一种N+P‑结构快恢复二极管芯片的制造方法与流程

本发明涉及一种新型的n⁺p^-结构快恢复二极管芯片的制造方法，应用在集成电路或分立器件制造技术领域。

背景技术：

快恢复二极管因具有反向恢复时间短、高温特性好等特点，被广泛用于各类高频电路；目前国内半导体生产厂商生产的快恢复二极管芯片都是p⁺n^-结构（见图1）；该结构产品特点是阳极在芯片正面，阴极在芯片背面；而市场上用于快恢复二极管芯片封装的主流封装形式为to-220（见图2），这就造成了组装后的产品仅可以作为共阴极产品使用。但整机应用上也有共阳极使用需求，于是就导致了目前国内半导体厂商生产的快恢复二极管芯片无法满足所有整机应用需求，存有弊端。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种新型的n⁺p^-结构快恢复二极管芯片的制造方法，以满足市场需要。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种n+p-结构快恢复二极管芯片的制造方法，所述二极管芯片的纵向结构从下至上依次为阳极金属、半导体硅片p⁺衬底层、p^-外延层、p⁺沟道截止环、氧化层、n⁺阴极区与阴极金属，所述制造方法的步骤如下：

步骤一：在一定厚度半导体硅片p⁺衬底层上外延具有一定电阻率与厚度的p^-外延层；

步骤二：通过高温氧化，生长一定厚度的氧化层；

步骤三：通过光刻，去除n⁺阴极区上的氧化层，并在去除氧化层的区域掺入杂质磷；再通过高温氧化与扩散方式，将杂质磷扩散至一定深度，形成n⁺阴极区，同时在n⁺阴极区生长一层氧化层；

步骤四：通过光刻，去除p⁺沟道截止环上的氧化层，并在去除氧化层的区域掺入杂质硼；再通过高温氧化与扩散方式，将杂质硼扩散至一定深度，形成p⁺沟道截止环，同时在p⁺沟道截止环生长一层氧化层；

步骤五：通过减薄方式，将半导体硅片p⁺衬底层无外延层一侧减去不少于5μm的一层，使硅片背面裸露出新鲜的硅；再通过溅射方式淀积一定厚度的重金属，最后通过高温扩散方式将重金属扩散分布在半导体硅片p⁺衬底层、p⁺外延层、p⁺沟道截止环与n⁺阴极区中；

步骤六：通过光刻，去除阴极电极处的氧化层，通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度的阴极电极金属；再通过光刻方式去除阴极电极以外区域金属；最后通过低温处理方式，将阴极金属与n⁺阴极区相结合形成良好的欧姆接触；

步骤七：再通过减薄方式，将半导体硅片p⁺衬底层无外延层一侧减去一层，使整个芯片减薄到一定厚度；再通过蒸发或溅射方式淀积一定厚度的阳极金属，这样n⁺p^-结构快恢复二极管芯片加工完成。

优选地，步骤一中的半导体硅片p⁺衬底层的厚度为300-530μm，p-外延层的厚度为25-150um，电阻率为10-100ω.cm。

优选地，步骤二中的高温氧化温度为900℃-1100℃，时间为50min-300min，氧化层的厚度为0.8-1.5μm。

优选地，步骤三中掺入杂质磷的方式为利用离子注入方式或采用三氯氧磷液态源掺杂，杂质磷的计量为1e14cm^-2-1e16cm^-2，高温氧化与扩散的温度为1000℃-1250℃，时间为50min-300min，n⁺阴极区的深度为5μm-60μm，n⁺阴极区上生长的氧化层厚度为0.5-1.5μm。

优选地，步骤四中掺入杂质硼的方式为利用离子注入方式或采用csd乳胶源涂覆，杂质硼的剂量为1e14cm^-2-1e16cm^-2，高温氧化与扩散的温度为900℃-1250℃，时间为50min-300min，p⁺沟道截止环的深度为2μm-10μm，p⁺沟道截止环上生长的氧化层厚度为0.5-1.5μm。

优选地，步骤五中通过溅射方式淀积的重金属厚度为50å-1000å，高温扩散的温度为800-1100℃，时间为20-200min。

优选地，步骤六中阴极电极金属的厚度为2.0-10.0μm，低温处理的温度为400-550℃，时间为10-60min。

优选地，步骤七中芯片减薄后的厚度为200-350μm，阳极金属的厚度为0.5-3.0μm，材质为ti/ni/ag或cr/ni/ag或v/ni/ag。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过将两个芯片封装在to-220等封装形式中，实现共阳极应用。丰富了快恢复二极管芯片市场，满足了整机应用要求，降低了加工成本，弥补了n⁺p^-结构快恢复二极管芯片空白；同时还为整机设计提供了全新的思路。

附图说明

图1为目前p⁺n^-结构快恢复二极管芯片的结构示意图。

图2为目前主流封装形式to-220的封装结构示意图。

图3为本发明实施例中n⁺p^-结构快恢复二极管芯片的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图3，本发明涉及一种n⁺p^-结构快恢复二极管芯片的制造方法，其纵向结构从下至上依次为阳极金属1、半导体硅片p⁺衬底层2、p^-外延层3、p⁺沟道截止环4、氧化层5、n⁺阴极区6与阴极金属7，其制造方法试下步骤如下：

步骤一：在一定厚度（300-530μm）半导体硅片p⁺衬底（≤0.02ω.cm）层2上外延具有一定电阻率（10-100ω.cm左右）与厚度（25-150um左右）的p^-外延层3；

步骤二：通过高温氧化，生长一定厚度（0.8-1.5μm）的氧化层5；

步骤三：通过光刻，去除n⁺阴极区6上的氧化层，利用离子注入方式注入一定剂量（1e14cm^-2-1e16cm^-2）的磷离子或者采用三氯氧磷液态源等掺杂方式掺入杂质磷；再通过高温氧化与扩散（1000℃-1250℃，50min-300min）方式，将杂质磷扩散至一定深度（5μm-60μm），形成n⁺阴极区6，同时在n⁺阴极区6生长一层氧化层（0.5-1.5μm）；

步骤四：通过光刻，去除p⁺沟道截止环4上的氧化层，利用离子注入方式注入一定剂量（1e14cm^-2-1e16cm^-2）的硼离子或者采用csd乳胶源涂覆等掺杂方式掺入杂质硼；再通过高温氧化与扩散（900℃-1250℃，50min-300min）方式，将杂质硼扩散至一定深度（2μm-10μm），形成p⁺沟道截止环4，同时在p⁺沟道截止环4生长一层氧化层（0.5-1.5μm）；

步骤五：通过减薄方式，将半导体硅片p⁺衬底层2无外延层一侧（硅片背面）减去不少于5μm的一层，使硅片背面裸露出新鲜的硅；再通过溅射方式淀积一定厚度（50å-1000å）的重金属，最后通过高温（800-1100℃，20-200min）扩散方式将重金属扩散分布在半导体硅片p⁺衬底层2、p⁺外延层3、p⁺沟道截止环4与n⁺阴极区6中；

步骤六：通过光刻，去除阴极电极7处的氧化层，通过蒸发或溅射的方式淀积一层一定厚度（2.0-10.0μm）的阴极电极金属（铝或铝硅或铝硅铜合金）；再通过光刻方式去除阴极电极7以外区域金属；最后通过低温（400-550℃，10-60min）处理方式，将阴极金属与n⁺阴极区6相结合形成良好的欧姆接触；

步骤七：再通过减薄方式，将半导体硅片p⁺衬底层2无外延层一侧减去一层，使整个芯片减薄到一定厚度（200-350μm）；再通过蒸发或溅射方式淀积一定厚度（0.5-3.0μm）的阳极金属1（ti/ni/ag或cr/ni/ag或v/ni/ag）；这样，n⁺p^-结构快恢复二极管芯片加工完成。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。