[发明专利]一种大功率高电流密度整流二极管芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率高电流密度整流二极管芯片及其制造方法，属于半导体器件制造技术领域。

背景技术

大功率高电流密度整流二极管芯片的制造难度很大，主要是因为要求其具有非常大的电流密度，达到400A/cm²以上，而普通的整流二极管的电流密度一般为80～100A/cm²，最大不超过200A/cm²。现有技术中，整流二极管芯片的制造过程一般采用先扩硼后扩磷的工艺，即首先在N型硅片的两个表面扩硼，形成P⁺区，然后将其中一个表面的P⁺区磨去，最后在磨去P⁺区的表面扩磷，形成N⁺区。由于扩硼层的深度一般在100-200μm，因此选择的原始硅片厚度必须较厚，这就使最后加工成的整流二极管的管压降较大，使通过整流二极管芯片的电流密度就较小，一般只有80～100A/cm²。由于其管压降大、电流密度小，只能采用较大的硅片面积来保证使用电流，这也使采用的原材料量增多，而且整流二极管成品的陶瓷壳体外形体积也增大，造成使用中占用的空间较大，不符合节能减排低碳的原则。

发明内容

本发明的目的是提出一种大功率高电流密度整流二极管芯片及其制造方法，改变已有整流二极管芯片的结构及其制造方法，以提高整流二极管的电流密度，减小芯片体积，节约产品成本。

本发明提出的大功率高电流密度整流二极管芯片，由硼区、N型区和浓磷区组成，所述的硼区、N型区和浓磷区依次排列，其中所述的硼区的厚度为50-60μm，所述的浓磷区的厚度为10-12μm，芯片总厚度为180-200μm。

本发明提出的如上所述的大功率高电流密度整流二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：

(1)采用乳胶磷源扩散方法在N型硅片的两个表面扩散磷，使形成的每个浓磷区厚度为10-12μm，扩散过程为：

(1-1)在二氧化硅乳胶中加入五氧化二磷，加入的质量比为：二氧化硅乳胶∶五氧化二磷＝1∶0.1-0.5，使完全溶解，成为含磷二氧化硅乳胶源；

(1-2)将上述含磷二氧化硅乳胶源涂布在N型硅片的两个表面，涂布层厚度为3000-4000埃；

(1-3)将涂胶后的N型硅片置于100℃-200℃下烘烤5-10分钟；

(1-4)将上述烘烤后的N型硅片送入扩散炉中，在1200℃-1260℃下扩散1.5-2.5小时；

(2)将上述两个浓磷区中的一个磨去，在磨去了浓磷区的表面扩散硼，使硼区的厚度为50-60μm，扩散过程为：

(2-1)在二氧化硅乳胶中加入三氧化二硼，加入的质量比为：二氧化硅乳胶∶三氧化二硼＝1000∶20-30，使完全溶解，成为含硼二氧化硅乳胶源；

(2-2)将上述含硼二氧化硅溶解源涂布在N型硅片的磨去了浓磷区的表面，涂布层厚度为6000-8000埃；

(2-3)将涂胶后的硅片置于100℃-200℃下烘烤5-10分钟；

(2-4)将上述烘烤后的硅片送入扩散炉中，在1200℃-1260℃下扩散12-18小时。

本发明提出的大功率高电流密度整流二极管芯片及其制造方法，其优点是利用本方法制备取得的芯片，其浓度分布可以阻挡空间电荷区的扩展，减薄N区厚度，起到降低管压降的作用，并且大幅减小了硅片厚度，大大提高了电流密度(高达500A/cm²)。由本发明方法制造的整流二极管，节省了原材料、减少了二极管在使用中所占的空间，扩大了其使用范围，达到了节能减排低碳的要求。本发明提出的高电流密度整流二极管，改变了已有整流二极管的结构，采用先扩磷后扩硼的工艺，在硅片表面先预沉积上一层磷(N⁺)层(约10-12μm)，然后磨去一面N⁺层(约10-12μm)，再扩散P⁺层(约50-60μm)，同时把N⁺层前沿推进形成一个浓度分布平缓的缓冲区，阻挡空间电荷区的扩展，减薄N区厚度，起到降低管压降的作用，并且大幅减小了硅片厚度。

附图说明

图1是本发明方法制备的大功率高电流密度整流二极管芯片的结构示意图。

图2是本发明方法实施例2制备的整流二极管芯片的结深、片厚与掺杂浓度分布图。

图1中，1是硼区，2是N型区，3是浓磷区。

具体实施方式