本發明涉及功率半導體器件,具體涉及一種快恢復二極管及其制造方法。
背景技術:
1、快恢復二極管具有較快的反向恢復時間,在電子線路中通常當開關二極管和續流二極管使用,其中,快恢復二極管的主要電參數為擊穿電壓、正向導通壓降、反向恢復時間、軟度因子等,快恢復二極管主要分為臺面結構和平面結構,臺面結構的快恢復二極管采用n型高電阻率單晶片為襯底,然后雙面做紙源擴散,經過長時間的擴散,在n型襯底的一面形成p型層,另外一面形成n型層,接著進行重金屬摻雜以控制少子壽命,之后在p型層一面采用化學腐蝕的方法形成溝槽終端結構,最后在襯底的兩面形成金屬層,另外一種方法采用平面工藝,選擇n型重摻雜襯底,經過外延、氧化、光刻、離子注入、注入推結、表面鈍化、重金屬摻雜或電子輻照、接觸孔光刻、正面金屬化、減薄、背面金屬化等工序后形成器件結構,然而,臺面結構快恢復二極管具有擊穿電壓高、導通壓降低的優點,但軟度因子較小,呈現硬恢復的特性,平面結構的快恢復二極管恢復時間較短,軟度因子較大,但導通壓降偏大,快恢復二極管通常配合mos、igbt等主開關器件使用。
2、目前,用于感性負載電路中的快恢復二極管不僅要求擊穿電壓高、反向恢復時間短,同時也要求快恢復二極管具有低的導通壓降、大的軟度因子,為了實現快恢復二極管快恢復、軟恢復與低導通壓降、高擊穿電壓的折中,現有技術中常采用鉑擴散加輕離子輻照的鉑汲取技術,實現了較好的軟度因子。
3、但是,因為采用了輻照工藝,上述技術方案也存在高溫特性不穩定的問題,同時輕離子輻照對設備要求較高,需要高能量、大束流輻照設備,效率較低,成本較高,很難大批量運用。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種快恢復二極管及其制造方法,以解決上述背景技術中提出的問題。
2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現:
3、一種快恢復二極管,包括n型半導體襯底,所述n型半導體襯底的頂面設置有緩沖層,所述緩沖層的頂面設置有外延層,所述外延層的上表面兩端均設置有n型摻雜區,所述外延層的上表面中部設置有第一p型摻雜區,所述第一p型摻雜區的上部設置有p型高摻雜區,所述外延層的上表面位于n型摻雜區和第一p型摻雜區之間處均設置有兩組第二p型摻雜區,所述外延層的上表面間歇設置有第一鈍化層和第二鈍化層,位于所述外延層上表面兩側的第二鈍化層的上部設置有兩個場板金屬,所述p型高摻雜區的頂部設置有陽極金屬,所述n型半導體襯底的下表面設置有陰極金屬。
4、一種快恢復二極管的制造方法,包括以下步驟:第一步:襯底材料選擇步驟;第二步:一次氧化步驟;第三步:有源區光刻步驟;第四步:注入氧化步驟;第五步:基區光刻步驟;第六步:一次硼離子注入步驟;第七步:cs區光刻步驟;第八步:磷離子注入步驟;第九步:離子注入推結步驟;第十步:接觸孔光刻步驟;第十一步:二次硼離子注入及退火步驟;第十二步:鋁阻擋層蒸發步驟;第十三步:鋁阻擋層光刻步驟;第十四步:鉑蒸發步驟;第十五步:金屬腐蝕步驟;第十六步:鉑擴散步驟;第十七步:正面鋁電極蒸發步驟;第十八步:正面鋁層光刻步驟;第十九步:背面減薄和金屬化步驟。
5、優選的,所述襯底材料選擇步驟包括:選用n型半導體襯底的材質為n型硅外延片,襯底電阻率ρ:0.002~0.005ω·cm,一次外延電阻率2±0.2ω·cm,厚度10±1μm,二次外延層電阻率25±2ω·cm,厚度60±5μm,片厚675±15μm,背面采用二氧化硅背封。
6、優選的,所述一次氧化步驟包括:采用氫氧合成工藝,在條件為溫度1100±5℃、時間200min加工后,在外延層的上表面生成第一氧化層,其氧化層厚度tox≥1.2μm,所述有源區光刻步驟包括:通過有源區光刻版,在外延層的上表面開出陽極有源區、場限環、溝道截止環區域。
7、優選的,所述注入氧化步驟包括:采用干氧氧化工藝,在條件為溫度1000±5℃、時間60min加工后,在外延層的上表面生成注入氧化層,其氧化層厚度tox為0.06-0.07μm,所述基區光刻步驟包括:采用基區光刻版,經過勻膠、曝光、顯影、堅膜后在外延層的上表面開出陽極有源區、場限環區域,其中光刻膠為所述勻膠的產物。
8、優選的,所述一次硼離子注入步驟包括:采用帶膠注入工藝,注入劑量為3e14~8e14cm-2,角度7度,能量80kev,離子注入后去除表面的光刻膠。
9、優選的,所述cs區光刻步驟包括:采用cs區光刻版,經過勻膠、曝光、顯影、堅膜后在外延層的上表面開溝道截止環區域,所述磷離子注入步驟包括:采用帶膠注入工藝,注入劑量為5e14~2e15cm-2,角度7度,能量80kev,離子注入后去除表面的光刻膠。
10、優選的,所述離子注入推結步驟包括:采用推結溫度1200±5℃,時間200~600分鐘,結深5-20μm的條件對外延層的上部進行推結,并在外延層的上部形成第一p型摻雜區、第二p型摻雜區、n型摻雜區、第一鈍化層和第二鈍化層,所述接觸孔光刻步驟包括:采用接觸孔光刻版,經過勻膠、曝光、顯影、堅膜、氧化層刻蝕、去膠后在外延層的上表面形成陽極接觸窗口。
11、優選的,所述二次硼離子注入及退火步驟包括:采用注入劑量為1e15~1e16cm-2,角度7度,能量60kev,離子注入后進行退火激活,退火溫度1000℃,時間60min,形成p型高摻雜區。
12、優選的,所述鋁阻擋層蒸發步驟包括:采用電子束蒸發的方式在外延層的上表面蒸發一層厚度為4±0.5μm的鋁層,所述鋁阻擋層光刻步驟包括:采用鋁阻擋層光刻版,經過勻膠、曝光、顯影、堅膜、鋁刻蝕、去膠后在晶圓的上表面形成阻擋層窗口,所述鉑蒸發步驟包括:采用蒸發的方式在晶圓的上表面蒸發一層厚度為的鉑層。
13、優選的,所述金屬腐蝕步驟包括:利用王水腐蝕掉外延層上表面的鋁層和鉑層,所述鉑擴散步驟包括:擴散條件為溫度650-800℃,時間20-90分,并用氮氣保護,所述正面鋁電極蒸發步驟包括:采用電子束蒸發的方式在外延層的上表面蒸發一層厚度為8±0.5μm的鋁層。
14、優選的,所述正面鋁層光刻步驟包括:采用正面金屬光刻版在外延層上表面進行選擇性光刻,形成陽極金屬和場板金屬,所述背面減薄和金屬化步驟包括:采用減薄機在n型半導體襯底的底面研磨使得n型半導體襯底、緩沖層和外延層的厚度之和變為260±10μm,采用電子束蒸發的方式在n型半導體襯底的底面蒸發鈦鎳銀復合金屬層,鈦鎳銀層厚度分別為形成陰極金屬。
15、本發明的有益效果:
16、1、本發明通過在第一p型摻雜區的下側局部區域形成鉑摻雜區,使得靠近第一p型摻雜區的n型外延區少子壽命較低,同時靠近fs電場截止層區域的n型外延區少子壽命較高,以實現局部區域少子壽命控制,使得快恢復二極管在關斷的初期少數載流子能快速消失,在關斷的末期少數載流子能緩慢消失,解決傳統技術整個區域少子壽命控制導致的軟度因子小、關斷震蕩、導通壓降低、擊穿電壓不穩定的問題,結構設置精巧、高效,適合推廣使用。
17、2、通過本技術中快恢復二極管制造方法的設置,成功在較低成本的前提下,高效率的生產出本發明公開的快恢復二極管,具有較廣的應用前景。