一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107452623 A(43)申请公布日 2017.12.08

(21)申请号 201610378004.2(22)申请日 2016.05.31

(71)申请人 北大方正集团有限公司

地址 100871 北京市海淀区成府路298号方

正大厦

申请人 深圳方正微电子有限公司(72)发明人 李理　赵圣哲　朱辉　马万里　(74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限

公司 11002

代理人 李相雨(51)Int.Cl.

H01L 21/329(2006.01)H01L 29/868(2006.01)H01L 29/06(2006.01)

()发明名称

一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管

(57)摘要

本发明涉及一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管。该方法包括：在半导体衬底的第一表面形成外延层；在所述外延层上形成P型区域；在所述P型区域上制备Pt层，并加热进行Pt扩散；在形成的层结构的正面注入N型离子；在形成的层结构的正面注入P型离子，形成P+区域；背面减薄，制作阳极金属层和阴极金属层；其中，所述半导体衬底为N+重掺杂区，所述外延层为N-轻掺杂区。本发明通过在形成的层结构的正面增加注入N型离子，提高了漂移区的缺陷密度，在通态电压不高的前提下，减少了快恢复二极管的反向恢复时间，提高了快恢复二极管的性能。

权利要求书1页 说明书4页 附图5页

CN 107452623 ACN 107452623 A

权　利　要　求　书

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1.一种快恢复二极管的制造方法，其特征在于，包括：在半导体衬底的第一表面形成外延层；在所述外延层上形成P型区域；在所述P型区域上制备Pt层，并对所述Pt层加热进行Pt扩散；在形成的层结构的正面注入N型离子；在形成的层结构的正面注入P型离子，形成P+区域；背面减薄，制作阳极金属层和阴极金属层；其中，所述半导体衬底为N+重掺杂区，所述外延层为N-轻掺杂区。2.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述在所述外延层上形成P型区域包括：

采用扩散或离子注入在所述外延层上形成P型区域。3.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述在所述P型区域上制备Pt层包括：

在所述P型区域上制备厚度为10nm-100nm的Pt层。4.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述在形成的层结构的正面注入N型离子包括：

在形成的层结构的正面注入能量大于120KeV且剂量大于1E14的N型离子。5.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述在形成的层结构的正面注入P型离子包括：

在形成的层结构的正面注入剂量大于1E16的P型离子。6.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述在形成的层结构的正面注入P型离子包括：

在形成的层结构的正面进行热氧化形成牺牲氧化层，在所述牺牲氧化层的保护下正面注入P型离子。

7.根据权利要求6所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述牺牲氧化层为SiO2。

8.根据权利要求6所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，在所述牺牲氧化层的保护下正面注入P型离子之后，还包括：

采用湿法刻蚀去除所述牺牲氧化层。

9.根据权利要求1所述的快恢复二极管的制造方法，其特征在于，所述背面减薄包括：从所述半导体衬底的第二表面进行减薄。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的制造方法的快恢复二极管，其特征在于，包括：依次连接的阳极金属层、P+区域、P型区域、N-区域、N+区域和阴极金属层。

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说　明　书

一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管

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技术领域

[0001]本发明涉及二极管技术领域，尤其涉及一种快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管。

背景技术

[0002]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，如可关断晶闸管GTO，功率场效应管MOSFET，绝缘双极性晶体管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。快恢复二极管(FRD)是一种开关特性好、反向恢复时间短的半导体二极管。[0003]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垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管VDMOS、绝缘双极性晶体管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。

[0004]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。扩铂长期可靠性好，漏电小，但通态电压高，降低了器件的性能。

发明内容

[0005]本发明所要解决的技术问题是：现有的扩铂快恢复二级管的制作方法会导致器件通态电压高、性能较差的问题。[0006]为解决上述技术问题，本发明一方面提供一种快恢复二极管的制造方法，该方法包括：

[0007]在半导体衬底的第一表面形成外延层；[0008]在所述外延层上形成P型区域；[0009]在所述P型区域上制备Pt层，并对所述Pt层加热进行Pt扩散；[0010]在形成的层结构的正面注入N型离子；[0011]在形成的层结构的正面注入P型离子，形成P+区域；[0012]背面减薄，制作阳极金属层和阴极金属层；[0013]其中，所述半导体衬底为N+重掺杂区，所述外延层为N-轻掺杂区。[0014]可选地，所述在所述外延层上形成P型区域包括：[0015]采用扩散或离子注入在所述外延层上形成P型区域。

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说　明　书

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可选地，所述在所述P型区域上制备Pt层包括：

[0017]在所述P型区域上制备厚度为10nm-100nm的Pt层。[0018]可选地，所述在形成的层结构的正面注入N型离子包括：

[0019]在形成的层结构的正面注入能量大于120KeV且剂量大于1E14的N型离子。[0020]可选地，所述在形成的层结构的正面注入P型离子包括：[0021]在形成的层结构的正面注入剂量大于1E16的P型离子。[0022]可选地，所述在形成的层结构的正面注入P型离子包括：[0023]在形成的层结构的正面进行热氧化形成牺牲氧化层，在所述牺牲氧化层的保护下正面注入P型离子。[0024]可选地，所述牺牲氧化层为SiO2。[0025]可选地，在所述牺牲氧化层的保护下正面注入P型离子之后，还包括：[0026]采用湿法刻蚀去除所述牺牲氧化层。[0027]可选地，所述背面减薄包括：

[0028]从所述半导体衬底的第二表面进行减薄。

[0029]本发明另一方面提供一种利用上述制造方法的快恢复二极管，包括：[0030]依次连接的阳极金属层、P+区域、P型区域、N-区域、N+区域和阴极金属层。[0031]本发明提供的快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管，通过在形成的层结构的正面增加注入N型离子，提高了漂移区的缺陷密度，在通态电压不高的前提下，减少了快恢

提高了快恢复二极管的性能。复二极管的反向恢复时间，

附图说明

[0032]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何，在附图中：

[0033]图1示出了现有的扩铂快恢复二级管的制造方法形成的缺陷密度的示意图；[0034]图2示出了本发明一个实施例的快恢复二极管的制造方法的流程示意图；

[0035]图3示出了本发明一个实施例的快恢复二极管的制造方法的形成的缺陷密度的示意图；

[0036]图4a-图4d图示出了本发明一个实施例的快恢复二极管的制造方法中的中间步骤形成的层结构的示意图；

[0037]图5示出了本发明一个实施例的快恢复二极管的结构示意图。

具体实施方式

[0038]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

[0039]图1示出了现有的扩铂快恢复二级管的制造方法形成的缺陷密度的示意图。如图1所示，虚线内是漂移区，在漂移区内的缺陷能减少少子复合时间，虚线外的缺陷不能减少少子复合时间，只会增大器件压降。扩铂在快恢复二极管中形成的缺陷密度分布难以控制，由于少子复合主要在漂移区出现，因此只有在漂移区内的缺陷才会对减少复合时间有贡献，其余位置的缺陷会增加器件压降，降低了器件性能。

[0040]图2是本发明一个实施例的快恢复二极管的制造方法的流程示意图。如图2所示，

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该快恢复二极管的制造方法包括：[0041]S21：在半导体衬底的第一表面形成外延层；[0042]S22：在所述外延层上形成P型区域；[0043]S23：在所述P型区域上制备Pt层，并对所述Pt层加热进行Pt扩散；[0044]S24：在形成的层结构的正面注入N型离子；[0045]S25：在形成的层结构的正面注入P型离子，形成P+区域；[0046]S26：背面减薄，制作阳极金属层和阴极金属层；[0047]其中，所述半导体衬底为N+重掺杂区，所述外延层为N-轻掺杂区。

[0048]图3示出了本发明一个实施例的快恢复二极管的制造方法的形成的缺陷密度的示意图。如图3所示，在决定反向恢复时间的漂移区内缺陷浓度有Pt扩散和离子注入同时形成，少子寿命最小；而在对反向恢复影响不大的背面区域，则缺陷只由Pt扩散形成，保证了器件正向压降不会过大。

[0049]本实施例的快恢复二极管的制造方法，通过在形成的层结构的正面增加注入N型离子，提高了漂移区的缺陷密度，在通态电压不高的前提下，减少了快恢复二极管的反向恢复时间，提高了快恢复二极管的性能。[0050]在一种可选的实施方式中，所述在所述外延层上形成P型区域包括：[0051]采用扩散或离子注入在所述外延层上形成P型区域。[0052]经过此步骤形成的层结构的示意图如图4a所示，包括N+重掺杂区401、N-轻掺杂区402和P型区域403。[0053]进一步地，所述在所述P型区域上制备Pt层包括：[00]在所述P型区域上制备厚度为10nm-100nm的Pt层。[0055]经过此步骤形成的层结构的示意图如图4b所示，包括N+重掺杂区401、N-轻掺杂区402和P型区域403和Pt层404。[0056]在实际应用中，加热进行Pt扩散后，需要使用HF进行清洗，去除表面残留的Pt和热扩散形成的氧化物。

[0057]所述在形成的层结构的正面注入N型离子包括：

[0058]在形成的层结构的正面注入能量大于120KeV且剂量大于1E14的N型离子。[0059]经过此步骤形成的层结构的示意图如图4c所示，包括N+重掺杂区401、N-轻掺杂区402和P型区域403和N型缺陷区405。通过在形成的层结构的正面增加注入N型离子，离子注入形成的缺陷只会在器件正面形成，避免了Pt扩散形成的缺陷无法控制分布的问题，提高了漂移区的缺陷密度。[0060]进一步地，所述在形成的层结构的正面注入P型离子包括：[0061]在形成的层结构的正面注入剂量大于1E16的P型离子。[0062]优选地，所述在形成的层结构的正面注入P型离子包括：[0063]在形成的层结构的正面进行热氧化形成牺牲氧化层，在所述牺牲氧化层的保护下正面注入P型离子。[00]特别地，所述牺牲氧化层为SiO2。[0065]需要说明的是，进行热氧化形成牺牲氧化层，能消除层结构的表面缺陷，降低正向压降和漏电。由于有SiO2的保护，在P型离子注入过程中硅片表面的损伤减小。

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经过此步骤形成的层结构的示意图如图4d所示，包括包括N+重掺杂区401、N-轻掺

杂区402和P型区域403、P+区域406、牺牲氧化层407。在P型区域403之上形成的重掺杂P+区域406，是为了改善快恢复二极管的阳极区和阳极金属层之间的欧姆接触。[0067]在所述牺牲氧化层的保护下正面注入P型离子之后，还包括：[0068]采用湿法刻蚀去除所述牺牲氧化层。[0069]进一步地，所述背面减薄包括：从所述半导体衬底的第二表面进行减薄。[0070]图5示出了本发明一个实施例的快恢复二极管的结构示意图。如图5所示，该实施例的快恢复二极管采用上述方法制造而成，包括：[0071]依次连接的阳极金属层501、P+区域502、P型区域503、N-区域504、N+区域505和阴极金属层506。

[0072]本发明提供的快恢复二极管的制造方法及快恢复二极管，通过在形成的层结构的正面增加注入N型离子，提高了漂移区的缺陷密度，在通态电压不高的前提下，减少了快恢复二极管的反向恢复时间，提高了快恢复二极管的性能。[0073]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

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说　明　书　附　图

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图1

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说　明　书　附　图

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图2

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图3

图4a

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图4b

图4c

图4d

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说　明　书　附　图

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图5

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