一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種功率器件及其制造方法，具體涉及一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片及其制造方法。二極管芯片包括金屬陰極和金屬陽(yáng)極，P型摻雜層，N型摻雜層，以及設(shè)置在P型摻雜層與N型摻雜層之間的N型襯底，場(chǎng)氧化層以及鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)，其陽(yáng)極為低濃度P型摻雜區(qū)，陰極為低濃度N型緩沖摻雜區(qū)和低濃度N型增強(qiáng)摻雜區(qū)，并通過(guò)正面保護(hù)工藝形成背面注入摻雜的特殊制造方式形成器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)降低陽(yáng)極與陰極發(fā)射極區(qū)的摻雜濃度從而降低PN結(jié)自鍵電勢(shì)差，減少P型摻雜區(qū)域注入的空穴總量，從而整體優(yōu)化了恢復(fù)二極管的性能，在保證快恢復(fù)二極管具有較低正向?qū)▔航档耐瑫r(shí)，提高器件的動(dòng)態(tài)性能。
【專利說(shuō)明】一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率器件及其制造方法，具體涉及一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力系統(tǒng)、機(jī)車牽引、新能源等高端市場(chǎng)領(lǐng)域，快速恢復(fù)二極管大部應(yīng)用于開(kāi)關(guān)器件的續(xù)流二極管，為開(kāi)關(guān)器件絕緣柵雙極晶體管做匹配使用。其具有正向?qū)▔航档?，器件自身?yè)p耗小，恢復(fù)速度快等特點(diǎn)，是未來(lái)高壓大電流的發(fā)展方向。
[0003]傳統(tǒng)的大功率快恢復(fù)二極管為了追求更快的開(kāi)關(guān)特性和更好的恢復(fù)軟度，通常采用壽命控制的制造加工技術(shù)，上述制造技術(shù)的工藝流程復(fù)雜制造成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片，另一目的是提供一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片的制造方法，本發(fā)明不需要壽命控制制造加工技術(shù)，而是通過(guò)降低陽(yáng)極與陰極發(fā)射極區(qū)的摻雜濃度從而降低PN結(jié)自鍵電勢(shì)差，減少P型摻雜區(qū)域注入的空穴總量，從而整體優(yōu)化了恢復(fù)二極管的性能。
[0005]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明提供一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片，所述芯片包括金屬陰極和金屬陽(yáng)極，P型摻雜層，N型摻雜層，以及設(shè)置在P型摻雜層與N型摻雜層之間的N型襯底，場(chǎng)氧化層以及鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)，其改進(jìn)之處在于，所述P型摻雜層為低濃度的陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)，所述N型摻雜層包括依次連接的低濃度的陰極N型緩沖摻雜區(qū)和低濃度的陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)，所述金屬陰極設(shè)置于N型襯底的底面，所述場(chǎng)氧化層設(shè)置于陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的上部，所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在場(chǎng)氧化層和金屬陽(yáng)極的上表面，所述金屬陽(yáng)極與陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)連接；
[0007]所述N型襯底為N型單晶硅片襯底，其厚度為200um-600um ;其承受的電壓為600V-6500V。
[0008]進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻入的離子為硼離子，摻雜濃度為5el6至5el7 ;所述P型摻雜發(fā)射區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5X 102-2X IO3倍；所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的厚度為5-20um ;所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)開(kāi)有窗口 ；
[0009]在所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的兩端對(duì)稱設(shè)置有終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)，所述P型摻雜場(chǎng)限環(huán)中摻入的離子為硼離子，摻雜濃度為IelS至le20 ;在所述終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)的外側(cè)設(shè)有N型摻雜截止環(huán)，所述N型摻雜截止環(huán)中摻入的離子為磷離子或砷離子，摻雜濃度為le20至le21 ;所述終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)和N型摻雜截止環(huán)均開(kāi)有窗口 ；
[0010]所述N型摻雜截止環(huán)的擊穿電壓為600V-6500V。
[0011]進(jìn)一步地，所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)和陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)摻入的離子均為磷離子或砷離子；所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的1X103-5X103倍；所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5X 103-5X IO4倍；
[0012]所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)設(shè)置于陰極N型緩沖摻雜區(qū)與金屬陰極之間；所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)的厚度為15-50um ;所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的厚度為3_10um ；
[0013]所述金屬陰極的厚度為l_2um。
[0014]進(jìn)一步地，所述場(chǎng)氧化層對(duì)稱設(shè)置在陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的上表面，在所述場(chǎng)氧化層的上表面設(shè)有隔離氧化層；所述場(chǎng)氧化層的厚度為l_3um;隔離氧化層的厚度為
1.0-3.0um ；
[0015]所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置在場(chǎng)氧化層和金屬陽(yáng)極的上表面；所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)的厚度為2-15um ;所述金屬陽(yáng)極的厚度為4-15um。
[0016]本發(fā)明基于另一目的提供的一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片的制造方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟:
[0017](一)選擇N型單晶硅片襯底；
[0018](二)制造芯片的陰極N型緩沖摻雜區(qū)；
[0019](三)制造芯片終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán):
[0020](四)制造芯片場(chǎng)氧化層:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，在所述N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出1.0至2.0um的場(chǎng)氧化層，待N型摻雜截止環(huán)和陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)完成后完全形成場(chǎng)氧化層形貌；
[0021 ](五)制造芯片N型摻雜截止環(huán)；
[0022](六)制造芯片陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)；
[0023](七)制造芯片陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)；
[0024](A)制造芯片隔離氧化硅層:使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，進(jìn)行二極管芯片隔離，并進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成隔離氧化硅層；
[0025](九)制造芯片金屬陽(yáng)極:使用物理淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成金屬陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，完成芯片正面陽(yáng)極的電極連接；
[0026](十)制造芯片鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu):使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)氮氧化硅膜質(zhì)或使用旋轉(zhuǎn)涂布方式生長(zhǎng)聚酰亞胺膜質(zhì)，經(jīng)過(guò)烘烤、光刻和刻蝕工藝后形成鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)；
[0027](十一)制造芯片背面金屬陰極結(jié)構(gòu):對(duì)N型單晶硅片襯底進(jìn)行研磨減薄或濕法刻蝕洗凈，采用物理淀積方式或蒸發(fā)方式形成背面金屬陰極結(jié)構(gòu)，完成芯片金屬陰極的電特性連接。
[0028]進(jìn)一步地，所述步驟(二)中，制造芯片的陰極N型緩沖摻雜區(qū)包括:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用氧化或淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，在N型單晶硅片背面采用離子注入方式生成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C-1225°C、時(shí)間為30小時(shí)至100小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行注入離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到所深度為15-50um，形成陰極N型緩沖摻雜區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)。
[0029]進(jìn)一步地，所述步驟(三)中，制造芯片終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)包括:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，在N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出為0.0lum-0.03um的氧化膜，并進(jìn)行光刻，采用離子注入方式生成P型摻雜場(chǎng)限環(huán)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為10小時(shí)至30小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為10-30um，形成終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)。[0030]進(jìn)一步地，所述步驟(五)中，制造芯片N型摻雜截止環(huán):對(duì)場(chǎng)氧化層結(jié)構(gòu)采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)N型摻雜截止環(huán)的摻雜窗口，形成場(chǎng)氧化層部分結(jié)構(gòu)，在N型單晶硅片正面采用離子注入方式生成N型摻雜截止環(huán)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為5小時(shí)至20小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為5-20um，形成芯片N型摻雜截止環(huán)。
[0031 ] 進(jìn)一步地，所述步驟(六)中，制造芯片陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)包括:對(duì)步驟(五)中的場(chǎng)氧化層采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)P型低濃度發(fā)射區(qū)的摻雜窗口，完全形成場(chǎng)氧化層，采用離子注入方式進(jìn)行陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻雜，采用溫度為1125°C-1225°C、時(shí)間為3小時(shí)至15小時(shí)的熱退火方式對(duì)陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻雜的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為5-20um，形成陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)。
[0032]進(jìn)一步地，所述步驟(七)中，制造芯片陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)包括:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，在N型單晶硅片背面采用離子注入方式生成陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C-1225°C、時(shí)間為2小時(shí)至10小時(shí)退火工藝，進(jìn)行注入離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到l_5um深度范圍內(nèi)，形成陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
[0034]1、采用低濃度的陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)、陰極N型緩沖摻雜區(qū)和N型增強(qiáng)摻雜區(qū)，可不用壽命控制技術(shù)，保證快恢復(fù)二極管優(yōu)良的電特性參數(shù)，具體表現(xiàn)為:
[0035](一)在均勻摻雜的N型單晶硅片正面采用氧化和淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層，然后采用離子注入方式進(jìn)行硅片背面的N型低濃度緩沖區(qū)域進(jìn)行摻雜(相對(duì)于其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管濃度較低，應(yīng)為N型單晶硅片襯底濃度的le3至5e3倍內(nèi))，采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)N型低濃度緩沖區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行激活與推結(jié)，以保證N型單晶硅襯底與N型低濃度緩沖區(qū)的結(jié)處空穴濃度提高，獲得較好的開(kāi)關(guān)軟度。
[0036](二)采用光刻，打開(kāi)終端保護(hù)P型場(chǎng)限環(huán)的注入窗口，采用離子注入方式進(jìn)P型場(chǎng)限環(huán)摻雜，采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)P型場(chǎng)限環(huán)摻雜的激活與推結(jié):采用高溫?zé)嵫趸姆绞缴L(zhǎng)場(chǎng)氧化硅，;采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)終端保護(hù)N型場(chǎng)截止環(huán)的注入窗口，采用離子注入方式進(jìn)N型截止環(huán)摻雜，采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)N型場(chǎng)限環(huán)摻雜的激活與推結(jié)，以保證快恢復(fù)二極管的終端橫向電場(chǎng)的截止，保證其擊穿電壓在(600V至6500V)之間。
[0037](三)采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)芯片正面有源P型低濃度發(fā)射區(qū)的注入窗口，采用離子注入方式進(jìn)P型發(fā)射區(qū)低濃度摻雜(相對(duì)于其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管濃度較低，應(yīng)為N型單晶硅片襯底濃度的5e2至2e3倍內(nèi))，采用高溫長(zhǎng)時(shí)間熱退火方式對(duì)P型發(fā)射區(qū)低濃度摻雜的激活與推結(jié)，以保P型低濃度發(fā)射區(qū)與N型單晶硅的結(jié)處空穴濃度降低，獲得較低的反向恢復(fù)峰值電流；P型低濃度發(fā)射區(qū)與N型單晶硅的結(jié)處自建電勢(shì)差減少，獲得較低的導(dǎo)通壓降；P型低濃度發(fā)射區(qū)與N型單晶硅的結(jié)處空穴注入總量減少，獲得較快的導(dǎo)開(kāi)關(guān)速度。
[0038](四)在均勻摻雜的N型單晶硅片正面采用氧化和淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層，然后采用離子注入方式進(jìn)行硅片背面的N型低濃度增強(qiáng)區(qū)摻雜(相對(duì)于其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管濃度較低，應(yīng)為N型單晶硅片襯底濃度的5e3至5e4倍內(nèi))，采用高溫?zé)嵬嘶鸱绞綄?duì)N型低濃度增強(qiáng)區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行激活與推結(jié)，以保N型單晶硅襯底與N型低濃度增強(qiáng)區(qū)的結(jié)處空穴濃度提高，獲得較好的開(kāi)關(guān)軟度。
[0039](五)采用淀積方式生長(zhǎng)隔離氧化硅，采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)接觸窗口，采用淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)正面金屬，采用光刻和刻蝕方式去除不需要的金屬部分，采用淀積和涂布方式生長(zhǎng)鈍化層，采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)焊接窗口，以保證芯片正面的陽(yáng)極電性連接和對(duì)于芯片整體的保護(hù)。
[0040](六)采用淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)背面金屬，以保證芯片正面的陰極電性連接。
[0041]2、所采用的制造加工工藝為通用工藝，易實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1是本發(fā)明提供的低濃度摻雜發(fā)射極區(qū)的高壓快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)示意圖；其中:01-N型襯底；02_低濃度的陰極N型緩沖摻雜區(qū)；03_終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)；04_場(chǎng)氧化層；05-N型摻雜截止環(huán)；06_低濃度的陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)；07_低濃度的陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)；08_隔離氧化硅層；09_金屬陽(yáng)極；10_鈍化保護(hù)層；11_金屬陰極；
[0043]圖2是本發(fā)明提供的低濃度摻雜發(fā)射極區(qū)的高壓快恢復(fù)二極管制造工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]本發(fā)明提供的低濃度摻雜發(fā)射極區(qū)的高壓快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，所述二極管包括金屬陰極11和金屬陽(yáng)極09，p型摻雜層，N型摻雜層，以及設(shè)置在P型摻雜層與N型摻雜層之間的N型襯底01，場(chǎng)氧化層04以及鈍化保護(hù)層10結(jié)構(gòu)，所述P型摻雜層為低濃度的陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)06，所述N型摻雜層包括依次連接的低濃度的陰極N型緩沖摻雜區(qū)02和低濃度的陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)07，所述金屬陰極11設(shè)置于N型襯底的底面，所述場(chǎng)氧化層04設(shè)置于陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)06的上部，所述鈍化保護(hù)層10結(jié)構(gòu)設(shè)置在場(chǎng)氧化層04和金屬陽(yáng)極09的上表面，所述金屬陽(yáng)極09與陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)06連接；
[0046]所述N型襯底為N型單晶硅片襯底，其襯底N雜質(zhì)的摻雜濃度與襯底厚度需要根據(jù)不同的擊穿電壓和正向?qū)▔航敌枨?600V至6500V)進(jìn)行選擇。其厚度為200um-600um ；其承受的電壓為600V-6500V。
[0047]所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻入的離子為硼離子，摻雜濃度為5el6至5el7 ;所述P型摻雜發(fā)射區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5X 102-2X IO3倍；所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的厚度為5-20um ;所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)開(kāi)有窗口 ；在所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的兩端對(duì)稱設(shè)置有終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)，所述P型摻雜場(chǎng)限環(huán)中摻入的離子為硼離子，摻雜濃度為IelS至le20 ;在所述終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)的外側(cè)設(shè)有N型摻雜截止環(huán)，所述N型摻雜截止環(huán)中摻入的離子為磷離子或砷離子，摻雜濃度為le20至le21 ;所述終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)和N型摻雜截止環(huán)均開(kāi)有窗口 ；所述N型摻雜截止環(huán)的擊穿電壓為600V-6500V。
[0048]所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)和陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)摻入的離子均為磷離子或砷離子；所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的I X 103-5X IO3倍；所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5X 103-5X IO4倍；
[0049]所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)設(shè)置于陰極N型緩沖摻雜區(qū)與金屬陰極之間；所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)的厚度為15-50um ;所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的厚度為3_10um ;所述金屬陰極的厚度為l-2um。
[0050]所述場(chǎng)氧化層對(duì)稱設(shè)置在陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的上表面，在所述場(chǎng)氧化層的上表面設(shè)有隔尚氧化層；所述場(chǎng)氧化層的厚度為l_3um ;隔尚氧化層的厚度為1.0-3.0um ；
[0051]所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置在場(chǎng)氧化層和金屬陽(yáng)極的上表面；所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)的厚度為2-15um ;所述金屬陽(yáng)極的厚度為4-15um。
[0052]本發(fā)明還提供低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片的制造方法，其流程圖如圖2所示，包括下述步驟:
[0053](一)選擇N型單晶硅片襯底01，其襯底N雜質(zhì)的摻雜濃度與襯底厚度需要根據(jù)不同的擊穿電壓和正向?qū)▔航敌枨?600V至6500V)進(jìn)行選擇。
[0054](二)制造低濃度的N型摻雜緩沖區(qū)02結(jié)構(gòu):制造芯片的陰極N型緩沖摻雜區(qū)包括:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用氧化或淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，在N型單晶硅片背面采用離子注入方式生成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為30小時(shí)至100小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行注入離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到所深度為15_50um，形成陰極N型緩沖摻雜區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)。
[0055](三)制造芯片終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)03結(jié)構(gòu):制造芯片終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)包括:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，在N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出為
0.0lum-0.03um的氧化膜，并進(jìn)行光刻，采用離子注入方式生成P型摻雜場(chǎng)限環(huán)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為10小時(shí)至30小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為10-30um，形成終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)。
[0056](四)制造芯片場(chǎng)氧化層04結(jié)構(gòu):對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底01進(jìn)行高溫氧化的方式，在硅片表面生長(zhǎng)出1.0至2.0um的場(chǎng)氧化層，待后續(xù)05、06結(jié)構(gòu)完成后可完全形成場(chǎng)氧化層04結(jié)構(gòu)形貌。
[0057](五)制造芯片N型摻雜截止環(huán)05結(jié)構(gòu):對(duì)場(chǎng)氧化層04結(jié)構(gòu)米用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)N型摻雜截止環(huán)的摻雜窗口，形成場(chǎng)氧化層04部分結(jié)構(gòu)，在N型單晶硅片正面采用離子注入方式生成N型摻雜截止環(huán)05的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為5小時(shí)至20小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為5-20um，形成芯片N型摻雜截止環(huán)05。
[0058](六)制造芯片低濃度的陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)06結(jié)構(gòu):對(duì)步驟(五)中的場(chǎng)氧化層04采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)P型低濃度發(fā)射區(qū)的摻雜窗口，完全形成場(chǎng)氧化層04，采用離子注入方式進(jìn)行陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻雜，采用溫度為1125°C-1225°C、時(shí)間為3小時(shí)至15小時(shí)的熱退火方式對(duì)陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻雜的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為5-20um，形成陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)06。
[0059](七)制造低濃度的陰極N型摻雜增強(qiáng)區(qū)07結(jié)構(gòu):對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底01正面采用淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，在N型單晶硅片背面采用離子注入方式生成陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為2小時(shí)至10小時(shí)退火工藝，進(jìn)行注入離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到l_5um深度范圍內(nèi)，形成陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)07后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)。
[0060](A)制造芯片隔離氧化硅層08結(jié)構(gòu):使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，進(jìn)行器件隔離；
[0061](九)制造芯片正面金屬陽(yáng)極09結(jié)構(gòu):進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成08結(jié)構(gòu)，使用物理淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成09結(jié)構(gòu)，完成了芯片正面陽(yáng)極的電極連接，形成09結(jié)構(gòu)。
[0062](十)制造芯片鈍化保護(hù)層10結(jié)構(gòu):使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)氮氧化硅膜質(zhì)或使用旋轉(zhuǎn)涂布方式生長(zhǎng)聚酰亞胺膜質(zhì)，經(jīng)過(guò)烘烤、光刻、刻蝕工藝后形成鈍化保護(hù)10結(jié)構(gòu)。
[0063](十一)制造芯片背面金屬陰極電極11結(jié)構(gòu):對(duì)OlN型單晶硅片襯底方式進(jìn)行研磨減薄或濕法刻蝕洗凈，采用物理淀積或蒸發(fā)形成背面金屬陰極11結(jié)構(gòu)，完成芯片陰極的電特性連接。
[0064]本發(fā)明提供的低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片及其制造方法，采用低濃度的陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)、陰極N型緩沖摻雜區(qū)和N型增強(qiáng)摻雜區(qū)，可不用壽命控制技術(shù)，保證快恢復(fù)二極管優(yōu)良的電特性參數(shù)。所采用的制造方法，加工工藝為通用工藝，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以在保證快恢復(fù)二極管具有較低正向?qū)▔航档耐瑫r(shí)，提高器件的動(dòng)態(tài)性能。
[0065]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片，所述芯片包括金屬陰極和金屬陽(yáng)極，P型摻雜層，N型摻雜層，以及設(shè)置在P型摻雜層與N型摻雜層之間的N型襯底，場(chǎng)氧化層以及鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型摻雜層為低濃度的陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)，所述N型摻雜層包括依次連接的低濃度的陰極N型緩沖摻雜區(qū)和低濃度的陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)，所述金屬陰極設(shè)置于N型襯底的底面，所述場(chǎng)氧化層設(shè)置于陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的上部，所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在場(chǎng)氧化層和金屬陽(yáng)極的上表面，所述金屬陽(yáng)極與陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)連接； 所述N型襯底為N型單晶硅片襯底，其厚度為200um-600um;其承受的電壓為600V-6500V。
2.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管芯片，其特征在于，所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻入的離子為硼離子，摻雜濃度為5el6至5el7 ;所述P型摻雜發(fā)射區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5X 102-2X IO3倍；所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的厚度為5-20um ;所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)開(kāi)有窗口； 在所述陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的兩端對(duì)稱設(shè)置有終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)，所述P型摻雜場(chǎng)限環(huán)中摻入的離子為硼離子，摻雜濃度為IelS至le20 ;在所述終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)的外側(cè)設(shè)有N型摻雜截止環(huán)，所述N型摻雜截止環(huán)中摻入的離子為磷離子或砷離子，摻雜濃度為le20至le21 ;所述終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)和N型摻雜截止環(huán)均開(kāi)有窗口 ； 所述N型摻雜截止環(huán)的擊穿電壓為600V-6500V。
3.如權(quán)利要求1所述的快恢 復(fù)二極管芯片，其特征在于，所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)和陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)摻入的離子均為磷離子或砷離子；所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的I X 103-5 X IO3倍；所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的濃度為N型單晶硅片襯底濃度的5X 103-5X IO4倍； 所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)設(shè)置于陰極N型緩沖摻雜區(qū)與金屬陰極之間；所述陰極N型緩沖摻雜區(qū)的厚度為15-50um ;所述陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的厚度為3-10um ； 所述金屬陰極的厚度為l_2um。
4.如權(quán)利要求1所述的快恢復(fù)二極管芯片，其特征在于，所述場(chǎng)氧化層對(duì)稱設(shè)置在陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)的上表面，在所述場(chǎng)氧化層的上表面設(shè)有隔離氧化層；所述場(chǎng)氧化層的厚度為l_3um ;隔尚氧化層的厚度為1.0_3.0um ； 所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置在場(chǎng)氧化層和金屬陽(yáng)極的上表面；所述鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)的厚度為2-15um ;所述金屬陽(yáng)極的厚度為4-15um。
5.一種低濃度摻雜發(fā)射區(qū)的快恢復(fù)二極管芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: (一)選擇N型單晶娃片襯底； (二)制造芯片的陰極N型緩沖摻雜區(qū)； (三)制造芯片終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán): (四)制造芯片場(chǎng)氧化層:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，在所述N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出1.0至2.0um的場(chǎng)氧化層，待N型摻雜截止環(huán)和陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)完成后完全形成場(chǎng)氧化層形貌； (五)制造芯片N型摻雜截止環(huán)；(六)制造芯片陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)； (七)制造芯片陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)； (A)制造芯片隔離氧化硅層:使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)硼磷摻雜玻璃膜質(zhì)，進(jìn)行二極管芯片隔離，并進(jìn)行接觸孔的光刻和刻蝕形成隔離氧化硅層； (九)制造芯片金屬陽(yáng)極:使用物理淀積或蒸發(fā)方式生長(zhǎng)鋁合金，進(jìn)行金屬的光刻和刻蝕，形成金屬陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，完成芯片正面陽(yáng)極的電極連接； (十)制造芯片鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu):使用化學(xué)淀積方式生長(zhǎng)氮氧化硅膜質(zhì)或使用旋轉(zhuǎn)涂布方式生長(zhǎng)聚酰亞胺膜質(zhì)，經(jīng)過(guò)烘烤、光刻和刻蝕工藝后形成鈍化保護(hù)層結(jié)構(gòu)； (十一)制造芯片背面金屬陰極結(jié)構(gòu):對(duì)N型單晶硅片襯底進(jìn)行研磨減薄或濕法刻蝕洗凈，采用物理淀積方式或蒸發(fā)方式形成背面金屬陰極結(jié)構(gòu)，完成芯片金屬陰極的電特性連接。
6.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(二)中，制造芯片的陰極N型緩沖摻雜區(qū)包括:對(duì) 均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用氧化或淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，在N型單晶硅片背面采用離子注入方式生成N型低濃度摻雜緩沖區(qū)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為30小時(shí)至100小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行注入離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到所深度為15-50um，形成陰極N型緩沖摻雜區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)。
7.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(三)中，制造芯片終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)包括:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底進(jìn)行高溫氧化，在N型單晶硅片表面生長(zhǎng)出為0.01um-0.03um的氧化膜，并進(jìn)行光刻，采用離子注入方式生成P型摻雜場(chǎng)限環(huán)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為10小時(shí)至30小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為10-30um，形成終端P型摻雜場(chǎng)限環(huán)。
8.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(五)中，制造芯片N型摻雜截止環(huán):對(duì)場(chǎng)氧化層結(jié)構(gòu)米用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)N型摻雜截止環(huán)的摻雜窗口，形成場(chǎng)氧化層部分結(jié)構(gòu)，在N型單晶硅片正面采用離子注入方式生成N型摻雜截止環(huán)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為5小時(shí)至20小時(shí)的退火工藝，進(jìn)行離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為5-20um，形成芯片N型摻雜截止環(huán)。
9.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(六)中，制造芯片陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)包括:對(duì)步驟(五)中的場(chǎng)氧化層采用光刻和刻蝕方式，打開(kāi)P型低濃度發(fā)射區(qū)的摻雜窗口，完全形成場(chǎng)氧化層，采用離子注入方式進(jìn)行陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻雜，采用溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為3小時(shí)至15小時(shí)的熱退火方式對(duì)陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)摻雜的激活與推結(jié)，推結(jié)到深度為5-20um，形成陽(yáng)極P型摻雜發(fā)射區(qū)。
10.如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述步驟(七)中，制造芯片陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)包括:對(duì)均勻摻雜的N型單晶硅片襯底正面采用淀積的方式生長(zhǎng)保護(hù)犧牲層膜質(zhì)，在N型單晶硅片背面采用離子注入方式生成陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)的雜質(zhì)，再進(jìn)行溫度為1125°C -1225°C、時(shí)間為2小時(shí)至10小時(shí)退火工藝，進(jìn)行注入離子的激活與推結(jié)，推結(jié)到l-5um深度范圍內(nèi)，形成陰極N型增強(qiáng)摻雜區(qū)后去除正面保護(hù)犧牲層膜質(zhì)。
【文檔編號(hào)】H01L21/329GK103579367SQ201310553976
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】趙哿, 劉鉞楊, 高文玉, 金銳, 于坤山, 劉雋, 凌平, 包海龍, 張宇 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)上海市電力公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院