CN114093928A - 一种快恢复二极管的铂掺杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了半导体功率器件技术领域内的一种快恢复二极管的铂掺杂方法，包括以下步骤：在N型硅衬底正面生长氧化层；在氧化层上开设掺杂窗口并注入硼离子形成P型掺杂区，再经退火处理，退火后在P型掺杂区表面形成薄氧化层；在薄氧化层上开设出正面电极的接触孔；在氧化层正面积淀多晶硅形成多晶硅层，多晶硅通过接触孔与P型掺杂区接触；在N型硅衬底背面溅射或蒸发铂金属层。采用该方法制备的二极管芯片具有更短的关断时间、更小的反向过冲电流和更大的软度；同时降低了芯片漏电可能性，提高了芯片的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域，特别涉及一种快恢复二极管的铂掺杂方法。
背景技术
快恢复二极管是一类很重要的开关器件，目前已在各种电子设备特别是开关电源中广泛应用。随着器件工作频率的不断提高，对快恢复二极管的各项指标的要求也不断提高。
常规的快恢复二极管芯片的铂掺杂方式是在芯片的正面或背面淀积金属铂，铂在硅中为快扩散杂质能够很快地以间隙方式分布在整个硅片中，之后采用高温退火的方式将其激活成替位原子，形成深能级复合中心来控制少数载流子寿命。
这种方法的缺点在于铂为全局掺杂，少子寿命控制效率低，且芯片周缘，即终端处的铂缺陷会增大芯片漏电降低芯片可靠性。
发明内容
本申请通过提供一种快恢复二极管的铂掺杂方法，解决了现有技术中芯片因铂均匀掺杂导致少子寿命控制效率低以及漏电可靠性低的问题，实现了更优的性能折衷。
本申请实施例提供了一种快恢复二极管的铂掺杂方法，包括以下步骤：
在N型硅衬底正面生长氧化层；
在所述氧化层上开设掺杂窗口并注入硼离子形成P型掺杂区，再经退火处理，退火后在所述P型掺杂区表面形成薄氧化层；
在所述薄氧化层上开设出正面电极的接触孔；
在所述氧化层正面积淀多晶硅形成多晶硅层，所述多晶硅通过所述接触孔与所述P型掺杂区接触；
在所述N型硅衬底背面溅射或蒸发铂金属层。
上述实施例的有益效果在于：由于P型掺杂区表面多晶硅存在较多缺陷中心，铂杂质会在阳极区富集，形成铂杂质在芯片内的非均匀分布，阳极区的铂富集使得制备的快恢复二极管具有更短的关断时间、更小的反向过冲电流和更大的软度；同时由于铂杂质在芯片阳极区富集，也减少了铂杂质在芯片终端区域的缺陷浓度，从而降低了芯片漏电可能性，提高了芯片的可靠性。
在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：
在本申请其中一个实施例中，所述P型掺杂区包括主结和分压环，所述多晶硅层仅与所述主结接触。分压环一般位于芯片终端区，多晶硅仅与主结接触，使得铂杂质富集于主结阳极区。
在本申请其中一个实施例中，在所述N型硅衬底背面溅射或蒸发铂金属层之后，再次退火。在700℃～700℃下退火激活Pt杂质，形成深能级复合中心来控制少数载流子寿命。
在本申请其中一个实施例中，所述氧化层材质为SiO2，厚度为1μm～2μm；所述多晶硅层厚度为400nm～500nm。
在本申请其中一个实施例中，所述多晶硅层为正面金属电极。
在本申请其中一个实施例中，在所述多晶硅层上方设置有正面金属电极。多晶硅具有导电性，可直接作为正面电极，也可根据实际需求在多晶硅层的表面制备正面金属电极。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.阳极区的铂富集使得制备的快恢复二极管具有更短的关断时间、更小的反向过冲电流和更大的软度；
2.铂杂质在芯片终端区域的缺陷浓度减少，从而降低了芯片漏电可能性，提高了芯片的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一种快恢复二极管的铂掺杂方法的过程示意图一；
图2为本发明一种快恢复二极管的铂掺杂方法的过程示意图二；
图3为本发明一种快恢复二极管的铂掺杂方法的过程示意图三；
图4为本发明一种快恢复二极管的铂掺杂方法的过程示意图四；
图5为本发明一种快恢复二极管的铂掺杂方法的过程示意图五；
图6为采用本发明方法的芯片与采用常规方法的芯片正面(阳极区)、芯片背面的铂掺杂浓度分布对比图。
其中，1.N型硅衬底、2.氧化层、21.薄氧化层、3.P型掺杂区、4.多晶硅层、5.铂金属层、6.铂富集区域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“外周面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本申请实施例通过提供一种快恢复二极管的铂掺杂方法，解决了现有技术中芯片因铂均匀掺杂导致少子寿命控制效率低以及漏电可靠性低的问题，实现了更优的性能折衷。
本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：
实施例：
一种快恢复二极管的铂掺杂方法，包括以下步骤：
材料准备：采用N型硅材料作为衬底，材料电阻率根据目标产品的耐压进行设计；
制备场氧化层：在700℃～1100℃下，通入H2和O2在N型硅衬底1正面生长1μm～2μm的氧化层2，如图1所示；
制备PN结：通过光刻、刻蚀在氧化层2上开设掺杂窗口，并通过硼离子注入形成P型掺杂区3，再经退火处理，退火温度为1100℃～1200℃，退火后在P型掺杂区表面形成薄氧化层21，如图2所示；P型掺杂区3包括主结和分压环，分压环位于芯片终端区；
形成接触孔：通过光刻、刻蚀退火形成的薄氧化层21，在P型掺杂区3的主结上方开设出正面电极的接触孔，如图3所示；
多晶硅淀积：在氧化层2正面积淀掺杂多晶硅形成厚度400～500nm的多晶硅层4，多晶硅层4通过接触孔与P型掺杂区3的主结接触，如图4所示；
Pt溅射：在N型硅衬底1背面溅射或蒸发铂金属层5，由于P型掺杂区主结表面的多晶硅存在较多缺陷中心，铂杂质会在主结富集形成铂富集区域6，如图5所示，导致铂杂质在N型硅衬底内的非均匀分布；
Pt激活：在700℃～700℃下退火激活铂杂质，形成深能级复合中心来控制少数载流子寿命。
其中，多晶硅具有导电特性，可直接作为芯片的正面电极；或根据实际使用需求，在多晶硅层正面制备金属电极。
如图6所示，相对于采用常规的铂掺杂方法的二极管芯片，采用上述方法的快恢复二极管芯片正面(阳极区)的铂掺杂浓度高于芯片背面的铂掺杂浓度。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1.阳极区的铂富集使得制备的快恢复二极管具有更短的关断时间、更小的反向过冲电流和更大的软度；
2.铂杂质在芯片终端区域的缺陷浓度减少，从而降低了芯片漏电可能性，提高了芯片的可靠性。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种快恢复二极管的铂掺杂方法，其特征在于，包括以下步骤：
在N型硅衬底正面生长氧化层；
在所述氧化层上开设掺杂窗口并注入硼离子形成P型掺杂区，再经退火处理，退火后在所述P型掺杂区表面形成薄氧化层；
在所述薄氧化层上开设出正面电极的接触孔；
在所述氧化层正面积淀多晶硅形成多晶硅层，所述多晶硅通过所述接触孔与所述P型掺杂区接触；
在所述N型硅衬底背面溅射或蒸发铂金属层。
2.根据权利要求1所述的铂掺杂方法，其特征在于：所述P型掺杂区包括主结和分压环，所述多晶硅层仅与所述主结接触。
3.根据权利要求1所述的铂掺杂方法，其特征在于：在所述N型硅衬底背面溅射或蒸发铂金属层之后，再次退火。
4.根据权利要求1所述的铂掺杂方法，其特征在于：所述氧化层材质为SiO2，厚度为1μm～2μm；所述多晶硅层厚度为400nm～500nm。
5.根据权利要求1所述的铂掺杂方法，其特征在于：所述多晶硅层为正面金属电极。
6.根据权利要求1所述的铂掺杂方法，其特征在于：在所述多晶硅层上方设置有正面金属电极。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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