一種新型高壓雙向觸發(fā)器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型高壓雙向觸發(fā)器件，該器件包括N型半導(dǎo)體襯底、第一P阱和P阱層，該觸發(fā)器件的四周邊緣處設(shè)有SiO2絕緣層，該觸發(fā)器件的上表面和下表面的中間設(shè)有金屬層，金屬層上分別設(shè)有金屬電極T1和T2，N型半導(dǎo)體襯底的上下兩端分別設(shè)有P型層，P型層的一端設(shè)有第一P阱，P型層中還設(shè)有N阱，N阱的一端設(shè)有第二P阱，N型半導(dǎo)體襯底的四周設(shè)置多層復(fù)合薄膜，多層復(fù)合薄膜外側(cè)設(shè)有玻璃鈍化層。有益效果：新型高壓雙向觸發(fā)器件具有雙向?qū)ΨQ的負(fù)阻特性以及高溫工作的穩(wěn)定性，且轉(zhuǎn)換電阻較高，維持電壓較低，具有高速低功耗優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種新型高壓雙向觸發(fā)器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種新型高壓雙向觸發(fā)器件。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，雙向可控硅被廣泛用于各種家用電器線路中，比如空調(diào)、洗衣機(jī)、吸塵器等變頻家電的變頻調(diào)速電路，燈具的調(diào)光、鎮(zhèn)流器電路，電熱毯、電熨斗的調(diào)溫電路等。雙向可控硅屬于電流驅(qū)動(dòng)控制器件，在工作時(shí)需要柵極觸發(fā)控制信號(hào)，家電用雙向可控硅通常采用雙向觸發(fā)二極管來(lái)提供柵極觸發(fā)脈沖，但雙向觸發(fā)二極管存在觸發(fā)功率低、觸發(fā)功耗高且高溫可靠性低的缺點(diǎn)，因此急需尋找一種高觸發(fā)功率、低觸發(fā)功耗的高效觸發(fā)器件來(lái)替代雙向觸發(fā)二極管。在HID啟動(dòng)電路、機(jī)動(dòng)車電子點(diǎn)火器電路、燃?xì)恻c(diǎn)火電路、高壓發(fā)生器電路中通常都需要在線路產(chǎn)生較高的di/dt才能使線路中的線圈上感生出較高的電壓來(lái)?yè)舸怏w從而實(shí)現(xiàn)線路的起輝點(diǎn)火功能，傳統(tǒng)的起輝點(diǎn)火電路需要大量的電子元器件才能產(chǎn)生高的di/dt。因此，需要一種新的技術(shù)方案解決上述問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型提供了一種觸發(fā)功率高、觸發(fā)功耗低的新型高壓雙向觸發(fā)器件。
[0004]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案:一種新型高壓雙向觸發(fā)器件包括N型半導(dǎo)體襯底、第一 P阱和P阱層，該觸發(fā)器件的四周邊緣處設(shè)有SiO2絕緣層，該觸發(fā)器件的上表面和下表面的中間設(shè)有金屬層，金屬層上分別設(shè)有金屬電極Tl和T2，N型半導(dǎo)體襯底的上下兩端分別設(shè)有P型層，P型層的一端設(shè)有第一 P阱，P型層中還設(shè)有N阱，N阱的一端設(shè)有第二 P阱，N型半導(dǎo)體襯底的四周設(shè)置多層復(fù)合薄膜，多層復(fù)合薄膜外側(cè)設(shè)有玻璃鈍化層。
[0005]本實(shí)用新型的有益效果:新型高壓雙向觸發(fā)器件具有雙向?qū)ΨQ的負(fù)阻特性以及高溫工作的穩(wěn)定性，且轉(zhuǎn)換電阻較高，維持電壓較低，具有高速低功耗優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]其中，1、第一 P阱，2、P型層，3、N型半導(dǎo)體襯底，4、N講，5、第二 P阱，6、多層復(fù)合薄膜，7、玻璃鈍化層，8、SiO2絕緣層，9、金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如圖所示，一種新型高壓雙向觸發(fā)器件包括N型半導(dǎo)體襯底3、第一 P阱I和P阱層2，該觸發(fā)器件的四周邊緣處設(shè)有SiO2絕緣層8，該觸發(fā)器件的上表面和下表面的中間設(shè)有金屬層9，金屬層9上分別設(shè)有金屬電極Tl和T2，N型半導(dǎo)體襯底3的上下兩端分別設(shè)有P型層2，P型層2的一端設(shè)有第一 P阱1，P型層2中還設(shè)有N阱4，N阱4的一端設(shè)有第二 P阱5，N型半導(dǎo)體襯底3的四周設(shè)置多層復(fù)合薄膜6，多層復(fù)合薄膜6外側(cè)設(shè)有玻璃鈍化層7。[0009]一種新型高壓雙向觸發(fā)器件的工作原理是:在T2上加電壓，Tl電位設(shè)為0，該電壓將主要由P型層2和N型半導(dǎo)體襯底3形成的反偏pn結(jié)承擔(dān)，電流為反偏pn結(jié)漏電流，電流隨著T2端所加電壓的增大而增大。當(dāng)T2端的電壓達(dá)到器件轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，反偏pn結(jié)出現(xiàn)雪崩擊穿并產(chǎn)生顯著的雪崩倍增效應(yīng)形成大量的電子-空穴對(duì)，在空間電荷區(qū)電場(chǎng)的作用下空穴流向低濃度第二 P阱5、電子流向未耗盡N型半導(dǎo)體襯底3，器件的電流迅速上升，同時(shí)電子-空穴對(duì)的漂移使由P型層2和N型半導(dǎo)體襯底3形成的反偏pn結(jié)空間耗盡區(qū)變窄，器件兩端的電壓下降，器件出現(xiàn)負(fù)阻特性。為確保電中性，高濃度N阱4將向低濃度第二 P阱5注入大量電子、高濃度第一 P阱I將向低濃度N型半導(dǎo)體襯底3注入大量空穴，在低濃度第二 P阱5和低濃度N型半導(dǎo)體襯底3形成電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，器件迅速?gòu)呢?fù)阻區(qū)轉(zhuǎn)向低阻導(dǎo)通區(qū)，產(chǎn)生較大的電流脈沖和電流變化率。
[0010]實(shí)施例1
[0011]選擇NTD〈111>單晶片，厚度為210μπι，電阻率5Ω.cm，打標(biāo)清洗、烘干待用；硅片表面生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層，氧化層厚度I μ m ;采用負(fù)膠、雙面光刻機(jī)進(jìn)行第二 P阱5雙面光刻；進(jìn)行N型離子注入，注入條件是劑量為2el3Cnr2、能量為50KeV，注入后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)條件是溫度為1100°C、時(shí)間為130min、02流量為1800mL/min、N2流量為4000mL/min，在硅片離子注入和推結(jié)時(shí)設(shè)置I片電阻率和厚度與所選N型單晶材料相近的P型硅片作為陪片；以Ga2O3粉末為Ga源進(jìn)行P型層2鎵擴(kuò)散，預(yù)淀積條件是片溫為1200°C、源溫為990°C、H2流量為200mL/min、N2流量為800mL/min、通源時(shí)間為160min，再分布條件是溫度為1250°C、時(shí)間為10h、N2流量為3500mL/min，在350°C以下取出硅片；進(jìn)行第一 P阱I光刻，先刻正面再刻背面；再第一 P阱I硼擴(kuò)散，采用硼乳為膠源，預(yù)淀積條件是溫度為ΙΟΟΟ?、時(shí)間為IOOmiruO2流量為150mL/min、N2流量為3500mL/min,預(yù)淀積后漂HF酸25s,再分布條件是溫度為1180°C、干-濕-干的時(shí)間分別為80min、200min和lOOmin，干O2流量為3500/min、濕O2流量為1500/min、N2流量為3500mL/min ;進(jìn)行N阱4光刻，先刻正面再刻背面；然后進(jìn)行N阱4磷擴(kuò)散，預(yù)淀積條件是溫度為1000°C、時(shí)間為lOOmin、O2流量為1300mL/min、小N2流量為1000mL/min、大`N2流量為4000mL/min，預(yù)淀積后漂HF酸25s，再分布條件是溫度為1150°C，干-濕-干的時(shí)間分別為80min、80min和lOOmin，干O2流量為1500mL/min、濕O2流量為1000mL/min、N2流量為3500mL/min ;槽光刻先刻正面槽再刻背面槽，槽腐蝕采用順03、HF和HAC的體積比為8:2:1的混酸溶液，腐蝕8min，腐蝕溫度為3°C。
[0012]多層復(fù)合薄膜6鈍化層淀積:首先淀積α -多晶娃，采用LPCVD淀積，條件是溫度為570°C、壓強(qiáng)0.3t、SiH4流量30cc/min、淀積時(shí)間4min，然后淀積半絕緣多晶硅SIP0S，采用LPCVD淀積，條件是溫度為650°C、壓強(qiáng)0.3t、SiH4流量200cc/min、N2O流量30cc/min、淀積時(shí)間40min，再淀積低溫?zé)嵫趸瘜覮T0，采用LPCVD淀積，條件是溫度為420°C、壓強(qiáng)為0.3t、SiH4流量為100cc/min、O2流量為30cc/min、淀積時(shí)間20min，最后淀積Si3N4,采用LPCVD淀積，條件是溫度為750°C、壓強(qiáng)為0.3t、SiH2Cl2流量為100CC/min、NH3流量為350cc/min、淀積時(shí)間為 20min。
[0013]玻璃鈍化，采用刮涂的方法涂鉛鋁硅酸鹽玻璃，先刮正面再刮背面，玻璃燒出條件是溫度為450°C、時(shí)間為8min、02流量為1000mL/min、N2流量為3500mL/min，燒結(jié)條件是溫度為750°C、時(shí)間為15min、02流量為1000mL/min、N2流量為3500mL/min，再進(jìn)行兩次刮涂、燒出、燒結(jié)玻璃粉，再進(jìn)行LTO淀積，采用LPCVD淀積，條件是溫度為420°C、壓強(qiáng)為0.2t、SiH4流量為lOOcc/min、O2流量為30cc/min、淀積時(shí)間為30min ;刻蝕接觸孔；雙面金屬化，金屬淀積、反刻；合金條件是在爐溫為500°C、時(shí)間為10 min、真空度為10_3Pa，采用BPSG鈍化，退火條件是溫度450°C、時(shí)間為25min。
[0014]第二 P阱5的濃度低于P型層2，第二 P阱5采用雜質(zhì)補(bǔ)償法形成。采用N型離子注入工藝，精確控制注入結(jié)深和濃度，可在P型層2中形成區(qū)域濃度補(bǔ)償層，降低該區(qū)域P型雜質(zhì)凈濃度，提高觸發(fā)器件的觸發(fā)速度。注入和推結(jié)時(shí)設(shè)置P型硅片作為陪片便于測(cè)量區(qū)域濃度補(bǔ)償層的結(jié)深和濃度。
[0015]P型層2鎵擴(kuò)散時(shí)設(shè)置源溫的目的是控制鎵原子產(chǎn)量，對(duì)硅片進(jìn)行一定濃度的摻雜，片溫的目的是在高溫下使得輸運(yùn)到硅片表面的鎵原子進(jìn)一步擴(kuò)散到硅片內(nèi)部，達(dá)到所需結(jié)深。片溫和源溫不同可以很方便地精確控制P型層2的濃度和結(jié)深，形成低濃度深結(jié)深的P型擴(kuò)散層。
[0016]新型高壓雙向觸發(fā)器件具有雙向?qū)ΨQ的負(fù)阻特性以及高溫工作的穩(wěn)定性，且轉(zhuǎn)換電阻較高，維持電壓較低，具有高速低功耗優(yōu)點(diǎn)。
[0017]實(shí)施例2
[0018]選擇NTD〈111>單晶片，厚度為220μπι，電阻率7Ω.αιι，打標(biāo)清洗、烘干待用；娃片表面生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層，氧化層厚度1.3 μ m ;采用負(fù)膠、雙面光刻機(jī)進(jìn)行第二 P阱5雙面光刻；進(jìn)行N型離子注入，注入條件是劑量為3el3Cnr2、能量為60KeV，注入后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)條件是溫度為1170°C、時(shí)間為140min、02流量為2000mL/min ,N2流量為5000mL/min，在硅片離子注入和推結(jié)時(shí)設(shè)置2片電阻率和厚度與所選N型單晶材料相近的P型硅片作為陪片；以Ga2O3粉末為Ga源進(jìn)行P型層2鎵擴(kuò)散，預(yù)淀積條件是片溫為1205°C、源溫為995°C、H2流量為250mL/min、N2流 量為900mL/min、通源時(shí)間為170min，再分布條件是溫度為1255°C、時(shí)間為llh、N2流量為4000mL/min，在370°C以下取出硅片；進(jìn)行第一 P阱I光刻，先刻正面再刻背面；再第一 P阱I硼擴(kuò)散，采用硼乳為膠源，預(yù)淀積條件是溫度為1040°C、時(shí)間為IlOmiruO2流量為200mL/min、N2流量為4000mL/min,預(yù)淀積后漂HF酸30s,再分布條件是溫度為1190°C、干-濕-干的時(shí)間分別為100min、240min和120min，干O2流量為4000/min、濕O2流量為2000/min、N2流量為4000mL/min ;進(jìn)行N阱4光刻，先刻正面再刻背面；然后進(jìn)行N阱4磷擴(kuò)散，預(yù)淀積條件是溫度為1030°C、時(shí)間為llOmin、O2流量為1500mL/min、小N2流量為1200mL/min、大N2流量為4500mL/min，預(yù)淀積后漂HF酸30s，再分布條件是溫度為1170°C，干-濕-干的時(shí)間分別為100min、90min和120min，干O2流量為2000mL/min、濕O2流量為1300mL/min、N2流量為4000mL/min ;槽光刻先刻正面槽再刻背面槽，槽腐蝕采用順03、HF和HAC的體積比為10:3:1的混酸溶液，腐蝕lOmin，腐蝕溫度為4°C。
[0019]多層復(fù)合薄膜6鈍化層淀積:首先淀積α -多晶娃，采用LPCVD淀積，條件是溫度為575°C、壓強(qiáng)0.3t、3丨!14流量40(^/1^11、淀積時(shí)間4min，然后淀積半絕緣多晶硅SIP0S，采用LPCVD淀積，條件是溫度為660。。、壓強(qiáng)0.3t、SiH4流量250cc/min、N2O流量40cc/min、淀積時(shí)間45min，再淀積低溫?zé)嵫趸瘜覮T0，采用LPCVD淀積，條件是溫度為440°C、壓強(qiáng)為0.4t、SiH4流量為150cc/min、O2流量為40cc/min、淀積時(shí)間25min，最后淀積Si3N4,采用LPCVD淀積，條件是溫度為770°C、壓強(qiáng)為0.4t、SiH2Cl2流量為150cc/min、NH3流量為400cc/min、淀積時(shí)間為 25min。
[0020]玻璃鈍化，采用刮涂的方法涂鉛鋁硅酸鹽玻璃，先刮正面再刮背面，玻璃燒出條件是溫度為470°C、時(shí)間為IOmiruO2流量為1300mL/min、N2流量為4000mL/min，燒結(jié)條件是溫度為770°C、時(shí)間為20min、02流量為1300mL/min、N2流量為4000mL/min，再進(jìn)行兩次刮涂、燒出、燒結(jié)玻璃粉，再進(jìn)行LTO淀積，采用LPCVD淀積，條件是溫度為440°C、壓強(qiáng)為0.3t、SiH4流量為150cc/min、O2流量為40cc/min、淀積時(shí)間為40min ;刻蝕接觸孔；雙面金屬化，金屬淀積、反刻；合金條件是在爐溫為550°C、時(shí)間為20 min、真空度為10_3Pa，采用BPSG鈍化，退火條件是溫度500°C、時(shí)間為30min。
[0021]第二 P阱5的濃度低于P型層2，第二 P阱5采用雜質(zhì)補(bǔ)償法形成。采用N型離子注入工藝，精確控制注入結(jié)深和濃度，可在P型層2中形成區(qū)域濃度補(bǔ)償層，降低該區(qū)域P型雜質(zhì)凈濃度，提高觸發(fā)器件的觸發(fā)速度。注入和推結(jié)時(shí)設(shè)置P型硅片作為陪片便于測(cè)量區(qū)域濃度補(bǔ)償層的結(jié)深和濃度。
[0022]P型層2鎵擴(kuò)散時(shí)設(shè)置源溫的目的是控制鎵原子產(chǎn)量，對(duì)硅片進(jìn)行一定濃度的摻雜，片溫的目的是在高溫下使得輸運(yùn)到硅片表面的鎵原子進(jìn)一步擴(kuò)散到硅片內(nèi)部，達(dá)到所需結(jié)深。片溫和源溫不同可以很方便地精確控制P型層2的濃度和結(jié)深，形成低濃度深結(jié)深的P型擴(kuò)散層。
[0023]新型高壓雙向觸發(fā)器件具有雙向?qū)ΨQ的負(fù)阻特性以及高溫工作的穩(wěn)定性，且轉(zhuǎn)換電阻較高，維持電壓較低，具有高速低功耗優(yōu)點(diǎn)。
[0024]實(shí)施例3
[0025]選擇NTD〈111>單晶片，厚度為230 μ m，電阻率8Ω.cm，打標(biāo)清洗、烘干待用；娃片表面生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層，氧化層厚度1.5 μ m ;采用負(fù)膠、雙面光刻機(jī)，掩模板進(jìn)行第二 P阱5雙面光刻；進(jìn)行N型離子注入，注入條件是劑量為3.5el3Cnr2、能量為70KeV，注入后進(jìn)行推結(jié)，推結(jié)條件是溫度為1200°C、時(shí)間為150min、O2流量為2200mL/min、N2流量為6000mL/min,在硅片離子注入和推結(jié)時(shí)設(shè)置2片電阻率和厚度與所選N型單晶材料相近的P型硅片作為陪片；WGa2O3粉末為Ga源進(jìn)行P型層2鎵擴(kuò)散，預(yù)淀積條件是片溫為1210°C、源溫為1000°C、H2流量為300mL/min、N2流量為1000mL/min、通源時(shí)間為180min，再分布條件是溫度為1260°C、時(shí)間為12h、N2流量為4500mL/min，在400°C以下取出硅片；進(jìn)行第一P阱I光刻，先刻正面再刻背面；再第一 P阱I硼擴(kuò)散，采用硼乳膠源，預(yù)淀積條件是溫度為1100°C、時(shí)間為120min、02流量為250mL/min ,N2流量為4500mL/min，預(yù)淀積后漂HF酸35s，再分布條件是溫度為1200°C、干-濕-干的時(shí)間分別為120min、300min和150min，干O2流量為4500/min、濕O2流量為2500/min、N2流量為4500mL/min ;進(jìn)行N阱光刻，先刻正面再刻背面；然后進(jìn)行N阱磷擴(kuò)散，預(yù)淀積條件是溫度為1100°C、時(shí)間為120min、O2流量為1700mL/min、小N2流量為1300mL/min、大N2流量為5000mL/min，預(yù)淀積后漂HF酸35s，再分布條件是溫度為1180°C，干-濕-干的時(shí)間分別為120min、IOOmin和140min，干O2流量為2500mL/min、濕O2流量為1500mL/min、N2流量為4500mL/min ;槽光刻先刻正面槽再刻背面槽，槽腐蝕采用HN03、HF和HAC的體積比為12:4:1的混酸溶液，腐蝕12min，腐蝕溫度為5°C。
[0026]多層復(fù)合薄膜6鈍化層淀積:首先淀積α -多晶硅，采用LPCVD淀積，條件是溫度為580°C、壓強(qiáng)0.4t、SiH4流量50cc/min、淀積時(shí)間5min，然后淀積半絕緣多晶硅SIP0S，采用LPCVD淀積，條件是溫度為670°C、壓強(qiáng)0.4t、SiH4流量300cc/min、N2O流量50cc/min、淀積時(shí)間50min，再淀積低溫?zé)嵫趸瘜覮T0，采用LPCVD淀積，條件是溫度為450°C、壓強(qiáng)為0.4t、SiH4流量為200cc/min、O2流量為50cc/min、淀積時(shí)間30min，最后淀積Si3N4,采用LPCVD淀積，條件是溫度為800°C、壓強(qiáng)為0.5t、SiH2Cl2流量為200CC/min、NH3流量為450cc/min、淀積時(shí)間為 30min。
[0027]玻璃鈍化，采用刮涂的方法涂鉛鋁硅酸鹽玻璃，先刮正面再刮背面，玻璃燒出條件是溫度為500°C、時(shí)間為12min、02流量為1500mL/min、N2流量為4500mL/min，燒結(jié)條件是溫度為780°C、時(shí)間為25min、02流量為1500mL/min、N2流量為4500mL/min，再進(jìn)行兩次刮涂、燒出、燒結(jié)玻璃粉，再進(jìn)行LTO淀積，采用LPCVD淀積，條件是溫度為450°C、壓強(qiáng)為0.4t、SiH4流量為200cc/min、O2流量為50cc/min、淀積時(shí)間為50min ;刻蝕接觸孔；雙面金屬化，金屬淀積、反刻；合金條件是在爐溫為600°C、時(shí)間為30 min、真空度為10_3Pa，采用BPSG鈍化，退火條件是溫度550°C、時(shí)間為35min。
[0028]第二 P阱5的濃度低于P型層2，第二 P阱5采用雜質(zhì)補(bǔ)償法形成。采用N型離子注入工藝，精確控制注入結(jié)深和濃度，可在P型層2中形成區(qū)域濃度補(bǔ)償層，降低該區(qū)域P型雜質(zhì)凈濃度，提高觸發(fā)器件的觸發(fā)速度。注入和推結(jié)時(shí)設(shè)置P型硅片作為陪片便于測(cè)量區(qū)域濃度補(bǔ)償層的結(jié)深和濃度。
[0029]P型層2鎵擴(kuò)散時(shí)設(shè)置源溫的目的是控制鎵原子產(chǎn)量，對(duì)硅片進(jìn)行一定濃度的摻雜，片溫的目的是在高溫下使得輸運(yùn)到硅片表面的鎵原子進(jìn)一步擴(kuò)散到硅片內(nèi)部，達(dá)到所需結(jié)深。片溫和源溫不同可以很方便地精確控制P型層2的濃度和結(jié)深，形成低濃度深結(jié)深的P型擴(kuò)散層。
[0030]新型高壓雙向觸發(fā)器件具有雙向?qū)ΨQ的負(fù)阻特性以及高溫工作的穩(wěn)定性，且轉(zhuǎn)換電阻較高，維持電壓較低，具有高速低功耗優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型高壓雙向觸發(fā)器件，其特征在于:該觸發(fā)器件包括N型半導(dǎo)體襯底、第一 P阱和P阱層，該觸發(fā)器件的四周邊緣處設(shè)有SiO2絕緣層，該觸發(fā)器件的上表面和下表面的中間設(shè)有金屬層，所述金屬層上分別設(shè)有金屬電極Tl和T2，所述N型半導(dǎo)體襯底的上下兩端分別設(shè)有P型層，所述P型層的一端設(shè)有第一 P阱，所述P型層中還設(shè)有N阱，所述N阱的一端設(shè)有第二 P阱，所述N型半導(dǎo)體襯底的四周設(shè)置多層復(fù)合薄膜，所述多層復(fù)合薄膜外側(cè)設(shè)有玻璃鈍化層。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK203659867SQ201320822983
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】劉宗賀, 鄒有彪, 張鵬, 王泗禹, 耿開遠(yuǎn), 周健, 李建新 申請(qǐng)人:啟東吉萊電子有限公司