快恢复二极管及其制作方法与流程

【技术领域】

本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别地，涉及一种快恢复二极管及其制作方法。

背景技术：

现代电力电子电路中的主回路不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件，如gto，mosfet，igbt等，都需要一个与之并联的功率快恢复二极管，以通过负载中的无功电流，减小主开关器件电容的充电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向时由寄生电感感应产生的高电压。近几年来，随着功率半导体器件制造技术的不断进步，电力电子电路中的主开关器件－vdmos、igbt等新型功率半导体器件的设计与制造取得了巨大的进步，频率性能不断提高，这对与之配套使用的功率快恢复二极管提出了更高的要求。所以，该二极管必须具有短的反向恢复时间和极佳的综合性能。具有p-i-n结构的快恢复二极管以高耐压和高开关速度成为高压领域应用的首选器件。

为使二极管的反向恢复速度加快，降低漂移区的少数载流子寿命是必须的。目前常用的方法是扩金、扩铂或电子辐照三种方法，在二级管的漂移区内形成缺陷，进而降低漂移区的少子寿命。由于是通过形成缺陷减少少子寿命，缺陷同时也会使器件正向压降增大。电子辐照长期可靠性差，扩金漏电流太大。扩铂漏电小，但通态电压高，可靠性差(扩铂材料过程会引入缺陷和可动电荷)。目前常用的扩铂方法如下：1.完成器件正面结构后在器件正面或背面制备一定厚度的铂材料，然后进行退火，使铂材料通过扩散的方法进入硅片内部；2.完成铂材料扩散后，进行清洗，再在器件背面制备背面金属层。然而，该方法形成的器件的缺陷浓度分布中，由于少子复合主要在漂移区出现，因此只有在漂移区内的铂材料才会对减少复合时间有贡献，其余位置的铂材料由于在器件内会形成缺陷，增加器件压降，降低器件性能。同时铂材料扩散过程中，大量可动电荷也会进入到器件体内，可动电荷会增大产品漏电，增加开关损耗，影响产品可靠性。

技术实现要素：

针对现有方法的不足，提出了一种快恢复二极管及其制作方法，可改善快恢复二极管的缺陷密度分布。

一种快恢复二极管，其包括n型外延层、形成于所述n型外延层的第一表面的快恢复二极管正面结构、形成于所述n型外延层远离所述快恢复二极管的正面结构的第二表面的第一沟槽与第二沟槽、形成于所述第一沟槽与所述第二沟槽表面的铂材料层、以及形成于所述n型外延层表面与所述铂材料层表面的金属层，所述金属层作为背面电极。

在一种实施方式中，所述第一沟槽远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度大于邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的第一沟槽宽度。

在一种实施方式中，所述第二沟槽远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度大于邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的第二沟槽宽度。

在一种实施方式中，所述第一沟槽中的铂材料层与所述第二沟槽中的铂材料层连接于一体。

在一种实施方式中，所述第一沟槽与所述第二沟槽轴对称设置。

一种快恢复二极管的制作方法，其包括如下步骤：

提供n型衬底，在所述n型衬底上形成n型外延层，在所述n型外延层远离所述n型衬底的表面形成快恢复二极管正面结构；

进行背面减薄处理去除所述n型衬底，在所述n型外延层远离所述快恢复二极管正面结构的表面形成第一氧化硅层；

在所述第一氧化硅层表面形成光刻胶，形成贯穿所述光刻胶的第一开口与第二开口；

使用光刻胶作为掩膜，蚀刻所述第一氧化硅层以形成贯穿所述第一氧化硅层且对应所述第一开口的第三开口及对应所述第二开口的第四开口；使用所述第一、第二、第三及第四开口作为窗口蚀刻所述n型外延层，从而在所述n型外延层表面形成对应所述第一及第三开口的第一沟槽及对应所述第二及第四开口的第二沟槽；

去除所述光刻胶；

在所述两个沟槽表面形成铂材料层，对所述铂材料层所在侧进行第一次激光退火、铂扩散，然后进行热氧化，从而在所述铂材料层表面形成第二氧化硅层，所述第二氧化硅层与剩余的所述第一氧化硅层连接成整层的氧化硅层；及

在所述氧化硅层表面形成金属层，所述金属层作为背面电极。

在一种实施方式中，所述第三开口的宽度大于所述第一开口的宽度，所述第四开口的宽度大于所述第二开口的宽度。

在一种实施方式中，所述第一沟槽远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度等于所述第三开口的宽度，所述第一沟槽邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的宽度等于所述第一开口的宽度；所述第二沟槽远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度等于所述第四开口的宽度，所述第二沟槽邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的宽度等于所述第二开口的宽度。

在一种实施方式中，所述方法还包括以下步骤：对所述氧化硅层一侧进行第二次激光退火，使得铂材料层进一步扩散，从而两个沟槽的铂材料层连接于一体。

在一种实施方式中，所述第一沟槽与所述第二沟槽轴对称设置。

本发明提出了一种具有短的反向恢复时间和极佳的综合性能的快恢复二极管，其制作方法先将器件正面结构制作完毕，然后做背面减薄，去除衬底。然后在器件背面形成特殊的扩散窗口，再进行低温铂扩散，扩散后背面进行激光退火，使铂扩散到外延区域，不影响器件正面结构。使用该方法形成的铂材料缺陷在决定反向恢复时间的漂移区内铂材料浓度大，少子寿命最小；而在对反向恢复影响不大的区域，则铂材料浓度相对较低，降低了器件正向压降。本发明快恢复二极管的制作方法的原理是通过调整铂材料浓度分布使漂移区附近少子寿命较低，远离漂移区的位置仍然保持较高的少子寿命，协调了反向恢复时间与通态压降之间的矛盾。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所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它的附图，其中：

图1是本发明快恢复二极管的制作方法的流程图。

图2-图10是图1所示制作方法的各步骤的结构示意图。

【主要元件符号说明】

步骤s1-s9；第一开口101；第二开口102；第三开口103；第四开口104；第一沟槽105；第二沟槽106；

【具体实施方式】

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有方法形成的快恢复二极管的缺陷浓度分布不理想导致增加器件压降、降低器件性能的技术问题，本发明提供一种快恢复二极管的制作方法。请参阅图1-图10，所述图1是本发明快恢复二极管的制作方法的流程图，图2-图10是图1所示制作方法的各步骤的结构示意图。所述快恢复二极管的制作方法包括以下步骤s1-s9。

步骤s1，请参阅图2，提供n型衬底，在所述n型衬底上形成n型外延层(即图2-图10所示n型epi)，在所述n型外延层远离所述n型衬底的表面形成快恢复二极管正面结构。

步骤s2，请参阅图3，进行背面减薄处理去除所述n型衬底，在所述n型外延层远离所述快恢复二极管正面结构的表面形成第一氧化硅层sio2。

步骤s3，请参阅图4，在所述第一氧化硅层sio2表面形成光刻胶，形成贯穿所述光刻胶的第一开口101与第二开口102。本实施方式中，所述第一开口101与所述第二开口102的宽度相同。

步骤s4，请参阅图5，使用光刻胶作为掩膜，蚀刻所述第一氧化硅层以形成贯穿所述第一氧化硅层sio2且对应所述第一开口101的第三开口103及对应所述第二开口102的第四开口104。具体地，所述步骤s4中，所述刻蚀可以采用湿法刻蚀。进一步地，本实施方式中，所述第三开口103的宽度大于所述第一开口101的宽度，所述第四开口104的宽度大于所述第二开口102的宽度。

步骤s5，请参阅图6，使用所述第一、第二、第三及第四开,101、102、103、104作为窗口蚀刻所述n型外延层，从而在所述n型外延层表面形成对应所述第一及第三开口101、103的第一沟槽105及对应所述第二及第四开口102、104的第二沟槽106。具体地，所述步骤s5中，所述刻蚀可以采用干法刻蚀。所述第一沟槽105远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度等于所述第三开口103的宽度，所述第一沟槽101邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的宽度等于所述第一开口101的宽度；所述第二沟槽106远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度等于所述第四开口104的宽度，所述第二沟槽106邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的宽度等于所述第二开口102的宽度。所述第一沟槽105与所述第二沟槽106轴对称设置。

步骤s6，请参阅图7，去除所述光刻胶。

步骤s7，请参阅图8，在所述两个沟槽105、106表面形成铂材料层pt，对所述铂材料层pt所在侧进行第一次激光退火、铂扩散，然后进行热氧化，从而在所述铂材料层pt表面形成第二氧化硅层sio2’，所述第二氧化硅层sio2’与剩余的所述第一氧化硅层sio2连接成整层的氧化硅层。

步骤s8，请参阅图9，对所述氧化硅层一侧进行第二次激光退火，使得铂材料层pt进一步扩散，从而两个沟槽105、106的铂材料层pt连接于一体。

步骤s9，请参阅图10，在所述氧化硅层表面形成金属层，所述金属层作为背面电极，从而完成所述快恢复二极管100的制造。

进一步地，如图10所示，所述步骤s1-s9获得的快恢复二极管100包括n型外延层(即n型epi)、形成于所述n型外延层的第一表面的快恢复二极管正面结构、形成于所述n型外延层远离所述快恢复二极管的正面结构的第二表面的第一沟槽105与第二沟槽106、形成于所述第一沟槽与所述第二沟槽表面的铂材料层pt、以及形成于所述n型外延层表面与所述铂材料层表面的金属层，所述金属层作为背面电极。

其中，所述第一沟槽105远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度大于邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的第一沟槽105宽度。所述第二沟槽106远离所述快恢复二极管正面结构的部分的沟槽宽度大于邻近所述快恢复二极管正面结构的部分的第二沟槽106宽度。所述第一沟槽105中的铂材料层pt与所述第二沟槽106中的铂材料层pt连接于一体。所述第一沟槽105与所述第二沟槽106轴对称设置。

本发明提出了一种具有短的反向恢复时间和极佳的综合性能的快恢复二极管，其制作方法先将器件正面结构制作完毕，然后做背面减薄，去除衬底。然后在器件背面形成特殊的扩散窗口，再进行低温铂扩散，扩散后背面进行激光退火，使铂扩散到外延区域，不影响器件正面结构。使用该方法形成的铂材料缺陷在决定反向恢复时间的漂移区内铂材料浓度大，少子寿命最小；而在对反向恢复影响不大的区域，则铂材料浓度相对较低，降低了器件正向压降。本发明快恢复二极管的制作方法的原理是通过调整铂材料浓度分布使漂移区附近少子寿命较低，远离漂移区的位置仍然保持较高的少子寿命，协调了反向恢复时间与通态压降之间的矛盾。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。