集成門極換流晶閘管配套用快恢復(fù)二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種集成口極換流晶閩管配套用快恢復(fù)二 極管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]F畑(FastRecovery Diode,快恢復(fù)二極管）的基本結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它一 般是PIN型結(jié)構(gòu)，即在P型和N型娃材料中間增加了一個基區(qū)I層。由于基區(qū)薄，反向恢復(fù) 電荷小，不僅大大減小了 值（反向恢復(fù)時間），降低了V?(正向壓降），也能承受較高的 V?(反向電壓）。F畑還有其它一些結(jié)構(gòu)，如PINN\P+PINN+，但一般都是在PIN結(jié)構(gòu)上的衍 生。
[0003] 目前國內(nèi)應(yīng)用較多的F畑有IGBT配套用F畑，它的額定電壓一般在3300V及 W下，巧片外形呈方塊形，器件外形呈模塊型，其通流能力與IGBT(InsulatedGate BipolarTransistor,絕緣柵雙極型晶體管）匹配，但比一般通用IGCT(IntegratedGate Commutated化yristor，集成口極換流晶閩管）的通流能力小，而且IGCT器件外形呈陶瓷 平板型，故實際無法配套應(yīng)用。
[0004] 電阻焊機用超大電流整流F畑，額定電流很大，一般在7000-20000A之間，但額定 電壓一般只要求幾百伏，完全不能與IGCT的額定電壓匹配。
[0005] 塑封型F畑，包括肖特基二極管，一般額定電壓在幾百伏乃至1000V，不超過 2500V，反向恢復(fù)時間一般為納秒級，也不能與IGCT配套應(yīng)用。
[0006] 普通快速整流管，通常采用重金屬滲雜或電子福照來減少少數(shù)載流子的壽命，反 向恢復(fù)時間較短，但反向恢復(fù)時的軟度控制不夠。重金屬滲雜的軟度因子約0. 4-0. 7,不能 滿足IGCT實際應(yīng)用的需要；電子福照工藝可精確控制少子壽命，但使整流管反向恢復(fù)時表 現(xiàn)為硬特性，也不能滿足IGCT實際應(yīng)用的需要。
[0007] 市場上普通快恢復(fù)二極管W及IGBT配套用FRD雖然種類很多，但其額定電壓和額 定電流都不能與IGCT匹配，不能實際配套應(yīng)用。普通快速整流管雖然額定電壓和額定電流 可W與IGCT匹配，但它不能承受較高的反向關(guān)斷di/dt(電流變化率），同時反向恢復(fù)特性 中的S(軟度因子）太小，容易引起高的dv/dt(電壓變化率）及Vrr(反向尖峰電壓），當(dāng) 化r大于普通快速整流管的VcsM時，普通快速整流管就會電壓失效，普通快速整流管損壞時 會連帶IGCT器件一起損壞，從而使裝置失效。
[000引因此，目前存在的問題是需要研究開發(fā)一種其額定電壓和額定電流都能夠與IGCT匹配，且能承受較高的反向關(guān)斷di/化，快速關(guān)斷即反向恢復(fù)時間tf/J、，并具有比較軟的反 向恢復(fù)特性的與IGCT器件應(yīng)用配套的FRD。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種集成口極換流晶 閩管配套用快恢復(fù)二極管的制造方法。該方法工藝新穎，流程簡單，使用獨特的工藝技術(shù)使 之能承受較高的反向關(guān)斷diMt，同時反向恢復(fù)時，軟特性非常良好，實際應(yīng)用證明與IGCT器件配套使用的可靠性高。
[0010] 為此，本發(fā)明第一方面提供了一種集成口極換流晶閩管配套用快恢復(fù)二極管，其 為P7N7N+型結(jié)構(gòu)，能夠承受反向重復(fù)峰值電壓（亦稱為反向阻斷電壓）V胃為4500-7000V， 額定正向平均電流Ip〇w>為400-2500A，反向關(guān)斷電流變化率di/化為500-5000A/yS，反向 恢復(fù)時間trr為3-7yS，且軟度因子（亦稱為反向恢復(fù)軟度）S> 1。
[0011] 本發(fā)明第二方面還提供了一種集成口極換流晶閩管配套用快恢復(fù)二極管的制造 方法，包括：
[0012] 步驟A，預(yù)處理：對N型原始娃片進行單面拋光處理獲得預(yù)處理娃片；
[0013] 步驟B，P型滲雜處理；
[0014] 步驟C，單面磨處理；磨掉娃片的非拋光面的P型層，獲得P7N-型結(jié)構(gòu)的娃片；
[0015] 步驟D，擴磯處理：對P7N-型結(jié)構(gòu)的娃片進行第一次清洗、甩干裝舟，然后推入擴 散爐中恒溫擴散進行磯雜質(zhì)預(yù)沉積；再對娃片進行第二次清洗、甩干裝舟，然后推入擴散爐 中，通入氧氣恒溫推進，獲得P7N7N+型結(jié)構(gòu)的娃片；
[0016] 步驟E，后處理：將P7N7N+型結(jié)構(gòu)的娃片依次進行割圓、蒸侶和合金W及臺面造 型和保護處理獲得完整巧片；
[0017] 其中，在步驟B中，P型滲雜處理包括對預(yù)處理娃片進行侶預(yù)沉積和棚離子注入， 然后再進行棚侶推進，形成P7N7P型結(jié)構(gòu)的娃片。
[001引根據(jù)本發(fā)明，所述侶預(yù)沉積是在娃片的雙面進行，所述棚離子注入是在娃片的拋 光面進行，所述侶預(yù)沉積和棚離子注入按照任意順序進行。優(yōu)選所述侶預(yù)沉積和棚離子注 入按照先侶預(yù)沉積后棚離子注入的順序進行。
[0019] 在本發(fā)明的一些實施方式中，所述侶預(yù)沉積包括將娃片進行清洗、甩干裝舟，然后 推入真空侶預(yù)沉積擴散爐中，恒溫擴散，控制表面?zhèn)H濃度為l〇iS-l〇i7cm3。
[0020] 本發(fā)明中，上述侶預(yù)沉積過程中，所述恒溫擴散的溫度為900-950°C。
[0021] 在本發(fā)明的另一些實施方式中，所述棚離子注入包括將娃片進行清洗、甩干裝舟， 然后推入氧化擴散爐中，通入氧氣恒溫擴散，在娃片雙表面形成Si〇2保護膜，然后在拋光面 注入棚離子。注入偏轉(zhuǎn)角為7°。
[0022] 本發(fā)明中，上述棚離子注入過程中，所述Si〇2保護膜的厚度為22-52nm;所述恒溫 擴散的溫度為800-850°C。
[0023] 在本發(fā)明的另一些實施方式中，所述棚侶推進包括將完成了侶預(yù)沉積和棚離子注 入的娃片進行清洗、甩干裝舟，然后推入氧化擴散爐中，通入氧氣恒溫擴散，控制表面棚侶 總濃度為l〇i6-10"/cm3。
[0024] 本發(fā)明中，上述棚侶推進過程中，所述恒溫擴散的溫度為1200-1250°C。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟C中，使巧片的厚度達到0. 7-1. 0mm。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，在步驟D中，所述恒溫擴散的溫度為1000-1100°C，恒溫擴散的表面 磯濃度控制在l〇2i-l〇2Vcm3。所述恒溫推進的溫度為1000-1100°C，恒溫推進的表面磯濃度 控制在l〇2°-l〇2Vcm3。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，所述方法還包括步驟F，少子壽命控制；包括質(zhì)子照射和電子照射。 [002引本發(fā)明中，所述質(zhì)子福照在質(zhì)子福照設(shè)備上進行，所述電子福照在電子福照設(shè)備 上進行，檢測巧片少子壽命是否達到預(yù)定值，如果沒有達到預(yù)定值，繼續(xù)電子福照直到達到 預(yù)定值，所述質(zhì)子福照和電子福照按照任意順序進行。
[0029]在本發(fā)明的一些實施例中，所述巧片少子壽命的預(yù)定值為2-10yS。
【附圖說明】
[0030]下面將結(jié)合附圖來說明本發(fā)明。
[0031] 圖1為實施例1的F畑制備工藝流程圖。
[0032] 圖2為本發(fā)明中FRD反向恢復(fù)特性參數(shù)示意圖；
[003引圖中附圖標(biāo)記的含義如下；1"反向恢復(fù)電流；反向恢復(fù)時間；反向關(guān)斷diMt: 反向電流變化率；t。少數(shù)載流子的存儲時間；tb少數(shù)載流子的復(fù)合時間；IF正向電流；n% 取Irr值的百分數(shù)。
【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明更加容易理解，下面將結(jié)合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，該些實 施例僅起說明性作用，并不局限于本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
[0035]本發(fā)明所提供的集成口極換流晶閩管配套用快恢復(fù)二極管，其為P7N7N+型結(jié)構(gòu)， 能夠承受反向重復(fù)峰值電壓V?為4500-7000V，額定正向平均電流IWW為400-2500A，反向 關(guān)斷電流變化率diMt為500-5000A/US，反向恢復(fù)時間trr為3-7yS，且軟度因子S> 1。 經(jīng)過發(fā)明人試驗證明實際應(yīng)用證明本發(fā)明的該種快恢復(fù)二極管與IGCT器件配套使用的可 靠性很高。
[0036]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，本發(fā)明所提供的集成口極換流晶閩管配套用快 恢復(fù)二極管的制造方法依次包括娃片預(yù)處理、形成P7N7P型結(jié)構(gòu)的娃片、形成P7N-型結(jié) 構(gòu)的娃片、形成P7N7N+型結(jié)構(gòu)的娃片W及形成完整巧片的步驟，下面對各步驟進行具體說 明。
[0037] 步驟A，預(yù)處理：
[003引選取電阻率200-400Q-m的N型娃單晶片作為原始娃片，并對該娃片進行單面拋 光處理獲得預(yù)處理娃片。
[0039]步驟B，P型滲雜處理（形成陽極）：
[0040] 在步驟B中，對預(yù)處理娃片進行侶預(yù)沉積和棚離子注入，然后再進行棚侶推進，形 成P7N7P型結(jié)構(gòu)的娃片；其中前一個P+型層有侶棚兩種雜質(zhì)，后一個P型層只有侶雜質(zhì)。
[0041]"侶預(yù)沉積"是指在真空擴散爐中，先將侶雜質(zhì)（侶原子）沉積到娃片表面，然后再 通過高溫推進形成高斯分布，保留了侶擴散速度快的特點，易于形成深結(jié)，同時雜質(zhì)分布比 較平緩，在巧片縱向分布的均勻性會有所提高。
[0042]"棚離子注入"是指用離子注入工藝將棚離子注入到娃片中，棚離子注入到娃片的 淺表，構(gòu)成可控的表面擴散源，然后進行高溫推進擴散，使棚離子再次高斯分布，達到一定 的結(jié)深和比較高的表面濃度。
[0043]棚離子的高溫推進采用開管擴散；娃片置于管中，并通有氣體保護，溫度在 1000°CW上。棚離子注入表面濃度的擴散均勻性可控制在5%W內(nèi)，將棚離子注入與噴棚擴 散均勻性的進行比較，結(jié)果見表1，從表1可W看出，噴棚的擴散均勻性接近12%，顯然棚離 子注入比噴棚的擴散均勻性要高很多，可見在巧片橫向方向上，p極雜質(zhì)的擴散均勻性也有 了較大提局。
[0044] 本發(fā)明中所述擴散均勻性是通過方阻不均勻度值來衡量的。所述方阻不均勻度值 是通過5個方塊電阻（方阻）值按照式（I)來進行計算的。
[0045] 方阻不均勻度=xi〇〇〇/〇 (I) (2x Avg)
[0046]式（I)中；
[0047]Max;方阻最大值；
[0048] Min ;方阻最小值；
[0049]Avg;方阻平均值。
[0化0] 所述片內(nèi)均勻性是通過片內(nèi)方阻不均勻度值來衡量的，所述片內(nèi)方阻不均勻度值 是通過單個娃片樣本的5個方阻值（即在單個娃片樣本的中屯、W及呈4邊形分布的4個點 所測得）按照式（I)來進行計算，而式（I)中：
[CK)5UMax為5個方阻值中的最大值；
[0化2]Min為5個方阻值中的最小值；
[0化3]Avg;5個方阻值的平均值。
[0054] 所述片間均勻性是通過片間方阻不均勻度值來衡量的，所述片間方阻不均勻度值 是通過5個娃片樣本的片內(nèi)方阻平均值按照式（I)來進行計算，而式（I)中：
[0055]Max為5個娃片樣本的片內(nèi)方阻平均值中的最大值；
[0化6]Min為5個娃片