快恢复二极管的制备方法与流程

1.本发明涉及快恢复二极管技术领域，具体涉及一种快恢复二极管的制备方法。


背景技术：

2.反向恢复特性是快恢复二极管最为重要的特性，影响其在应用电路中的使用，为此在芯片加工工艺中通过少子寿命控制技术来实现对恢复特性控制，传统的少子寿命控制技术工艺通常有重金属掺杂，电子辐照、氢注入和氦注入等工艺。
3.相关技术中，氢注入和氦注入通常是通过单次的高能注入的方式，在半导体器件的某一深度形成缺陷，成为复合中心，俘获载流子，降低恢复时间，同时形成软恢复性能。然而，该工艺生产的半导体器件，需要通过不同衬底材料和不同的工艺方式来满足对不同应用领域的需求，提高的衬底材料和加工成本。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题，提供了一种快恢复二极管的制备方法，通过两次进行氦注入，并对注入的能量和剂量进行控制，能够精准地控制器件的反向恢复特性，而且无需在其他正面工艺和衬底材料上进行调整，大大降低了生产成本，提升了器件整体性能。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种快恢复二极管的制备方法，包括以下步骤：在完成硅片正面工序后，从所述硅片正面在pn结到硅片背面之间且靠近pn结的第一目标区域进行氦注入，其中，在所述第一目标区域进行氦注入的能量为第一能量，剂量为第一剂量；从所述硅片正面在所述硅片正面与所述pn结之间的第二目标区域进行氦注入，其中，在所述第二目标区域进行氦注入的能量为第二能量，剂量为第二剂量；在保护气体的保护下以预设温度进行退火，以修复注入过程中的损伤，并在进行氦注入的所述第一目标区域形成第一缺陷区域，以及在进行氦注入的所述第二目标区域形成第二缺陷区域；将硅片背面减薄，采用蒸发或溅射法在硅片背面制作背面金属层，形成金属阴极层。
7.在本发明的一个实施例中，通过调节所述第一剂量大小，控制所述快恢复二极管的反向恢复特性中的拖尾电流和复合时间。
8.在本发明的一个实施例中，所述第一剂量越大，对应的，所述拖尾电流越小，所述复合时间越短；所述第一剂量越小，对应的，所述拖尾电流越大，所述复合时间越长。
9.在本发明的一个实施例中，所述第一剂量的范围为1e13～5e15，所述第一能量的范围为2～10mev。
10.在本发明的一个实施例中，根据所述硅片正面的注入效率，通过调节所述第二剂量调节所述注入效率，以调节所述快恢复二极管反向恢复特性中的反向峰值电流和贮存时间。
11.在本发明的一个实施例中，在所述注入效率大于预设效率时，通过调小所述第二剂量以降低所述注入效率，对应的，所述反向峰值电流降低，所述贮存时间缩短；在所述注
入效率小于所述预设效率时，通过调大所述第二剂量以提高所述注入效率，对应的，所述反向峰值电流提高，所述贮存时间增长。
12.在本发明的一个实施例中，所述第二剂量的范围为1e13～5e15，所述第二能量的范围为1～4mev。
13.在本发明的一个实施例中，所述第二能量小于所述第一能量。
14.在本发明的一个实施例中，所述预设温度处于280℃～350℃的范围内。
15.本发明的有益效果：
16.本发明通过两次进行氦注入，并对注入的能量和剂量进行控制，能够精准地控制器件的反向恢复特性，而且无需在其他正面工艺和衬底材料上进行调整，大大降低了生产成本，提升了器件整体性能。
附图说明
17.图1为本发明实施例的快恢复二极管的制备方法的流程图；
18.图2为本发明一个实施例的快恢复二极管的反向恢复特性曲线示意图；
19.图3为本发明一个实施例的快恢复二极管的剖面图。
具体实施方式
20.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。
21.图1是根据本发明实施例的快恢复二极管的制备方法的流程图。
22.如图1所示，本发明实施例的快恢复二极管的制备方法可包括以下步骤：
23.s1，在完成硅片正面工序后，从硅片正面在pn结到硅片背面之间且靠近pn结的第一目标区域进行氦注入。其中，在第一目标区域进行氦注入的能量为第一能量，剂量为第一剂量。
24.具体而言，可先按照正常工艺进行硅片正面工序，该硅片正面工序为常规工序。具体地，首先对带有n-型外延层的硅片清洁处理后进行氧化处理，在硅片正面形成场氧化层，然后在硅片正面经光刻、腐蚀出有源区窗口，用离子注入机将p型离子注入到有源区内，注入能量处于30～180kev的范围内，注入剂量处于1e13～1e14的范围内，将硅片放置于高温扩散炉中，对p型杂质进行推进形成p掺杂有源区和终端p型场限环，其结深可控制在6～9um，在场氧化层的有源区窗口内通过注入和扩散形成p+型杂质层，再在硅片正面淀积多晶硅，并对多晶硅进行p型杂质掺杂，光刻和刻蚀有源区窗口内的多晶硅，并光刻和刻蚀出有源区窗口内的电极孔及终端多晶硅场板层，在硅片正面采用金属溅射或蒸发，经光刻腐蚀形成欧姆接触的金属阳极层，在芯片正面完成常规的终端结构钝化保护，由此完成硅片的正面工序。
25.进一步而言，在完成硅片的正面工序后，从硅片正面进行氦注入，注入的区域为第一目标区域，即pn结到硅片背面之间且靠近pn结的区域，其中，在第一目标区域进行氦注入的能量为第一能量，剂量为第一剂量。
26.其中，第一剂量的范围为1e13～5e15，第一能量的范围为2～10mev。
27.可以理解的是，如图2所示，快恢复二极管的反向恢复特性从其曲线特点上可以分为两个部分，以反向峰值电流irrm为分界线，前一部分为贮存时间ta，后一部分为复合时间tb。一般地，当ta》tb时为硬恢复，而ta《tb时为软恢复。具有软恢复特性的快恢复二极管在工作时不会带来明显的电流和电压震荡，剧烈的电流和电压震荡会影响到系统的emi和emc。软恢复的快恢复二极管也不会使得器件上具有接近或超出额定电压的电压尖峰(该电压尖峰会影响开关器件的安全运行)。因此，软恢复能力是快恢复二极管重要的性能。
28.下面结合具体实施例来详细说明如何通过调节第一目标区域氦注入的剂量来控制快恢复二极管的反向恢复特性中的拖尾电流和复合时间。
29.在本发明的一个实施例中，通过调节第一剂量大小，控制快恢复二极管的反向恢复特性中的拖尾电流和复合时间。
30.其中，第一剂量越大，对应的，拖尾电流越小，复合时间越短；第一剂量越小，对应的，拖尾电流越大，复合时间越长。
31.具体而言，通过在第一目标区域注入不同剂量的氦，可在该区域形成不同浓度的间接复合中心，以对拖尾电流的载流子进行俘获。其中，在第一目标区域注入的氦的剂量越大，对应的间接复合中心的浓度就越高。
32.其中，根据srh复合模型理论可知，载流子寿命与复合中心的浓度成反比，即
[0033][0034]
其中，τ为载流子寿命，rn为电子俘获系数，r
p
为空穴俘获系数，n
t
为间接复合中心浓度，n0为平衡电子浓度，n1为本征载流子浓度，δp为非平衡空穴浓度。
[0035]
由此可知，可通过调大第一剂量提高间接复合中心的浓度，从而降低载流子寿命和拖尾电流，相应的，可缩短复合时间tb；可通过调小第一剂量降低间接复合中心的浓度，从而提高载流子寿命和拖尾电流，相应的，可延长复合时间tb。
[0036]
需要说明的是，在不同的有源区设计中，pn结深度会有所不同，因此，可根据不同的pn结位置选取注入的第一能量，以使间接复合中心处于pn结到硅片背面之间且靠近pn结的第一目标区域中。
[0037]
s2，从硅片正面在硅片正面与pn结之间的第二目标区域进行氦注入。其中，在第二目标区域进行氦注入的能量为第二能量，剂量为第二剂量。
[0038]
进一步而言，再次从硅片正面进行氦注入，深度在硅片正面与pn结之间的区域，即第二目标区域。其中，在第二目标区域进行氦注入的能量为第二能量，剂量为第二剂量。
[0039]
其中，第二剂量的范围为1e13～5e15，第二能量的范围为1～4mev。
[0040]
下面结合具体实施例来详细说明如何通过调节第二剂量调节大小来调节快恢复二极管反向恢复特性中的反向峰值电流irrm和贮存时间。
[0041]
在本发明的一个实施例，根据硅片正面的注入效率，通过调节第二剂量调节注入效率，以调节快恢复二极管反向恢复特性中的反向峰值电流和贮存时间。
[0042]
在本发明的一个实施例，在注入效率大于预设效率时，通过调小第二剂量以降低注入效率，对应的，反向峰值电流降低，贮存时间缩短；在注入效率小于预设效率时，通过调大第二剂量以提高注入效率，对应的，反向峰值电流提高，贮存时间增长。
[0043]
具体而言，正面注入效率过大会导致反向峰值电流较高，贮存时间较长；而正面注入效率过小会导致反向峰值电流较低，贮存时间较短。由此，可实时检测获取硅片正面的注入效率，并在注入效率大于预设效率时(说明注入效率较大)，调小第二剂量以降低注入效率，进而使得反向峰值电流降低，贮存时间缩短；在注入效率小于预设效率时(说明注入效率较小)，调大第二剂量以提高注入效率，进而使得反向峰值电流提高，贮存时间增长。
[0044]
需要说明的是，第二能量小于第一能量，以确保控制区域位于正面表面到pn结之间的区域。
[0045]
s3，在保护气体的保护下以预设温度进行退火，以修复注入过程中的损伤，并在进行氦注入的第一目标区域形成第一缺陷区域，以及在进行氦注入的第二目标区域形成第二缺陷区域。
[0046]
具体而言，在完成上述氦注入后，在保护气体(例如，氮气)的保护下以预设温度进行退火，以修复还注入过程中的损伤，例如，修复氦注入过程中器件晶格受损的部分，以及消除热不稳定的间接复合中心，并使氦注入后的缺陷区域成为稳定缺陷，即在进行氦注入的第一目标区域形成第一缺陷区域，以及在进行氦注入的第二目标区域形成第二缺陷区域。其中，如图3所示，退火后形成的第一缺陷区域处于pn结到硅片背面之间且靠近pn结的区域，第二缺陷区域处于硅片正面与pn结之间的区域。
[0047]
其中，保护气体也可替换为真空以进行保护。
[0048]
s4，将硅片背面减薄，采用蒸发或溅射法在硅片背面制作背面金属层，形成金属阴极层。
[0049]
进一步而言，可进行常规的器件背面金属化工序，将硅片背面减薄，采用蒸发或溅射法在硅片背面制作背面金属层，形成金属阴极层。
[0050]
由此，本发明通过多次氦注入，通过注入能量的控制，精准控制缺陷产生的区域，使得在pn结到器件正面之间和pn结到器件背面之间区域下有不同的缺陷，pn结到正面之间的缺陷俘获正面注入的载流子，而pn结到背面之间的缺陷会对拖尾电流中的部分载流子进行俘获，通过这个方式可以精准控制器件的反向恢复特性，而且不用在其他正面工艺和衬底材料上进行调整，规模化生产时大大降低成本和提升器件特性。
[0051]
综上所述，根据本发明实施例的快恢复二极管的制备方法，在完成硅片正面工序后，从硅片正面在pn结到背面之间且靠近pn结的第一目标区域进行氦注入，其中，在第一目标区域进行氦注入的能量为第一能量，剂量为第一剂量，并从硅片正面在硅片正面与pn结之间的第二目标区域进行氦注入，其中，在第二目标区域进行氦注入的能量为第二能量，剂量为第二剂量，以及在保护气体的保护下以预设温度进行退火，以修复还注入过程中的损伤，并在进行氦注入的第一目标区域形成第一缺陷区域，并在进行氦注入的第二目标区域形成第二缺陷区域，以及将硅片背面减薄，采用蒸发或溅射法在硅片背面制作背面金属层，形成金属阴极层。由此。通过两次进行氦注入，并对注入的能量和剂量进行控制，能够精准地控制器件的反向恢复特性，而且无需在其他正面工艺和衬底材料上进行调整，大大降低了生产成本，提升了器件整体性能。
[0052]
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非
另有明确具体的限定。
[0053]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0054]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0055]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0056]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0057]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0058]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路
的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0059]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0060]
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0061]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。