集成门极换流晶闸管配套用快恢复二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体制造技术领域，设及一种集成口极换流晶闽管配套用快恢复二 极管的制造方法。
【背景技术】
[0002]F畑(FastRecovery Diode,快恢复二极管）的基本结构与普通二极管不同，它一 般是PIN型结构，即在P型和N型娃材料中间增加了一个基区I层。由于基区薄，反向恢复 电荷小，不仅大大减小了 值（反向恢复时间），降低了V?(正向压降），也能承受较高的 V?(反向电压）。F畑还有其它一些结构，如PINN\P+PINN+，但一般都是在PIN结构上的衍 生。
[0003] 目前国内应用较多的F畑有IGBT配套用F畑，它的额定电压一般在3300V及 W下，巧片外形呈方块形，器件外形呈模块型，其通流能力与IGBT(InsulatedGate BipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管）匹配，但比一般通用IGCT(IntegratedGate Commutated化yristor，集成口极换流晶闽管）的通流能力小，而且IGCT器件外形呈陶瓷 平板型，故实际无法配套应用。
[0004] 电阻焊机用超大电流整流F畑，额定电流很大，一般在7000-20000A之间，但额定 电压一般只要求几百伏，完全不能与IGCT的额定电压匹配。
[0005] 塑封型F畑，包括肖特基二极管，一般额定电压在几百伏乃至1000V，不超过 2500V，反向恢复时间一般为纳秒级，也不能与IGCT配套应用。
[0006] 普通快速整流管，通常采用重金属渗杂或电子福照来减少少数载流子的寿命，反 向恢复时间较短，但反向恢复时的软度控制不够。重金属渗杂的软度因子约0. 4-0. 7,不能 满足IGCT实际应用的需要；电子福照工艺可精确控制少子寿命，但使整流管反向恢复时表 现为硬特性，也不能满足IGCT实际应用的需要。
[0007] 市场上普通快恢复二极管W及IGBT配套用FRD虽然种类很多，但其额定电压和额 定电流都不能与IGCT匹配，不能实际配套应用。普通快速整流管虽然额定电压和额定电流 可W与IGCT匹配，但它不能承受较高的反向关断di/dt(电流变化率），同时反向恢复特性 中的S(软度因子）太小，容易引起高的dv/dt(电压变化率）及Vrr(反向尖峰电压），当 化r大于普通快速整流管的VcsM时，普通快速整流管就会电压失效，普通快速整流管损坏时 会连带IGCT器件一起损坏，从而使装置失效。
[000引因此，目前存在的问题是需要研究开发一种其额定电压和额定电流都能够与IGCT匹配，且能承受较高的反向关断di/化，快速关断即反向恢复时间tf/J、，并具有比较软的反 向恢复特性的与IGCT器件应用配套的FRD。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种集成口极换流晶 闽管配套用快恢复二极管的制造方法。该方法工艺新颖，流程简单，使用独特的工艺技术使 之能承受较高的反向关断diMt，同时反向恢复时，软特性非常良好，实际应用证明与IGCT器件配套使用的可靠性高。
[0010] 为此，本发明第一方面提供了一种集成口极换流晶闽管配套用快恢复二极管，其 为P7N7N+型结构，能够承受反向重复峰值电压（亦称为反向阻断电压）V胃为4500-7000V， 额定正向平均电流Ip〇w>为400-2500A，反向关断电流变化率di/化为500-5000A/yS，反向 恢复时间trr为3-7yS，且软度因子（亦称为反向恢复软度）S> 1。
[0011] 本发明第二方面还提供了一种集成口极换流晶闽管配套用快恢复二极管的制造 方法，包括：
[0012] 步骤A，预处理：对N型原始娃片进行单面抛光处理获得预处理娃片；
[0013] 步骤B，P型渗杂处理；
[0014] 步骤C，单面磨处理；磨掉娃片的非抛光面的P型层，获得P7N-型结构的娃片；
[0015] 步骤D，扩磯处理：对P7N-型结构的娃片进行第一次清洗、甩干装舟，然后推入扩 散炉中恒温扩散进行磯杂质预沉积；再对娃片进行第二次清洗、甩干装舟，然后推入扩散炉 中，通入氧气恒温推进，获得P7N7N+型结构的娃片；
[0016] 步骤E，后处理：将P7N7N+型结构的娃片依次进行割圆、蒸侣和合金W及台面造 型和保护处理获得完整巧片；
[0017] 其中，在步骤B中，P型渗杂处理包括对预处理娃片进行侣预沉积和棚离子注入， 然后再进行棚侣推进，形成P7N7P型结构的娃片。
[001引根据本发明，所述侣预沉积是在娃片的双面进行，所述棚离子注入是在娃片的抛 光面进行，所述侣预沉积和棚离子注入按照任意顺序进行。优选所述侣预沉积和棚离子注 入按照先侣预沉积后棚离子注入的顺序进行。
[0019] 在本发明的一些实施方式中，所述侣预沉积包括将娃片进行清洗、甩干装舟，然后 推入真空侣预沉积扩散炉中，恒温扩散，控制表面侣浓度为l〇iS-l〇i7cm3。
[0020] 本发明中，上述侣预沉积过程中，所述恒温扩散的温度为900-950°C。
[0021] 在本发明的另一些实施方式中，所述棚离子注入包括将娃片进行清洗、甩干装舟， 然后推入氧化扩散炉中，通入氧气恒温扩散，在娃片双表面形成Si〇2保护膜，然后在抛光面 注入棚离子。注入偏转角为7°。
[0022] 本发明中，上述棚离子注入过程中，所述Si〇2保护膜的厚度为22-52nm;所述恒温 扩散的温度为800-850°C。
[0023] 在本发明的另一些实施方式中，所述棚侣推进包括将完成了侣预沉积和棚离子注 入的娃片进行清洗、甩干装舟，然后推入氧化扩散炉中，通入氧气恒温扩散，控制表面棚侣 总浓度为l〇i6-10"/cm3。
[0024] 本发明中，上述棚侣推进过程中，所述恒温扩散的温度为1200-1250°C。
[0025] 根据本发明，在步骤C中，使巧片的厚度达到0. 7-1. 0mm。
[0026] 根据本发明，在步骤D中，所述恒温扩散的温度为1000-1100°C，恒温扩散的表面 磯浓度控制在l〇2i-l〇2Vcm3。所述恒温推进的温度为1000-1100°C，恒温推进的表面磯浓度 控制在l〇2°-l〇2Vcm3。
[0027] 根据本发明，所述方法还包括步骤F，少子寿命控制；包括质子照射和电子照射。 [002引本发明中，所述质子福照在质子福照设备上进行，所述电子福照在电子福照设备 上进行，检测巧片少子寿命是否达到预定值，如果没有达到预定值，继续电子福照直到达到 预定值，所述质子福照和电子福照按照任意顺序进行。
[0029]在本发明的一些实施例中，所述巧片少子寿命的预定值为2-10yS。
【附图说明】
[0030]下面将结合附图来说明本发明。
[0031] 图1为实施例1的F畑制备工艺流程图。
[0032] 图2为本发明中FRD反向恢复特性参数示意图；
[003引图中附图标记的含义如下；1"反向恢复电流；反向恢复时间；反向关断diMt: 反向电流变化率；t。少数载流子的存储时间；tb少数载流子的复合时间；IF正向电流；n% 取Irr值的百分数。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，该些实 施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。
[0035]本发明所提供的集成口极换流晶闽管配套用快恢复二极管，其为P7N7N+型结构， 能够承受反向重复峰值电压V?为4500-7000V，额定正向平均电流IWW为400-2500A，反向 关断电流变化率diMt为500-5000A/US，反向恢复时间trr为3-7yS，且软度因子S> 1。 经过发明人试验证明实际应用证明本发明的该种快恢复二极管与IGCT器件配套使用的可 靠性很高。
[0036]在本发明的一个【具体实施方式】中，本发明所提供的集成口极换流晶闽管配套用快 恢复二极管的制造方法依次包括娃片预处理、形成P7N7P型结构的娃片、形成P7N-型结 构的娃片、形成P7N7N+型结构的娃片W及形成完整巧片的步骤，下面对各步骤进行具体说 明。
[0037] 步骤A，预处理：
[003引选取电阻率200-400Q-m的N型娃单晶片作为原始娃片，并对该娃片进行单面抛 光处理获得预处理娃片。
[0039]步骤B，P型渗杂处理（形成阳极）：
[0040] 在步骤B中，对预处理娃片进行侣预沉积和棚离子注入，然后再进行棚侣推进，形 成P7N7P型结构的娃片；其中前一个P+型层有侣棚两种杂质，后一个P型层只有侣杂质。
[0041]"侣预沉积"是指在真空扩散炉中，先将侣杂质（侣原子）沉积到娃片表面，然后再 通过高温推进形成高斯分布，保留了侣扩散速度快的特点，易于形成深结，同时杂质分布比 较平缓，在巧片纵向分布的均匀性会有所提高。
[0042]"棚离子注入"是指用离子注入工艺将棚离子注入到娃片中，棚离子注入到娃片的 浅表，构成可控的表面扩散源，然后进行高温推进扩散，使棚离子再次高斯分布，达到一定 的结深和比较高的表面浓度。
[0043]棚离子的高温推进采用开管扩散；娃片置于管中，并通有气体保护，温度在 1000°CW上。棚离子注入表面浓度的扩散均匀性可控制在5%W内，将棚离子注入与喷棚扩 散均匀性的进行比较，结果见表1，从表1可W看出，喷棚的扩散均匀性接近12%，显然棚离 子注入比喷棚的扩散均匀性要高很多，可见在巧片横向方向上，p极杂质的扩散均匀性也有 了较大提局。
[0044] 本发明中所述扩散均匀性是通过方阻不均匀度值来衡量的。所述方阻不均匀度值 是通过5个方块电阻（方阻）值按照式（I)来进行计算的。
[0045] 方阻不均匀度=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] 所述片内均匀性是通过片内方阻不均匀度值来衡量的，所述片内方阻不均匀度值 是通过单个娃片样本的5个方阻值（即在单个娃片样本的中屯、W及呈4边形分布的4个点 所测得）按照式（I)来进行计算，而式（I)中：
[CK)5UMax为5个方阻值中的最大值；
[0化2]Min为5个方阻值中的最小值；
[0化3]Avg;5个方阻值的平均值。
[0054] 所述片间均匀性是通过片间方阻不均匀度值来衡量的，所述片间方阻不均匀度值 是通过5个娃片样本的片内方阻平均值按照式（I)来进行计算，而式（I)中：
[0055]Max为5个娃片样本的片内方阻平均值中的最大值；
[0化6]Min为5个娃片