[發(fā)明專利]一種擴散型高壓快速軟恢復二極管及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110954358.8
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113745347A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;陳黃鸝;趙衛(wèi);趙濤;張琦;周杰;周哲;何杉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安派瑞功率半導體變流技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L21/329
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 彭冬英

本發(fā)明公開了一種擴散型高壓快速軟恢復二極管及其制造方法。以N?基區(qū)為襯底，N?基區(qū)上方的陽極側(cè)交替設(shè)置了P+/P摻雜區(qū)，分別通過硼預(yù)沉積和AL擴散形成；N?為耐壓區(qū)；在陽極P+區(qū)與N?區(qū)之間設(shè)置了P緩沖層；陰極側(cè)交替設(shè)置了高濃度的N+區(qū)和稍低濃度的P+區(qū)；在陰極側(cè)的N+/P+區(qū)與N?區(qū)之間設(shè)置了中等摻雜濃度的N緩沖層。陽極區(qū)上方設(shè)有陽極，陰極區(qū)下方設(shè)有陰極。本發(fā)明還公開了該種擴散性高壓快速軟恢復二極管的制備方法。本發(fā)明的高壓快速軟恢復二極管具有反向恢復速度快、軟度大，工藝簡單，成本低的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力半導體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種擴散型高壓快速軟恢復二極管及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著直流電網(wǎng)向高效率、高密度、高可靠性、低成本的方向發(fā)展，中、高壓直流輸電用壓接式IGBT和IGCT得到進一步發(fā)展，這對與之反并聯(lián)的大尺寸、圓片續(xù)流二極管的性能提出了更高的要求。要求其具有高耐壓、低漏電流、快速軟恢復特性和高抗動態(tài)雪崩能力。

為了改善高壓二極管的快速軟恢復特性，將陽極P+/P和陰極N+/P+區(qū)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，如圖1所示。在反向恢復期間，P+區(qū)向NN-結(jié)處注入空穴，維持了反向恢復末期的拖尾電流。通常，具有P+區(qū)的陰極結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小尺寸、方片二極管中，其N+區(qū)和P+區(qū)通過離子注入工藝選擇性形成，成本較高。若在大尺寸、圓片高壓二極管中形成選擇性的P+區(qū)，不僅需要額外的光刻工藝，而且要求離子注入的能量較高，需要長時間的退火以達到相應(yīng)的結(jié)深。因此，工藝復雜，成本高。開發(fā)高性能、低成本的高壓快速軟恢復二極管亟不可待。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種擴散型高壓快速軟恢復二極管及其制造方法。解決了現(xiàn)有技術(shù)的高壓二極管反向恢復特性差，工藝復雜，成本高的缺點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種擴散型高壓快速軟恢復二極管，以N-基區(qū)為襯底，N-基區(qū)上方的陽極側(cè)交替設(shè)置了P+區(qū)和P區(qū)，分別通過硼預(yù)沉積和AL擴散形成；N-區(qū)為耐壓區(qū)；在陽極P+區(qū)與N-區(qū)之間設(shè)置了P緩沖層；陰極側(cè)交替設(shè)置了高濃度的N+區(qū)和稍低濃度的P+區(qū)；在陰極側(cè)的N+區(qū)和P+區(qū)上方設(shè)置了中等摻雜濃度的N緩沖層。陽極區(qū)上方設(shè)有陽極A，陰極區(qū)下方設(shè)有陰極K。

陽極側(cè)P+區(qū)和陰極側(cè)P+區(qū)的尺寸完全相同，且陽、陰極位置相對應(yīng)，P+區(qū)寬度占據(jù)陽、陰極的寬度之比為1/4～1/3，陽、陰極P+區(qū)摻雜濃度均為5×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3，深度均為2～5μm。

一種擴散型高壓快速軟恢復二極管的制造方法，按照以下步驟實施：

(1)選用原始的無缺陷、無位錯高阻區(qū)熔中照單晶硅片作為N-區(qū)的襯底材料；

(2)硅片清洗后，在上述硅單晶圓片的兩面預(yù)沉積鋁，溫度900～1100℃，形成淺結(jié)的P⁺N^-P⁺結(jié)構(gòu)；

(3)步驟(2)的硅片刻號以區(qū)分陽、陰極，然后將陰極面預(yù)沉積的鋁腐蝕掉，深度5～10μm，形成淺結(jié)的P⁺N^-結(jié)構(gòu)；

(4)在步驟(3)的硅片進行氧化，氧化溫度900～1200℃，時間2～5h，所生成的二氧化硅層作為后續(xù)擴磷的掩蔽層，厚度為1～2μm；

(5)在步驟(4)的硅片上涂光刻膠，曝光、顯影，保護陽極二氧化硅層，去掉陰極二氧化硅層；

(6)在步驟(5)的硅片陰極面進行低溫磷預(yù)沉積，溫度1000～1150℃，然后進行氧化高溫擴散，溫度1150～1250℃，形成深結(jié)的PN^-N結(jié)構(gòu)，N型層結(jié)深20～40μm；