一种高htrb的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺的制作方法
一种高htrb的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体芯片领域，更具体地说，涉及一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]参考文献:封装、检测与设备，整流二极管的最大反向电流IR对HTRB工作寿命的影响，2011年9月第36卷第9期，保爱林、傅剑锋、邓爱民。整流器件在工作中的可靠性往往与其漏电流特别是在高温下的漏电流有密切关系，通过对常温与高温漏电流的对比测试，发现高温漏电流越大，高温反偏寿命越短，说明高温漏电流对高温反偏寿命有重要影响。一般情况下整流器件会在3?4倍室温的结温下工作，在较高结温下的漏电流就显得异常重要，因为与正向电流相比，其虽然很小但不会像正向电流那样比较均匀地分布在整个结上，其大部分分布在表面漏电沟道以及穿过结的内部漏电沟道内。沟道的面积非常小，因此其电流密度异常的大，常造成该处的热失控，严重时会导致材料熔融。实际上因结温过高、漏电流局部集中造成的微区过热失效占了整流器件失效的绝大部分。高温漏电流对HTRB寿命的影响是显著的，其本质是最大反向电流IR的增大加速了由结温驱动的器件下的失效。
[0003]参考文献:半导体学报，用局域寿命控制技术改善功率快恢复二极管性能的仿真研究，2003年第24卷第5期，第520-526页，吴鹤，吴郁，亢宝位，贾云鹏。文献中表述了作为功率开关器件，高压快恢复二极管(FRD)的最重要的性能参数是反向恢复时间，为了减小反向恢复时间，针对局域低寿命区的参数对快恢复硅功率二极管性能的影响进行了系统的仿真研究，得到了全面系统的研究结果其中包括局域低寿命区在二极管中的位置不同和局域低寿命区中复合中心能级在禁带中的位置不同对快恢复二极管的反向恢复时间、反向恢复软度因子、正向压降、漏电流对各个单项性能的影响，以及各项综合性能综合折衷的影响。这些结果对高速功率器件寿命工程研究和器件制造工程都有重要的参考价值。
[0004]目前半导体行业内生产高压快恢复二极管(FRD)芯片通常采用V型槽玻璃钝化生产工艺。但现有技术存在多种问题，主要的问题如下:1)、击穿电压低，漏电流大。2)、HTRB可靠性差，功耗较大，二极管易烧毁。
【发明内容】
[0005]1.要解决的技术问题
[0006]针对现有技术中存在的HTRB可靠性差，击穿电压低，漏电流大，正向导通电压较大，功耗较大，制造成本高，二极管芯片易烧毁问题，本发明提供了一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，它具有HTRB可靠性高，成本低，易于制造，开关损耗低，反向击穿电压高，延长了二极管的寿命。
[0007]2.技术方案
[0008]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0009]一种高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片，包括芯片，还包括N+截止环、复合终端结构和P+阳极，所述的芯片为快恢复二极管芯片;芯片截层从右向左依次为芯片、N+截止环、复合终端结构和P+阳极，所述的复合终端结构为偏置金属场板场限环和浮动场限环，所述的浮动场限环靠近P+阳极一侧，偏置金属场板场限环靠近N+截止环一侧。
[0010]更进一步的，所述的偏置金属场板场限环和浮动场限环。
[0011]一种上述高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0012]1)场氧化前表面清洗:
[0013]配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸=6:1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40%;
[0014]配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%;
[0015]配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下:
[0016]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0017]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0018]c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗；
[0019]d.用2号液浸泡娃片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；
[0020]2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚l-2um，氧化炉温度为1000-1100°C;
[0021]3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极区域的P+阳极，复合终端结构区域形成偏置金属场板场限环和浮动场限环；
[0022]4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶；
[0023]5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；
[0024]6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900-1000°C;
[0025]7)P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在40KeV-80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对偏置金属场板场限环和浮动场限环的注入；
[0026]8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层；
[0027]9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；
[0028]10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环和浮动场限环的扩散，激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100-1200。。；
[0029]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环；
[0030]12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环(2)光刻区域淀积的热氧化层；
[0031]13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环(2)使用40KeV_80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环表面的光刻胶；
[0032]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极和复合终端结构的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0033]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶；
[0034]16)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属；
[0035]17)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极和复合终端结构内；
[0036]18)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极区域和复合终端结构外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；
[0037]19)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400-500°C，合金时间为20min ；
[0038]20)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200-300um;
[0039]21)背面金属淀积:对 于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，形成背面电极；
[0040]22)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用200kGy_800kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0041]23)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。
[0042]更进一步的，步骤8)、12)和15)中，所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%。
[0043]更进一步的，步骤16)中所述的隔离金属和正面金属为钛和铝。
[0044]更进一步的，步骤20)中所述的背面减薄方法为研磨、化学机械抛光、湿法腐蚀、常压等离子腐蚀。
[0045]更进一步的，步骤21)中所述的背面金属为银。
[0046]3.有益效果
[0047]相比于现有技术，本发明的优点在于:
[0048](1)芯片结构简单，自右往左分为四层结构，易于制造，适应性好，兼容性高；
[0049](2)采用偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构，在远离P+阳极区域采用偏置金属场板场限环，短路了芯片表面电荷，解决了高压快恢复二极管在HTRB老化中耐压衰减失效问题，提高快恢复二极管的HTRB可靠性;浮动场限环区域一般不要较宽面积，在100微米以内。而偏置金属场板场限环区域，面积相应较宽，一般在100-200微米之间。
[0050](3)采用偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构，在靠近P+阳极区域采用浮动场限环，避免引入多晶场板，如果引入多晶场板，会增加2层光刻，大大增加了芯片制造成本。本方案节省了芯片制造成本，同时采用上述偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构无需采用特殊表面钝化层，提高了产品的可制造性。
[0051](4)使用新型的二极管芯片生产工艺，减小了开关损耗，降低了压降，减小了芯片功耗，增强了二极管的耐压稳定性及可靠性，延长了二极管的寿命；
[0052](5)采用正面金属合金和背面减薄的方法，减小了二极管的正向导通电阻，提高了二极管的导通性能，提高了二极管的可靠性；
[0053](6)生长的背面金属使用银，使得二极管芯片具有更好的导电性能，可靠性强，能耗低。
【附图说明】
[0054]图1为高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片的整体结构示意图；
[0055]图2为高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片的截面示意图；
[0056]图3为高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片的制备工艺流程图。
[0057]图中标号说明:
[0058]1、芯片；2、N+截止环;3、复合终端结构;31、浮动场限环;32、偏置金属场板场限环；
4、P+阳极。
【具体实施方式】
[0059]下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
[0060]实施例1
[0061]如图1、图2所示，一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片1、N+截止环2、复合终端结构3和P+阳极4，所述的芯片1为快恢复二极管芯片;复合终端结构3包含远离P+阳极区域的偏置金属场板场限环32和靠近P+阳极区域的浮动场限环31结构，短路了芯片表面电荷，解决了高压快恢复二极管在HTRB老化中耐压衰减失效问题，提高快恢复二极管的HTRB，节省了芯片制造成本，提高了产品的可制造性可靠性。浮动场限环31区域主要是避免引入多晶场板，所以一般不要较宽面积，在100微米以内。本实施例中采用90微米。而偏置金属场板场限环32区域是为了起分压的作用，面积也相应较宽，一般在100-200微米之间。本实施例采用150微米。芯片截层从下向上依次为芯片1、N+截止环2、复合终端结构3和P+阳极4，芯片自右往左分为四层结构，易于制造，适应性好，兼容性高。
[0062]芯片参数:
[0063]击穿电压VBR2800V;
[0064]正向电压VF(IF= 15A) < 1.5V;
[0065]反向漏电流IR^lyA;
[0066]反向恢复时间Trr < 50nS；
[0067]通过150°C，800V下HTRB可靠性测试。
[0068 ] 针对结构方法制成的产品，产品名称U 2 0 0 8 0 0 A A，电性能如下:VBR (2 5 °C，IR =100uA)=960V,VF(25°C ,IF=15A) = 1.1V ,IR(25°C,VR = 600V)=0.5uAo
[0069]芯片的HTRB可靠性高，成本低，易于制造，开关损耗低，反向击穿电压高，延长了二极管的寿命。
[0070]如图3所示，一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0071]1)场氧化前表面清洗:
[0072]配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸=6: 1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40%;
[0073]配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%;
[0074]配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下:
[0075]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0076]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0077]c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的娃片30s，后用去离子水冲洗；
[0078]d.用2号液浸泡娃片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；
[0079]2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚lum，氧化炉温度为1000°C;
[0080]3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4区域形成P+阳极4，偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3区域形成电场限制环;4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶；
[0081]5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；
[0082]6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900°C;
[0083]7 )P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在40KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的注入；
[0084]8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层，其中所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40% ;
[0085]9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；
[0086]10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100°C;
[0087]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0088]12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环2光刻区域淀积的热氧化层， 氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%;
[0089]13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环2使用40KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环2表面的光刻胶；
[0090]14)淀积PETE0S氧化层:在400°C的等离子腔体中淀积PETE0S氧化层，该氧化层的厚度通过设计实验为步骤19)形成的偏置金属场板提供最优化的电场分布；
[0091]15)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0092]16)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%;
[0093]17)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属，隔离金属和正面金属为铝；
[0094]18)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3内；
[0095]19)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极4区域和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；
[0096]20)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400°C，合金时间为20min;
[0097]21)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，进行化学机械抛光，将硅片厚度从背面减薄到200um，采用背面减薄，减小了二极管的正向导通电阻，提高了二极管的导通性能，提高了二极管的可靠性；
[0098]22)背面金属淀积:对于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，背面金属为银，形成背面电极，银的导电性能好，使得芯片具有更好的导电性能，功耗更加低；
[0099]23)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用200kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0100]24)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。
[0101]实施例2:
[0102]一种高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0103]1)场氧化前表面清洗:配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸= 6:1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40% ;
[0104]配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%;
[0105]配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下:
[0106]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30 s，用去离子水冲洗；
[0107]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0108]c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗；
[0109]d.用2号液浸泡娃片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；
[0110]2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚lum，氧化炉温度为1100°C;
[0111]3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极4区域的P+阳极4，偏置金属场板场限环32和浮动场限环的31复合终端结构3区域形成电场限制环；
[0112]4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶；
[0113]5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；
[0114]6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为1000°C;
[0115]7 )P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的注入；
[0116]8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层，其中所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%;步骤12)和16)中相同。
[0117]9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；
[0118]10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1200°C;
[0119]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0120]12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环2光刻区域淀积的热氧化层；
[0121]13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环2使用80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环2表面的光刻胶；
[0122]14)淀积PETE0S氧化层:在500°C的等离子腔体中淀积PETE0S氧化层，该氧化层的厚度通过设计实验为步骤19)形成的偏置金属场板提供最优化的电场分布；
[0123]15)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0124]16)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶；
[0125]17)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属，隔离金属和正面金属为铝；
[0126]18)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3内；
[0127]19)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极4区域和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；
[0128]20)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为500°C，合金时间为20min ；
[0129]21)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，进行研磨减薄，将硅片厚度从背面减薄到300um;
[0130]22)背面金属淀积:对于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，背面金属为银，形成背面电极；
[013 1]23)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用SOOkGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0132]24)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。
[0133]实施例3:
[0134]实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于步骤21)中背面减薄的方法为湿法腐蚀。
[0135]实施例4:
[0136]实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于步骤21)中背面减薄的方法为常压等离子腐蚀。
[0137]以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。
【主权项】
1.一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片(1)，其特征在于:还包括N+截止环(2)、复合终端结构(3)和P+阳极(4)，所述的芯片(1)为快恢复二极管芯片;芯片截层从右向左依次为芯片(1)、N+截止环(2)、复合终端结构(3)和P+阳极(4)，所述的复合终端结构(3)为偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)，所述的浮动场限环(31)靠近P+阳极(4) 一侧，偏置金属场板场限环(32)靠近N+截止环(2) —侧。2.根据权利要求1所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)。3.一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下: 1)场氧化前表面清洗: 配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸=6: 1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40%; 配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%; 配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下: a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗； b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗； c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗； d.用2号液浸泡硅片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗； 2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚1 _2um，氧化炉温度为1000-1100°C; 3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极区域的P+阳极(4)，复合终端结构(3)区域形成偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31); 4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶； 5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗； 6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900-1000°C; 7)P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在40KeV-80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)的注入； 8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层； 9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗； 10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)的扩散，激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100-1200。。; 11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环(2)； 12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环(2)光刻区域淀积的热氧化层； 13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环(2)使用40KeV-80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环(2)表面的光刻胶； 14)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)和复合终端结构(3)的区域中形成金属接触窗口的区域； 15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶； 16)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属； 17)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极(4)和复合终端结构(3)内； 18)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极(4)区域和复合终端结构(3)外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶； 19)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400-500°C，合金时间为20min ； 20)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200-300um; 21)背面金属淀积:对于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，形成背面电极； 22)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用200kGy-800kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷； 23)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。4.根据权利要求3所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤8)、12)和15)中，所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40 %，氢氟酸质量浓度为40 %。5.根据权利要求3或4所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤16)中所述的隔离金属和正面金属为钛和铝。6.根据权利要求3所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤20)中所述的背面减薄方法为研磨、化学机械抛光、湿法腐蚀、常压等离子腐蚀。7.根据权利要求3或6所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤21)中所述的背面金属为银。
【专利摘要】本发明公开了一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，属于半导体芯片领域。一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、终端结构和P+阳极，所述的芯片为快恢复二极管芯片；芯片截层从右向左依次为芯片、N+截止环、终端结构和P+阳极。采用偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构，在远离P+阳极区域采用偏置金属场板场限环，短路了芯片表面电荷，解决了高压快恢复二极管在HTRB老化中耐压衰减失效问题，在靠近P+阳极区域采用浮动场限环，避免引入多晶场板，从而节省了芯片制造成本。它具有高HTRB可靠性，低成本，击穿电压高，漏电流小，开关损耗低的优点，延长了二极管的寿命。
【IPC分类】H01L29/40, H01L21/329, H01L29/868, H01L29/06
【公开号】CN105489658
【申请号】CN201610021877
【发明人】孙澜, 刘韵吉, 杨敏红, 单慧
【申请人】桑德斯微电子器件（南京）有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月13日
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体芯片领域，更具体地说，涉及一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]参考文献:封装、检测与设备，整流二极管的最大反向电流IR对HTRB工作寿命的影响，2011年9月第36卷第9期，保爱林、傅剑锋、邓爱民。整流器件在工作中的可靠性往往与其漏电流特别是在高温下的漏电流有密切关系，通过对常温与高温漏电流的对比测试，发现高温漏电流越大，高温反偏寿命越短，说明高温漏电流对高温反偏寿命有重要影响。一般情况下整流器件会在3?4倍室温的结温下工作，在较高结温下的漏电流就显得异常重要，因为与正向电流相比，其虽然很小但不会像正向电流那样比较均匀地分布在整个结上，其大部分分布在表面漏电沟道以及穿过结的内部漏电沟道内。沟道的面积非常小，因此其电流密度异常的大，常造成该处的热失控，严重时会导致材料熔融。实际上因结温过高、漏电流局部集中造成的微区过热失效占了整流器件失效的绝大部分。高温漏电流对HTRB寿命的影响是显著的，其本质是最大反向电流IR的增大加速了由结温驱动的器件下的失效。
[0003]参考文献:半导体学报，用局域寿命控制技术改善功率快恢复二极管性能的仿真研究，2003年第24卷第5期，第520-526页，吴鹤，吴郁，亢宝位，贾云鹏。文献中表述了作为功率开关器件，高压快恢复二极管(FRD)的最重要的性能参数是反向恢复时间，为了减小反向恢复时间，针对局域低寿命区的参数对快恢复硅功率二极管性能的影响进行了系统的仿真研究，得到了全面系统的研究结果其中包括局域低寿命区在二极管中的位置不同和局域低寿命区中复合中心能级在禁带中的位置不同对快恢复二极管的反向恢复时间、反向恢复软度因子、正向压降、漏电流对各个单项性能的影响，以及各项综合性能综合折衷的影响。这些结果对高速功率器件寿命工程研究和器件制造工程都有重要的参考价值。
[0004]目前半导体行业内生产高压快恢复二极管(FRD)芯片通常采用V型槽玻璃钝化生产工艺。但现有技术存在多种问题，主要的问题如下:1)、击穿电压低，漏电流大。2)、HTRB可靠性差，功耗较大，二极管易烧毁。
【发明内容】
[0005]1.要解决的技术问题
[0006]针对现有技术中存在的HTRB可靠性差，击穿电压低，漏电流大，正向导通电压较大，功耗较大，制造成本高，二极管芯片易烧毁问题，本发明提供了一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，它具有HTRB可靠性高，成本低，易于制造，开关损耗低，反向击穿电压高，延长了二极管的寿命。
[0007]2.技术方案
[0008]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0009]一种高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片，包括芯片，还包括N+截止环、复合终端结构和P+阳极，所述的芯片为快恢复二极管芯片;芯片截层从右向左依次为芯片、N+截止环、复合终端结构和P+阳极，所述的复合终端结构为偏置金属场板场限环和浮动场限环，所述的浮动场限环靠近P+阳极一侧，偏置金属场板场限环靠近N+截止环一侧。
[0010]更进一步的，所述的偏置金属场板场限环和浮动场限环。
[0011]一种上述高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0012]1)场氧化前表面清洗:
[0013]配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸=6:1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40%;
[0014]配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%;
[0015]配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下:
[0016]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0017]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0018]c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗；
[0019]d.用2号液浸泡娃片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；
[0020]2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚l-2um，氧化炉温度为1000-1100°C;
[0021]3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极区域的P+阳极，复合终端结构区域形成偏置金属场板场限环和浮动场限环；
[0022]4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶；
[0023]5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；
[0024]6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900-1000°C;
[0025]7)P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在40KeV-80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对偏置金属场板场限环和浮动场限环的注入；
[0026]8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层；
[0027]9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；
[0028]10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环和浮动场限环的扩散，激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100-1200。。；
[0029]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环；
[0030]12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环(2)光刻区域淀积的热氧化层；
[0031]13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环(2)使用40KeV_80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环表面的光刻胶；
[0032]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极和复合终端结构的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0033]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶；
[0034]16)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属；
[0035]17)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极和复合终端结构内；
[0036]18)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极区域和复合终端结构外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；
[0037]19)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400-500°C，合金时间为20min ；
[0038]20)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200-300um;
[0039]21)背面金属淀积:对 于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，形成背面电极；
[0040]22)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用200kGy_800kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0041]23)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。
[0042]更进一步的，步骤8)、12)和15)中，所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%。
[0043]更进一步的，步骤16)中所述的隔离金属和正面金属为钛和铝。
[0044]更进一步的，步骤20)中所述的背面减薄方法为研磨、化学机械抛光、湿法腐蚀、常压等离子腐蚀。
[0045]更进一步的，步骤21)中所述的背面金属为银。
[0046]3.有益效果
[0047]相比于现有技术，本发明的优点在于:
[0048](1)芯片结构简单，自右往左分为四层结构，易于制造，适应性好，兼容性高；
[0049](2)采用偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构，在远离P+阳极区域采用偏置金属场板场限环，短路了芯片表面电荷，解决了高压快恢复二极管在HTRB老化中耐压衰减失效问题，提高快恢复二极管的HTRB可靠性;浮动场限环区域一般不要较宽面积，在100微米以内。而偏置金属场板场限环区域，面积相应较宽，一般在100-200微米之间。
[0050](3)采用偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构，在靠近P+阳极区域采用浮动场限环，避免引入多晶场板，如果引入多晶场板，会增加2层光刻，大大增加了芯片制造成本。本方案节省了芯片制造成本，同时采用上述偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构无需采用特殊表面钝化层，提高了产品的可制造性。
[0051](4)使用新型的二极管芯片生产工艺，减小了开关损耗，降低了压降，减小了芯片功耗，增强了二极管的耐压稳定性及可靠性，延长了二极管的寿命；
[0052](5)采用正面金属合金和背面减薄的方法，减小了二极管的正向导通电阻，提高了二极管的导通性能，提高了二极管的可靠性；
[0053](6)生长的背面金属使用银，使得二极管芯片具有更好的导电性能，可靠性强，能耗低。
【附图说明】
[0054]图1为高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片的整体结构示意图；
[0055]图2为高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片的截面示意图；
[0056]图3为高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片的制备工艺流程图。
[0057]图中标号说明:
[0058]1、芯片；2、N+截止环;3、复合终端结构;31、浮动场限环;32、偏置金属场板场限环；
4、P+阳极。
【具体实施方式】
[0059]下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
[0060]实施例1
[0061]如图1、图2所示，一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片1、N+截止环2、复合终端结构3和P+阳极4，所述的芯片1为快恢复二极管芯片;复合终端结构3包含远离P+阳极区域的偏置金属场板场限环32和靠近P+阳极区域的浮动场限环31结构，短路了芯片表面电荷，解决了高压快恢复二极管在HTRB老化中耐压衰减失效问题，提高快恢复二极管的HTRB，节省了芯片制造成本，提高了产品的可制造性可靠性。浮动场限环31区域主要是避免引入多晶场板，所以一般不要较宽面积，在100微米以内。本实施例中采用90微米。而偏置金属场板场限环32区域是为了起分压的作用，面积也相应较宽，一般在100-200微米之间。本实施例采用150微米。芯片截层从下向上依次为芯片1、N+截止环2、复合终端结构3和P+阳极4，芯片自右往左分为四层结构，易于制造，适应性好，兼容性高。
[0062]芯片参数:
[0063]击穿电压VBR2800V;
[0064]正向电压VF(IF= 15A) < 1.5V;
[0065]反向漏电流IR^lyA;
[0066]反向恢复时间Trr < 50nS；
[0067]通过150°C，800V下HTRB可靠性测试。
[0068 ] 针对结构方法制成的产品，产品名称U 2 0 0 8 0 0 A A，电性能如下:VBR (2 5 °C，IR =100uA)=960V,VF(25°C ,IF=15A) = 1.1V ,IR(25°C,VR = 600V)=0.5uAo
[0069]芯片的HTRB可靠性高，成本低，易于制造，开关损耗低，反向击穿电压高，延长了二极管的寿命。
[0070]如图3所示，一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0071]1)场氧化前表面清洗:
[0072]配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸=6: 1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40%;
[0073]配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%;
[0074]配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下:
[0075]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0076]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0077]c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的娃片30s，后用去离子水冲洗；
[0078]d.用2号液浸泡娃片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；
[0079]2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚lum，氧化炉温度为1000°C;
[0080]3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4区域形成P+阳极4，偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3区域形成电场限制环;4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶；
[0081]5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；
[0082]6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900°C;
[0083]7 )P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在40KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的注入；
[0084]8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层，其中所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40% ;
[0085]9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；
[0086]10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100°C;
[0087]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0088]12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环2光刻区域淀积的热氧化层， 氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%;
[0089]13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环2使用40KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环2表面的光刻胶；
[0090]14)淀积PETE0S氧化层:在400°C的等离子腔体中淀积PETE0S氧化层，该氧化层的厚度通过设计实验为步骤19)形成的偏置金属场板提供最优化的电场分布；
[0091]15)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0092]16)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%;
[0093]17)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属，隔离金属和正面金属为铝；
[0094]18)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3内；
[0095]19)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极4区域和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；
[0096]20)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400°C，合金时间为20min;
[0097]21)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，进行化学机械抛光，将硅片厚度从背面减薄到200um，采用背面减薄，减小了二极管的正向导通电阻，提高了二极管的导通性能，提高了二极管的可靠性；
[0098]22)背面金属淀积:对于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，背面金属为银，形成背面电极，银的导电性能好，使得芯片具有更好的导电性能，功耗更加低；
[0099]23)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用200kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0100]24)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。
[0101]实施例2:
[0102]一种高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0103]1)场氧化前表面清洗:配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸= 6:1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40% ;
[0104]配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%;
[0105]配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下:
[0106]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30 s，用去离子水冲洗；
[0107]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0108]c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗；
[0109]d.用2号液浸泡娃片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗；
[0110]2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚lum，氧化炉温度为1100°C;
[0111]3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极4区域的P+阳极4，偏置金属场板场限环32和浮动场限环的31复合终端结构3区域形成电场限制环；
[0112]4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶；
[0113]5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗；
[0114]6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为1000°C;
[0115]7 )P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的注入；
[0116]8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层，其中所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40%，氢氟酸质量浓度为40%;步骤12)和16)中相同。
[0117]9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗；
[0118]10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1200°C;
[0119]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0120]12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环2光刻区域淀积的热氧化层；
[0121]13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环2使用80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环2表面的光刻胶；
[0122]14)淀积PETE0S氧化层:在500°C的等离子腔体中淀积PETE0S氧化层，该氧化层的厚度通过设计实验为步骤19)形成的偏置金属场板提供最优化的电场分布；
[0123]15)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0124]16)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶；
[0125]17)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属，隔离金属和正面金属为铝；
[0126]18)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极4和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3内；
[0127]19)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极4区域和偏置金属场板场限环32和浮动场限环31的复合终端结构3外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶；
[0128]20)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为500°C，合金时间为20min ；
[0129]21)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，进行研磨减薄，将硅片厚度从背面减薄到300um;
[0130]22)背面金属淀积:对于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，背面金属为银，形成背面电极；
[013 1]23)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用SOOkGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0132]24)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。
[0133]实施例3:
[0134]实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于步骤21)中背面减薄的方法为湿法腐蚀。
[0135]实施例4:
[0136]实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于步骤21)中背面减薄的方法为常压等离子腐蚀。
[0137]以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。
【主权项】
1.一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片(1)，其特征在于:还包括N+截止环(2)、复合终端结构(3)和P+阳极(4)，所述的芯片(1)为快恢复二极管芯片;芯片截层从右向左依次为芯片(1)、N+截止环(2)、复合终端结构(3)和P+阳极(4)，所述的复合终端结构(3)为偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)，所述的浮动场限环(31)靠近P+阳极(4) 一侧，偏置金属场板场限环(32)靠近N+截止环(2) —侧。2.根据权利要求1所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)。3.一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下: 1)场氧化前表面清洗: 配置氢氟酸溶液，由体积比水:氢氟酸=6: 1溶液混合得到，所述的氢氟酸溶液质量浓度为40%; 配置1号液，由体积比为氨水:过氧化氢溶液:水=1:1:5-1:2:7混合得到，所述的氨水浓度质量浓度为27%; 配置2号液，由体积比氯化氢:过氧化氢溶液:水=1:1:6-1:2:8混合得到，所述的氯化氢质量浓度为37%、过氧化氢溶液质量浓度为30% ;清洗顺序如下: a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗； b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗； c.使用所述的氢氟酸溶液浸泡步骤b处理后的硅片30s，后用去离子水冲洗； d.用2号液浸泡硅片lOmin，后用去离子水冲洗，使用所述的氢氟酸溶液浸泡lmin，最后用去离子水冲洗，对硅片表面完成清洗； 2)硅片表面场氧化层的生长:将步骤1)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，生成一层场氧化层，场氧化层厚1 _2um，氧化炉温度为1000-1100°C; 3)P+硼扩散光刻:对步骤2)处理完成的硅片进行光刻，形成在P+阳极区域的P+阳极(4)，复合终端结构(3)区域形成偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31); 4)湿刻腐蚀场氧化层:对步骤3)处理完成的硅片进行湿刻腐蚀，在P+硼扩散光刻的区域中去除步骤2)淀积的场氧化层;去除P+硼扩散光刻的光刻胶； 5)离子注入保护氧化前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成后的硅片表面进行清洗； 6)离子注入保护氧化层的生长:将步骤5)处理完成的硅片置于氧化炉中生长，在P+硼扩散的光刻区域生长一层保护氧化层，氧化炉温度为900-1000°C; 7)P+硼离子注入:将步骤6)处理完成的硅片在40KeV-80KeV能量下进行硼离子轰击，硼离子注入硅片表面，形成PN结，并完成对偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)的注入； 8)湿刻腐蚀离子注入保护氧化层:将步骤7)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除P+硼扩散区域的氧化层； 9)离子推进前表面清洗:使用步骤1)的相同方法对上一步骤处理完成硅片进行表面清洗； 10)离子推进:将步骤9)处理完成的硅片置于扩散炉中，进行扩散，PN结的结深增加，完成对偏置金属场板场限环(32)和浮动场限环(31)的扩散，激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100-1200。。; 11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成高HTRB可靠性低成本的高压快恢复二极管的N+截止环(2)； 12)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤11)处理完成的硅片，使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除N+截止环(2)光刻区域淀积的热氧化层； 13)N+截止环离子注入:将步骤12)处理完成的硅片，在N+截止环(2)使用40KeV-80KeV能量进行磷离子注入，用剥离液在常温下去除N+截止环(2)表面的光刻胶； 14)正面金属接触窗口光刻:对步骤14)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)和复合终端结构(3)的区域中形成金属接触窗口的区域； 15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤15)处理完成的硅片，使用湿刻腐蚀，在正面金属接触窗口光刻的区域使用体积比为6:1的氟化氨和氢氟酸溶液去除淀积的热氧化层；用剥离液在常温下去除正面金属接触窗口光刻的光刻胶； 16)蒸发正面金属:将步骤16)处理完成的硅片，对硅片进行电子束蒸发，在硅片上淀积隔离金属和正面金属； 17)正面金属光刻:对步骤17)处理完成的硅片进行光刻，正面金属区域的正面金属在P+阳极(4)和复合终端结构(3)内； 18)湿刻正面金属:将步骤18)处理完成的硅片，在常温下使用体积比为85%的磷酸溶液去除P+阳极(4)区域和复合终端结构(3)外的正面金属，使用剥离液在常温下去除正面金属光刻时涂覆的光刻胶； 19)正面金属合金:将步骤19)处理完成的硅片置入合金炉管中，正面金属部分形成正面金属合金，合金炉管温度为400-500°C，合金时间为20min ； 20)背面减薄:对步骤20)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200-300um; 21)背面金属淀积:对于步骤21)处理得到的硅片，在硅片背面进行直流等离子溅射淀积背面金属，形成背面电极； 22)电子束辐照:对步骤22)处理得到的硅片，用200kGy-800kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷； 23)芯片切割:将步骤23)产生的硅片，使用划片机将硅片划成单个芯片，形成独立芯片。4.根据权利要求3所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤8)、12)和15)中，所述的氟化氨和氢氟酸溶液，氟化氨质量浓度为40 %，氢氟酸质量浓度为40 %。5.根据权利要求3或4所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤16)中所述的隔离金属和正面金属为钛和铝。6.根据权利要求3所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤20)中所述的背面减薄方法为研磨、化学机械抛光、湿法腐蚀、常压等离子腐蚀。7.根据权利要求3或6所述的一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片生产工艺，其特征在于:步骤21)中所述的背面金属为银。
【专利摘要】本发明公开了一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，属于半导体芯片领域。一种高HTRB的高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、终端结构和P+阳极，所述的芯片为快恢复二极管芯片；芯片截层从右向左依次为芯片、N+截止环、终端结构和P+阳极。采用偏置金属场板场限环和浮动场限环的复合终端结构，在远离P+阳极区域采用偏置金属场板场限环，短路了芯片表面电荷，解决了高压快恢复二极管在HTRB老化中耐压衰减失效问题，在靠近P+阳极区域采用浮动场限环，避免引入多晶场板，从而节省了芯片制造成本。它具有高HTRB可靠性，低成本，击穿电压高，漏电流小，开关损耗低的优点，延长了二极管的寿命。
【IPC分类】H01L29/40, H01L21/329, H01L29/868, H01L29/06
【公开号】CN105489658
【申请号】CN201610021877
【发明人】孙澜, 刘韵吉, 杨敏红, 单慧
【申请人】桑德斯微电子器件（南京）有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月13日
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