则铂浓度相对较低,降低了器件正向压降。原理是通过调整铂材料浓度分布使漂移区附近少子寿命较低,远离漂移区的位置仍然保持较高的少子寿命,协调了反向恢复时间与通态压降之间的矛盾。其中,所述铂吸收结构主要使用多晶硅和氮化硅层吸收铂材料,氧化硅层保证铂材料不会扩散到器件外部。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所使用的附图作简单地介绍,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附图,其中:
图1是本发明快恢复二极管的制作方法的流程图。
图2-图7是图1所示制作方法的各步骤的结构示意图。
【主要元件符号说明】
步骤S1-S7
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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做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。
为解决现有方法形成的快恢复二极管的缺陷浓度分布不理想导致增加器件压降、降低器件性能的技术问题,本发明提供一种快恢复二极管的制作方法。请参阅图1-图7,所述图1是本发明快恢复二极管的制作方法的流程图,图2-图7是图1所示制作方法的各步骤的结构示意图。所述快恢复二极管的制作方法包括以下步骤S1-S7。
步骤S1,请参阅图2,提供具有N型外延层N-Epi的N型衬底N-Sub。
步骤S2,请参阅图3,在所述N型外延层N-Epi远离所述N型衬底N-Sub一侧形成器件正面结构。可以理解,所述器件正面结构可以包括P型区域、二极管正极材料结构等。
步骤S3,请参阅图4,在所述N型衬底N-Sub远离所述N型外延层N-Epi的表面形成铂吸收结构及在所述器件正面结构远离所述N型外延层N-Epi的表面形成铂材料层Pt。
在一种实施方式中,所述铂吸收结构包括层叠设置的多晶硅层、氮化硅层及氧化硅层。具体地,所述多晶硅层形成于所述N型衬底远离所述N型外延层的一侧,所述氮化硅层形成于所述多晶硅层远离所述N型衬底的一侧,所述氧化硅层形成于所述氮化硅层远离所述多晶硅层的一侧。所述多晶硅层的厚度大于20um,所述氮化硅层的厚度可以1um,所述氧化硅的厚度大于1um。
步骤S4,请参阅图5,进行热扩散将所述铂材料层Pt中的铂扩散至器件的内部,去除残留的铂材料层Pt及热扩散形成的氧化物,进行热氧化,在所述器件正面结构远离所述N型外延层的表面形成牺牲氧化层。在一种实施方式中,所述铂材料层Pt的厚度在10nm-100nm的范围之间。所述牺牲氧化层的材料包括氧化硅。
所述步骤S4中,采用氢氟酸(HF)对所述铂材料层及热扩散形成的氧化物进行清洗。
步骤S5,请参阅图6,将上述具有牺牲氧化层的器件加载正向电场,其中所述牺牲氧化层连接所述正向电场的正电压,所述铂吸收结构连接所述正向电场的负电压。所述正向电场的强度大于1兆电子伏特(MeV)。
步骤S6,请参阅图7,去除所述牺牲氧化层及所述铂吸收结构。所述步骤S6中,采用湿法去除所述牺牲氧化层,及采用背面研磨工艺去除所述铂吸收结构。
步骤S7,请参阅图7,在所述器件正面结构远离所述N型外延层的一侧形成第一金属层及在所述N型衬底远离所述N型外延层的一侧形成第二金属层。
本发明快恢复二极管的制作方法中,通过在扩铂的同时使用铂吸收结构(如包含多晶硅/氮化硅/氧化硅层的铂吸收结构)的对铂材料进行吸收,能在保证漂移区内缺陷浓度不变的情况下,减少器件背面的缺陷浓度。进而减少器件反向恢复时间,降低器件正向压降。
通过在正向电场下进行处理,将可动电荷驱赶到所述铂吸收结构中,减少了器件内部可动电荷,提高产品可靠性。使用该方法形成的铂材料浓度分布中:在决定反向恢复时间的漂移区内铂浓度大,少子寿命最小;而在对反向恢复影响不大的背面区域,则铂浓度相对较低,降低了器件正向压降。原理是通过调整铂材料浓度分布使漂移区附近少子寿命较低,远离漂移区的位置仍然保持较高的少子寿命,协调了反向恢复时间与通态压降之间的矛盾。其中,所述铂吸收结构主要使用多晶硅和氮化硅层吸收铂材料,氧化硅层保证铂材料不会扩散到器件外部。
以上所述的仅是本发明的实施方式,在此应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出改进,但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种快恢复二极管的制作方法,其包括以下步骤:
提供具有N型外延层的N型衬底;
在所述N型外延层远离所述N型衬底一侧形成器件正面结构;
在所述N型衬底远离所述N型外延层的表面形成铂吸收结构及在所述器件正面结构远离所述N型外延层的表面形成铂材料层;
进行热扩散将所述铂材料层中的铂扩散至器件的内部,去除残留的铂材料层及热扩散形成的氧化物,进行热氧化,在所述器件正面结构远离所述N型外延层的表面形成牺牲氧化层;
将上述具有牺牲氧化层的器件加载正向电场,其中所述牺牲氧化层连接所述正向电场的正电压,所述铂吸收结构连接所述正向电场的负电压;及
去除所述牺牲氧化层及所述铂吸收结构;
所述铂吸收结构包括层叠设置的多晶硅层、氮化硅层及氧化硅层;
所述多晶硅层形成于所述N型衬底远离所述N型外延层的一侧,所述氮化硅层形成于所述多晶硅层远离所述N型衬底的一侧,所述氧化硅层形成于所述氮化硅层远离所述多晶硅层的一侧;
所述多晶硅层的厚度大于20um,所述氮化硅层的厚度大于1um,所述氧化硅的厚度大于1um。
2.如权利要求1所述的快恢复二极管的制作方法,其特征在于,所述制作方法还包括如下步骤:
在所述器件正面结构远离所述N型外延层的一侧形成第一金属层。
3.如权利要求1所述的快恢复二极管的制作方法,其特征在于,所述制作方法还包括如下步骤:
在所述N型衬底远离所述N型外延层的一侧形成第二金属层。
4.如权利要求1所述的快恢复二极管的制作方法,其特征在于:所述铂材料层的厚度在10nm-100nm的范围之间。
5.如权利要求1所述的快恢复二极管的制作方法,其特征在于:所述牺牲氧化层的材料包括氧化硅。
6.如权利要求 1所述的快恢复二极管的制作方法,其特征在于:所述正向电场的强度大于1兆电子伏特。
7.如权利要求1所述的快恢复二极管的制作方法,其特征在于:所述去除残留的铂材料层及热扩散形成的氧化物步骤中,采用氢氟酸对所述铂材料层及热扩散形成的氧化物进行清洗;所述去除所述牺牲氧化层及铂吸收结构的步骤中,采用湿法去除所述牺牲氧化层,及采用背面研磨工艺去除所述铂吸收结构。
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