制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉑摻雜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于二極管的制備領(lǐng)域，具體涉及一種制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉬摻雜 方法及制備得到的快恢復(fù)二極管。
【背景技術(shù)】
[0002] 快恢復(fù)二極管(簡(jiǎn)稱FRD)，是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體 二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極 管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。
[0003]在快恢復(fù)二極管中，硅快恢復(fù)二極管應(yīng)用廣泛。為了提高開關(guān)速度，減少反向恢復(fù) 時(shí)間T"，傳統(tǒng)的方法是采用重金屬摻雜(如摻金、摻鉬）和電子輻射等技術(shù)在二極管中大面 積甚至是整體引入復(fù)合中心來消除二極管中的過剩載流子，實(shí)現(xiàn)降低器件反向恢復(fù)時(shí)間1" 的目的。摻金器件能級(jí)較深，高溫特性較差；電子輻照感生的缺陷不穩(wěn)定，在較低溫度下會(huì) 退化消失，且制備得到的器件漏電流偏大；而鉬擴(kuò)散形成的替位原子是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此器 件的高溫穩(wěn)定性好。
[0004]因此，在快恢復(fù)二極管的制備過程中，常見的摻鉬工藝是鉬蒸發(fā)或鉬濺射。在快恢 復(fù)二極管中，作為復(fù)合中心的鉬量很小，鉬濺射或鉬蒸發(fā)造成鉬的消耗量過大，過多的鉬在 硅片上，造成浪費(fèi)，且提高了制作成本；而鉬蒸發(fā)或鉬濺射是以物理方式沉積在硅片表面， 導(dǎo)致應(yīng)力，帶來的過多的張力，影響鉬的激活，阻礙鉬成為有效的復(fù)合中心，造成快恢復(fù)二 極管性能欠佳。
[0005]因此，本領(lǐng)域急需一種制備快恢復(fù)二極管制備工藝過程中的鉬摻雜的方法，該方 法的成本低，操作簡(jiǎn)便，條件易控，制備得到的鉬摻雜硅材料用于快恢復(fù)二極管的性能表現(xiàn) 良好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉬 摻雜方法，該方法的操作簡(jiǎn)便，條件易控，且制備得到的鉬摻雜硅材料用于快恢復(fù)二極管的 性能表現(xiàn)良好。
[0007]本發(fā)明提供的制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉬摻雜的方法是將硅片材料浸泡在鉬 摻雜溶液中，使鉬離子以游離態(tài)的形式吸附在硅片表面，達(dá)到降低應(yīng)力幾乎為零的目的，之 后經(jīng)過紅外退火使鉬元素?cái)U(kuò)散至硅片材料內(nèi)部，這種方式有助于鉬在硅片材料中形成高效 的復(fù)合中心，實(shí)現(xiàn)正向壓降（Vf)和反向恢復(fù)時(shí)間（T")性能的最優(yōu)化。
[0008]本發(fā)明提供的方法創(chuàng)新性的采用鉬摻雜溶液實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片材料的鉬摻雜，克服了現(xiàn) 有技術(shù)只采用鉬蒸發(fā)、鉬濺射等氣相沉積方法進(jìn)行鉬摻雜的技術(shù)偏見。
[0009]本發(fā)明首先提供了一種制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉬摻雜方法，所述方法包括如 下步驟：
[0010] (1)將硅片浸泡在鉬摻雜溶液中，獲得吸附了鉬離子的硅片；所述硅片為PN結(jié)二 極管硅片；
[0011] (2)紅外退火，獲得鉬摻雜的硅材料。
[0012] 本發(fā)明提供的制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉬摻雜方法，通過將硅片浸泡在鉬摻雜 溶液中，實(shí)現(xiàn)了將鉬元素吸附于硅片上的目的，紅外退火后使鉬元素?cái)U(kuò)散至硅片內(nèi)部，并被 激活為有效的復(fù)合中心。本發(fā)明通過對(duì)鉬浸泡摻雜的硅片進(jìn)行紅外退火，實(shí)現(xiàn)了硅片中鉬 復(fù)合中心數(shù)量的可調(diào)性(如退火時(shí)間越長(zhǎng)鉬摻雜量越高)，并對(duì)快恢復(fù)二極管器件的^和T" 的優(yōu)化。
[0013] 本發(fā)明步驟（1)所述鉬摻雜溶液為含有鉬離子的硅腐蝕體系。
[0014] 本發(fā)明所述硅片為任何型號(hào)的PN結(jié)二極管硅片，不做具體限定，本領(lǐng)域可以通過 專業(yè)知識(shí)進(jìn)行制作或者通過商購(gòu)獲得。
[0015] 本發(fā)明對(duì)于鉬離子的硅腐蝕體系沒有具體限定，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)將鉬元素?cái)U(kuò)散至 硅片材料內(nèi)部的溶液均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。典型但非限制性的鉬離子可以以氯亞鉬酸銨、鉬酸 銨或氯鉬酸的形式加入；典型但非限制性的硅腐蝕體系可以是氫氟酸溶液、氫氟酸-硝酸 溶液、氫氟酸-硫酸溶液或氫氟酸-鹽酸溶液等。也就是說，本發(fā)明所述鉬摻雜溶液可以是 含有任何鉬離子的任何硅腐蝕體系。
[0016] 優(yōu)選地，所述硅腐蝕體系由氫氟酸與硝酸、鹽酸或硫酸中的任意1種或至少2種的 組合。
[0017] 優(yōu)選地，所述鉬離子以氯亞鉬酸銨的形式加入。
[0018] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述鉬摻雜溶液為含有氯亞鉬酸銨的氫氟酸溶液；
[0019] 優(yōu)選地，所述含有氯亞鉬酸銨的氫氟酸溶液中，氯亞鉬酸銨的濃度為0. 01~l〇g/ L去離子水；每克氯亞鉬酸銨對(duì)應(yīng)0. 1~1000mL的氫氟酸；所述氫氟酸以30v%的濃度計(jì)。 也就是說，在所述浸泡溶液中，每升去離子水加入0.01~l〇g氯亞鉬酸銨；每克氯亞鉬酸銨 對(duì)應(yīng)0. 1~1000mL的氫氟酸。
[0020] 典型但非限制性地，氯亞鉬酸銨的濃度為0? 01~10g/L，例如0? 02g/L、0. 07g/L、 0?14g/L、0. 18g/L、0. 5g/L、0. 8g/L、l. 3g/L、2. 7g/L、3. 3g/L、5g/L、6. 4g/L、7. 8g/L、8. 7g/ L、9. 5g/L、9. 9g/L等；每克氯亞鉬酸銨對(duì)應(yīng)加入氫氟酸的量為0. 4mL、0. 9mL、l. 4mL、4mL、 15mL、27mL、44mL、58mL、70mL、120mL、205mL、220mL、287mL、356mL、568mL、675mL、780mL、 956mL、998mL等。
[0021] 本發(fā)明所述加入的氫氟酸以30v%的濃度計(jì)。本發(fā)明并不限定氫氟酸的濃度，此處 所述氫氟酸以30v%的濃度計(jì)，只是為了更明確的表示實(shí)際加入的氫氟酸的量，也就是說， 本發(fā)明加入的氫氟酸的濃度可以是任意可以獲得的氫氟酸的濃度，例如20%、25%、40%、37% 等。
[0022] 本發(fā)明所述制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉬摻雜方法步驟（1)中，所述浸泡時(shí)間 > 0.1s，例如 0.5s、4s、35s、80s、208s、296s、450s、552s、700s、852s、968s、1058s、1540s、 1854s、2050s、2358s等；優(yōu)選 0? 1 ~2000s。
[0023] 優(yōu)選地，步驟（1)所述浸泡溫度為5~50°C，優(yōu)選20~35°C，例如22°C、25°C、 29°C、34°C等。
[0024]所述紅外退火的溫度為 100 ~2000°C，例如 125°C、178°C、256°C、387°C、425°C、 489 °C、550 °C、685 °C、752 °C、800 °C、858 °C、920 °C、995 °C、1050 °C、1152 °C、1258 °C、1385 °C、 1478°C、1856°C、1987°C等，優(yōu)選 300 ~1500°C;
[0025] 優(yōu)選地，所述紅外退火的時(shí)間彡ls，例如5s、14s、35s、80s、208s、296s、450s、 552s、700s、852s、968s、1058s、1540s、1854s、2050s、2358s等，優(yōu)選 1 ~2000s。
[0026] 本發(fā)明所述紅外退火過程中通入氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w，優(yōu)選通入體積比為 (0~1) :(1~0)的氮?dú)夂脱鯕狻４颂?0"意指不含有對(duì)應(yīng)組分，即所述紅外退火過程中 可以單獨(dú)通入氮?dú)猓蛘邌为?dú)通入氧氣。
[0027] 優(yōu)選地，所述混合氣體的通入流量為0~30SLPM，例如0? 2SLPM、5SLPM、16SLPM、 22SLPM、28SLPM等。
[0028] 優(yōu)選地，本發(fā)明在所述紅外退火之后再次進(jìn)行管式爐退火至少lmin，例如2min、 15min、23min、37min、58min、84min、120min、135min等，優(yōu)選 1 ~120min，所述管式爐退火的 溫度為 450 ~100(TC，例如 4551：、4781：、5561：、6871：、7251：、8891：、9501：、9851：等。
[0029] 優(yōu)選地，所述管式爐退火過程中通入氮?dú)?；所述氮?dú)獾耐ㄈ肓髁績(jī)?yōu)選為1~ 20SLPM，例如 2SLPM、6SLPM、11SLPM、16SLPM、18SLPM等。
[0030] 優(yōu)選地，步驟（2)之前進(jìn)行步驟（2'）：清洗吸附了鉬離子的硅片，除去硅片上游離 的鉬尚子。
[0031] 本發(fā)明對(duì)于"步驟（2'）：清洗吸附了鉬離子的硅片，除去硅片上游離的鉬離子"的 方式不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)掌握的專業(yè)知識(shí)或?qū)嶋H情況進(jìn)行選擇，典型 但非限制性的包括：將吸附了鉬離子的硅片置于氫氟酸中浸泡或沖洗；或?qū)⑽搅算f離子 的硅片置于雙氧水和硫酸溶液中浸泡或沖洗；或?qū)⑽搅算f離子的硅片置于氫氟酸和氟化 銨中進(jìn)行浸泡或清洗；或者將吸附了鉬離子的硅片置于去離子水中進(jìn)行浸泡或清洗等等。
[0032] 為了能夠進(jìn)一步活化硅片中的鉬離子，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選在步驟（2)所述退火之 后將硅片浸泡于鹽酸和雙氧水的溶液中。
[0033] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述制備快恢復(fù)二極管工藝中的鉬摻雜方法包括如下 步驟：
[0034] (1)將硅片浸泡在氯亞鉬酸銨的氟化氫溶液中，獲得吸附了鉬離子的硅片；
[0035] (2'）清洗吸附了鉬離子的硅片，除去硅片表面游離的鉬離子；
[0036] (2)將步驟（2'）清洗后的硅片依次進(jìn)行紅外退火和管式爐退火，將退火后的硅片 浸泡于鹽酸和雙氧水的溶液中，取出晾干即獲得鉬摻雜的硅材料。
[0037] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種快恢復(fù)二極管，所述快恢復(fù)二極管采用前述方法制備得 到的鉬摻雜硅材料制備得到。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0039] (1)本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)采用氣相沉積(如蒸發(fā)或?yàn)R射）進(jìn)行鉬摻雜 的技術(shù)偏見，創(chuàng)新性的采用溶液對(duì)硅片材料進(jìn)行鉬摻雜，為快恢復(fù)二極管制備工藝中的鉬 摻雜方法提供了一種新的思路；
[0040] (2)本發(fā)明提供的鉬摻雜方法使鉬離子以游離態(tài)的形式吸附在硅片表面，達(dá)到降 低應(yīng)力幾乎為零的目的，紅外退火后使鉬元素?cái)U(kuò)散至硅片內(nèi)部，并被激活