一种快恢复二极管制作方法与流程

1.本技术涉及半导体器件制作工艺技术领域，具体而言，涉及一种快恢复二极管制作方法。


背景技术：

2.快恢复二极管(fast recovery diode，简称frd)是一种特殊的二极管，它可以在较短时间内从正向导通状态转变为反向截止状态。与普通二极管相比，快恢复二极管具有更快的恢复速度和更低的反向恢复时间，可以更好地应对高频率、高电压和高温度等环境下的工作需求。
3.快恢复二极管主要用于电源开关、逆变器、变频器、交流电机驱动器等高效率、高精度、高可靠性的电子电路中，快恢复二极管可以有效减少电路的开关损耗和杂散噪声，提高系统的效率和稳定性。
4.目前，现有技术中1200v以上的快恢复二极管制作工艺通常采用场环终端加多晶场版的工艺，现有工艺存在以下问题：第一，多晶场版工艺增加了一层多晶光刻，间接增加了生产成本和生产周期；第二，采用多晶场版工艺制成的器件，在高频、高压和高温环境下可靠性不稳定；第三，器件浪涌能力不足，无法满足大多数终端应用的需要。


技术实现要素：

5.为了至少克服现有技术中的上述不足，本技术的目的在于提供一种快恢复二极管制作方法。
6.第一方面，本技术实施例提供一种快恢复二极管制作方法，所述快恢复二极管制作方法包括：
7.提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口，其中，所述基区主结区窗口位于所述衬底一端的表面。
8.对所述基区主结区窗口和所述分压环窗口进行离子掺杂处理，得到基区主结区和分压环，其中，所述分压环的数量为多个，多个所述分压环位于所述基区主结区的外侧。
9.在所述基区主结区处图案化形成有源区窗口，对所述有源区窗口进行离子掺杂，形成有源区。
10.在所述衬底远离所述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环。
11.制作分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的金属电极。
12.在一种可能的实现方式中，所述提供一衬底，所述提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口的步骤之前，所述方法还包括：
13.将所述衬底放置于硫酸和过氧化氢比例为4∶1.3的混合液中浸泡二十分钟，对所述衬底进行清洁，其中，环境温度为110℃。
14.在一种可能的实现方式中，所述提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口
的步骤包括：
15.对所述衬底进行扩散处理，在所述衬底表面生长一层氧化层。
16.对所述氧化层进行图案化处理，形成所述基区主结区窗口和所述分压环窗口。
17.其中，所述对所述衬底进行扩散处理，在所述衬底表面生长一层氧化层的步骤，包括：
18.将所述衬底放入到炉温为1145℃～1155℃的氧化炉中，进行湿氧氧化处理410min～420min，在所述衬底表面形成一层厚度为1.9um～2.1um的氧化层，其中，湿氧氧化处理过程中所述扩散炉中通入氧气的流量为4.0slm/min，通入氢气的流量为7.0slm/min。
19.在一种可能的实现方式中，所述对所述基区主结区窗口和所述分压环窗口进行离子掺杂处理的步骤包括：
20.在所述基区主结区窗口和所述分压环窗口内注入剂量为1.0e13/cm2、注入能量为60k的硼离子。
21.对所述硼离子注入后的衬底进行推结处理，形成基区主结区和分压环。
22.在一种可能的实现方式中，所述对所述硼离子注入后的衬底进行推结处理，形成基区主结区和分压环的步骤，包括：
23.将所述衬底放入到炉温为1195℃～1205℃的扩散炉中，扩散炉中通入流量为8.0slm/min的氮气，扩散推结处理150min～160min，而后停止通入氮气。
24.通入流量为4.0slm/min的氧气，扩散推结处理170min～190min。
25.在一种可能的实现方式中，所述在所述基区主结区处图案化形成有源区窗口，对所述有源区窗口进行离子掺杂，形成有源区的步骤还包括：
26.在所述有源区窗口内注入剂量为2.0e13/cm2、注入能量为60k的硼离子。
27.将所述衬底放入到炉温为1045℃～1055℃的扩散炉中，扩散推结处理350min～370min，形成有源区。其中，所述扩散炉中通入氢气的流量为7.0slm/min，通入氧气的流量为4.0slm/min。
28.在一种可能的实现方式中，所述在所述衬底远离所述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环的步骤包括：
29.在所述衬底远离所述基区主结区的一端的表面图案化形成沟道截止环窗口。
30.在所述沟道截止环窗口内进行三氯氧磷淀积处理。
31.将所述衬底放入到炉温为945℃～955℃的扩散炉中，扩散处理20min～40min，形成沟道截止环。其中，所述扩散炉中通入氮气的流量为8.0slm/min，通入氧气的流量为0.4slm/min。
32.在一种可能的实现方式中，所述在所述衬底远离所述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环的步骤之后，所述方法还包括：
33.对所述衬底进行铂溅射处理，在所述氧化层所在一侧的表面形成铂电阻薄膜，所述铂电阻薄膜的方阻为50ω/sq～80ω/sq。
34.对所述铂电阻薄膜进行退火处理，退火温度为860℃～880℃。
35.在一种可能的实现方式中，所述制作分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的金属电极的步骤，包括：
36.对所述衬底进行金属蒸镀，在所述氧化层所在一侧的表面形成第一金属层，并对
第一金属层进行刻蚀，形成分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的第一电极。
37.在一种可能的实现方式中，所述制作分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的金属电极的步骤后还包括：
38.对所述衬底进行金属蒸镀，在所述衬底与所述第一金属层相对一侧的表面上制作第二金属层，由所述第二金属层形成第二电极，其中所述第二电极为多层金属电极。
39.基于上述任意一个方面，本技术实施例提供的快恢复二极管的制作方法中，形成的有源区可以提升器件的浪涌能力，此外，采用场环终端加金属场版的工艺，不仅可以减小器件曲率处的电场强度，提高器件的可靠性和稳定性，还可以减少一道多晶光刻工艺，降低生产成本的同时缩短生产周期。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要调用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
41.图1为本技术实施例所提供的快恢复二极管的制作方法的步骤示意图；
42.图2-图11为图1中方法对应的工艺制程图；
43.图12为图8中方法制得的器件的部分结构俯视图。
44.图标：110-衬底；120-氧化层；111-基区主结区；112-分压环；113-有源区；114-沟道截止环；121-基区主结区窗口；122-分压环窗口；123-沟道截止环窗口；131-第一金属层；132-第二金属层。
具体实施方式
45.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
46.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
47.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。
48.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该申请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技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连通”、“相连”、“连接”应作广义理解，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，可依具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
50.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的不同特征之间可以相互结合。
51.本实施例提供一种快恢复二极管的制作方法，下面结合图1-图12对该制作方法进行详细描述。
52.请参考图1及图2，本技术实施例的快恢复二极管的制作方法包括：
53.步骤s11：提供一衬底110，形成基区主结区窗口121和分压环窗口122。其中，衬底110可以是n型衬底，由层叠的n-型半导体层与n
+
型半导体层组成。基区主结区窗口121位于所述衬底一端的表面。
54.步骤s12：对基区主结区窗口121和分压环窗口122进行离子掺杂处理，得到基区主结区111和分压环112，其中，分压环112的数量为多个，多个分压环112位于基区主结区111的外侧。
55.步骤s13：在所述基区主结区111处图案化形成有源区窗口，对所述有源区窗口进行离子掺杂，形成有源区113。形成的有源区113可以提高器件正向浪涌电流，提升器件的浪涌能力。
56.步骤s14：在衬底远离所述基区主结区111的一端的表面制作沟道截止环114。
57.步骤s15：制作分别与基区主结区111、分压环112、有源区113以及沟道截止环114连接的金属电极。
58.在本实施例中，快恢复二极管的制作方法主要采用场环终端加金属场版的工艺，在金属场版的作用下，峰值电场的减小，器件曲率处的电场强度随之减小，从而阻止击穿现象的发生，提高器件的可靠性和稳定性。形成的有源区113可以提升器件的浪涌能力，此外，减少了多晶光刻工艺，可以降低生产成本的同时缩短生产周期。
59.在步骤s11前还包括对衬底110进行酸洗。具体地，将衬底110放置于硫酸和过氧化氢比例为4∶1.3的混合液中浸泡二十分钟，对所述衬底进行清洁，其中，环境温度为110℃。
60.在本步骤中，对衬底110的表面进行清洗，得到干净的原始衬底110。
61.请参考图3及图4，步骤s11中，包括对清洗干净的衬底110进行扩散处理，具体地，可以将衬底110放入到炉温为1145℃～1155℃的氧化炉中，进行湿氧氧化处理410min～420min，在衬底110表面形成一层厚度为1.9um～2.1um的氧化层120，其中，湿氧氧化处理过程中所述扩散炉中通入氧气的流量为4.0slm/min，通入氢气的流量为7.0slm/min。再通过光刻与腐蚀工艺对氧化层120进行图案化处理，形成基区主结区窗口121和分压环窗口122。
62.在本步骤中，形成的氧化层120一方面起到耐压作用，一方面为后续光刻起到掩膜作用。
63.步骤s12中，包括在基区主结区窗口121和分压环窗口122内注入硼离子。具体地，可以在基区主结区窗口121和分压环窗口122内注入剂量为1.0e13/cm2、注入能量为60k的硼离子，起到掺杂的作用。其中，分压环窗口122的数量为多个，多个分压环窗口122位于基
区主结区窗口121的外侧，示例性地，分压环窗口122的数量可以为7个。
64.在本步骤中，分压环窗口122采用环设计结构，可以起到分压的作用，提高器件的边缘击穿电压。
65.请参考图5，步骤s12中，还包括对注入硼离子后的基区主结区窗口121和分压环窗口122进行推结处理，形成具有间隔设置的基区主结区111与多个分压环112，如图5示例的p半导体区。具体地，可以将衬底110放入到炉温为1195℃～1205℃的扩散炉中，通入流量为8.0slm/min的氮气，扩散推结处理150min～160min。其后，停止通入氮气，通入流量为4.0slm/min的氧气，扩散推结处理170min～190min。
66.在本步骤中，基区主结区窗口121和分压环窗口122处的衬底110表面形成新的氧化层120。
67.请参考图6，步骤s13中，包括通过光刻与腐蚀的工艺对基区主结区窗口121上的氧化层进行图案化处理，形成有源区窗口。在有源区窗口内注入剂量为2.0e15/cm2、注入能量为60k的硼离子。
68.在本步骤中，对有源区窗口注入剂量提升的硼离子，硼离子可以起到杂质补偿的作用，可以提高器件正向浪涌电流，提升器件的浪涌能力。
69.步骤s13中，还包括对注入硼离子后的有源区窗口进行推结处理，形成有源区113。具体地，可以将衬底110放入到炉温为1045℃～1055℃的扩散炉中，扩散推结处理350min～370min，形成有源区113，即图6示例的p+半导体区。其中，扩散炉中通入氢气的流量为7.0slm/min，通入氧气的流量为4.0slm/min。
70.在本步骤中，由于掺杂的硼离子剂量提升与二次推结，，使得从有源区113向n-半导体层流入的载流子数目增加，电导调制效应增强，导通压降降低，器件开通损耗降低。pn结底部曲率半径增大，可以更好地抑制器件内部电场的集中，反向恢复区间电荷能在极短的时间内实现软恢复，从而减小功耗，提高器件效率及稳定性。
71.请参考图7及图8，步骤s14中，在衬底110远离基区主结区111的一端的表面制作沟道截止环114。具体地，可以通过光刻与腐蚀衬底110上远离基区主结区111一端的表面的氧化层120形成沟道截止环窗口123，在沟道截止环窗口123内进行三氯氧磷淀积处理。而后，将衬底110放入到炉温为945℃～955℃的扩散炉中，扩散处理20min～40min，形成沟道截止环114，如图8示例的n+半导体区。其中，扩散炉中通入氮气的流量为8.0slm/min，通入氧气的流量为0.4slm/min。
72.在本步骤中，形成的沟道截止环114可以终止由于各种因素在器件表面形成的反型层。反型层是指在pn结表面形成的一层高浓度的载流子区域，会导致反向漏电流增大，从而影响器件性能。当器件处于正向偏置状态时，沟道截止环114可以将沟道中的载流子隔离起来，使其不能扩散到pn结表面形成反型层，可以减小反向漏电流，提高器件的反向击穿电压和灵敏度。此时，基区主结区111、分压环112、有源区113及沟道截止环114的位置关系可以参考图12。
73.在s14步骤后，包括对衬底110通过光刻和腐蚀工艺形成引线孔，以实现电流流动形成电路的目的。
74.在步骤s15前，还包括对衬底110进行铂溅射处理和退火处理。具体地，对衬底110进行铂溅射处理，在氧化层所在一侧的表面形成铂电阻薄膜，铂电阻薄膜的方阻为50ω/sq
～80ω/sq，再对铂电阻薄膜进行退火处理，退火温度为860℃～880℃。
75.在本步骤中，在衬底110中掺入一定的铂，作用是在器件中引入点缺陷作为复合中心来减少少数载流子寿命，以到达提高器件的抗疲劳性能的目的。对铂电阻薄膜进行退火处理，器件能够具备较好的正向压降-反向恢复时间折中性，在高频、高压和高温环境下提供更高的输出效率。
76.请参考图9至图11，步骤s15中，包括制作分别与基区主结区111、分压环112、有源区113以及沟道截止环114连接的第一电极。具体地，先对衬底110进行金属蒸镀，在氧化层120所在一侧的表面形成第一金属层131，形成金属场版，如图11示例。示例性地，第一金属层可以是铝金属层。对第一金属层进行刻蚀，形成分别与基区主结区111、分压环112、有源区113以及沟道截止环114连接的第一电极。形成的金属场版既可以与欧姆接触电极相连形成接触式场版，也可以独立覆盖在pn结终端的氧化层120上形成浮空场版。
77.在本步骤中，第一电极中与基区主结区111连接的金属电极可以作为阳极使用。当对器件的基区主结区111施加反向偏压时，浮空场版上的电势相对于n型衬底110为负，浮空场版、氧化层120和n型衬底110构成的mis结处于耗尽状态。这部分的耗尽区与反向偏置p
+
n结的耗尽区连成一体，从而减小了pn结终端弯曲处的电场强度，提高了pn结击穿电压。
78.同时，在浮空场版的作用下，耗尽层n区的电力线的通量与p
+
区的电力线的通量相等。即相当于在耗尽层的n区表面引入负电荷，p
+
区表面引入正电荷，这两种电荷产生的电场方向与原来的电场方向相反，从而减小峰值电场。由于峰值电场的减小，器件曲率处的电场强度也会减小，从而阻止击穿现象的发生，提高器件的可靠性和稳定性。此外，浮空场版还能通过改变
79.步骤s15中，还包括在衬底110与第一金属层相对一侧的表面上制作第二电极。具体地，对衬底110进行金属蒸镀，在衬底110与第一金属层131相对一侧的表面上制作第二金属层132，如图11示例，由第二金属层形成第二电极，其中第二电极为多层金属电极。示例性地，多层金属电极可以是通过电子束按顺序蒸镀的钛镍银多层金属电极，钛镍银金属电极厚度分别是0.1μm、0.4μm、1.2μm。
80.在本步骤中，第二电极可以作为阴极使用，采用钛镍银多层金属制成的第二电极的导电性好、使用寿命高，可以增加器件的通态能力和可靠性，进一步增强器件稳定性。
81.综上所述，本技术提供一种快恢复二极管的制作方法，主要步骤包括：提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口，基区主结区位于所述衬底一端的表面。对基区主结区和分压环窗口进行离子掺杂处理，得到基区主结区和分压环，多个分压环位于所述基区主结区的外侧。在基区主结区处图案化形成有源区窗口，对有源区窗口进行离子掺杂，形成有源区。在衬底远离所述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环。制作分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的金属电极。形成的有源区可以提升器件的浪涌能力，此外，采用场环终端加金属场版的工艺，不仅可以减小器件曲率处的电场强度，提高器件的可靠性和稳定性，还可以减少一道多晶光刻工艺，降低生产成本的同时缩短生产周期。
82.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述方法包括：提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口，其中，所述基区主结区窗口位于所述衬底一端的表面；对所述基区主结区窗口和所述分压环窗口进行离子掺杂处理，得到基区主结区和分压环，其中，所述分压环的数量为多个，多个所述分压环位于所述基区主结区的外侧；在所述基区主结区处图案化形成有源区窗口，对所述有源区窗口进行离子掺杂，形成有源区；在所述衬底远离所述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环；制作分别与所述基区主结、所述分压环以及所述沟道截止环连接的金属电极。2.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口的步骤之前，所述方法还包括：将所述衬底放置于硫酸和过氧化氢比例为4∶1.3的混合液中浸泡二十分钟，对所述衬底进行清洁，其中，环境温度为110℃。3.根据权利要求2所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口的步骤包括：对所述衬底进行扩散处理，在所述衬底表面生长一层氧化层；对所述氧化层进行图案化处理，形成所述基区主结区窗口和所述分压环窗口；其中，所述对所述衬底进行扩散处理，在所述衬底表面生长一层氧化层的步骤，包括：将所述衬底放入到炉温为1145℃～1155℃的氧化炉中，进行湿氧氧化处理410min～420min，在所述衬底表面形成一层厚度为1.9um～2.1um的氧化层，其中，湿氧氧化处理过程中所述扩散炉中通入氧气的流量为4.0slm/min，通入氢气的流量为7.0slm/min。4.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述对所述基区主结区窗口和所述分压环窗口进行离子掺杂处理的步骤包括：在所述基区主结区窗口和所述分压环窗口内注入剂量为1.0e13/cm2、注入能量为60k的硼离子；对所述硼离子注入后的衬底进行推结处理，形成基区主结区和分压环。5.根据权利要求4所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述对所述硼离子注入后的衬底进行推结处理，形成基区主结区和分压环的步骤，包括：将所述衬底放入到炉温为1195℃～1205℃的扩散炉中，扩散炉中通入流量为8.0slm/min的氮气，扩散推结处理150min～160min，而后停止通入氮气；通入流量为4.0slm/min的氧气，扩散推结处理170min～190min。6.根据权利要求5所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述对所述在所述基区主结区处图案化形成有源区窗口，对所述有源区窗口进行离子掺杂，形成有源区的步骤还包括：在所述有源区窗口内注入剂量为2.0e13/cm2、注入能量为60k的硼离子；将所述衬底放入到炉温为1045℃～1055℃的扩散炉中，扩散推结处理350min～370min，形成有源区，其中，所述扩散炉中通入氢气的流量为7.0slm/min，通入氧气的流量为4.0slm/min。7.根据权利要求6所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述在所述衬底远离所
述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环的步骤包括：在所述衬底远离所述基区主结区的一端的表面图案化形成沟道截止环窗口；在所述沟道截止环窗口内进行三氯氧磷淀积处理；将所述衬底放入到炉温为945℃～955℃的扩散炉中，扩散处理20min～40min，形成沟道截止环，其中，所述扩散炉中通入氮气的流量为8.0slm/min，通入氧气的流量为0.4slm/min。8.根据权利要求7所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述在所述衬底远离所述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环的步骤之后，所述方法还包括：对所述衬底进行铂溅射处理，在所述氧化层所在一侧的表面形成铂电阻薄膜，所述铂电阻薄膜的方阻为50ω/sq～80ω/sq；对所述铂电阻薄膜进行退火处理，退火温度为860℃～880℃。9.根据权利要求1所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述制作分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的金属电极的步骤，包括：对所述衬底进行金属蒸镀，在所述氧化层所在一侧的表面形成第一金属层，并对第一金属层进行刻蚀，形成分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的第一电极。10.根据权利要求9所述的快恢复二极管制作方法，其特征在于，所述制作分别与所述基区主结区、所述分压环、所述有源区以及所述沟道截止环连接的金属电极的步骤后还包括：对所述衬底进行金属蒸镀，在所述衬底与所述第一金属层相对一侧的表面上制作第二金属层，由所述第二金属层形成第二电极，其中所述第二电极为多层金属电极。

技术总结
本申请提供一种快恢复二极管的制作方法，涉及半导体器件制作工艺技术领。该方法包括：提供一衬底，形成基区主结区窗口和分压环窗口，基区主结区窗口位于所述衬底一端的表面。对基区主结区窗口和分压环窗口进行离子掺杂处理，得到基区主结区和分压环。在基区主结区处图案化形成有源区窗口，对有源区窗口进行离子掺杂，形成有源区。在衬底远离所述基区主结区的一端的表面制作沟道截止环。制作分别与基区主结区、分压环、有源区以及沟道截止环连接的金属电极。形成的有源区可以提升器件的浪涌能力，此外，采用场环终端加金属场版的工艺，不仅可以提高器件的可靠性和稳定性，还可以减少一道多晶光刻工艺，降低生产成本的同时缩短生产周期。产周期。产周期。


技术研发人员：于航 李磊 李大哲
受保护的技术使用者：吉林华微电子股份有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/1