高压快恢复二极管的制备方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种高压快恢复二极管的制备方法。


背景技术：

2.高压快恢复二极管常用作开关器件的续流二极管，或者是在高频变压器后作为输出的整流器。pin型二极管由于正向导通过程中，漂移区中存在大量电子-空穴对，在pin二极管发生关断时，pin二极管不能立刻关断，漂移区中的电子-空穴需要复合消失。为提高pin二极管的反向恢复速度，常常采用寿命控制技术以降低载流子的寿命。
3.高压快恢复二极管由于采用寿命控制技术，在高压快恢复二极管反向恢复过程中，反向电流达到最大值irrm后，由于高压快恢复二极管的体内载流子减少，电流可能瞬间减小，从而导致很高的di/dt。而高di/dt，会由于寄生电感的存在，导致器件端出现很高的电压尖峰，从而导致器件损坏，也即现有的高压快恢复二极管的软度不佳。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术提供一种高压快恢复二极管的制备方法，以解决现有的高压快恢复二极管软度不佳的问题。
5.本技术提供一种高压快恢复二极管的制备方法，包括：提供一第一n型衬底；在所述第一n型衬底上形成n型外延层；在所述n型外延层远离所述第一n型衬底的一侧设置第一铂材料层，并进行第一次退火处理，所述第一次退火处理的退火温度为860至950℃；去除所述第一铂材料层；提供一第二n型衬底；在所述第二n型衬底的一侧形成第二铂材料层，并进行第二次退火处理；其中，所述第一次退火处理的退火温度大于所述第二次退火处理的退火温度，所述第二次退火处理的退火温度为750至930℃；去除所述第二铂材料层；将所述第一n型衬底远离所述n型外延层的一面与所述第二n型衬底键合；以及在所述n型外延层远离所述第二n型衬底的一侧形成阳极，并在所述第二n型衬底远离所述n型外延层的一侧形成阴极。
6.其中，所述第一次退火处理的退火温度为905至949℃，所述第二次退火处理的退火温度为880至930℃。
7.其中，所述第一次退火处理的退火时间为30至300分钟，所述第二次退火处理的退火时间为20至300分钟。
8.其中，在所述去除所述第一铂材料层之后，以及所述提供一第二n型衬底之前，还包括：
去除所述第一n型衬底以及部分所述n型外延层，以使所述n型外延层的厚度为40至100微米；所述将所述第一n型衬底远离所述n型外延层的一面与所述第二n型衬底键合，包括：将所述n型外延层与所述第二n型衬底键合。
9.其中，在所述去除所述第二铂材料层之后；以及将所述第一n型衬底远离所述n型外延层的一面与所述第二n型衬底键合之前，还包括：去除部分所述第二n型衬底，以使所述第二n型衬底的厚度为100至600微米。
10.其中，在所述去除所述第一铂材料层之后，以及所述n型外延层远离所述第一n型衬底的一侧形成阳极之前，还包括：对所述n型外延层以及所述第一n型衬底进行第一次电子辐照，并进行第三次退火处理。
11.其中，在所述去除所述第二铂材料层之后，以及所述将所述第一n型衬底远离所述n型外延层的一面与所述第二n型衬底键合之前，还包括：对所述第二n型衬底进行第二次电子辐照，并进行第四次退火处理，其中，所述第一次电子辐照的辐照剂量大于所述第二次电子辐照的辐照剂量。
12.其中，所述第一次电子辐照的辐照剂量为100至500千戈瑞，所述第二次电子辐照的辐照剂量为30至400千戈瑞，所述第三次退火处理的退火温度以及所述第四次退火处理的退火温度为300至400℃。
13.其中，所述第二n型衬底的载流子寿命为所述第一n型衬底以及所述n型外延层的载流子寿命的5倍以上。
14.其中，所述第一次退火处理的退火温度为910℃，所述第二次退火处理的退火温度为895℃，所述第一次退火处理的退火时间以及所述第二次退火处理的退火时间为60分钟。
15.在本技术中，通过对设置于第一n型衬底和n型外延层上的第一铂材料层和对设置于第二n型衬底上的第二铂材料层分别进行第一次退火处理和第二次退火处理，第一次退火处理的温度大于第二次退火处理的温度，第一次退火处理和第二次退火处理的退火温度分别为860至950℃和750至930℃，并将第一n型衬底和n型外延层与第二n型衬底键合，从而使得第一n型衬底和n型外延层中的载流子浓度小于第二n型衬底中的载流子浓度，也即阳极侧的载流子浓度小于阴极侧的载流子浓度，进而使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，也即使得高压快恢复二极管的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管的软度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
17.图1是本技术提供的高压快恢复二极管的制备方法的流程示意图；图2-图8是本技术提供的高压快恢复二极管的制备方法的结构流程示意图；
图9是本技术提供的高压快恢复二极管和现有的高压快恢复二极管在100%if下的电流反向曲线图；图10是本技术提供的高压快恢复二极管和现有的高压快恢复二极管在10%if下的电流反向曲线图；图11是本技术提供的高压快恢复二极管和现有的高压快恢复二极管在10%if下的电压反向曲线图；图12为本技术提供的高压快恢复二极管中的阴极侧与阳极侧的载流子寿命数据图。
18.附图标记：10、高压快恢复二极管；100、第一n型衬底；200、n型外延层；210、p型区；300、第二n型衬底；310、n型缓冲区；320、n型阴极区。
具体实施方式
19.下面结合附图，对本技术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技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
20.本技术提供一种高压快恢复二极管的制备方法，包括：提供一第一n型衬底，在第一n型衬底的一侧形成n型外延层，在n型外延层远离第一n型衬底的一侧设置第一铂材料层，并进行第一次退火处理，去除第一铂材料层，然后，提供一第二n型衬底，在第二n型衬底的一侧形成第二铂材料层，并进行第二次退火处理；第一次退火处理的温度大于第二次退火处理的温度，第一次退火处理和第二次退火处理的退火温度分别为860至950℃和750至930℃，去除第二铂材料层，将第一n型衬底与第二n型衬底键合；在n型外延层远离第二n型衬底的一侧形成阳极，并在第二n型衬底远离n型外延层的一侧形成阴极。
21.在本技术中，通过对设置于第一n型衬底和n型外延层上的第一铂材料层和对设置于第二n型衬底上的第二铂材料层分别进行第一次退火处理和第二次退火处理，第一次退火处理的温度大于第二次退火处理的温度，第一次退火处理和第二次退火处理的退火温度分别为860至950℃和750至930℃，并将第一n型衬底和n型外延层与第二n型衬底键合，从而使得第一n型衬底和n型外延层中的载流子浓度小于第二n型衬底中的载流子浓度，也即阳极侧的载流子浓度小于阴极侧的载流子浓度，进而使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，也即使得高压快恢复二极管的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管的软度。
22.请参阅图1，图1是本技术提供的高压快恢复二极管的制备方法的流程示意图。
23.本技术提供一种高压快恢复二极管的制备方法，包括：b11、提供一第一n型衬底。
24.图2-图8是本技术提供的高压快恢复二极管的制备方法的结构流程示意图。具体的，第一n型衬底100的材质为cz硅，电阻率为0.001至0.01欧姆
·
米，第一n型衬底100掺杂杂质元素以形成高压快恢复二极管10的第一漂移部，杂质元素可以是砷、磷或锑等。
25.b12、在第一n型衬底上形成n型外延层。
26.具体的，在第一n型衬底100上生长n型外延层200。
27.在一实施例中，n型外延层200的厚度为50-120微米。具体的，n型外延层200的厚度可以为50微米、60微米、80微米、100微米或120微米等。
28.在一实施例中，在步骤b12之后，还包括：在n型外延层200远离第一n型衬底100的一侧上生长氧化层，氧化层的厚度为0.5-2微米。具体的，氧化层的厚度可以为0.5微米、0.8微米、1.5微米或2微米等。
29.然后，对氧化层进行光刻，以暴露部分n型外延层200；然后，通过硼离子注入并推结制作间隔设置的p型区210及终端p型区210，离子注入剂量1e12-5e15cm-2
，注入能量50kev-1mev；然后，去除氧化层。
30.在本技术中，在n型外延层200上设置氧化层，用于做阻挡层，以形成具有p型区210以及终端p型的n型外延层200。
31.b13、在n型外延层远离第一n型衬底的一侧设置第一铂材料层，并进行第一次退火处理，第一次退火处理的退火温度为860至950℃。
32.具体的，在n型外延层200远离第一n型衬底100的一侧通过溅射或蒸发一层铂，形成第一铂材料层，并进行第一次退火处理，第一次退火处理为高温退火处理，第一次退火处理的退火温度为860至950℃，第一次退火处理的退火时间为30至300分钟。进一步的，第一次退火处理的退火温度可以为860℃、870℃、900℃或950℃等，第一次退火处理的退火时间可以为30分钟、60分钟、150分钟、200分钟或300分钟等。
33.在本技术中，通过对设置于第一n型衬底100和n型外延层200上的第一铂材料层进行高温退火处理，第一次退火处理的退火温度为860至950℃，使得可以降低第一n型衬底100和n型外延层200的载流子寿命，也即降低阳极侧的载流子寿命，从而提高高压快恢复二极管10的软度；同时，将第一次退火处理的退火时间设置为30至300分钟，以进一步降低阳极侧的载流子寿命，进而提高高压快恢复二极管10的软度。
34.b14、去除第一铂材料层。
35.在一实施例中，在b14之后，还包括：去除第一n型衬底100以及部分n型外延层200，去掉的n型外延层200的厚度为5-20微米，以使n型外延层200的厚度为40至100微米。
36.在本技术中，通过对n型外延层200进行减薄处理，使得其厚度降低至为40至100微米，以进一步降低阳极侧的载流子寿命，进而提高高压快恢复二极管10的软度。
37.b15、提供一第二n型衬底。
38.具体的，提供一第二n型衬底300，第二n型衬底300的材料为fz硅，用以形成高压快恢复二极管10的第二漂移部、缓冲区和n型阴极区320；在第二n型衬底300的一面进行磷离子注入并推结，形成n型缓冲区310和n型阴极区320，n型缓冲区310位于n型阴极区320以及第二漂移部之间。
39.b16、在第二n型衬底的一侧形成第二铂材料层，并进行第二次退火处理；其中，第一次退火处理的退火温度大于第二次退火处理的退火温度，第二次退火处理的退火温度为750至930℃。
40.具体的，在n型阴极区320远离第二漂移部的一侧通过溅射或蒸发一层铂，以形成第二铂材料层，并进行第二退火处理，第二退火处理为低温退火处理，第二次退火处理的退
火温度为750至930℃，第二次退火处理的退火时间为20至300分钟。进一步的，第二次退火处理的退火温度可以为750℃、800℃、860℃、900℃或930℃等，第二次退火处理的退火时间可以为20分钟、80分钟、150分钟、250分钟或300分钟等。
41.在本技术中，通过对设置于第二n型衬底300上的第二铂材料层进行低温退火处理，第二次退火处理的退火温度为750至930℃，使得可以提高第二n型衬底300载流子寿命，也即提高阴极侧的载流子寿命，从而提高高压快恢复二极管10的软度；同时，将第二次退火处理的退火时间设置为20至300分钟，以进一步提高阴极侧的载流子寿命，进而使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，提高高压快恢复二极管10的软度。
42.在本技术中，通过对设置于第一n型衬底100和n型外延层200上的第一铂材料层进行高温退火处理，使得可以降低阳极侧的载流子寿命，并通过对设置于第二n型衬底300上的第二铂材料层进行低温退火处理，使得可以提高阴极侧的载流子寿命，进而使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。
43.在一实施例中，第一次退火处理的退火温度为905至949℃，第二次退火处理的退火温度为880至930℃。将第一次退火处理的退火温度以及第二次退火处理的退火温度设置在此范围内，进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。
44.在一实施例中，第一次退火处理的退火温度与第二次退火处理的退火温度的差值大于10℃。将第一次退火处理的退火温度以及第二次退火处理的退火温度的差值设置在此范围内，以进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。
45.在一实施例中，第一次退火处理的退火温度为910℃，第二次退火处理的退火温度为895℃，第一次退火处理的退火时间以及第二次退火处理的退火时间为60分钟，以进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。
46.b17、去除第二铂材料层。
47.在一实施例中，在步骤b17之后，还包括：去除部分第二n型衬底300，也即去除部分第二漂移部，以使第二n型衬底300的厚度为100至600微米。
48.在本技术中，通过对第二n型衬底300进行减薄处理，使得其厚度降低至为100至600微米，以进一步提高阴极侧的载流子寿命，进而提高高压快恢复二极管10的软度。
49.b18、将第一n型衬底远离n型外延层的一面与第二n型衬底键合。
50.具体的，将n型外延层200与第二n型衬底300键合，进一步的，将第一漂移部与第二漂移部键合。
51.b19、在n型外延层远离第二n型衬底的一侧形成阳极，并在第二n型衬底远离n型外延层的一侧形成阴极。
52.具体的，在n型外延层200远离第二n型衬底300的一侧形成阳极，并在n型阴极区320远离n型外延层200的一侧形成阴极，获得高压快恢复二极管10。
53.在本技术中，通过对阳极侧的第一铂材料层进行高温退火处理，使得可以降低阳极侧的载流子寿命，并通过对阴极侧的第二铂材料层进行低温退火处理，使得可以提高阴极侧的载流子寿命，将阴极侧与阳极侧键合得到的高压快恢复二极管10，得到的高压快恢复二极管10的阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。
54.需要说明的是，图9-图11中的结构1为采用传统方式制备的高压快恢复二极管，结构2为采用本技术提供的制备方法制备得到的高压快恢复二极管10。利用tcad仿真软件，可知，采用本技术提供的制备方法制备高压快恢复二极管10与采用传统方式制备的高压快恢复二极管这两种结构在100%额定电流下，具有相同的vf。
55.由图9可知，采用本技术提供的方式制备的高压快恢复二极管10与传统的方式制备的高压快恢复二极管在100%额定电流下关断的反向恢复电流曲线，本技术提供的方式制备的高压快恢复二极管10具有更低的反向峰值电流，更好的软度。
56.由图10可知，采用本技术提供的方式制备的高压快恢复二极管10与传统的方式制备的高压快恢复二极管在10%额定电流下关断的反向恢复电流曲线，本技术提供的方式制备的高压快恢复二极管10具有更低的反向峰值电流，更好的软度。
57.由图11可知，采用本技术提供的方式制备的高压快恢复二极管10与传统的方式制备的高压快恢复二极管在10%额定电流下关断的反向恢复电压曲线，本技术提供的方式制备的高压快恢复二极管10具有更低的反向峰值电压。
58.由图12可知，采用本技术提供的制备方法制备高压快恢复二极管10，其阳极侧的载流子寿命低于阴极侧的载流子寿命，阴极侧的载流子寿命为阳极侧的载流子寿命的至少5倍以上，阴极侧的载流子寿命最高为阳极侧的载流子寿命的至少20倍以上。
59.在另一实施例中，在去除第一铂材料层之后，在n型外延层200远离第一n型衬底100的一侧形成阳极之前，还包括：对n型外延层200以及第一n型衬底100进行第一次电子辐照，并进行第三次退火处理。
60.在本技术中，对n型外延层200以及第一n型衬底100进行第一次电子辐照，进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。在对n型外延层200以及第一n型衬底100进行电子辐照处理的步骤需要在对n型外延层200以及第一n型衬底100进行铂扩散的步骤之前进行，才能起到进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命。
61.在另一实施例中，在去除第二铂材料层之后，在将第一n型衬底100远离n型外延层200的一面与第二n型衬底300键合之前；对第二n型衬底300进行第二次电子辐照，并进行第四次退火处理，其中，第一次电子辐照的辐照剂量大于第二次电子辐照的辐照剂量。
62.在本技术中，对第二n型衬底300进行第二次电子辐照，并将第一次电子辐照的辐照剂量设置为大于第二次电子辐照的辐照剂量，进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，进而使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。
63.在另一实施例中，第一次电子辐照的辐照剂量为100至500千戈瑞，第二次电子辐
照的辐照剂量为30至400千戈瑞，第三次退火处理的退火温度以及第四次退火处理的退火温度为300至400℃。具体的，第一次电子辐照的辐照剂量为100kgy、111kgy、186kgy、253kgy、297kgy、355kgy、432kgy或500kgy等，第二次电子辐照的辐照剂量为30kgy、44kgy、89kgy、123kgy、178kgy、244kgy、377kgy或400kgy等，第三次退火处理的退火温度以及第四次退火处理的退火温度为300℃、324℃、360℃、387℃或400℃等。将第一次电子辐照的辐照剂量以及第二次电子辐照的辐照剂量设置此范围内，进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，进而使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度；同时，将第三次退火处理的退火温度以及第四次退火处理的退火温度设置在此范围内，以进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，进而提高高压快恢复二极管10的软度。
64.在另一实施例中，第一次电子辐照的辐照剂量与第二次电子辐照的辐照剂量的差值大于50千戈瑞，以进一步使得阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命。
65.本技术提供一种高压快恢复二极管10的制备方法，通过对设置于第一n型衬底100和n型外延层200上的第一铂材料层和对设置于第二n型衬底300上的第二铂材料层分别进行第一次退火处理和第二次退火处理，第一次退火处理的温度大于第二次退火处理的温度，并通过第一次退火处理和第二次退火处理的退火温度，控制阳极侧的载流子浓度小于阴极侧的载流子浓度，使其将第一n型衬底100和n型外延层200与第二n型衬底300键合后，得到的高压快恢复二极管10的阳极侧的载流子寿命小于阴极侧的载流子寿命，也即使得高压快恢复二极管10的部分局域寿命控制不同，从而提高高压快恢复二极管10的软度。
66.以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。