一种新型高压双向触发器件及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型高压双向触发器件及其制作方法，该器件包括N型半导体衬底、第一P阱和P阱层，该触发器件的四周边缘处设有SiO2绝缘层，该触发器件的上表面和下表面的中间设有金属层，金属层上分别设有金属电极T1和T2，N型半导体衬底的上下两端分别设有P型层，P型层的一端设有第一P阱，P型层中还设有N阱，N阱的一端设有第二P阱，N型半导体衬底的四周设置多层复合薄膜，多层复合薄膜外侧设有玻璃钝化层。有益效果：新型高压双向触发器件具有双向对称的负阻特性以及高温工作的稳定性，且转换电阻较高，维持电压较低，具有高速低功耗优点。
【专利说明】 一种新型高压双向触发器件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件的制造工艺，尤其涉及一种新型高压双向触发器件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，双向可控硅被广泛用于各种家用电器线路中，比如空调、洗衣机、吸尘器等变频家电的变频调速电路，灯具的调光、镇流器电路，电热毯、电熨斗的调温电路等。双向可控硅属于电流驱动控制器件，在工作时需要栅极触发控制信号，家电用双向可控硅通常采用双向触发二极管来提供栅极触发脉冲，但双向触发二极管存在触发功率低、触发功耗高且高温可靠性低的缺点，因此急需寻找一种高触发功率、低触发功耗的高效触发器件来替代双向触发二极管。在HID启动电路、机动车电子点火器电路、燃气点火电路、高压发生器电路中通常都需要在线路产生较高的di/dt才能使线路中的线圈上感生出较高的电压来击穿气体从而实现线路的起辉点火功能，传统的起辉点火电路需要大量的电子元器件才能产生高的di/dt。因此，需要一种新的技术方案解决上述问题。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种触发功率高、触发功耗低的新型高压双向触发器件及其制作方法。
[0004]本发明采用的技术方案:一种新型高压双向触发器件包括N型半导体衬底、第一 P阱和P阱层，该触发器件的四周边缘处设有SiO2绝缘层，该触发器件的上表面和下表面的中间设有金属层，金属层上分别设有金属电极Tl和T2，N型半导体衬底的上下两端分别设有P型层，P型层的一端设有第一 P阱，P型层中还设有N阱，N阱的一端设有第二 P阱，N型半导体衬底的四周设置多层复合薄膜，多层复合薄膜外侧设有玻璃钝化层。
[0005]一种新型高压双向触发器件的制作方法包括以下步骤:硅片准备，场氧化，第二 P阱双面光刻，N型离子注入、推结，P型层镓扩散，第一 P阱光刻，第一 P阱硼扩散，N阱光刻，N阱磷扩散，槽光刻、腐蚀，多层复合薄膜钝化层淀积，玻璃钝化，接触孔光刻，双面金属化，合金、退火。
[0006]上述N型离子注入、推结的步骤为:首先进行N型离子注入，注入条件是剂量为2-3.5el3cm_2、能量为50_70KeV，注入后进行推结，推结条件是温度为1100-1200°C、时间为130-150min、02 流量为 1800-2200mL/min ,N2 流量为 4000-6000mL/min，在硅片离子注入和推结时设置1-2片电阻率和厚度与所选N型单晶材料相近的P型硅片作为陪片。
[0007]上述P型层镓扩散是以Ga2O3粉末为Ga源，预淀积条件是片温为1200-1210°C、源温为 990-1000°C、H2 流量为 200-300mL/min、N2 流量为 800-1000mL/min、通源时间为160-180min，再分布条件是温度为1250_1260°C、时间为10_12h、N2流量为3500_4500mL/min，在350-400°C以下取出硅片。
[0008]上述多层复合薄膜钝化层淀积的步骤为:首先淀积α -多晶硅，采用LPCVD淀积，条件是温度为570-580°C、压强0.3-0.乜、5丨!14流量30-50cc/min、淀积时间4~5min，然后淀积半绝缘多晶硅SIPOS，采用LPCVD淀积，条件是温度为650-670°C、压强0.3-0.4t、SiH4流量200-300cc/min、N20流量30_50cc/min、淀积时间40_50min,再淀积低温热氧化层LTO,采用LPCVD淀积，条件是温度为420-450°C、压强为0.3-0.4t、SiH4流量为100_200cc/min、O2流量为30-50cc/min、淀积时间20_30min，最后淀积Si3N4，采用LPCVD淀积，条件是温度为750-800°C、压强为 0.3-0.5t、SiH2Cl2 流量为 100_200cc/min、NH3 流量为 350_450cc/min、淀积时间为20-30min。
[0009]第二 P阱的浓度低于P型层，第二 P阱采用杂质补偿法形成。
[0010]采用N型离子注入工艺，精确控制注入结深和浓度，可在P型层中形成区域浓度补偿层，降低该区域P型杂质净浓度，提高触发器件的触发速度。
[0011]注入和推结时设置f 2片P型硅片作为陪片便于测量区域浓度补偿层的结深和浓度。 [0012]P型层镓扩散时设置源温的目的是控制镓原子产量，对硅片进行一定浓度的掺杂，片温的目的是在高温下使得输运到硅片表面的镓原子进一步扩散到硅片内部，达到所需结深。片温和源温不同可以很方便地精确控制P型层的浓度和结深，形成低浓度深结深的P型扩散层。
[0013]本发明的有益效果:新型高压双向触发器件具有双向对称的负阻特性以及高温工作的稳定性，且转换电阻较高，维持电压较低，具有高速低功耗优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为新型高压双向触发器件的结构示意图。
[0015]其中，1、第一 P阱，2、P型层，3、N型半导体衬底，4、N讲，5、第二 P阱，6、多层复合薄膜，7、玻璃钝化层，8、SiO2绝缘层，9、金属层。
【具体实施方式】
[0016]如图所示，一种新型高压双向触发器件包括N型半导体衬底3、第一 P阱I和P阱层2，该触发器件的四周边缘处设有SiO2绝缘层8，该触发器件的上表面和下表面的中间设有金属层9，金属层9上分别设有金属电极Tl和T2，N型半导体衬底3的上下两端分别设有P型层2，P型层2的一端设有第一 P阱1，P型层2中还设有N阱4，N阱4的一端设有第二 P阱5，N型半导体衬底3的四周设置多层复合薄膜6，多层复合薄膜6外侧设有玻璃钝化层7。
[0017]一种新型高压双向触发器件的工作原理是:在T2上加电压，Tl电位设为0，该电压将主要由P型层2和N型半导体衬底3形成的反偏pn结承担，电流为反偏pn结漏电流，电流随着T2端所加电压的增大而增大。当T2端的电压达到器件转折电压时，反偏pn结出现雪崩击穿并产生显著的雪崩倍增效应形成大量的电子-空穴对，在空间电荷区电场的作用下空穴流向低浓度第二 P阱5、电子流向未耗尽N型半导体衬底3，器件的电流迅速上升，同时电子-空穴对的漂移使由P型层2和N型半导体衬底3形成的反偏pn结空间耗尽区变窄，器件两端的电压下降，器件出现负阻特性。为确保电中性，高浓度N阱4将向低浓度第
二P阱5注入大量电子、高浓度第一 P阱I将向低浓度N型半导体衬底3注入大量空穴，在低浓度第二 P阱5和低浓度N型半导体衬底3形成电导调制效应，器件迅速从负阻区转向低阻导通区，产生较大的电流脉冲和电流变化率。
[0018]实施例1
选择NTD〈111>单晶片，厚度为210μπι，电阻率5Ω.cm，打标清洗、烘干待用；硅片表面生长场氧化层，氧化层厚度I μ m ;采用负胶、双面光刻机进行第二 P阱5双面光刻；进行N型离子注入，注入条件是剂量为2el3Cnr2、能量为50KeV，注入后进行推结，推结条件是温度为1100°C、时间为130min、02流量为1800mL/min、N2流量为4000mL/min，在硅片离子注入和推结时设置I片电阻率和厚度与所选N型单晶材料相近的P型硅片作为陪片；以Ga2O3粉末为Ga源进行P型层2镓扩散，预淀积条件是片温为1200°C、源温为990°C、H2流量为200mL/min、N2流量为800mL/min、通源时间为160min，再分布条件是温度为1250°C、时间为IOKN2流量为3500mL/min，在350°C以下取出硅片；进行第一 P阱I光刻，先刻正面再刻背面；再第一 P阱I硼扩散，采用硼乳为胶源，预淀积条件是温度为ΙΟΟΟ?、时间为lOOmin、O2流量为150mL/min、N2流量为3500mL/min，预淀积后漂HF酸25s，再分布条件是温度为1180°C、干-湿-干的时间分别为80min、200min和lOOmin，干O2流量为3500/min、湿O2流量为1500/min、N2流量为3500mL/min ;进行N阱4光刻，先刻正面再刻背面；然后进行N阱4磷扩散，预淀积条件是温度为1000°C、时间为IOOmiruO2流量为1300mL/min、小N2流量为1000111171^11、大N2流量为4000mL/min，预淀积后漂HF酸25s，再分布条件是温度为1150°C，干-湿-干的时间分别为80min、80min和IOOmin,干O2流量为1500mL/min、湿O2流量为1000mL/min、N2流量为3500mL/min ;槽光刻先刻正面槽再刻背面槽，槽腐蚀采用HN03、HF和HAC的体积比为8:2:1的混酸溶液，腐蚀8min，腐蚀温度为3°C。
[0019]多层复合薄膜6钝化层淀积:首先淀积α -多晶娃，采用LPCVD淀积，条件是温度为570°C、压强0.3t、SiH4流量30cc/min、淀积时间4min，然后淀积半绝缘多晶硅SIP0S，采用LPCVD淀积，条件是温 度为650°C、压强0.3t、SiH4流量200cc/min、N2O流量30cc/min、淀积时间40min，再淀积低温热氧化层LT0，采用LPCVD淀积，条件是温度为420°C、压强为0.3t、SiH4流量为100cc/min、O2流量为30cc/min、淀积时间20min，最后淀积Si3N4,采用LPCVD淀积，条件是温度为750°C、压强为0.3t、SiH2Cl2流量为100CC/min、NH3流量为350cc/min、淀积时间为 20min。
[0020]玻璃钝化，采用刮涂的方法涂铅铝硅酸盐玻璃，先刮正面再刮背面，玻璃烧出条件是温度为450°C、时间为8min、02流量为1000mL/min、N2流量为3500mL/min，烧结条件是温度为750°C、时间为15min、02流量为1000mL/min、N2流量为3500mL/min，再进行两次刮涂、烧出、烧结玻璃粉，再进行LTO淀积，采用LPCVD淀积，条件是温度为420°C、压强为0.2t、SiH4流量为lOOcc/min、O2流量为30cc/min、淀积时间为30min ;刻蚀接触孔；双面金属化，金属淀积、反刻；合金条件是在炉温为500°C、时间为10 min、真空度为10_3Pa，采用BPSG钝化，退火条件是温度450°C、时间为25min。
[0021]有益效果:新型高压双向触发器件具有双向对称的负阻特性以及高温工作的稳定性，且转换电阻较高，维持电压较低，具有高速低功耗优点。
[0022]实施例2
选择NTD〈111>单晶片，厚度为220μπι，电阻率7Ω.αιι，打标清洗、烘干待用；硅片表面生长场氧化层，氧化层厚度1.3 μ m ;采用负胶、双面光刻机进行第二 P阱5双面光刻；进行N型离子注入，注入条件是剂量为3el3cm_2、能量为60KeV，注入后进行推结，推结条件是温度为1170°C、时间为140min、02流量为2000mL/min ,N2流量为5000mL/min，在硅片离子注入和推结时设置2片电阻率和厚度与所选N型单晶材料相近的P型硅片作为陪片；以Ga2O3粉末为Ga源进行P型层2镓扩散，预淀积条件是片温为1205°C、源温为995°C、H2流量为250mL/min、N2流量为900mL/min、通源时间为170min，再分布条件是温度为1255°C、时间为IlKN2流量为4000mL/min，在370°C以下取出硅片；进行第一 P阱I光刻，先刻正面再刻背面；再第一 P阱I硼扩散，采用硼乳为胶源，预淀积条件是温度为1040°C、时间为llOmin、O2流量为200mL/min、N2流量为4000mL/min，预淀积后漂HF酸30s，再分布条件是温度为1190°C、干-湿-干的时间分别为100min、240min和120min，干O2流量为4000/min、湿O2流量为2000/min、N2流量为4000mL/min ;进行N阱4光刻，先刻正面再刻背面；然后进行N阱4磷扩散，预淀积条件是温度为1030°C、时间为llOmin、O2流量为1500mL/min、小N2流量为1200mL/min、大N2流量为4500mL/min，预淀积后漂HF酸30s，再分布条件是温度为1170°C，干-湿-干的时间分别为100min、90min和120min，干O2流量为2000mL/min、湿O2流量为1300mL/min、N2流量为4000mL/min ;槽光刻先刻正面槽再刻背面槽，槽腐蚀采用HNO3> HF和HAC的体积比为10:3:1的混酸溶液，腐蚀lOmin，腐蚀温度为4°C。
[0023] 多层复合薄膜6钝化层淀积:首先淀积α -多晶硅，采用LPCVD淀积，条件是温度为575°C、压强0.3t、3丨!14流量40(^/1^11、淀积时间4min，然后淀积半绝缘多晶硅SIPOS，采用LPCVD淀积，条件是温度为660。。、压强0.3t、SiH4流量250cc/min、N2O流量40cc/min、淀积时间45min，再淀积低温热氧化层LTO，采用LPCVD淀积，条件是温度为440°C、压强为0.4t、SiH4流量为150cc/min、O2流量为40cc/min、淀积时间25min，最后淀积Si3N4,采用LPCVD淀积，条件是温度为770°C、压强为0.4t、SiH2Cl2流量为150cc/min、NH3流量为400cc/min、淀积时间为 25min。
[0024]玻璃钝化，采用刮涂的方法涂铅铝硅酸盐玻璃，先刮正面再刮背面，玻璃烧出条件是温度为470°C、时间为IOmiruO2流量为1300mL/min、N2流量为4000mL/min，烧结条件是温度为770°C、时间为20min、02流量为1300mL/min、N2流量为4000mL/min，再进行两次刮涂、烧出、烧结玻璃粉，再进行LTO淀积，采用LPCVD淀积，条件是温度为440°C、压强为0.3t、SiH4流量为150cc/min、O2流量为40cc/min、淀积时间为40min ;刻蚀接触孔；双面金属化，金属淀积、反刻；合金条件是在炉温为550°C、时间为20 min、真空度为10_3Pa，采用BPSG钝化，退火条件是温度500°C、时间为30min。
[0025]有益效果:新型高压双向触发器件具有双向对称的负阻特性以及高温工作的稳定性，且转换电阻较高，维持电压较低，具有高速低功耗优点。
[0026]实施例3
选择NTD〈111>单晶片，厚度为230μπι，电阻率8Ω.cm，打标清洗、烘干待用；硅片表面生长场氧化层，氧化层厚度1.5 μ m ;采用负胶、双面光刻机，掩模板进行第二 P阱5双面光刻；进行N型离子注入，注入条件是剂量为3.5el3Cnr2、能量为70KeV，注入后进行推结，推结条件是温度为1200°C、时间为150min、02流量为2200mL/min ,N2流量为6000mL/min，在硅片离子注入和推结时设置2片电阻率和厚度与所选N型单晶材料相近的P型硅片作为陪片；以Ga2O3粉末为Ga源进行P型层2镓扩散，预淀积条件是片温为1210°C、源温为1000°C、H2流量为300mL/min、N2流量为1000mL/min、通源时间为180min，再分布条件是温度为1260°C、时间为1211、队流量为4500111171^11，在4001:以下取出硅片；进行第一P阱I光刻，先刻正面再刻背面；再第一 P阱I硼扩散，采用硼乳胶源，预淀积条件是温度为1100°C、时间为120min、02流量为250mL/min ,N2流量为4500mL/min，预淀积后漂HF酸35s，再分布条件是温度为1200°C、干-湿-干的时间分别为120min、300min和150min，干O2流量为4500/min、湿O2流量为2500/min、N2流量为4500mL/min ;进行N阱光刻，先刻正面再刻背面；然后进行N阱磷扩散，预淀积条件是温度为1100°C、时间为120min、O2流量为1700mL/min、小N2流量为1300mL/min、大N2流量为5000mL/min，预淀积后漂HF酸35s，再分布条件是温度为1180°C，干-湿-干的时间分别为120min、IOOmin和140min，干O2流量为2500mL/min、湿O2流量为1500mL/min、N2流量为4500mL/min ;槽光刻先刻正面槽再刻背面槽，槽腐蚀采用HN03、HF和HAC的体积比为12:4:1的混酸溶液，腐蚀12min，腐蚀温度为5°C。
[0027]多层复合薄膜6钝化层淀积:首先淀积α -多晶硅，采用LPCVD淀积，条件是温度为580°C、压强0.4t、SiH4流量50cc/min、淀积时间5min，然后淀积半绝缘多晶硅SIP0S，采用LPCVD淀积，条件是温度为670°C、压强0.4t、SiH4流量300cc/min、N2O流量50cc/min、淀积时间50min，再淀积低温热氧化层LT0，采用LPCVD淀积，条件是温度为450°C、压强为0.4t、SiH4流量为200cc/min、O2流量为50cc/min、淀积时间30min，最后淀积Si3N4,采用LPCVD淀积，条件是温度为800°C、压强为0.5t、SiH2Cl2流量为200CC/min、NH3流量为450cc/min、淀积时间为 30min。
[0028]玻璃钝化，采用刮涂的方法涂铅铝硅酸盐玻璃，先刮正面再刮背面，玻璃烧出条件是温度为500°C、时间为12min、02流量为1500mL/min、N2流量为4500mL/min，烧结条件是温度为780°C、时间为25min、02流量为1500mL/min、N2流量为4500mL/min，再进行两次刮涂、烧出、烧结玻璃粉，再进行LTO淀积，采用LPCVD淀积，条件是温度为450°C、压强为0.4t、SiH4流量为200cc/min、O2流量为50cc/min、淀积时间为50min ;刻蚀接触孔；双面金属化，金属淀积、反刻；合金条件是在炉温为600°C、时间为30 min、真空度为10_3Pa，采用BPSG钝化，退火条件是温度550°C、时间为35min。
`[0029]有益效果:新型高压双向触发器件具有双向对称的负阻特性以及高温工作的稳定性，且转换电阻较高，维持电压较低，具有高速低功耗优点。
【权利要求】
1.一种新型高压双向触发器件，其特征在于:该触发器件包括N型半导体衬底、第一 P阱和P阱层，该触发器件的四周边缘处设有SiO2绝缘层，该触发器件的上表面和下表面的中间设有金属层，所述金属层上分别设有金属电极Tl和T2，所述N型半导体衬底的上下两端分别设有P型层，所述P型层的一端设有第一 P阱，所述P型层中还设有N阱，所述N阱的一端设有第二 P阱，所述N型半导体衬底的四周设置多层复合薄膜，所述多层复合薄膜外侧设有玻璃钝化层。
2.一种新型高压双向触发器件的制作方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤:硅片准备，场氧化，第二 P阱双面光刻，N型离子注入、推结，P型层镓扩散，第一 P阱光刻，第一P阱硼扩散，N阱光刻，N阱磷扩散，槽光刻、腐蚀，多层复合薄膜钝化层淀积，玻璃钝化，接触孔光刻，双面金属化，合金、退火。
3.根据权利要求2所述的一种新型高压双向触发器件的制作方法，其特征在于，所述N型离子注入、推结的步骤为:首先进行N型离子注入，注入条件是剂量为2-3.5el3Cnr2、能量为50-70KeV，注入后进行推结，推结条件是温度为1100-1200°C、时间为130_150min、O2流量为1800-2200mL/min ,N2流量为4000-6000mL/min，在硅片离子注入和推结时设置1-2片电阻率和厚度与所选N型单晶材料相近的P型硅片作为陪片。
4.根据权利要求2所述的一种新型高压双向触发器件的制作方法，其特征在于:所述P型层镓扩散是以Ga2O3粉末为Ga源，预淀积条件是片温为1200-1210°C、源温为990-1000°C、H2流量为 200-300mL/min、N2流量为 800-1000mL/min、通源时间为 160_180min，再分布条件是温度为1250-1260 V、时间为10-12h、N2流量为3500-4500mL/min，在350-400°C以下取出硅片。
5.根据权利要求2所述的一种新型高压双向触发器件的制作方法，其特征在于，所述多层复合薄膜钝化层淀积的步骤为:首先淀积α-多晶硅，采用LPCVD淀积，条件是温度为570-580°C、压强0.3-0.4t、SiH4流量30_50cc/min、淀积时间4?5min，然后淀积半绝缘多晶硅SIP0S，采用LPCVD淀积，条件是温度为650-670°C、压强0.3-0.4t、SiH4流量200-300cc/min、N2O流量30_50cc/min、淀积时间40_50min,再淀积低温热氧化层LT0,采用LPCVD淀积，条件是温度为420-450°C、压强为0.3-0.4t、SiH4流量为100_200cc/min、O2流量为30-50cc/min、淀积时间20_30min，最后淀积Si3N4，采用LPCVD淀积，条件是温度为750-800°C、压强为 0.3-0.5t、SiH2Cl2 流量为 100_200cc/min、NH3 流量为 350_450cc/min、淀积时间为20-30min。
6.根据权利要求1或2所述的一种新型高压双向触发器件及其制作方法，其特征在于:所述第二 P阱的浓度低于P型层。
7.根据权利要求1或2所述的一种新型高压双向触发器件及其制作方法，其特征在于:所述第二 P阱采用杂质补偿法形成。
【文档编号】C01G9/02GK103730534SQ201310682148
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】刘宗贺, 邹有彪, 张鹏, 王泗禹, 耿开远, 周健, 李建新 申请人:启东吉莱电子有限公司