一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺的制作方法
一种渐变电场限制环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，涉及一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]多年来，PN高压功率快恢复二极管(FRD)的关断特性，一直备受关注。如何获得反向恢复时间短、软度大、反向漏电流低的二极管是器件设计的主要目标。在广泛使用的高速硬件开关电路中，开关器件的软度具有特别重要的意义。但是，但常规的器件设计制造技术，提高软度与提高开关速度是相互矛盾的。现有技术利用质子辐照感生的空位缺陷对铂原子的汲取作用，获得了局域寿命控制，辅以能量为4MeV电子辐照整体寿命控制技术，在具有低阳极发射效率结构的高压功率快恢复二极管中实现了更好的综合性能的优化。测试表明此类快恢复二极管具有反向恢复时间短、软度大、反向漏电低的优良特性。参考文献:固体电子学研究与进展，高压功率快恢复二极管的寿命控制研究，2008年3月第28卷第1期，谢书珊、胡冬青、充宝位。
[0003]参考文献:电源技术应用，抑制功率二极管反向恢复几种方案的比较，2004年第7卷第8期，第476-479页，胡进，吕征宇。文献中表述了高频功率二极管在电力电子装置中的应用极其广泛。但PN结功率二极管在由导通变为截止状态过程中，存在反向恢复现象。这会引起二极管损耗增大，电路效率降低以及EMI增加等问题。这一问题在大功率电源中更加突出。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)、正向导通电压较大，导致功耗较大，二极管易烧毁。
【发明内容】
[0004]1.要解决的技术问题
[0005]针对现有技术中存在的电场分布差异大、击穿电压低、漏电流大、正向导通电压较大、功耗较大、极管芯片易烧毁的问题，本发明提供了一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，它具有电场分布均匀，电势线性变化，击穿电压高，开关损耗低，漏电流小，反向功耗小的优点。
[0006]2.技术方案
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008]—种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、渐变电场限制环和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、渐变电场限制环和P+阳极，渐变电场限制环由从P+阳极到N+截止环宽度逐渐变小的若干个电场限制环组成。
[0009]更进一步的，所述的从P+阳极到N+截止环的电场限制环，电场限制环宽度从56微米逐渐减少到10微米，电场限制环的间距逐渐变大，从9微米增加到18微米。
[0010]更进一步的，所述的渐变电场限制环深度与P+阳极深度相同。
[0011 ]更进一步的，所述的渐变电场限制环深度为40微米。
[0012]一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其步骤如下:
[0013]1)场氧化前表面清洗:
[0014]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%;
[0015]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%;
[0016]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:
[0017]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0018]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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;
[0022]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，渐变电场限制环区域形成的若干电场限制环电场限制环从P+阳极到N+截止环宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极到N+截止环9微米增加到18微米；
[0023]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；
[0024]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；
[0025]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;
[0026]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，并完成对电场限制环的注入；
[0027]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；
[0028]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；
[0029]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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100_1200°C;
[0030]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计的高压快恢复二极管的N+截止环(2);
[0031]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；
[0032]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；
[0033]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0034]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤14)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；
[0035]16)蒸发正面金属:将步骤15)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；
[0036]17)正面金属光刻:对步骤16)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)内；
[0037]18)湿刻正面金属:将步骤17)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；
[0038]19)正面金属合金:将步骤18)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 ；
[0039]20)背面减薄:对步骤19)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200-300um;
[0040]21)背面金属淀积:对于步骤20)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；
[0041 ] 22)电子束辐照:对步 骤21)处理得到的硅片，用200kGy_800kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0042]23)芯片切割:将步骤22)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。
[0043]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%。
[0044]更进一步的，步骤16)中隔离金属和正面金属相同，为钛或铝。
[0045]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。
[0046]更进一步的，步骤21)中所述的背面金属为银。
[0047]3.有益效果
[0048]相比于现有技术，本发明的优点在于:
[0049](1)芯片结构简单，自上而下分为四层结构，易于与其他器件进行匹配，适应性好，兼容性高；
[0050](2)采用渐变电场限制环的方法，达到高压电势从P+阳极到芯片边缘线性变小和电场均匀分布的目的;在同样条件下，增加了快恢复二极管的耐压；
[0051](3)采用渐变电场限制环设计，使得快恢复二极管的耐压不随氧化层中表面电荷分布的变化而改变，始终均匀分布，提高了耐压的稳定性；
[0052](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；
[0053](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；
[0054](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】
[0055]图1为本渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片的结构示意图；
[0056]图2为渐变电场限制环的层级结构示意图；
[0057]图3本渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片的制备工艺流程图；
[0058]图4从P+阳极到N+截止环的电场分布图。
[0059]图中标号说明:
[0060]1、芯片;2、N+截止环;3、渐变电场限制环;4、P+阳极。
【具体实施方式】
[0061]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。
[0062]实施例1
[0063]如图1所示，一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，包括芯片1、N+截止环2、渐变电场限制环3和P+阳极4，所述的芯片1为快恢复二极管芯片;如图2所示，渐变电场限制环3的电场限制环有九层，通过设计使得从P+阳极到芯片边缘的N+截止环，电场限制环宽度从56微米逐渐减少到10微米，电场限制环的间距逐渐变大，从9微米逐渐增加到18微米，所述的渐变电场限制环3的深度与P+阳极深度相同，深度为40微米。如图4所示，在工作时候的高压电势从P+阳极到芯片边缘线性变小和电场均匀分布，电场始终保持在2 X105V/cm;在同样条件下，增加了快恢复二极管的耐压;采用渐变电场限制环设计，使得快恢复二极管的耐压不随氧化层中表面电荷分布的变化而改变，原有的电场电势由于P+阳极到芯片边缘电荷分布的逐渐减少，使得电势非线性，下降不均匀，电场不稳定，本发明提高了耐压的稳定性，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。
[0064]使用不同宽度的电场限制环，掺杂浓度从P+阳极到芯片边缘逐渐减少。我们知道，在恒定的掺杂浓度下电场强度从P+阳极到芯片边缘逐渐减少，不利于最大化电场。通过掺杂浓度从P+阳极到芯片边缘逐渐减少，可以调整电场分布使得电场强度从P+阳极到芯片边缘恒定不变，从而达到击穿电场最大化的效果。
[0065]芯片截层从下向上依次为芯片1、N+截止环2、渐变电场限制环3和P+阳极4，芯片自上而下分为四层结构，易于与其他器件进行匹配，适应性好，兼容性高。
[0066]芯片参数:
[0067]击穿电压VBR2 1200V;
[0068]正向电压VF(IF= 10A) < 1.8V;
[0069]反向漏电流IR^lyA;
[0070]反向恢复时间Trr < 50nS；
[0071]结温1^= 150。(3。
[0072]针对结构方法制成的产品，产品名称U801200AA，电性能如下:VBR(25°C，IR =100uA) = 1350V,VF(25°C ,IF=15A) = 1.35V ,IR(25°C,VR = 600V)=0.1uAo
[0073]芯片的开关损耗低，压降低，芯片功耗小，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。
[0074]如图3所示，一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片的生产工艺，其步骤如下:
[0075]1)场氧化前表面清洗:
[0076]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%;
[0077]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%;
[0078]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:
[0079]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0080]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0081]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；
[0082]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；
[0083]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;
[0084]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，渐变电场限制环3区域形成的若干电场限制环，电场限制环从P+阳极到N+截止环宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极到N+截止环9微米增加到18微米，深度为40微米;采用场限环工艺结构简单，在扩散形成主结的同时，做直接同样掺杂的环，不必添加另外的工艺。
[0085]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；
[0086]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；
[0087]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;
[0088]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，并完成对电场限制环的注入；
[0089]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% ;
[0090]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；
[0091]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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100°C;
[0092]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理 完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0093]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%;
[0094]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；
[0095]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0096]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤14)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%;
[0097]16)蒸发正面金属:将步骤15)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；
[0098]17)正面金属光刻:对步骤16)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内；
[0099]18)湿刻正面金属:将步骤17)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；
[0100]19)正面金属合金:将步骤18)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;
[0101]20)背面减薄:对步骤19)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；
[0102]21)背面金属淀积:对于步骤20)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；
[0103]22)电子束辐照:对步骤21)处理得到的硅片，用200kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0104]23)芯片切割:将步骤22)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。
[0105]实施例2:
[0106]—种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0107]1)场氧化前表面清洗:
[0108]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%;
[0109]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%;
[0110]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:
[0111 ] a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0112]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0113]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；
[0114]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；
[0115]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;
[0116]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，渐变电场限制环3区域形成的若干电场限制环，电场限制环从P+阳极到N+截止环宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极到N+截止环9微米增加到18微米，深度为40微米；
[0117]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；
[0118]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；
[0119]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;
[0120]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，并完成对电场限制环的注入；
[0121]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15)中相同。
[0122]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；
[0123]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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1200°C;
[0124]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0125]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；
[0126]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；
[0127]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0128]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤14)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；
[0129]16)蒸发正面金属:将步骤15)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；
[0130]17)正面金属光刻:对步骤16)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内；
[0131]18)湿刻正面金属:将步骤17)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；
[0132]19)正面金属合金:将步骤18)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 ；
[0133]20)背面减薄:对步骤19)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;
[0134]21)背面金属淀积:对于步骤20)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；
[0135]22)电子束辐照:对步骤21)处理得到的硅片，用SOOkGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0136]23)芯片切割:将步骤22)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。
[0137]实施例3:
[0138]实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于步骤20 )中背面减薄的方法为湿法腐蚀。
[0139]实施例4:
[0140]实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于步骤20)中背面减薄的方法为常压等离子腐蚀。
[0141]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】
1.一种渐变电场限制环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)、渐变电场限制环(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)、渐变电场限制环(3)和P+阳极(4)，所述的渐变电场限制环⑶由从P+阳极⑷到N+截止环⑵宽度逐渐变小的若干个电场限制环组成。2.根据权利要求1所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的从P+阳极(4)到N+截止环(2)的电场限制环，电场限制环宽度从56微米逐渐减少到10微米，电场限制环的间距逐渐变大，从9微米增加到18微米。3.根据权利要求1所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的渐变电场限制环(3)深度与P+阳极(4)深度相同。4.根据权利要求3所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的渐变电场限制环(3)深度为40微米。5.—种渐变电场限制环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⑷，渐变电场限制环(3)区域形成若干个电场限制环，电场限制环从P+阳极(4)到N+截止环(2)宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极(4)到N+截止环(2)9微米增加到18微米； 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，并完成对电场限制环的注入； 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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100-1200°C; 11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计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13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)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14)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15)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16)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)内； 18)湿刻正面金属:将步骤17)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18)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19)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20)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21)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22)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。6.根据权利要求5所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，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 %。7.根据权利要求5或6所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，其特征在于:步骤16)中所述的隔离金属和正面金属相同，为钛或铝。8.根据权利要求5所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，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。9.根据权利要求5或8所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，其特征在于:步骤21)中所述的背面金属为银。
【专利摘要】本发明公开了一种渐变电场限制环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。一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、渐变电场限制环和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、渐变电场限制环和P+阳极。渐变电场限制环由从P+阳极到N+截止环宽度逐渐变小的若干个电场限制环组成。从P+阳极到芯片边缘，电场限制环的宽度逐渐变小，电场限制环之间的间距逐渐变大，从而达到高压电势从P+阳极到芯片边缘线性变小和电场均匀分布的目的；它具有电场分布均匀，击穿电压高，开关损耗低，漏电流小，反向功耗少的优点。
【IPC分类】H01L29/06, H01L21/329, H01L29/868
【公开号】CN105489639
【申请号】CN201610021997
【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，涉及一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]多年来，PN高压功率快恢复二极管(FRD)的关断特性，一直备受关注。如何获得反向恢复时间短、软度大、反向漏电流低的二极管是器件设计的主要目标。在广泛使用的高速硬件开关电路中，开关器件的软度具有特别重要的意义。但是，但常规的器件设计制造技术，提高软度与提高开关速度是相互矛盾的。现有技术利用质子辐照感生的空位缺陷对铂原子的汲取作用，获得了局域寿命控制，辅以能量为4MeV电子辐照整体寿命控制技术，在具有低阳极发射效率结构的高压功率快恢复二极管中实现了更好的综合性能的优化。测试表明此类快恢复二极管具有反向恢复时间短、软度大、反向漏电低的优良特性。参考文献:固体电子学研究与进展，高压功率快恢复二极管的寿命控制研究，2008年3月第28卷第1期，谢书珊、胡冬青、充宝位。
[0003]参考文献:电源技术应用，抑制功率二极管反向恢复几种方案的比较，2004年第7卷第8期，第476-479页，胡进，吕征宇。文献中表述了高频功率二极管在电力电子装置中的应用极其广泛。但PN结功率二极管在由导通变为截止状态过程中，存在反向恢复现象。这会引起二极管损耗增大，电路效率降低以及EMI增加等问题。这一问题在大功率电源中更加突出。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)、正向导通电压较大，导致功耗较大，二极管易烧毁。
【发明内容】
[0004]1.要解决的技术问题
[0005]针对现有技术中存在的电场分布差异大、击穿电压低、漏电流大、正向导通电压较大、功耗较大、极管芯片易烧毁的问题，本发明提供了一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，它具有电场分布均匀，电势线性变化，击穿电压高，开关损耗低，漏电流小，反向功耗小的优点。
[0006]2.技术方案
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008]—种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、渐变电场限制环和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、渐变电场限制环和P+阳极，渐变电场限制环由从P+阳极到N+截止环宽度逐渐变小的若干个电场限制环组成。
[0009]更进一步的，所述的从P+阳极到N+截止环的电场限制环，电场限制环宽度从56微米逐渐减少到10微米，电场限制环的间距逐渐变大，从9微米增加到18微米。
[0010]更进一步的，所述的渐变电场限制环深度与P+阳极深度相同。
[0011 ]更进一步的，所述的渐变电场限制环深度为40微米。
[0012]一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其步骤如下:
[0013]1)场氧化前表面清洗:
[0014]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%;
[0015]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%;
[0016]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:
[0017]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0018]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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;
[0022]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，渐变电场限制环区域形成的若干电场限制环电场限制环从P+阳极到N+截止环宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极到N+截止环9微米增加到18微米；
[0023]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；
[0024]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；
[0025]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;
[0026]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，并完成对电场限制环的注入；
[0027]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；
[0028]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；
[0029]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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100_1200°C;
[0030]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计的高压快恢复二极管的N+截止环(2);
[0031]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；
[0032]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；
[0033]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0034]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤14)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；
[0035]16)蒸发正面金属:将步骤15)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；
[0036]17)正面金属光刻:对步骤16)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)内；
[0037]18)湿刻正面金属:将步骤17)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；
[0038]19)正面金属合金:将步骤18)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 ；
[0039]20)背面减薄:对步骤19)处理得到的硅片，将硅片厚度从背面减薄到200-300um;
[0040]21)背面金属淀积:对于步骤20)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；
[0041 ] 22)电子束辐照:对步 骤21)处理得到的硅片，用200kGy_800kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0042]23)芯片切割:将步骤22)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。
[0043]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%。
[0044]更进一步的，步骤16)中隔离金属和正面金属相同，为钛或铝。
[0045]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。
[0046]更进一步的，步骤21)中所述的背面金属为银。
[0047]3.有益效果
[0048]相比于现有技术，本发明的优点在于:
[0049](1)芯片结构简单，自上而下分为四层结构，易于与其他器件进行匹配，适应性好，兼容性高；
[0050](2)采用渐变电场限制环的方法，达到高压电势从P+阳极到芯片边缘线性变小和电场均匀分布的目的;在同样条件下，增加了快恢复二极管的耐压；
[0051](3)采用渐变电场限制环设计，使得快恢复二极管的耐压不随氧化层中表面电荷分布的变化而改变，始终均匀分布，提高了耐压的稳定性；
[0052](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；
[0053](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；
[0054](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】
[0055]图1为本渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片的结构示意图；
[0056]图2为渐变电场限制环的层级结构示意图；
[0057]图3本渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片的制备工艺流程图；
[0058]图4从P+阳极到N+截止环的电场分布图。
[0059]图中标号说明:
[0060]1、芯片;2、N+截止环;3、渐变电场限制环;4、P+阳极。
【具体实施方式】
[0061]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。
[0062]实施例1
[0063]如图1所示，一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，包括芯片1、N+截止环2、渐变电场限制环3和P+阳极4，所述的芯片1为快恢复二极管芯片;如图2所示，渐变电场限制环3的电场限制环有九层，通过设计使得从P+阳极到芯片边缘的N+截止环，电场限制环宽度从56微米逐渐减少到10微米，电场限制环的间距逐渐变大，从9微米逐渐增加到18微米，所述的渐变电场限制环3的深度与P+阳极深度相同，深度为40微米。如图4所示，在工作时候的高压电势从P+阳极到芯片边缘线性变小和电场均匀分布，电场始终保持在2 X105V/cm;在同样条件下，增加了快恢复二极管的耐压;采用渐变电场限制环设计，使得快恢复二极管的耐压不随氧化层中表面电荷分布的变化而改变，原有的电场电势由于P+阳极到芯片边缘电荷分布的逐渐减少，使得电势非线性，下降不均匀，电场不稳定，本发明提高了耐压的稳定性，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。
[0064]使用不同宽度的电场限制环，掺杂浓度从P+阳极到芯片边缘逐渐减少。我们知道，在恒定的掺杂浓度下电场强度从P+阳极到芯片边缘逐渐减少，不利于最大化电场。通过掺杂浓度从P+阳极到芯片边缘逐渐减少，可以调整电场分布使得电场强度从P+阳极到芯片边缘恒定不变，从而达到击穿电场最大化的效果。
[0065]芯片截层从下向上依次为芯片1、N+截止环2、渐变电场限制环3和P+阳极4，芯片自上而下分为四层结构，易于与其他器件进行匹配，适应性好，兼容性高。
[0066]芯片参数:
[0067]击穿电压VBR2 1200V;
[0068]正向电压VF(IF= 10A) < 1.8V;
[0069]反向漏电流IR^lyA;
[0070]反向恢复时间Trr < 50nS；
[0071]结温1^= 150。(3。
[0072]针对结构方法制成的产品，产品名称U801200AA，电性能如下:VBR(25°C，IR =100uA) = 1350V,VF(25°C ,IF=15A) = 1.35V ,IR(25°C,VR = 600V)=0.1uAo
[0073]芯片的开关损耗低，压降低，芯片功耗小，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。
[0074]如图3所示，一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片的生产工艺，其步骤如下:
[0075]1)场氧化前表面清洗:
[0076]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%;
[0077]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%;
[0078]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:
[0079]a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0080]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0081]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；
[0082]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；
[0083]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;
[0084]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，渐变电场限制环3区域形成的若干电场限制环，电场限制环从P+阳极到N+截止环宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极到N+截止环9微米增加到18微米，深度为40微米;采用场限环工艺结构简单，在扩散形成主结的同时，做直接同样掺杂的环，不必添加另外的工艺。
[0085]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；
[0086]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；
[0087]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;
[0088]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，并完成对电场限制环的注入；
[0089]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% ;
[0090]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；
[0091]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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100°C;
[0092]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理 完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0093]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%;
[0094]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；
[0095]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0096]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤14)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%;
[0097]16)蒸发正面金属:将步骤15)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；
[0098]17)正面金属光刻:对步骤16)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内；
[0099]18)湿刻正面金属:将步骤17)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；
[0100]19)正面金属合金:将步骤18)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;
[0101]20)背面减薄:对步骤19)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；
[0102]21)背面金属淀积:对于步骤20)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；
[0103]22)电子束辐照:对步骤21)处理得到的硅片，用200kGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0104]23)芯片切割:将步骤22)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。
[0105]实施例2:
[0106]—种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片生产工艺，其步骤如下:
[0107]1)场氧化前表面清洗:
[0108]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%;
[0109]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%;
[0110]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:
[0111 ] a.使用氢氟酸溶液浸泡硅片30s，用去离子水冲洗；
[0112]b.用1号液浸泡娃片lOmin，用去离子水冲洗；
[0113]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；
[0114]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；
[0115]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;
[0116]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，渐变电场限制环3区域形成的若干电场限制环，电场限制环从P+阳极到N+截止环宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极到N+截止环9微米增加到18微米，深度为40微米；
[0117]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；
[0118]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；
[0119]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;
[0120]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，并完成对电场限制环的注入；
[0121]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15)中相同。
[0122]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；
[0123]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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1200°C;
[0124]11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计的高压快恢复二极管的N+截止环2;
[0125]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；
[0126]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；
[0127]14)正面金属接触窗口光刻:对步骤13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极4的区域中形成金属接触窗口的区域；
[0128]15)湿刻腐蚀热氧化层:将步骤14)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；
[0129]16)蒸发正面金属:将步骤15)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；
[0130]17)正面金属光刻:对步骤16)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内；
[0131]18)湿刻正面金属:将步骤17)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；
[0132]19)正面金属合金:将步骤18)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 ；
[0133]20)背面减薄:对步骤19)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;
[0134]21)背面金属淀积:对于步骤20)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；
[0135]22)电子束辐照:对步骤21)处理得到的硅片，用SOOkGy剂量的电子束辐照，硅片引入缺陷；
[0136]23)芯片切割:将步骤22)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。
[0137]实施例3:
[0138]实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于步骤20 )中背面减薄的方法为湿法腐蚀。
[0139]实施例4:
[0140]实施例4与实施例1基本相同，不同之处在于步骤20)中背面减薄的方法为常压等离子腐蚀。
[0141]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】
1.一种渐变电场限制环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)、渐变电场限制环(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)、渐变电场限制环(3)和P+阳极(4)，所述的渐变电场限制环⑶由从P+阳极⑷到N+截止环⑵宽度逐渐变小的若干个电场限制环组成。2.根据权利要求1所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的从P+阳极(4)到N+截止环(2)的电场限制环，电场限制环宽度从56微米逐渐减少到10微米，电场限制环的间距逐渐变大，从9微米增加到18微米。3.根据权利要求1所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的渐变电场限制环(3)深度与P+阳极(4)深度相同。4.根据权利要求3所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，其特征在于:所述的渐变电场限制环(3)深度为40微米。5.—种渐变电场限制环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⑷，渐变电场限制环(3)区域形成若干个电场限制环，电场限制环从P+阳极(4)到N+截止环(2)宽度为56微米逐渐减少到10微米，电场限制环之间的间距从P+阳极(4)到N+截止环(2)9微米增加到18微米； 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，并完成对电场限制环的注入； 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，并完成对电场限制环的扩散，同时激活注入的硼离子;扩散炉温度为1100-1200°C; 11)N+截止环光刻:对步骤10)处理完成的硅片进行光刻，硅片中形成采用渐变电场限制环设计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13)处理完成的硅片进行光刻，在P+阳极(4)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14)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15)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16)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)内； 18)湿刻正面金属:将步骤17)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18)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19)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20)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21)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22)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。6.根据权利要求5所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，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 %。7.根据权利要求5或6所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，其特征在于:步骤16)中所述的隔离金属和正面金属相同，为钛或铝。8.根据权利要求5所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，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。9.根据权利要求5或8所述的一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片及其生产工艺，其特征在于:步骤21)中所述的背面金属为银。
【专利摘要】本发明公开了一种渐变电场限制环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。一种渐变电场限制环高压快恢复二极管芯片，包括芯片、N+截止环、渐变电场限制环和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、渐变电场限制环和P+阳极。渐变电场限制环由从P+阳极到N+截止环宽度逐渐变小的若干个电场限制环组成。从P+阳极到芯片边缘，电场限制环的宽度逐渐变小，电场限制环之间的间距逐渐变大，从而达到高压电势从P+阳极到芯片边缘线性变小和电场均匀分布的目的；它具有电场分布均匀，击穿电压高，开关损耗低，漏电流小，反向功耗少的优点。
【IPC分类】H01L29/06, H01L21/329, H01L29/868
【公开号】CN105489639
【申请号】CN201610021997
【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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