CN113314617A - 一种软快恢复二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种软快恢复二极管；包括N区和P区，P区扩散在N区上端面中部的凹槽内，所述N区包括依次在N+区上生长的N缓冲区和外延区，所述P区包括P base区和P+区，P base区嵌入外延区的上端面中部，所述P+区扩散在P base区的两端，所述外延区的上端面外端制作有钝化层，外延区的中心制作有阳极金属层,N+区的底部制作有金属层。本发明通过超低掺杂浓度的N型漂移区和低掺杂浓度的P base区可以有效地可以有效的降低反向恢复电荷和反向恢复时间；N型漂移区下表面的N型缓冲层可以缓冲空间电荷区扩展，减缓了载流子反向抽取速度，使恢复特性得到软化；并且高掺杂的深结P+区可以有效抑制电场集中，降低器件反向漏电。
Description
技术领域
本发明涉及一种软快恢复二极管及其制备方法。
背景技术
现有技术中的快恢复二极管其主要结构包括：轻掺杂N型漂移区；位于所述轻掺杂N型漂移区表面的重掺杂P型区；位于所述重掺杂P型区表面的阳极金属层；位于所述轻掺杂N型漂移区下表面的重掺杂N型衬底层；位于所述重掺杂N型衬底层表面的阴极金属层。
当器件在正向导通时，轻掺杂N型漂移区和重掺杂P型区内存储有大量的少数载流子空穴和电子；当器件关断时，其耗尽区在轻掺杂N型漂移区与重掺杂P型区向外扩展；由于轻掺杂漂移区一侧的浓度较低，器件关断时，耗尽区主要向轻掺杂一侧扩展；在耗尽区扩展的过程中，耗尽区所经过的区域少数载流子被迅速扫出，造成反向恢复电流迅速减少到0，FRD软度较差，导致回路中产生了较大的过冲电压，进而引起系统电路元件损坏。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种软快恢复二极管及其制备方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种软快恢复二极管；包括N区和P区，P区扩散在N区上端面中部的凹槽内，所述N区包括依次在N+区上生长的N缓冲区和外延区，所述P区包括P base区和P+区，P base区嵌入外延区的上端面中部，所述P+区扩散在P base区的两端，所述外延区的上端面外端制作有钝化层，外延区的中心制作有阳极金属层,N+区的底部制作有金属层。
本申请是一种双基区结构，下面为N+区，上面分别为双基区的N区和N-区，有源区采用低掺杂浓度P base浅结结构，结终端采用的是高掺杂浓度的P+深结结构，当正向导通时，低掺杂浓度的P base区可以有效地降低反向恢复电荷、反向恢复时间和抑制反向恢复峰值电流的作用，当器件处于反向偏置时，二极管的N区缓冲层可以缓冲空间电荷区的扩展，缩短基区宽度和降低通态电压；并且N-N与NN+界面的电场减缓了载流子反向抽取速度，使得在N区缓冲层存储有更多的电荷用于复合，使恢复特性得到软化；并且高掺杂浓度的深结P+区可以有效抑制电场集中，降低器件的反向漏电流。
所述金属层包括依次覆盖在N+区底部的钛层、镍层、银层。
所述阳极金属层中部与P base区接触，阳极金属层的边缘搭接在钝化层的上端面上。
所述P+区对称镶嵌在P base区的两端且部分融合在P base区内。
一种软快恢复二极管的制备方法，其步骤为：
1)制作衬底，在衬底上端面依次生长N缓冲层和N-外延层；
2)在N-外延层上通过热氧化生长氧化层；
3)在氧化层中部两端进行光刻、刻蚀出两个对称的P+区扩散窗口；
4)在窗口内进行P+区硼预扩、P+区硼主扩散，并生长热氧化层；
5)对晶圆进行光刻、刻蚀出P base区离子注入窗口；
6)进行P base区硼注入、推阱；
7)在晶圆表面进行进行磷硅玻璃和氮化硅薄膜淀积形成钝化层；
8)将衬底底部减薄；
9)在衬底底部进行铂扩散；
10)在晶圆表面进行氮化硅、磷硅玻璃和氧化硅光刻形成蒸发窗口；
11)对晶圆进行金属Al蒸发，并进行金属刻蚀；
12)对晶圆进行正面金属Al合金；
13)进行衬底减薄；
14)在衬底底部进行金属化，依次为钛、镍、银。
所述N缓冲区和N-外延区的厚度均为6～7μm，电阻分别为2～3Ω·cm和30～35Ω·cm。
所述氧化层采用干氧+湿氧+干氧工艺氧化层生长温度为1000～1100℃，生长时间为80～120min。
P+区硼预扩扩散源采用固态扩散源，预扩散温度和时间分别为1080～1010℃，50～65min；P+区硼主扩散采用氧化+推阱的方式，硼主扩散温度和时间分别为1120～1160℃，160～175min。
所述P base区硼注入的注入剂量和能量分别为5e15cm-2、100keV，然后通过氧化+推阱的方式进行硼主扩散，硼主扩散温度和时间分别为1030～1060℃、70～90min。
所述钝化层首先采用PECVD方式淀积薄膜厚度为0.45～0.55um的磷硅玻璃PSG；然后采用LPCVD方式淀积薄膜厚度为0.25～0.35um的氮化硅Si3N4。
本发明的有益效果在于：通过超低掺杂浓度的N型漂移区和低掺杂浓度的P base区可以有效地可以有效的降低反向恢复电荷和反向恢复时间；N型漂移区下表面的N型缓冲层可以缓冲空间电荷区扩展，减缓了载流子反向抽取速度，使恢复特性得到软化；并且高掺杂的深结P+区可以有效抑制电场集中，降低器件反向漏电。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1-N+区，2-N缓冲区，3-N-外延区，4-P base区，5-P+区，6-钝化层，7-阳极金属层，8-钛层，9-镍层，10-银层。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
一种软快恢复二极管；包括N区和P区，P区扩散在N区上端面中部的凹槽内，所述N区包括依次在N+区1上生长的N缓冲区2和外延区3，所述P区包括P base区4和P+区5，P base区4嵌入外延区3的上端面中部，所述P+区5扩散在P base区4的两端，所述外延区3的上端面外端制作有钝化层6，外延区3的中心制作有阳极金属层7,N+区1的底部制作有金属层。
本申请的二极管通过超低掺杂浓度的N型漂移区和低掺杂浓度的P base区可以有效地可以有效的降低反向恢复电荷和反向恢复时间；N型漂移区下表面的N型缓冲层可以缓冲空间电荷区扩展，减缓了载流子反向抽取速度，使恢复特性得到软化；并且高掺杂的深结P+区可以有效抑制电场集中，降低器件反向漏电。
实施例1：
如图1所示的二极管芯片结构，其中包括N+区1，N缓冲区2，N-外延区3，P base区4，P+区5，钝化层6。其特征是：P+区5左右对称的镶嵌在P base区4两侧，其与P base区4有一部分重合。
P+区结深为4-5um，P+区表面方块电阻为5-7Ω/□，且两侧P+区5宽度为50um。
Pbase区结深为1.5-2um，P base区表面方块电阻为30-40Ω/□。
钝化层6为磷硅玻璃PSG和氮化硅Si3N4复合钝化层，厚度0.8-0.9um。磷硅玻璃PSG厚度为0.5-0.6um，氮化硅Si3N4厚度为0.3-0.4um。
上述二极管通过以下步骤制作：
1.制作衬底，选取<111>晶向N型抛光片材料，按现有技术生长双层外延，外延参数分别为2Ω·cm、6um和30Ωcm、6um。
2.进行一次氧化，氧化层的生长温度为1050℃，生长时间为95min，氧化层采用干氧+湿氧+干氧工艺。
3.采用现有技术刻蚀氧化层，形成P+区扩散窗口。
4.进行硼预扩散，扩散源采用固态扩散源，预扩散温度和时间分别为1100℃，60min；然后进行硼主扩散(氧化+推阱)，硼主扩散温度和时间分别为1150℃，170min。
5.采用现有技术刻蚀氧化层，形成P base区离子注入窗口。
6.进行硼离子注入，注入剂量和能量分别为5e15cm-2、100keV，然后进行硼主扩散(氧化+推阱)，硼主扩散温度和时间分别为1050℃、80min。
7.采用PECVD方式淀积磷硅玻璃PSG，淀积薄膜厚度为0.5um；然后采用LPCVD方式淀积氮化硅Si3N4，淀积薄膜厚度为0.3um。
8.进行背面减薄，硅片厚度减薄至250±10um，然后进行背面铂扩散工艺，铂源为液态源，铂扩散温度和时间分别为950min、1h。
9.采用现有技术刻蚀Si3N4、PSG、SiO2，形成金属接触孔。
10.正面蒸发Al金属，厚度为3-4um，按照现有技术刻蚀Al金属，形成正面电极，然后进行金属合金，合金温度和时间分别为400℃、30min。
11.进行背面减薄，硅片厚度减薄至200±10um，然后进行背面金属化，背面金属分别为钛/镍/银，其厚度分别为0.1±0.01um/0.6±0.1um/0.8±0.1um。
表1实施例1工艺产生的二极管参数
Claims (10)
1.一种软快恢复二极管，其特征在于：包括N区和P区，P区扩散在N区上端面中部的凹槽内，所述N区包括依次在N+区(1)上生长的N缓冲区(2)和外延区(3)，所述P区包括P base区(4)和P+区(5)，P base区(4)嵌入外延区(3)的上端面中部，所述P+区(5)扩散在P base区(4)的两端，所述外延区(3)的上端面外端制作有钝化层(6)，外延区(3)的中心制作有阳极金属层(7),N+区(1)的底部制作有金属层。
2.如权利要求1所述的软快恢复二极管，其特征在于：所述金属层包括依次覆盖在N+区(1)底部的钛层(8)、镍层(9)、银层(10)。
3.如权利要求1所述的软快恢复二极管，其特征在于：所述阳极金属层(7)中部与Pbase区(4)接触，阳极金属层(7)的边缘搭接在钝化层(6)的上端面上。
4.如权利要求1所述的软快恢复二极管，其特征在于：所述P+区(5)对称镶嵌在P base区(4)的两端且部分融合在P base区(4)内。
5.一种软快恢复二极管的制备方法，其步骤为：
1)制作衬底，在衬底上端面依次生长N缓冲层和N-外延层；
2)在N-外延层上通过热氧化生长氧化层；
3)在氧化层中部两端进行光刻、刻蚀出两个对称的P+区扩散窗口；
4)在窗口内进行P+区硼预扩、P+区硼主扩散，并生长热氧化层；
5)对晶圆进行光刻、刻蚀出P base区离子注入窗口；
6)进行P base区硼注入、推阱；
7)在N-外延层、P+区、P base区表面上进行磷硅玻璃和氮化硅薄膜淀积形成钝化层；
8)将衬底底部减薄；
9)在衬底底部进行铂扩散；
10)进行氮化硅、磷硅玻璃和氧化硅光刻形成蒸发窗口；
11)在蒸发窗口进行金属Al蒸发，并进行金属刻蚀形成正面金属电极；
12)对晶圆进行正面金属Al合金；
13)进行衬底减薄；
14)在衬底底部进行金属化，依次为钛、镍、银。
6.如权利要求5所述的软快恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述N缓冲区和N-外延区的厚度均为6～7μm，电阻分别为2～3Ω·cm和30～35Ω·cm。
7.如权利要求5所述的软快恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述氧化层采用干氧+湿氧+干氧工艺氧化层生长温度为1000～1100℃，生长时间为80～120min。
8.如权利要求5所述的软快恢复二极管的制备方法，其特征在于：P+区硼预扩扩散源采用固态扩散源，预扩散温度和时间分别为1080～1010℃，50～65min；P+区硼主扩散采用氧化+推阱的方式，硼主扩散温度和时间分别为1120～1160℃，160～175min。
9.如权利要求5所述的软快恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述P base区硼注入的注入剂量和能量分别为5e15cm-2、100keV，然后通过氧化+推阱的方式进行硼主扩散，硼主扩散温度和时间分别为1030～1060℃、70～90min。
10.如权利要求5所述的软快恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述钝化层首先采用PECVD方式淀积薄膜厚度为0.45～0.55um的磷硅玻璃PSG；然后采用LPCVD方式淀积薄膜厚度为0.25～0.35um的氮化硅Si3N4。
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2021
- 2021-04-29 CN CN202110476668.3A patent/CN113314617A/zh active Pending
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| CN115763572B (zh) * | 2022-12-16 | 2023-09-05 | 扬州国宇电子有限公司 | 一种软快恢复二极管及其制备方法 |
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