一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体芯片领域，更具体地说，涉及一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]多年来，PN高压功率快恢复二极管(FRD)的关断特性，一直备受关注。如何获得反向恢复时间短、软度大、反向漏电流低的二极管是器件设计的主要目标。在广泛使用的高速硬件开关电路中，开关器件的软度具有特别重要的意义。但是，但常规的器件设计制造技术，提高软度与提高开关速度是相互矛盾的。现有技术利用质子辐照感生的空位缺陷对铂原子的汲取作用，获得了局域寿命控制，辅以能量为4MeV电子辐照整体寿命控制技术，在具有低阳极发射效率结构的高压功率快恢复二极管中实现了更好的综合性能的优化。测试表明此类快恢复二极管具有反向恢复时间短、软度大、反向漏电低的优良特性。参考文献:固体电子学研究与进展，高压功率快恢复二极管的寿命控制研究，2008年3月第28卷第1期，谢书珊、胡冬青、充宝位。
[0003]参考文献:电源技术应用，抑制功率二极管反向恢复几种方案的比较，2004年第7卷第8期，第476-479页，胡进，吕征宇。文献中表述了高频功率二极管在电力电子装置中的应用极其广泛。但PN结功率二极管在由导通变为截止状态过程中，存在反向恢复现象。这会引起二极管损耗增大，电路效率降低以及EMI增加等问题。这一问题在大功率电源中更加突出。目前半导体行业内生产高压快恢复二极管(FRD)芯片通常采用V型槽玻璃钝化生产工艺。但现有技术存在多种问题，主要的问题如下:1)、击穿电压低，漏电流大。2)、正向导通电压较大，导致功耗较大，二极管易烧毁。
【发明内容】
[0004]1.要解决的技术问题
[0005]针对现有技术中存在的电场分布差异大、击穿电压低、漏电流大、正向导通电压较大、功耗较大、极管芯片易烧毁的问题，本发明提供了一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，它具有电场分布均匀，电势线性变化，击穿电压高，开关损耗低，漏电流小，反向功耗小的优点。
[0006]2.技术方案
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008]—种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、渐变电场限制环和P+阳极，所述的芯片为快恢复二极管芯片；芯片截层从右向左依次为芯片、N+截止环、渐变电场限制环和P+阳极，渐变电场限制环由从P+阳极到N+截止环宽度逐渐变小的若干个电场限制环组成。
[0009]更进一步的，所述的从P+阳极到N+截止环的电场限制环，电场限制环宽度从56微米逐渐减少到10微米，电场限制环的间距逐渐变大，从9微米增加到18微米。
[0010]更进一步的，所述的渐变电场限制环深度与P+阳极深度相同。
[0011 ]更进一步的，所述的渐变电场限制环深度为40微米。
[0012]一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其步骤如下:
[0013]1)场氧化前表面清洗:
[0014]配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸=6:1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40%;
[0015]配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%;
[0016]配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下:
[0017]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0018]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0019]c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗；
[0020]d.用2号液浸泡娃片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；
[0021]2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚l-2um，氧化炉温度为1000-1100°C;
[0022]3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极区域的P+阳极，渐变电场限制环区域形成的若干电场限制环电场限制环从P+阳极到N+截止环宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极到N+截止环9微米增加到18微米；
[0023]4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶；
[0024]5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；
[0025]6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900-1000°C;
[0026]7)P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在40KeV-80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对电场限制环的注入；
[0027]8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层；
[0028]9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；
[0029]10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100_1200°C;
[0030]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计的高压快恢复二极管的N+截止环(2);
[0031]12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环(2)光刻区域淀积的热氧化层；
[0032]13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环(2)使用40KeV_80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环(2)表面的光刻胶；
[0033]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0034]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤14)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶；
[0035]16)蒸发正面金属:将步骤15)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属；
[0036]17)正面金属光刻:对步骤16)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极(4)内；
[0037]18)湿刻正面金属:将步骤17)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极(4)区域外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；
[0038]19)正面金属合金:将步骤18)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400-500°C，合金时间为20min ；
[0039]20)背面减薄:对步骤19)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200-300um;
[0040]21)背面金属淀积:对于步骤20)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，形成背面电极；
[0041 ] 22)电子束辐照:对步