CN114823332A - 一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺及结构，其技术方案要点是：包括以下步骤：步骤A、缓冲层的制备；步骤B、耐压层的制备；步骤C、超结结构的制备；步骤D、电路链接层和钝化层的制备；步骤E、晶圆背面的制备。本发明所述器件的阳极的超结结构承受一部分耐压，在保持电荷平衡的同时，可以降低导通压降；本发明所述器件的超结结构较高的外延层浓度，可以降低正面的空穴注入效率，减少反向恢复电荷或者减少对寿命控制工程的依赖程度；本发明所述器件可以提高导通时候背面的空穴浓度，减少反向恢复时产生的电流尖峰，优化软度；本发明所述器件可以提高器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制备领域，特别涉及一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺及结构。
背景技术
当前随着半导体功率器件的快速发展，对功率器件的要求越来越高，在很多应用场景中希望功率器件包括MOSFET以及IGBT的导通损耗、开关损耗更低，开关切换所需时间更小。对于提供开关功能的MOSFET、IGBT，通过提高沟道密度、降低芯片厚度等方式满足应用场景的要求，因此对提供续流的快恢复二极管也希望具有更低的导通压降以及更短的反向恢复时间。
当前传统的快恢复二极管普遍采用PIN结构，如图1所示，二极管阳极电极为105，为实现较好的欧姆接触，需要在阳极104表面实现1e19-1e20/cm-3的掺杂浓度，同时也需要较厚的耐压区域103，缓冲层102，提供足够的阻断电压，对于硅材料器件一般为10V/um，对于碳化硅材料器件为100V/um。导通时，耐压区域103存储的多数载流子需要通过阳极105以及阴极106导出，导出这部分多数载流子并在阳极105与阴极之间形成阻断电压的时间是快恢复二极管的反向恢复时间，降低此时间对高频应用场景有很大的帮助，因此需要对传统快恢复二极管进行改进。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种具有行星轮啮合间隙闭环自适应控制模块的行星轮系，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，包括以下步骤：
步骤A、缓冲层的制备；
步骤B、耐压层的制备；
步骤C、超结结构的制备；
步骤D、电路链接层和钝化层的制备；
步骤E、晶圆背面的制备。
优选的，所述步骤A包括以下步骤：S1、在第一掺杂类型的硅衬底上采用化学气相沉积的方式生长掺杂类型相同的第一外延层，作为本发明所述器件的缓冲层，在第一外延层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到反向掺杂区域，作为第二掺杂类型，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的缓冲层。
优选的，所述步骤B包括以下步骤：S2、在硅衬底上采用化学气相沉积的方式生长第一掺杂类型的第二外延层，作为本发明所述器件的耐压层。
4.根据权利要求3所述的一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，其特征在于：所述步骤C包括以下步骤：：
S3、在第二外延层上用化学气相沉积的方式生长第一掺杂类型的第三外延层作为本发明所述器件的第一超结层；在第一超结层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到第二掺杂区域，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第一超结层；
S4、在第三外延层上用化学气相沉积的方式生长第四外延层作为本发明所述器件的第二超结层；在第二超结层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到第二掺杂区域，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第二超结层；
S5、在第四外延层上用化学气相沉积的方式生长第五外延层作为本发明所述器件的第三超结层；在第二超结层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到第二掺杂区域，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第三超结层。
优选的，所述步骤D包括以下步骤：
S6、在表面生长二氧化硅绝缘层；
S7、在绝缘层表面进行光刻胶旋凃，通过光刻机曝光将掩膜板上接触孔图形定义在光刻胶上；
S8、在光刻胶上实现了接触孔图形后，利用干法刻蚀将图形转移到二氧化硅绝缘层上；
S9、将重金属元素，采用溅射的方式沉积在表面，退火后进行寿命控制，再通过的清洗去除重金属元素，再利用离子注入掺杂高浓度杂质到接触孔的底部，退火激活杂质以制作阳极接触孔欧姆接触层；
S10、利用溅射的方式沉积金属铝，随后旋凃光刻胶、曝光后用干法或者干湿混合的方式形成电路链接层；
S11、沉积钝化层，并用光刻工艺和刻蚀工艺将焊盘区域打开。
优选的，所述步骤E包括以下步骤：
S12、对半超结快恢复二极管的衬底进行减薄，直至减薄到合适厚度，例如200um；
S13、利用蒸发或者溅射的方式，阴极进行合金，并退火后实现欧姆接触，使用电子辐照的方式控制器件中载流子的寿命。
本发明还公开了一种半超结快恢复二极管器件的结构，包括上述任一步骤制造的半超结快恢复二极管器件。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
1、本发明所述器件的阳极的超结结构承受一部分耐压，在保持电荷平衡的同时，可以降低导通压降；
2、本发明所述器件的超结结构较高的外延层浓度，可以降低正面的空穴注入效率，减少反向恢复电荷或者减少对寿命控制工程的依赖程度；
3、本发明所述器件可以提高导通时候背面的空穴浓度，减少反向恢复时产生的电流尖峰，优化软度；
4、本发明所述器件可以提高器件的可靠性。如果背面的缓冲层发生雪崩，可以钳位缓冲层电势，抑制背面发生雪崩击穿，防止局部过热导致过温失效。
附图说明
图1为一种传统的快恢复PIN二极管结构图；
图2为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤A加工示意图；
图3为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤B加工示意图；
图4为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤C加工示意图之一；
图5为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤C加工示意图之二；
图6为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤C加工示意图之三；
图7为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤D加工示意图之一；
图8为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤D加工示意图之二；
图9为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤D加工示意图之三；
图10为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤D加工示意图之四；
图11为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤D加工示意图之五；
图12为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤D加工示意图之六；
图13为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤E加工示意图之一；
图14为一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺中步骤E加工示意图之二。
图15为一种半超结快恢复二极管器件的结构示意图。
图中：1、硅衬底；2、缓冲层；3、耐压层；4、第一超结层；5、第二超结层；6、第三超结层；7、绝缘层；8、缓冲层第二掺杂区；9、终端区第二掺杂区；10、活性区第二掺杂区；11、阳极欧姆接触孔；12、金属；13、钝化层；14、背面金属、15、活性区域；16、终端区域；17、光刻胶。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1至图15，本发明实施例中，一种半超结快恢复二极管器件，包括如下步骤：
步骤S1、如图2，在第一掺杂类型的硅衬底1上采用化学气相沉积的方式生长掺杂类型相同的第一外延层，作为本发明所述器件的缓冲层2，在第一外延层上进行光刻胶17旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶17上，进行离子注入制作得到反向掺杂区域，作为缓冲层第二掺杂区域8，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的缓冲层2；
作为本发明进一步的方案：步骤B具体包括如下步骤：
步骤S2、如图3，在硅衬底1上采用化学气相沉积的方式生长第一掺杂类型的第二外延层，作为本发明所述器件的耐压层3；
作为本发明进一步的方案：步骤C具体包括如下步骤：
步骤S3、如图4，在耐压层3上用化学气相沉积的方式生长第一掺杂类型的第三外延层作为本发明所述器件的第一超结层4；在第一超结层4上进行光刻胶17旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶17上，进行离子注入制作得到终端区第二掺杂区域9，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第一超结层4；
步骤S4、如图5，在第一超结层4上用化学气相沉积的方式生长第四外延层作为本发明所述器件的第二超结层5；在第二超结层5上进行光刻胶17旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶17上，进行离子注入制作得到活性区第二掺杂区10，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第二超结层5；
步骤S5、如图6，在第二超结层4上用化学气相沉积的方式生长第五外延层作为本发明所述器件的第三超结层6；在第二超结层5上进行光刻胶17旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶17上，进行离子注入制作得到活性区第二掺杂区10，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第三超结层6；
作为本发明进一步的方案：步骤D具体包括如下步骤：
步骤S6、如图7，在表面生长绝缘层7；
步骤S7、如图8，在绝缘层7表面进行光刻胶17旋凃，通过光刻机曝光将掩膜板上阳极欧姆接触孔11图形定义在光刻胶17上；
步骤S8、如图9，在光刻胶17上实现了接触孔图形后，利用干法刻蚀将图形转移到绝缘层7上；
步骤S9、如图10，将重金属元素，采用溅射的方式沉积在表面，退火后进行寿命控制，再通过的清洗去除重金属元素，再利用离子注入掺杂高浓度杂质到接触孔的底部，退火激活杂质以制作阳极接触孔欧姆接触层11；
步骤S10、如图11，利用溅射的方式沉积金属12，随后旋凃光刻胶、曝光后用干法或者干湿混合的方式形成电路链接层；
步骤S11、如图12，沉积钝化层13，并用光刻工艺和刻蚀工艺将焊盘区域打开；
作为本发明进一步的方案：步骤E具体包括如下步骤：
步骤S12、如图13，对半超结快恢复二极管的衬底进行减薄，直至减薄到合适厚度，例如200um；
步骤S13、如图14，利用蒸发或者溅射的方式，阴极实现合金背面金属14，并退火后实现欧姆接触，使用电子辐照的方式控制器件中载流子的寿命。
参阅图15，最终得到了一种半超结快恢复二极管器件，其中第一超结层4、第二超结层5、第三超结层6为超结区域，其中超结区域可以根据不同的电压区域，在垂直方向进行不同的重复次数；终端区域16可以根据不同的电压等级，在水平方向进行不同的重复次数；活性区域15可以根据不同而电流规格，在水平方向进行不同的重复次数。本发明可以提高快恢复二极管的耐压、导通、软度、反向恢复特性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A、缓冲层的制备；
步骤B、耐压层的制备；
步骤C、超结结构的制备；
步骤D、电路链接层和钝化层的制备；
步骤E、晶圆背面的制备。
2.根据权利要求1所述的一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，其特征在于：所述步骤A包括以下步骤：S1、在第一掺杂类型的硅衬底上采用化学气相沉积的方式生长掺杂类型相同的第一外延层，作为本发明所述器件的缓冲层，在第一外延层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到反向掺杂区域，作为第二掺杂类型，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的缓冲层。
3.根据权利要求2所述的一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，其特征在于：所述步骤B包括以下步骤：S2、在硅衬底上采用化学气相沉积的方式生长第一掺杂类型的第二外延层，作为本发明所述器件的耐压层。
4.根据权利要求3所述的一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，其特征在于：所述步骤C包括以下步骤：：
S3、在第二外延层上用化学气相沉积的方式生长第一掺杂类型的第三外延层作为本发明所述器件的第一超结层；在第一超结层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到第二掺杂区域，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第一超结层；
S4、在第三外延层上用化学气相沉积的方式生长第四外延层作为本发明所述器件的第二超结层；在第二超结层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到第二掺杂区域，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第二超结层；
S5、在第四外延层上用化学气相沉积的方式生长第五外延层作为本发明所述器件的第三超结层；在第二超结层上进行光刻胶旋涂，通过光刻机曝光将掩模版上图形定义在光刻胶上，进行离子注入制作得到第二掺杂区域，离子注入的杂质包括五价元素或三价元素，对注入杂质进行热激活，以形成快恢复二极管器件的第三超结层。
5.根据权利要求4所述的一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，其特征在于：所述步骤D包括以下步骤：
S6、在表面生长二氧化硅绝缘层；
S7、在绝缘层表面进行光刻胶旋凃，通过光刻机曝光将掩膜板上接触孔图形定义在光刻胶上；
S8、在光刻胶上实现了接触孔图形后，利用干法刻蚀将图形转移到二氧化硅绝缘层上；
S9、将重金属元素，采用溅射的方式沉积在表面，退火后进行寿命控制，再通过的清洗去除重金属元素，再利用离子注入掺杂高浓度杂质到接触孔的底部，退火激活杂质以制作阳极接触孔欧姆接触层；
S10、利用溅射的方式沉积金属铝，随后旋凃光刻胶、曝光后用干法或者干湿混合的方式形成电路链接层；
S11、沉积钝化层，并用光刻工艺和刻蚀工艺将焊盘区域打开。
6.根据权利要求5所述的一种半超结快恢复二极管器件的制备工艺，其特征在于：所述步骤E包括以下步骤：
S12、对半超结快恢复二极管的衬底进行减薄，直至减薄到合适厚度，例如200um；
S13、利用蒸发或者溅射的方式，阴极进行合金，并退火后实现欧姆接触，使用电子辐照的方式控制器件中载流子的寿命。
7.一种半超结快恢复二极管器件的结构，其特征在于：包括权利要求1-7任一步骤制造的半超结快恢复二极管器件。
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| WO2024037274A1 (zh) * | 2022-08-15 | 2024-02-22 | 重庆万国半导体科技有限公司 | 一种具有反向导通特性的igbt器件及其制备方法 |
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