一種漸變電場限制環(huán)高壓快恢復(fù)二極管芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種漸變電場限制環(huán)高壓快恢復(fù)二極管芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來，PN高壓功率快恢復(fù)二極管(FRD)的關(guān)斷特性，一直備受關(guān)注。如何獲得反向恢復(fù)時間短、軟度大、反向漏電流低的二極管是器件設(shè)計的主要目標(biāo)。在廣泛使用的高速硬件開關(guān)電路中，開關(guān)器件的軟度具有特別重要的意義。但是，但常規(guī)的器件設(shè)計制造技術(shù)，提高軟度與提高開關(guān)速度是相互矛盾的。現(xiàn)有技術(shù)利用質(zhì)子輻照感生的空位缺陷對鉑原子的汲取作用，獲得了局域壽命控制，輔以能量為4MeV電子輻照整體壽命控制技術(shù)，在具有低陽極發(fā)射效率結(jié)構(gòu)的高壓功率快恢復(fù)二極管中實(shí)現(xiàn)了更好的綜合性能的優(yōu)化。測試表明此類快恢復(fù)二極管具有反向恢復(fù)時間短、軟度大、反向漏電低的優(yōu)良特性。參考文獻(xiàn):固體電子學(xué)研究與進(jìn)展，高壓功率快恢復(fù)二極管的壽命控制研究，2008年3月第28卷第I期，謝書珊、胡冬青、充寶位。
[0003]參考文獻(xiàn):電源技術(shù)應(yīng)用，抑制功率二極管反向恢復(fù)幾種方案的比較，2004年第7卷第8期，第476-479頁，胡進(jìn)，呂征宇。文獻(xiàn)中表述了高頻功率二極管在電力電子裝置中的應(yīng)用極其廣泛。但PN結(jié)功率二極管在由導(dǎo)通變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)過程中，存在反向恢復(fù)現(xiàn)象。這會引起二極管損耗增大，電路效率降低以及EMI增加等問題。這一問題在大功率電源中更加突出。目前半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)高壓快恢復(fù)二極管(FRD)芯片通常采用V型槽玻璃鈍化生產(chǎn)工藝。但現(xiàn)有技術(shù)存在多種問題，主要的問題如下:I)、擊穿電壓低，漏電流大。2)、正向?qū)妷狠^大，導(dǎo)致功耗較大，二極管易燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1.要解決的技術(shù)問題
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的電場分布差異大、擊穿電壓低、漏電流大、正向?qū)妷狠^大、功耗較大、極管芯片易燒毀的問題，本實(shí)用新型提供了一種漸變電場限制環(huán)高壓快恢復(fù)二極管芯片，它具有電場分布均勻，電勢線性變化，擊穿電壓高，開關(guān)損耗低，漏電流小，反向功耗小的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]2.技術(shù)方案
[0007]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008]—種漸變電場限制環(huán)高壓快恢復(fù)二極管芯片，包括芯片、N+截止環(huán)、漸變電場限制環(huán)和P+陽極，所述的芯片為快恢復(fù)二極管芯片；芯片截層從右向左依次為芯片、N+截止環(huán)、漸變電場限制環(huán)和P+陽極，漸變電場限制環(huán)由從P+陽極到N+截止環(huán)寬度逐漸變小的若干個電場限制環(huán)組成。
[0009]更進(jìn)一步的，所述的從P+陽極到N+截止環(huán)的電場限制環(huán)，電場限制環(huán)寬度從56微米逐漸減少到1微米，電場限制環(huán)的間距逐漸變大，從9微米增加到18微米。
[0010]更進(jìn)一步的，所述的漸變電場限制環(huán)深度與P+陽極深度相同。
[0011 ]更進(jìn)一步的，所述的漸變電場限制環(huán)深度為40微米。
[0012]一種漸變電場限制環(huán)高壓快恢復(fù)二極管芯片，其步驟如下:
[0013]I)場氧化前表面清洗:
[0014]配置氫氟酸溶液，由體積比水:氫氟酸=6:1溶液混合得到，所述的氫氟酸溶液質(zhì)量濃度為40%;
[0015]配置I號液，由體積比為氨水:過氧化氫溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水濃度質(zhì)量濃度為27%;
[0016]配置2號液，由體積比氯化氫:過氧化氫溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氫質(zhì)量濃度為37%、過氧化氫溶液質(zhì)量濃度為30% ;清洗順序如下:
[0017]a.使用氫氟酸溶液浸泡硅片30s，用去離子水沖洗；
[0018]b.用I號液浸泡娃片1min，用去離子水沖洗；
[0019]c.使用所述的氫氟酸溶液浸泡步驟b處理后的硅片30s，后用去離子水沖洗；
[0020]d.用2號液浸泡娃片1min，后用去離子水沖洗，使用所述的氫氟酸溶液浸泡Imin，最后用去離子水沖洗，對硅片表面完成清洗；
[0021]2)硅片表面場氧化層的生長:將步驟I)處理完成的硅片置于氧化爐中生長，生成一層場氧化層，場氧化層厚1-2um，氧化爐溫度為1000-1100°C ；
[0022]3)P+硼擴(kuò)散光刻:對步驟2)處理完成的硅片進(jìn)行光刻，形成在P+陽極區(qū)域的P+陽極，漸變電場限制環(huán)區(qū)域形成的若干電場限制環(huán)電場限制環(huán)從P+陽極到N+截止環(huán)寬度為56微米逐漸減少到10微米，電場限制環(huán)之間的間距從P+陽極到N+截止環(huán)9微米增加到18微米；
[0023]4)濕刻腐蝕場氧化層:對步驟3)處理完成的硅片進(jìn)行濕刻腐蝕，在P+硼擴(kuò)散光刻的區(qū)域中去除步驟2)淀積的場氧化層;去除P+硼擴(kuò)散光刻的光刻膠；
[0024]5)離子注入保護(hù)氧化前表面清洗:使用步驟I)的相同方法對上一步驟處理完成后的硅片表面進(jìn)行清洗；
[0025]6)離子注入保護(hù)氧化層的生長:將步驟5)處理完成的硅片置于氧化爐中生長，在P+硼擴(kuò)散的光刻區(qū)域生長一層保護(hù)氧化層，氧化爐溫度為900-100(TC;
[0026]7)P+硼離子注入:將步驟6)處理完成的硅片在40KeV-80KeV能量下進(jìn)行硼離子轟擊，硼離子注入硅片表面，形成PN結(jié)，并完成對電場限制環(huán)的注入；
[0027]8)濕刻腐蝕離子注入保護(hù)氧化層:將步驟7)處理完成的硅片，使用體積比為6:1的氟化氨和氫氟酸溶液去除P+硼擴(kuò)散區(qū)域的氧化層；
[0028]9)離子推進(jìn)前表面清洗:使用步驟I)的相同方法對上一步驟處理完成硅片進(jìn)行表面清洗；
[0029]10)離子推進(jìn):將步驟9)處理完成的硅片置于擴(kuò)散爐中，進(jìn)行擴(kuò)散，PN結(jié)的結(jié)深增加，并完成對電場限制環(huán)的擴(kuò)散，同時激活注入的硼離子;擴(kuò)散爐溫度為1100-1200°C;
[0030]11)N+截止環(huán)光刻:對步驟10)處理完成的硅片進(jìn)行光刻，硅片中形成采用漸變電場限制環(huán)設(shè)計的高壓快恢復(fù)二極管的N+截止環(huán)(2);
[0031]12)濕刻腐蝕熱氧化層:將步驟11)處理完成的硅片，使用體積比為6:1的氟化氨和氫氟酸溶液去除N+截止環(huán)(2)光刻區(qū)域淀積的熱氧化層；
[0032]13)N+截止環(huán)離子注入:將步驟12)處理完成的硅片，在N+截止環(huán)(2)使用40KeV_SOKeV能量進(jìn)行磷離子注入，用剝離液在常溫下去除N+截止環(huán)(2)表面的光刻膠；
[0033]14)正面金屬接觸窗口光刻:對步驟13)處理完成的硅片進(jìn)行光刻，在P+陽極(4)的區(qū)域中形成金屬接觸窗口的區(qū)域；
[0034]15)濕刻腐蝕熱氧化層:將步驟14)處理完成的硅片，使用濕刻腐蝕，在正面金屬接觸窗口光刻的區(qū)域使用體積比為6:1的氟化氨和氫氟酸溶液去除淀積的熱氧化層；用剝離液在常溫下去除正面金屬接觸窗口光刻的光刻膠；
[0035]16)蒸發(fā)正面金屬:將步驟15)處理完成的硅片，對硅片進(jìn)行電子束蒸發(fā)，在硅片上淀積隔離金屬和正面金屬；
[0036]17)正面金屬光刻:對步驟16)處理完成的硅片進(jìn)行光刻，正面金屬區(qū)域的正面金屬在P+陽極(4)內(nèi)；
[0037]18)濕刻正面金屬:將步驟17)處理完成的硅片，在常溫下使用體積比為85%的磷酸溶液去除P+陽極(4)區(qū)域外的正面金屬，使用剝離液在常溫下去除正面金屬光刻時涂覆的光刻膠；
[0038]19)正面金屬合金:將步驟18)處理完成的硅片置入合金爐管中，正面金屬部分形成正面金屬合金，合金爐管溫度為400-500 0C，合金時間為20min;
[0039]20)背面減薄:對步驟19)處理得到的硅片，將硅片厚度從背面減薄到200-300um;
[0040]21)背面金屬淀積:對于步驟20)處理得到的硅片，在硅片背面進(jìn)行直流等離子濺射淀積背面金屬，形成背面電極；
[0041 ] 22)電子束輻照:對步驟21)處理得到的硅片，用200kGy_800kGy劑量的電子束輻照，硅片引入缺陷；
[0042]23)芯片切割:將步驟22)產(chǎn)生的硅片，使用劃片機(jī)將硅片劃成單個芯片，形成獨(dú)立芯片。
[0043]更進(jìn)一步的，步驟8)、12)和15)中，所述的氟化氨和氫氟酸溶液，氟化氨質(zhì)量濃度為40%，氫氟酸質(zhì)量濃度為40%。
[0044]更進(jìn)一步的，步驟16)中隔離金屬和正面金屬相同，為鈦或鋁。
[0045]更進(jìn)一步的，步驟20)中所述的背面減薄方法為研磨、化學(xué)機(jī)械拋光、濕法腐蝕、常壓等離子腐蝕。
[0046]更進(jìn)一步的，步驟21)中所述的背面金屬為銀。
[0047]3.有益效果
[0048]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0049](I)芯片結(jié)構(gòu)簡單，自上而下分為四層結(jié)構(gòu)，易于與其他器