[发明专利]一种快恢复二极管芯片的制造方法

说明书

本发明公开了一种快恢复二极管芯片，包括N型单晶衬底，位于衬底内的P型低掺杂区，位于衬底内的P型高掺杂区，位于衬底上表面的钝化层，以及位于衬底上表面的金属层；N型单晶衬底的下表面设置有沟槽，N型单晶衬底位于沟槽的侧面设置有N型高掺杂区，以及在N型高掺杂区的下侧设置有金属层。通过选用N型单晶衬底，能大大降低快恢复二极管芯片的成本，同时通过在晶圆的背面形成沟槽，能将晶圆薄化，降低高阻层厚度，保证快恢复二极管芯片的正向压降，因而能提高产品的性价比。晶圆外围非沟槽区作为薄晶圆的支撑区，避免了薄片操作过程中发生破碎。

技术领域

本发明涉及二极管芯片技术领域，具体涉及一种快恢复二极管芯片的制造方法。

背景技术

快恢复二极管是一种具有较短反向恢复时间（ns级）的功率半导体器件，因其具有快速开关的能力，常常作高频整流二极管、续流二极管、阻尼二极管使用，广泛用于开关电源、PWM电路、变频器等电路中。通常有两种工艺方法制作快恢复二极管芯片，一种方法采用台面工艺，如图1所示，选择N型高电阻率单晶片，然后双面做纸源扩散，经过长时间的扩散，在N型衬底的一面形成P型层，另外一面形成N型层，接着进行重金属掺杂以控制少子寿命，之后在P型层一面采用化学腐蚀的方法形成沟槽终端结构，最后在衬底的两面形成金属层；另外一种方法采用平面工艺，如图2所示，选择N型重掺杂衬底，经过外延、氧化、光刻、离子注入、注入推结、表面钝化、接触孔光刻、重金属掺杂或电子辐照、正面金属化、减薄、背面金属化等工序后形成p+n-n+的器件结构。

用台面单晶片生产的快恢复二极管具有成本低廉的优势，但因为高阻区较厚、扩散区的掺杂浓度低，产品的正向压降较大，在工作中会增大器件的导通损耗；用平面外延工艺生产的快恢复二极管因为采用低阻重掺杂衬底和薄外延层技术，产品具有优良的正向压降和反向恢复特性，但生产成本较高。

发明内容

本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种快恢复二极管芯片及其制造方法，提高快恢复二极管产品的性能-成本折中性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种快恢复二极管芯片，包括N型单晶衬底，位于衬底内的P型低掺杂区，位于衬底内的P型高掺杂区，位于衬底上表面的钝化层，以及位于衬底上表面的金属层；N型单晶衬底的下表面设置有沟槽，N型单晶衬底位于沟槽的侧面设置有N型高掺杂区，以及在N型高掺杂区的下侧设置有金属层。

一种快恢复二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：衬底准备、氧化、P-区光刻、一次硼离子注入及推结、P+区光刻、二次硼离子注入及推结、表面钝化、接触孔光刻、重金属掺杂、正面金属层沉积、正面铝层光刻、铝合金、背面沟槽刻蚀、背面磷注入、激光退火、背面金属化，背面沟槽区光刻的步骤为：采用背面沟槽区光刻版，在晶圆的下表面形成沟槽区窗口，同时在晶圆的正面涂胶保护；

背面沟槽刻蚀的步骤为：利用化学腐蚀的方法在沟槽区腐蚀硅，形成沟槽，沟槽深度d为80-160μm，沟槽内侧离晶圆外围宽度W为2-10mm，腐蚀液配比为硝酸：氢氟酸：冰乙酸=10:3:1.5，沟槽刻蚀后去除表面的保护光刻胶。

作为本发明进一步的方案：衬底材料为：N型硅单晶片，电阻率ρ：5-30Ω·cm、片厚T：220-280μm，单面抛光。

作为本发明进一步的方案：一次硼离子注入及推结的步骤为：

注入剂量为1e13-8e13cm^-2，角度7度，能量120keV；

推结:温度1250±5℃,时间600-1200分钟，结深15-20μm。

作为本发明进一步的方案：二次硼离子注入及推结的步骤为：

采用带胶注入方式，注入剂量为4e14-1e15cm^-2，角度7度，能量80keV，离子注入后用干法去胶机去胶；