专利名称：高频电镀用快恢复整流二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可替代快速电镀中的肖特基二极管的工作频率为30KHz、电流为2 5KA 、电压为200 400V的高频电镀用快恢复整流二极管及其制造方法。
背景技术：
肖特基功率二极管是多数载流子导电器件，由于没有与少子注入、过剩载流子的抽取与 复合等相关联的现象，适合于制作高频功率应用器件。对于低压高频器件，很长时间都是肖 特基功率二极管在成功应用。但是肖特基功率二极管存在以下缺点
1) 阻断电压较低， 一般就几十伏，采用场终端结构如场环、场板等电压也只能达二百伏。
2) 虽然在小电流密度下(如JF40A/cm2以下)，肖特基功率二极管的正向压降低于普 通功率二极管，但当JF〉10A/cm2时，前者将大大高于后者。而通常功率二极管的工作电流密 度大约在200A/cm、JF〉50A/ci/之间，当浪涌电流发生时，其电流密度将高达几千A/cm2，此 时若采用肖特基功率二极管则早已被烧毁了。
肖特基二极管的大电流特性，尤其是浪涌电流特性很差，故肖特基功率二极管的应用必 须严格限制电流密度，这给大电流应用带来极大的不便。
普通的PiN功率二极管既适合高电压，又适合高电流密度，由于是少子导电器件，故提 高频率有难度。虽然电压很低(如200V， 400 V)，可采用薄硅片达到减低正反向恢复时间 的目的，但由于大直径薄硅片在扩散中形变严重，因此目前普通的PiN功率二极管必须做创 新改造才能达到和肖特基二极管一样地高频下应用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术存在的问题，提供一种具有高频率特性，既适合高电 压，又适合高电流密度的30KHz/ (2 5) KA/(200 400)V的高频电镀用快恢复整流二极管及 其制造方法。
本发明的技术解决方案是
该高频电镀用快恢复整流二极管，是由管壳、芯片构成，所述的芯片包括基区N、扩磷 区N+和扩硼区P+以及阴、阳极欧姆接触，其特殊之处是所述的芯片采用N型(100)径向低阻 单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率Pn为5 9Q-cm、直径为48 70mm、厚度175 185ym， 且管子厚度为7. 5 8. 5mm，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触为钛-镍-金或钛-镍-银。
该高频电镀用快恢复整流二极管的制造方法是
采用N型(100)径向单晶硅片，电阻率Pn为5 9Q-cm，直径为48 70 mm，厚度为 175 185ym的单晶硅片；
硅片扩散，在125(TC下进行双面一次扩散；
扩散片检测，P+区表面浓度0.09 0. 11mV/mA，硼铝扩结深XjP为73 77 y m;磷扩N+区表 面浓度O. 06 0. 08mV/mA，磷扩结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为12 16 y S;
磷硅、硼硅玻璃吸收，从125(TC缓慢降温到105(TC，速率为rC/分，恒温吸收2 3小时 ;按照rC/分速率继续慢降温，直至炉温降到60(TC后出炉；通过玻璃吸收和慢降温使硅基 区少子寿命t P达到12 16 y S。
低温扩铂，温度942 948。C，时间40 50分钟，将少子寿命t p控制在4 6 y S;再用 12Mev电子辐照，降低基区少子寿命，使基区少子寿命Tp为0.9 l.lus;
在硅片的两面蒸镀钛-镍-金或钛-镍-银，经台面喷砂造型，去砂、清洗、腐蚀、钝化保 护、中间测试、装壳、充氮气冷压焊封装成型，成型后管子厚度7. 5 8. 5mm，再经电热参数 、动态参数测试合格，最后制成高频电镀用快恢复功率整流二极管。
上述的高频电镀用快恢复整流二极管的制造方法，在进行双面一次扩散时，先将清洗干 净的单晶硅片摆放在硅舟上，在相邻的单晶硅片之间交替放置N+、 P+纸源片，在硅舟两端放 置硅衬垫，经硅舟一端置放的弹簧将单晶硅片和纸源片压紧后推入扩散炉中；当硅舟温度至 390 41(TC时，纸源片燃烧并使硅片被压得更紧，将硅舟从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹 簧，将硅舟再次推入扩散炉中恒温区在125(TC下进行高温扩散。
上述的高频电镀用快恢复整流二极管的制造方法，蒸镀层钛镍金或钛镍银厚度 分另J为O. 2y m:O. 5y m:O. 1 y m。
本发明的优点是
1、 由于采用N型(100)径向低阻单晶硅片，硅片电阻率为5 9Q-cm，厚度为180士5y m，电流扩展能力提高30%，进而提高了耐正反向浪涌电流的能力；
2、 采用了直径48 70mm、厚度180士5ym的硅片，通过双面一次扩散以及硅衬垫和弹 簧压紧措施，保证了扩散后硅片不变形，从而满足高频率的要求。
3、 扩散后采取磷硅玻璃、硼硅玻璃吸收和慢降温措施，提高了基区少子寿命，使t p=12 16uS，为的是确保非平衡载流子一-电子的寿命较高，通常取电子的少子寿命T n=0. 1 t p，所以有t n>l y S的数量级，确保通态峰值电压在高频(即t p大大降低的情况)下增高不明显。
4、 为使器件能工作在30KHz的频率，必须将t p降到t p=0. 9 1. 1 y s的水平。先扩铂， 再利用阴极面高浓度磷吸收，确保器件长期电热参数不变化(即扩铂造成的深能级复合中心 相对于电子辐照要稳定得多)，扩铂后少子寿命控制在Tp二4 6uS，并在基区有一个理想的 分布，即靠近PN结的基区处铂浓度高、少子寿命低、反向恢复快。而随着离PN结的基区位置 的增加，鉑浓度越来越低，而少子寿命则越来越高，使通态时的压降增加的很少；然后进行 12Mev电子辐照，精确控制最后的Tp值，确保ip^.9 1. lyS，从而满足频率的要求。
5、 正向恢复时间小于O. ly s，反向恢复时间为O. 7-0. 8ys，通态压降小于l. 55V;采用 薄管壳，杂散电感小；采用N型(100)径向低阻单晶硅片，硅片电阻率低及截面电阻率均匀， 空间电荷区电容小，从而保证高频下的成功应用。
通过该工艺制造的整流二极管具有高频率特性，既适合高电压，又适合高电流密度，工 作频率为30KHz、电流为2 5KA、电压为(200 400) V，适合用作高频电镀直流电源用快恢 复整流二极管。
附面说明
图l是本发明中高频电镀用快恢复整流二极管的结构示意图2是本发明中的扩散片摆放结构示意图3是本发明中的石英舟结构示意图。
具体实施例方式
实施例l
如图所示，该高频电镀用快恢复整流二极管是由管壳2、芯片1构成，所述的芯片l包括 基区N、扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极欧姆接触3、 4，所述的芯片1采用N型(100)径向低 阻单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率Pn为5 9Q-cm、直径为48mm、厚度180士5ym，且管 子厚度为8士0.5mm ，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触3、 4为
钛-镍-金或钛-镍-银。
制造时，采用N型(100)径向单晶硅片IOI，电阻率pn为5 9Q-cm、直径为48 mm，厚 度为180士5ym;清洗干净后，将单晶硅片101摆放在硅舟6上，在相邻的单晶硅片101之间交 替放置N+、 P+纸源片5，在硅舟6两端放置硅衬垫7，经硅舟6—端置放的弹簧8将单晶硅片 101和纸源片5压紧后推入扩散炉中，位于放置有弹簧8的硅舟6—端的硅衬垫7有二个，所述 的弹簧8位于两个硅衬垫7之间；当硅舟6温度至390 41(TC时，纸源片5燃烧并使单晶硅片 IOI被压得更紧，将硅舟6从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹簧8，将硅舟6再次推入扩散炉中恒温区在125(TC下进行双面一次扩散。
扩散片检测，P+区表面浓度0.09 0. 11mV/mA，硼铝扩结深XjP为73 77 y m;磷扩N+区表 面浓度O. 06 0. 08mV/mA，磷扩结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为12 16 y S。
磷硅、硼硅玻璃吸收，从125(TC缓慢降温到105(TC，速率为rC/分，恒温吸收3小时； 按照rC/分速率继续慢降温，直至炉温降到60(TC后出炉；通过玻璃吸收和慢降温，使硅基 区少子寿命t p为12 16 y S。
低温扩铂，温度943 948。C，时间40分钟，将少子寿命t p控制在4 6 y S;再用12Mev 电子辐照，降低基区少子寿命，使基区少子寿命Tp为0.9 l.lus。
在硅片的两面蒸镀钛-镍-金(或钛-镍-银)，蒸镀层钛镍金(或钛镍银)厚度分别
为0.2ym:0. 5ym:0. lym，经台面喷砂造型，去砂、清洗、腐蚀、聚酰亚胺钝化保护、中间 测试、将芯片1装入管壳2、充氮气冷压焊封装成型，成型后管子厚度8士0.5mm，再经电热参 数、动态参数(包括开通时间、正向恢复时间和反向恢复时间、正向恢复期间最高电压、) 测试合格，最后制成高频电镀直流电源专用快恢复整流二极管。 实施例2
如图所示，该高频电镀用快恢复整流二极管是由管壳2、芯片1构成，所述的芯片l包括 基区N、扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极欧姆接触3、 4，所述的芯片1采用N型(100)径向低 阻单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率Pn为5 9Q-cm、直径为70mm、厚度180士5ym，且管 子厚度为8士0.5mm ，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触3、 4为
钛-镍-金或钛-镍-银。
制造时，采用N型(100)径向单晶硅片IOI，电阻率pn为5 9Q-cm、直径为70mm、厚 度为180士5ym;清洗干净后，将单晶硅片101摆放在硅舟6上，在相邻的单晶硅片101之间交 替放置N+、 P+纸源片5，在硅舟6两端放置硅衬垫7，经硅舟6—端置放的弹簧8将单晶硅片 101和纸源片5压紧后推入扩散炉中，位于放置有弹簧8的硅舟6—端的硅衬垫7有二个，所述 的弹簧8位于两个硅衬垫7之间；当硅舟6温度至390 41(TC时，纸源片5燃烧并使单晶硅片 IOI被压得更紧，将硅舟6从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹簧8，将硅舟6再次推入扩散炉中 恒温区在125(TC下进行双面一次扩散。
扩散片检测，P+区表面浓度0.09 0. 11mV/mA，硼铝扩结深XjP为73 77 y m;磷扩N+区表 面浓度O. 06 0. 08mV/mA，磷扩结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为12 16 y S。
磷硅、硼硅玻璃吸收，从125(TC缓慢降温到105(TC，速率为rC/分，恒温吸收2小时； 按照rC/分速率继续慢降温，直至炉温降到60(TC后出炉；通过磷硅、硼硅玻璃吸收和慢降温，使硅基区少子寿命Tp为12 16uS。
低温扩铂，温度943 948'C，时间50分钟，将少子寿命t p控制在4 6 y S，磷硅、硼硅 玻璃吸收；再用12Mev电子辐照，降低基区少子寿命，使基区少子寿命t p为O. 9 1. 1 y s。
在硅片的两面蒸镀钛-镍-金(或钛-镍-银)，蒸镀层钛镍金(或钛镍银)厚度分别 为0.2ym:0. 5ym:0. lym，经台面喷砂造型，去砂、清洗、腐蚀、聚酰亚胺钝化保护、中间 测试，将芯片1装入管壳2、充氮气冷压焊封装成型，成型后管子厚度8士0.5mm，再经电热参 数、动态参数(包括开通时间、正向恢复时间、正向恢复期间最高电压和反向恢复时间、软 因子等)测试合格，最后制成高频电镀直流电源专用快恢复整流二极管。
实施例3
如图所示，该高频电镀用快恢复整流二极管是由管壳2、芯片1构成，所述的芯片l包括 基区N、扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极欧姆接触3、 4，所述的芯片1采用N型(100)径向低 阻单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率Pn为5 9Q-cm、直径为60mm、厚度180士5ym，且管 子厚度为8士0.5mm ，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触3、 4为
钛-镍-金或钛-镍-银。
制造时，采用N型(100)径向单晶硅片IOI，电阻率pn为5 9Q-cm、直径为60 mm，厚 度为180士5ym;清洗干净后，将单晶硅片101摆放在硅舟6上，在相邻的单晶硅片101之间交 替放置N+、 P+纸源片5，在硅舟6两端放置硅衬垫7，经硅舟6—端置放的弹簧8将单晶硅片 101和纸源片5压紧后推入扩散炉中，位于放置有弹簧8的硅舟6—端的硅衬垫7有二个，所述 的弹簧8位于两个硅衬垫7之间；当硅舟6温度至390 41(TC时，纸源片5燃烧并使单晶硅片 IOI被压得更紧，将硅舟6从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹簧8，将硅舟6再次推入扩散炉中 恒温区在125(TC下进行双面一次扩散。
扩散片检测，P+区表面浓度0.09 0. 11mV/mA，硼铝扩结深XjP为73 77 y m;磷扩N+区表 面浓度O. 06 0. 08mV/mA，磷扩结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为12 16 y S;
磷硅、硼硅玻璃吸收，从125(TC缓慢降温到105(TC，速率为rC/分，恒温吸收2. 5小时 ;按照rC/分速率继续慢降温，直至炉温降到60(TC后出炉；通过玻璃吸收和慢降温，使硅 基区少子寿命t p达到12 16 y S。
低温扩铂，温度943 948。C，时间45分钟，将少子寿命t p控制在4 6 y S;再用12Mev 电子辐照，降低基区少子寿命，使基区少子寿命Tp为0.9 l.lus。
在硅片的两面蒸镀钛-镍-金(或钛-镍-银)，蒸镀层钛镍金(或钛镍银)厚度分别 为0.2ym:0. 5ym:0. lym，经台面喷砂造型，去砂、清洗、腐蚀、聚酰亚胺钝化保护、中间测试，将芯片1装入管壳2、充氮气冷压焊封装成型，成型后管子厚度8士0.5mm。经常规断态 、通态电热参数、动态参数(包括正向恢复时间、正向恢复期间最高电压和反向恢复时间、 软因子)测试合格，最后制成高频电镀直流电源专用快恢复整流二极管。
权利要求
1.一种高频电镀用快恢复整流二极管，是由管壳、芯片构成，所述的芯片包括基区N、扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极欧姆接触，其特殊征是所述的芯片采用N型(100)径向低阻单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率ρn为5～9Ω-cm、直径为48～70mm、厚度175～185μmmm，且管子厚度为7.5～8.5mm，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触为钛-镍-金或钛-镍-银。
2 一种高频电镀用快恢复整流二极管的制造方法，其特征是采用N型(100)径向单晶硅片，电阻率Pn为5 9Q-cm，直径为48 70 mm，厚度为175 185ym的单晶硅片；硅片扩散，在125(TC下进行双面一次扩散；扩散片检测，P+区表面浓度0. 09 0. 11mV/mA，硼铝扩结深XjP为73 77 y m;磷扩N+区表面浓度O. 06 0. 08mV/mA，磷扩结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为12 16 y S;磷硅、硼硅玻璃吸收，从125(TC缓慢降温到105(TC，速率为rC/分，恒温吸收2 3小时；按照rC/分速率继续慢降温，直至炉温降到60(TC后出炉；通过玻璃吸收和慢降温使硅基区少子寿命t p达到12 16 y S。低温扩铂，温度942 948。C，时间40 50分钟，将少子寿命t p控制在4 6 y S;再用12Mev电子辐照，降低基区少子寿命，使基区少子寿命Tp为0.9 l.lus;在硅片的两面蒸镀钛-镍-金或钛-镍-金，经台面喷砂造型，去砂、清洗、腐蚀、钝化保护、中间测试、装壳、充氮气冷压焊封装成型，成型后管子厚度7. 5 8. 5mm，再经电热参数、动态参数测试合格，最后制成高频电镀直流电源用快恢复功率整流二极管。
3 根据权利要求2所述的高频电镀用快恢复整流二极管的制造方法，其特征是在进行双面一次扩散时，先将清洗干净的单晶硅片摆放在硅舟上，在相邻的单晶硅片之间交替放置N+、 P+纸源片，在硅舟两端放置硅衬垫，经硅舟一端置放的弹簧将单晶硅片和纸源片压紧后推入扩散炉中；当硅舟温度至390 41(TC时，纸源片燃烧并使硅片被压得更紧，将硅舟从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹簧，将硅舟再次推入扩散炉中恒温区在1250'C下进行高温扩散。
4.根据权利要求2所述的高频电镀用快恢复整流二极管的制造方法，其特征是蒸镀层钛镍金或钛镍银厚度分别为O. 2 u m: 0. 5 u m: 0. 1 u m。
全文摘要
一种具有高频率特性，既适合高电压、又适合高电流密度的30KHz/2～5KA/(200～400)V的高频电镀用快恢复整流二极管及其制造方法，采用N型(100)径向单晶硅片，电阻率ρn为5～9Ω-cm，直径为48～70mm，厚度为175～185μm的单晶硅片；硅片扩散，在1250℃下进行双面一次扩散；扩散片检测；磷硅、硼硅玻璃吸收，从1250℃缓慢降温到1050℃，速率为1℃/分，恒温吸收2～3小时；继续慢降温，直至炉温降到600℃后出炉，使少子寿命τp达到12～16μS；低温扩铂，将少子寿命τp控制在4～6μS；再用12Mev电子辐照，使基区少子寿命τp为0.9～1.1μs；在硅片两面蒸镀钛-镍-金、经台面喷砂造型，去砂、清洗、腐蚀、钝化保护、中间测试、装壳、封装，测试合格后，制成成品。
文档编号H01L29/861GK101582456SQ200910303958
公开日2009年11月18日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者夏吉夫, 峰 潘, 潘福泉, 郭永亮 申请人:锦州市双合电器有限公司