专利名称：具有扩散缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法
技术领域：
本发明属于半导体器件范围，特别涉及一种具有扩散缓冲层的高压(1600V)快速软恢复二极管的制造方法。
背景技术：
二极管的基本结构就是一个PN结(如附
图1、2所示)，但是为了引出电极，在电极与半导体材料的接触部分必须引入高浓度的P+和N+层，以确保欧姆接触，并减小欧姆接触电阻，从二极管的工作原理可以理解到I)正向时，即在二极管的阳极(P+)端接外电路的“ + ”极，阴极(N+)端接极，在电场的作用下，P+端将向N—基区注入大量的带正电荷的少数载流子——空穴，N+端向N—基区注入大量的带负电荷的多数载流子-电子。由于基区内大量电荷的注入，使基区电阻急 剧减小，这被称为“电导调制效应”。因此二极管正向时能够通过很大的电流，而压降却很小。2)反向时，即阳极端接外电路的极，阴极端接“ + ”极，在电场的作用下，基区内带正电荷的少子(少数载流子)空穴将向阳极端流出，带负电荷的多子(多数载流子)电子向阴极端流出，基区内的电荷急剧减少，电阻急剧加大，呈现高阻特性。因此二极管反向时能够承受很高的反向电压，只有很小的漏电流。3)反向恢复特性。当正在导通的二极管外加反向电压时，由于正向导通时向N—基区注入了大量少子空穴，故在实现关断前需要将这些少子完全抽出或是中和掉，这一过程称为“反向恢复过程”。反向恢复过程之初，基区内大量载流子在外加反向电压作用下被抽出，当载流子数量降到一定水平后，PN结空间电荷区开始建立，抽取作用中止。剩余载流子被封堵在基区内，只能靠复合作用被中和掉。附图3为反向恢复过程的电流电压波形示意图。图中，ta为存储或抽取时间，tb为复合或中和时间，t 为反向恢复时间，= ta+tb，反向恢复软度为S，S=tb/ta,要求反向恢复特性软，实际上就是要求S值大，也就是要求抽取时间ta尽可能小些、抽取速度尽可能快些，而复合时间tb尽可能长些，复合速度尽可能慢些。快恢复二极管的特点是I)要求反向恢复时间短，从而开关速度快。要实现这一目的，从2个方面着手。一是缩短抽取时间ta。最有效的办法是减薄基区，从而减少基区内的载流子数量，但基区减薄的副作用则是二极管的反向电压严重下降。二是提高复合速度以减小复合时间tb，通常是用扩金、扩钼、电子辐照、离子辐照等工艺向基区内引入复合中心，其副作用则是二极管的正向压降和功率损耗的严重增加。为让正向压降的增加尽量小，也希望基区尽量减薄，以抵消引入复合中心的副作用，但同样要碰到二极管的反向电压严重下降的问题。这就是快恢复二极管的反向电压很难做高，并远远低于普通二极管的根本原因所在。2)要求反向恢复软度大，以减小反向恢复过程的过电压冲击。反向恢复软度对于电路和设备的可靠性关系重大。软度与反向恢复diydt直接关联(如附图3)。其关系式如下
权利要求
1.一种具有扩散缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法，其特征在于，采用两次扩散方法制作缓冲层，得到扩散缓冲层快恢复二极管；在PN结制备之前，首先采用一次磷扩散，在硅片两面生成低浓度和深结深的磷扩散区，其后在二次磷扩散和硼铝扩散过程中，一次磷扩散的结深继续推进，最终，一次磷扩散比二次磷扩散的结深深出15 25 μ m, 一次磷扩散浓度小于I X IO15 CnT3的前沿深度不小于15 μ m ;扩散缓冲层的具体制作步骤如下 (1)原材料采用无缺陷、无位错区熔硅单晶圆片，掺杂浓度为IO12 1014cm_3，硅片厚度为 300 400 μ m ； (2)在上述硅单晶圆片两面用低温、短时间沉积磷，然后在高温条件下、长时间扩散，形成低浓度、结深深的N型扩散层； (3)在步骤(2)的硅单晶圆片两面用高温、长时间沉积高浓度的N+磷薄层； (4)将步骤(3)的硅单晶圆片单面磨片，磨削深度应大于N型扩散层； (5)用匀胶机在步骤(4)的硅单晶圆片的磨面涂敷硼-铝扩散源，然后1240 1260°C高温、20 30小时长时间扩散推进；N、N+扩散层同时推进，结深分别为X1、X2，应确保宽度(XI — X2)达到15 25 μ m ;浓度小于I X IO15CnT3的前沿结深(XI — X)不少于15μπι ; 至此，扩散型缓冲层制作完成；其后的芯片制作程序与一般的无缓冲层的扩散型快恢复二极管的制作工艺相同。
2.根据权利要求I所述一种具有扩散缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)硅单晶圆片两面用低温为950 1050°C、5 10分钟短时间沉积磷，要求方块电阻不小于200 Ω ;然后用高温为1240 1260°C、60 70小时长时间扩散。
3.根据权利要求I所述一种具有扩散缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)在硅单晶圆片两面用高温1180 1200°C、2. 5 3. 5小时长时间沉积NS > I X IO21 cm_3的高浓度N+磷薄层。
4.根据权利要求I所述一种具有扩散缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述步骤(5)中高温为1240 1260°C、时间为20 30小时。
5.根据权利要求I所述一种具有扩散缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中磨削深度应大于N型扩散层的典型值为80 120 μ m。
6.根据权利要求I所述具有扩散缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法，其特征在于，缓冲层是由磷的两次扩散形成；第一次为低浓度N扩散，扩散慢，但扩散时间很长；第二次为高浓度N+扩散，扩散快，但扩散时间短；最终，N扩散的结深比N+扩散的结深多15 .25 μ m0
全文摘要
本发明公开了属于半导体器件范围的一种具有扩散型缓冲层的高压快速软恢复二极管的制造方法。扩散缓冲层快恢复二极管采用两次扩散方法制作缓冲层，在PN结和电极制备之前，首先采用一次磷扩散，在硅片两面生成低浓度和深结深的磷扩散区，其后在二次磷扩散和硼铝扩散过程中，一次磷扩散的结深继续推进，最终一次磷扩散比二次磷扩散的结深深出20μm左右，一次磷扩散前沿浓度小于1×1015/cm－3区域的深度不少于15μm；采用无缺陷区熔硅单晶和扩散型缓冲层，可以大幅提高快速软恢复二极管的电压和电流水平。
文档编号H01L21/329GK102820225SQ20121028519
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者周伟松, 刘道广, 张斌, 王培清 申请人:清华大学, 清华大学电力电子厂