一种GR环结构的高软度快恢复二极管及其制备方法与流程
本发明涉及集成电路及分立器件制造，具体来说涉及一种gr环结构的高软度快恢复二极管及其制备方法。
背景技术：
1、随着人们环保意识的增强和国际能源贸易环境的恶化，世界各国都在大力扶持新能源领域的发展，igbt这一器件类型逐渐成为明星产品，与之搭配使用的用于续流的二极管，即快恢复二极管也随之受到了市场的重视。快恢复二极管是一种利用p型半导体和n型半导体之间会形成具有单向导通特性的pn结型分立器件，主要应用在消费级和工业级桥式整流电路中将交流信号转化成直流信号，该应用场景下对快恢复二极管的反向击穿电压vr、反向漏电ir、正向导通压降vf和开关速度trr有严格要求。快恢复二极管在实际与igbt搭配的续流应用中，对开关速度trr的要求并不高，因此想要提高快恢复二极管的开关软度因子s，最简单的方法就是通过调节开关速度trr，trr和软度因子s成正相关，但是与此同时正向导通压降vf也会随之改变。为避免该现象的发生，唯一的方法就是调节pn结的掺杂浓度，即材料规格和p型掺杂有源区的掺杂浓度，通过提高或降低掺杂浓度来调节pn结的体电阻，对正向导通压降vf的变化趋势进行补偿。由于目前行业内针对材料加工方面监控掺杂浓度的手段较为匮乏，需要进行破坏性测试成本较高，精度较低，同时还受到外延和衬底等其他难以控制因素的影响，行业内往往首选调节p型掺杂有源区掺杂浓度。但是，传统快恢复二极管终端场限环和p型掺杂有源区是同时掺杂推结的，单纯拉偏浓度会导致终端结构的p型掺杂有源区、场限环结深随之发生变化，难以保证器件反向击穿电压水平，因此如何开发出一种新型结构的高软度快恢复二极管，能够实现软度因子s、正向导通压降vf和反向击穿电压vr的平衡，以克服现有技术中存在的上述缺陷，是本领域技术人员需要研究的方向。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种gr环结构的高软度快恢复二极管及其制备方法，能够实现软度因子s、正向导通压降vf和反向击穿电压vr的平衡，以保证器件反向击穿电压水平。
2、本发明公开了一种gr环结构的高软度快恢复二极管制备方法，其包括如下步骤：
3、步骤010：取一浓掺n型硅衬底作为芯片的基片，在所述浓掺n型硅衬底的上侧面生长一层相同掺杂类型的轻掺杂硅外延层；
4、步骤020：在所述轻掺杂硅外延层的上侧面采用热氧化方法生长一层sio2层；
5、步骤030：采用光掩蔽刻蚀的方法在所述sio2层上刻出对应于3个场限环的3个第一掺杂窗口以及对应于p型掺杂gr环的第二掺杂窗口；
6、步骤040：采用离子注入工艺搭配高温炉管扩散工艺，分别向所述3个第一掺杂窗口和所述第二掺杂窗口掺入硼离子，并将掺入所述3个第一掺杂窗口及所述第二掺杂窗口的硼离子推入所述轻掺杂硅外延层中并激活杂质、构成3个场限环以及p型掺杂gr环；分别在所述3个场限环的上表面形成遮掩氧化层及在所述p型掺杂gr环的上表面形成遮掩氧化层；所述3个场限环包括内场限环、中场限环和外场限环；所述p型掺杂gr环位于所述内场限环的内侧、所述内场限环位于所述中场限环的内侧、所述中场限环位于所述外限环的内侧；
7、步骤050：采用光掩蔽刻蚀的方法在sio2层上刻出对应于p型掺杂有源区的第三掺杂窗口；
8、步骤060：采用离子注入工艺搭配高温炉管扩散工艺，对所述第三掺杂窗口掺入硼离子，并将掺入所述第三掺杂窗口的硼离子推入所述轻掺杂硅外延层中并激活杂质、构成p型掺杂有源区；在所述p型掺杂有源区的上表面形成遮掩氧化层；且所述p型掺杂有源区位于所述p型掺杂gr环的内侧并与所述p型掺杂gr环相连；
9、步骤070：采用光掩蔽刻蚀的方法在所述sio2层上刻出对应于截止环的第四掺杂窗口，采用离子注入工艺将磷离子掺入第四掺杂窗口，并将掺入所述第四掺杂窗口的磷离子推入所述轻掺杂硅外延层中构成截至环；且在所述外场限环位于所述截至环的内侧；
10、步骤080：采用低压化学气相淀积工艺配合光掩蔽干法刻蚀工艺，在所述p型掺杂gr环的部分上侧面形成一层伸出所述p型掺杂gr环内侧的poly薄膜、在所述3个场限环的部分上侧面分布形成一层伸出所述3个场限环外侧的poly薄膜、在所述截止环的部分上侧面形成一层伸出所述截止环内侧的poly薄膜；
11、步骤090：利用常压化学气相淀积工艺在所述芯片的上表面淀积一层udo层；
12、步骤100：采用光掩蔽刻蚀方法去除所述p型掺杂有源区的中心区域的上侧面的udo层及遮掩氧化层、以及去除所述截止环的上表面的udo层的外圈部分、保留所述截止环的中心部分的上表面的udo层；
13、步骤110：采用溅射工艺在所述芯片的下侧面淀积一层铂单质金属层，随后采用热处理方法使所述铂单质金属层中的铂掺入所述浓掺n型硅衬底以及所述轻掺杂硅外延层中，随后采用王水将所述铂单质金属层腐蚀去除；
14、步骤120：采用物理气相淀积工艺配合光掩蔽刻蚀的方法在所述p型掺杂有源区的上侧面淀积一层正面金属层，并采用高温合金工艺提升所述正面金属层与所述p型掺杂有源区的接触；
15、步骤130：在所述芯片的正上方均匀淀积一层聚酰亚胺树脂作为钝化层，并通过光掩蔽刻蚀的方法去除位于所述正面金属层的上方及位于所述截止环的外半侧的上方的钝化层；
16、步骤140，对所述浓掺n型硅衬底的下侧面进行厚度减薄，随后采用物理气相淀积工艺在所述浓掺n型硅衬底的下侧面淀积一层背面金属电极层。
17、优选的是，所述浓掺n型硅衬底的电阻率≤0.004ω.cm；所述浓掺n型硅衬底的厚度为40～700μm。
18、优选的是，所述sio2层的厚度为
19、所述udo层的厚度为
20、优选的是，所述p型掺杂gr环掺杂窗口的宽度为18～20μm；所述3个场限环掺杂窗口的宽度均为18～20μm；
21、所述p型掺杂有源区与所述内场限环的间距为18～28μm；所述内场限环与所述中场限环的间距为23～33μm；所述中场限环与所述外场限环的间距为27～37μm。
22、在所述3个场限环的上表面及在所述p型掺杂gr环的上表面形成的遮掩氧化层其厚度为其结深为6～10um；
23、在所述p型掺杂有源区的上表面形成的遮掩氧化层其厚度为结深为5～8um。
24、优选的是，步骤040中对各个所述第一掺杂窗口及所述第二掺杂窗口中掺入的硼离子剂量分别为1e13～4e15；步骤060中对所述第三掺杂窗口中掺入的硼离子剂量为1e13～4e15。
25、优选的是，所述截止环与所述外场限环的间距为70～100um；掺入所述第四掺杂窗口的磷离子的注入能量为40～60kev、注入剂量为1.5e14～1.5e15。
26、优选的是，所述poly薄膜的厚度为位于所述p型掺杂gr环的上侧面的poly薄膜的宽度为3～7um、且其伸出所述p型掺杂gr环内侧的宽度为8～12um；位于所述内场限环的上侧面的poly薄膜的宽度为3～7um、且其伸出所述内场限环外侧的宽度为10～20um；位于所述中场限环的上侧面的poly薄膜的宽度为3～7um、且其伸出所述中场限环的外侧的宽度为15～25um；位于所述外场限环的上侧面的poly薄膜的宽度为3～7um、且其伸出所述外场限环的外侧的宽度为25～35um；位于所述截止环的上侧面的poly薄膜的宽度为3～7um、且其伸出所述截止环的内侧的宽度为18～22um。
27、优选的是，所述铂单质金属层的厚度为所述正面金属层的厚度为5～10um；所述钝化层的厚度为5μm；所述背面金属电极层的厚度为1.2～3.0μm。
28、本发明还提供了一种p型掺杂gr环结构的高软度快恢复二极管，其根据以上任一项所述制备方法制备而成。
29、与现有技术相比，本发明能够采用了将场限环和p型掺杂有源区分开进行掺杂和推结，保证场限环推结强度强于p型掺杂有源区，同时在p型掺杂有源区两侧增加了p型掺杂gr环结构，这样在通过调节p型掺杂有源区浓度保证正向导通压降vf和软度因子s的同时，又保证了终端结构以满足击穿要求。此外，本发明通过加入poly薄膜作为场板结构搭配截止环结构，保证了器件在苛刻工作环境下的可靠性。
技术特征：
1.一种gr环结构的高软度快恢复二极管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述截止环与所述外场限环的间距为70～100um；掺入所述第四掺杂窗口的磷离子的注入能量为40～60kev、注入剂量为1.5e14～1.5e15。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述铂单质金属层的厚度在之间；所述正面金属层的厚度为5～10um；所述钝化层的厚度为5μm；所述背面金属电极层的厚度在1.2～3.0μm之间。
9.一种gr环结构的高软度快恢复二极管，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述制备方法制备而成。
技术总结
本发明公开了一种GR环结构的高软度快恢复二极管及其制备方法，高软度快恢复二极管包括浓掺N型硅衬底，浓掺N型硅衬底上设有轻掺杂硅外延层；在轻掺杂硅外延层的上侧面设有P型掺杂有源区，P型掺杂GR环和3个场限环以及截止环；且除P型掺杂有源区内部及截止环外侧外的其余部分均设有SiO<subgt;2</subgt;氧化层；氧化层内部位于P型掺杂有源区外半侧、P型掺杂GR环区域、场限环外半侧、P型掺杂GR环外侧、截止环内半侧上方设有POLY层；P型掺杂有源区上方设有正面金属层；芯片顶部设有聚酰亚胺钝化保护层；浓掺N型硅衬底下侧设有背面电极金属层。本发明能够在保证击穿电压的前提下，改善器件的动态参数特性以及雪崩耐量，提高二极管器件的开关软度。
技术研发人员：邱健繁,朱瑞,许柏松,曹益,殷铭标,左浩
受保护的技术使用者：江苏新顺微电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23