专利名称：快恢复二极管制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制作工艺技术领域，更具体地说，涉及一种快恢复二极管制造方法。
背景技术：
快恢复二极管(简称FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短的半导体二极管，其主要作为整流二极管和续流二极管被应用在各种高压大电流电路中。FRD在应用时其耐压范围在400V 6500V之间。现有工艺中，对于耐压1200V以下的FRD常采用外延工艺来形成，对于耐压1200V以上的FRD常采用扩散工艺来形成，这是由于FRD耐压越高，其上轻掺杂的N型漂移区(简称N-层，本说明书中“ + ”表示重掺杂，表示轻掺杂，以后不再赘述)的厚度越厚，对于 耐压1200V的FRD就需要80 μ m厚的N-层，如此厚的N-层如果通过外延技术来形成，则对外延设备和外延后N-层的质量来说均已达到了极限，因此，对于耐压1200V以上的FRD常采用扩散工艺来形成，两种工艺过程具体如下采用外延工艺形成FRD的步骤包括1、提供N+衬底；2、在N+衬底上进行第一次外延，形成N型层，所述N型层较薄，用来作为场终止(Field Stop, FS)层；3、在所述FS层上进行第二次外延，形成N-层；4、通过光刻、刻蚀、注入、退火等步骤在所述N-层上形成P+层，该P+层作为FRD的阳极；5、在所述P+层上形成金属层I ;6、对所述N+衬底的背面进行减薄，并在其背面形成金属层2，减薄后的N+衬底作为FRD的阴极。采用外延工艺形成的FRD的结构示意图请参见图I。采用扩散工艺形成FRD的步骤包括1、提供N-衬底；2、将所述N-衬底置于扩散炉内在其正面及背面均形成N+层；3、去除N-衬底正面的N+层；4、通过光刻、刻蚀、注入、退火等步骤在所述N-衬底正面形成P+层，该P+层为FRD的阳极；5、在所述P+层上形成金属层3 ;6、在N-衬底背面的N+层上形成金属层4，所述N-衬底背面的N+层为FRD的阴极。采用扩散工艺形成的FRD的结构示意图请参见图2。对于采用外延工艺形成FRD时，一般均需要外延出较厚的N-层，而N-层越厚，制作成本就越高；对于采用扩散工艺形成的FRD，所述FRD的厚度一般较厚，这就使得FRD的导通压降增大，最终使FRD的静态功耗增大；再有，现有工艺中对于耐压1200V以下的FRD和耐压1200V以上的FRD，需要分别采用外延工艺和扩散工艺来形成，因此，现有工艺的制作方法适用范围狭窄。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种快恢复二极管制造方法，该方法制作成本低，制造出来的快恢复二极管静态功耗小，且该方法适用范围宽。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种快恢复二极管制造方法，该方法包括
提供一 N+衬底和一 N-衬底；在所述N+衬底的正面外延一 N型层作为FS层；使所述FS层的表面与N-衬底的一个表面通过键合的方式连接起来；对所述N-衬底进行减薄，并在减薄后的N-衬底的表面形成P+层及第一金属层；对所述N+衬底的背面进行减薄，并在减薄后的N+衬底的背面形成第二金属层。优选的，上述方法中，使所述FS层的表面与N-衬底的一个表面通过键合的方式连接起来，具体包括对所述FS层的表面进行抛光；对N-衬底的一个表面进行抛光； 将FS层的抛光面与N-衬底的抛光面贴合在一起；对上述贴合后的结构进行退火处理。优选的，上述方法中，所述对上述贴合后的结构进行退火处理，具体包括将上述贴合后的结构置于充满氮气的腔室内保持I 3小时。优选的，上述方法中，所述充满氮气的腔室内的温度为1000°C 1200°C。优选的，上述方法中，在减薄后的N-衬底的表面形成P+层，具体包括在所述减薄后的N-衬底的表面形成屏蔽氧化层；通过光刻、刻蚀工艺在所述屏蔽氧化层中形成有源区；通过离子注入工艺在所述有源区内形成P+层；对所述P+层进行退火处理。优选的，上述方法中，形成P+层时所注入的离子为硼离子。优选的，上述方法中，在减薄后的N-衬底的表面形成P+层及第一金属层之后，还包括在所述第一金属层上形成钝化层。优选的，上述方法中，所述钝化层为氮化硅层。优选的，上述方法中，所述FS层的厚度为5 10 μ m。优选的，上述方法中，所述N+衬底和N-衬底分别为N+单晶硅和N-单晶硅。从上述技术方案可以看出，本发明所提供的快恢复二极管制造方法，在一 N+衬底的正面外延一 N型层作为FS层，使所述FS层与另一 N-衬底通过键合的方式连接起来，从而形成了一个较厚的整体结构，之后减薄所述N-衬底，并在减薄后的N-衬底表面形成P+层及第一金属层，接着减薄N+衬底，并在减薄后的N+衬底表面形成第二金属层。首先，利用该方法既能生产耐压1200V以下的FRD，也能生产耐压1200V以上的FRD，因此，适用范围较宽；第二，该方法只需进行一次外延工艺且形成的外延层厚度较薄，因此，采用该方法制作FRD可极大地降低制作成本；第三，采用该方法制作出来的FRD，相比现有工艺中采用扩散工艺而形成的FRD，该FRD相对较薄，因此，其导通压降较小，静态功耗也较小；第四，由于该方法在制作过程中采用键合工艺形成了一个较厚的整体结构，因此，能有效地避免因衬底较薄而易于产生碎片的问题。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为现有技术中采用外延工艺所形成的FRD的结构示意图；图2为现有技术中采用扩散工艺所形成的FRD的结构示意图；图3为本发明实施例所提供的一种FRD制造方法的流程示意图；图4 图9为本发明实施例所提供的FRD制造过程中器件的剖面结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。正如背景技术部分所述，现有工艺中对于耐压1200V以下的FRD和耐压1200V以上的FRD，需要分别采用外延工艺和扩散工艺来形成，这不仅使得适用范围狭窄，而且，对于外延工艺来说，需要制备较厚的N-层，从而使得制作成本升高，对于扩散工艺来说，最终形成的FRD的导通压降较大，静态功耗较大。基于此，本发明提供了一种新的快恢复二极管(FRD)的制造方法，该方法既能克服采用外延工艺制作FRD致使成本高的问题，又能解决采用扩散工艺制作FRD导致器件性能不佳的问题，且该方法的适用范围较宽。下面结合附图详细描述本发明所提供的FRD的制造方法。参考图3，图3为本发明实施例所提供的一种FRD制造方法的流程示意图，该方法具体包括如下步骤步骤SI :提供一 N+衬底和一 N-衬底。采用扩散工艺形成FRD后致使器件性能不佳的原因在于所形成的FRD较厚，因此，必须制备出较薄的FRD ;而采用外延工艺制造FRD时又需要形成较厚的N-层，这就使得制作成本较高。基于此，发明人摈弃传统工艺，采用新的方法来制作FRD。为了制备出较薄的、性能较好的FRD，又要不采用外延工艺来形成N-层，因此，发明人提出了利用现有的N-衬底来充当FRD中的N-层，在后续工艺过程中只需将所述N-衬底与场终止层(FieldStop, FS)层较好地结合在一起就行。因此，参考图4，本步骤中首先准备出两个衬底，分别为重掺杂的N型单晶硅和轻掺杂的N型单晶硅。步骤S2 :在所述N+衬底的正面外延一 N型层作为FS层。参考图5，本步骤中采用外延技术在所述N+衬底的正面外延一层较薄的N型单晶硅，该N型单晶硅在最终所形成的FRD中充当FS层，所述FS层能有效地截止电场防止二极管击穿，同时存储电子，增加恢复曲线的软度，有效地防止恢复震荡。所述FS层的厚度较薄,一般可控制在5 10 μ m之间。步骤S3 :使所述FS层的表面与N-衬底的一个表面通过键合的方式连接起来。“键合”即是将两个抛光硅片经化学清洗和活化处理后在室温下粘贴在一起，再经过高温退火处理，使键合界面发生物理化学反应，形成强度很大的化学共价键，从而使两个硅片连接形成一个整体。键合后的界面可以承受磨片、抛光和高温处理等工艺步骤。
该步骤中使所述FS层与N-衬底通过“键合”的方式连接起来，该步骤又可包括如下几个步骤步骤S31 :对所述FS层的表面进行抛光。步骤S32 :对N-衬底的一个表面进行抛光。步骤S33 :将FS层的抛光面与N-衬底的抛光面贴合在一起。在室温条件下对所述FS层的抛光面和N-衬底的抛光面进行化学清洗，之后将FS层的抛光面与N-衬底的抛光面贴合在一起，两硅片依靠短程的分子间作用力吸合在一起。步骤S34 :对上述贴合后的结构进行退火处理。将步骤S33中贴合在一起的结构置于充满氮气的腔室内保持I 3小时，使FS层的抛光面与N-衬底的抛光面发生键合，从而形成一个整体结构，该整体结构示意图如图6 所示。所述充满氮气的腔室内的温度为1000°C 1200°C。步骤S4 :对所述N-衬底进行减薄，并在减薄后的N-衬底的表面形成P+层及第一
金属层。从所述N-衬底裸露的一面起开始减薄,减薄后的结构示意图如图7所示。由于N-衬底在FRD器件中是作为耐压层而存在的，故减薄后剩余N-衬底的厚度可视所制作的FRD的耐压情况而定，如果所制备的FRD需要承受较高的电压，则需要使减薄后的N-衬底较厚，否则，可以使所述N-衬底较薄。对N-衬底进行减薄后，接着在所述N-衬底表面形成P+层，形成所述P+层的具体工艺过程如下步骤S41 :在所述减薄后的N-衬底的表面形成屏蔽氧化层。所述屏蔽氧化层可通过热氧化生长的方式来形成，所述屏蔽氧化层的作用有一、保护N-衬底表面免受沾污；二、避免后续注入过程中对N-衬底造成过度损伤；三、作为氧化物屏蔽层，有助于控制后续注入过程中杂质的注入深度。步骤S42 :通过光刻、刻蚀工艺在所述屏蔽氧化层中形成有源区。首先在所述屏蔽氧化层上旋涂光刻胶层；然后采用相应的掩膜版(具有有源区图案的掩膜版)对所述光刻胶层进行曝光，之后显影，在所述屏蔽氧化层上形成具有有源区图案的光刻胶层；接着以所述具有有源区图案的光刻胶层为掩膜，采用刻蚀工艺在所述屏蔽氧化层中形成有源区，即刻蚀掉了部分屏蔽氧化层，所刻蚀掉的屏蔽氧化层即对应有源区的位置。最后去除所述具有有源区图案的光刻胶层。步骤S43 :通过离子注入工艺在所述有源区内形成P+层。通过离子注入工艺向所述有源区内注入硼离子，从而在有源区内形成了 P+层，参考图8，所述P+层在FRD器件中作为阳极。需要说明的是，本发明所提供的附图仅示出了对应有源区位置的器件的剖面结构示意图，对于有源区之外的区域所对应的结构在图中没有显不O步骤S44 :对所述P+层进行退火处理。在高温(1000°C 1200°C )条件下对所述P+层进行退火处理，退火一方面能够修复晶格缺陷，另一方面还能使杂质原子移动到晶格点，将其激活。参考图8，P+层形成之后，接着在其表面形成一层氧化层(图中未示出)，然后在所述氧化层内打孔，孔的位置对应P+层的部分区域，最后在所述氧化层上形成第一金属层5,所述第一金属层5将填充满氧化层内部的孔,从而使所述P+层与第一金属层5相连通。步骤S5 :在所述第一金属层上形成钝化层。为了防止所述第一金属层被氧化，故在所述第一金属层上形成钝化层，本实施例中所述钝化层为氮化硅层。步骤S6 :对所述N+衬底的背面进行减薄，并在减薄后的N+衬底的背面形成第二
金属层。本发明实施例中所述N+衬底是用来作为FRD的阴极的。由于所述N+衬底较厚，故需要先对其进行减薄，减薄后可对其进行金属化处理，参考图9，在所述N+衬底背面形成
第二金属层6。 通过以上描述可知，本发明所提供的FRD制造方法，采用现有的N-衬底作为FRD器件中的耐压层，采用现有的N+衬底作为FRD器件的阴极，通过在所述N+衬底正面外延一N型层作为FS层，然后使所述FS层与N-衬底以键合的方式连接成一个整体结构(该结构包括N+衬底、FS层和N-衬底)，最后在该整体结构的正面(N-衬底表面)制作P+层(作为FRD的阳极)及第一金属层，在该整体结构的背面(N+衬底背面或表面)制作第二金属层。该方法不仅可用来制作耐压1200V以下的FRD，也可以用来制作耐压1200V以上的FRD，因此，适用范围较宽；再有，该方法中由于只进行了一次外延工艺，且所形成的N型外延层是作为FS层的，故该层较薄，因此，可降低制作成本；第三，采用该方法制作出来的FRD，相比采用扩散工艺所形成的FRD要薄，故最终器件的导通压降小，静态功耗也小；第四，采用该方法制作FRD时，使带有FS层的N+衬底与N-衬底通过键合的方式连接成了一个整体结构，该整体结构较厚，故能够有效地避免因衬底较薄而易于产生碎片的问题。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种快恢复二极管制造方法，其特征在于，包括 提供一 N+衬底和一 N-衬底； 在所述N+衬底的正面外延一 N型层作为FS层； 使所述FS层的表面与N-衬底的一个表面通过键合的方式连接起来； 对所述N-衬底进行减薄，并在减薄后的N-衬底的表面形成P+层及第一金属层； 对所述N+衬底的背面进行减薄，并在减薄后的N+衬底的背面形成第二金属层。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，使所述FS层的表面与N-衬底的一个表面通过键合的方式连接起来，具体包括 对所述FS层的表面进行抛光； 对N-衬底的一个表面进行抛光； 将FS层的抛光面与N-衬底的抛光面贴合在一起； 对上述贴合后的结构进行退火处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对上述贴合后的结构进行退火处理，具体包括 将上述贴合后的结构置于充满氮气的腔室内保持I 3小时。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述充满氮气的腔室内的温度为1000。。 1200。。。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在减薄后的N-衬底的表面形成P+层，具体包括 在所述减薄后的N-衬底的表面形成屏蔽氧化层； 通过光刻、刻蚀工艺在所述屏蔽氧化层中形成有源区； 通过离子注入工艺在所述有源区内形成P+层； 对所述P+层进行退火处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，形成P+层时所注入的离子为硼离子。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在减薄后的N-衬底的表面形成P+层及第一金属层之后，还包括 在所述第一金属层上形成钝化层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述钝化层为氮化硅层。
9.根据权利要求I 8任一项所述的方法，其特征在于，所述FS层的厚度为5 10 μ m。
10.根据权利要求I 8任一项所述的方法，其特征在于，所述N+衬底和N-衬底分别为N+单晶娃和N-单晶娃。
全文摘要
本发明实施例公开了一种快恢复二极管制造方法，该方法包括提供一N+衬底和一N-衬底；在所述N+衬底的正面外延一N型层作为FS层；使所述FS层的表面与N-衬底的一个表面通过键合的方式连接起来；对所述N-衬底进行减薄，并在减薄后的N-衬底的表面形成P+层及第一金属层；对所述N+衬底的背面进行减薄，并在减薄后的N+衬底的背面形成第二金属层。本发明所提供的方法可制造不同耐压范围的快恢复二极管，适用范围较宽；且该方法相比外延工艺来说可降低制作成本，相比扩散工艺来说可提高所形成的快恢复二极管的性能；再有，该方法还能降低工艺过程中产生碎片的几率。
文档编号H01L21/329GK102832121SQ20111016395
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者吴振兴, 孙宝刚, 朱阳军, 赵佳, 卢烁今 申请人:中国科学院微电子研究所