[发明专利]快恢复外延型二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快恢复外延型二极管及其制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

FRED作为新一代新型电力半导体器件，具有高频率、高电压、大电流、低损耗和低电磁干扰等优点，与IGBT一起被国际电力电子行业公认为电力电子技术第三次革命的最具代表性的器件。FRED可以作为PFC二极管，输出整流二极管，嵌位二极管、吸收二极管单独使用，也可以作为续流二极管与IGBT配套使用，FRED单管和模块以及与IGBT组合的模快广泛用于电机调速，如：洗衣机，空调机，电冰箱，电动汽车、城市轨道交通、机车牵引、各种风机、水泵和风力和太阳能发电系统，其节能降耗效果是十分明显。FRED还可用于通讯及数据处理的各种开关电源，电焊机、静电感应加热、显示、核磁共振，照明与交通运输，节能灯及军事和航空，具有广阔的市场前景。

目前，外延型快恢复二极管(FRED)的制备方法都是采用N型外延硅片作为材料，P型有源区采用离子注入或硼扩散的方法实现，因此在制作过程中，需要经过氧化、光刻有源区、离子注入、推结、光刻电极孔、金属化、光刻金属、淀积钝化层、光刻钝化层、硅片减薄、背面金属化工艺，在制作过程中，需要多次离子注入、高温推结以及至少四次光刻，不仅操作复杂，制作工序多，工艺流程长，而且生产周期长，造成制造成本高，市场竞争力差。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺流程短，一致性和重复性好的快恢复外延型二极管及其制备方法。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种快恢复外延型二极管的制备方法，其特征在于：按以下步骤，

(1)、第一外延层生长：在N+型衬底硅片正面生长一层以上的N型的第一外延层，其总厚度控制在1～300μm、电阻率在1～150欧姆厘米；

(2)、第二外延层生长：在第一外延层上生长一层P型的第二外延层，其厚度控制在1～30μm，杂质浓度控制在10¹³～10¹⁸cm^-3；

(3)、第三外延层生长：在第二外延层上生长一层P+型的第三外延层，其厚度控制在0～10μm，杂质浓度控制在10¹⁸～10²²cm^-3；

(4)、少子寿命控制：对硅片用重金属掺杂或氦注入，或用电子或中子辐照硅片，将二极管反向恢复时间控制在5～500ns；

(5)、终端台面制作：在硅片的正面涂覆光刻胶，进行光刻工艺、腐蚀后制得台面硅槽，台面硅槽的深度控制在5～50μm，且台面硅槽的深度穿过第三外延层和第二外延层并延伸至第一外延层内；

(6)、表面玻璃钝化：用刮涂法或光刻胶法在台面硅槽及硅片表面填充玻璃粉，然后在600～900℃温度下烧结10～60min形成玻璃钝化层；

(7)、金属层淀积：在硅片的正面用溅射、电子束蒸发或电镀或化学镀形成1～8μm金属层；

(8)、光刻金属层：在金属层上涂覆光刻胶后，经光刻、腐蚀掉有源区以外的金属层，形成金属阳极层；

(9)、合金：在真空或氮气的条件、或在氮气和氢气的条件下进行合金，合金温度控制在300℃～500℃，时间在30～60min，形成金属阳极层；

(10)、背面减薄：用磨片机打磨硅片的背面，将硅片减薄到150～400μm；

(11)、背面金属化：用溅射、电子束蒸发、电镀或化学镀的其中之一形成1000～20000的背面金属层作，形成金属阴极层，制得快恢复外延型二极管。

其中：所述N型的第一外延层厚度可控制在30～200μm、电阻率在20～100欧姆厘米；P型的第二外延层厚度控制在5～18μm，P+型的第三外延层的厚度控制在2～8μm。

本发明的快恢复外延型二极管，其特征在于：包括依次相连接的金属阴极层、N+衬底硅片、第一外延层、第二外延层和第三外延层，台面硅槽穿过第三外延层并延伸至第二外延层内，设置在台面硅槽内的玻璃钝化层延伸至第三外延层顶面，且玻璃钝化层上设有窗口，设置在玻璃钝化层上部的金属阳极层穿过玻璃钝化层上的窗口与第三外延层连接。

本发明采用上述技术方案后：具有以下优点：