一种平面型双向触发二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种平面型双向触发二极管及其制备方法，属于半导体技术领域。所述平面型双向触发二极管的结构是自下而上包括：p型衬底和n型外延层；在n型外延层上掺杂两个处于同一水平位置的p阱，在两个p阱上分别掺杂一个n阱；本发明专利技术突破分立器件的设计思想，不再沿用垂直设计的思路，而是采用与双极型集成电路工艺兼容的方法，设计出一款平面型DIAC器件，将集成电路的整个p型衬底和上述平面型DIAC器件做成一体，改善了触发二极管的触发特性，应用于电路中使得电流的触发更为灵敏，整流效率得到提高，电源输出效率可达90％以上，且增强了热容量，使得其能够应用于集成电路中，且不存在易被烧坏的缺点。

A planar bidirectional trigger diode and its preparation method

The invention discloses a planar bidirectional trigger diode and a preparation method thereof, belonging to the field of semiconductor technology. The structure of the planar bidirectional trigger diode consists of a p-type substrate and an n-type epitaxy layer from bottom to top; two p-wells at the same horizontal position are doped on the n-type epitaxy layer, and one n-well is doped on the two p-wells respectively; the invention breaks through the design idea of discrete devices, and adopts the method compatible with the bipolar integrated circuit process instead of the vertical design idea. A planar DIAC device is designed, which integrates the whole p-type substrate of integrated circuit with the planar DIAC device mentioned above. The triggering characteristics of trigger diode are improved. The current triggering is more sensitive, the rectification efficiency is improved, the output efficiency of power supply is more than 90%, and the thermal capacity is enhanced, so that it can be applied in integrated circuits without any existing devices. It is easy to burn out.

【技术实现步骤摘要】
一种平面型双向触发二极管及其制备方法
本专利技术涉及一种平面型双向触发二极管及其制备方法，属于半导体

技术介绍
双极交流开关(DIAC，DiodeACSwitch)，又称双向触发二极管，是一种传统半导体器件。由于其特殊的电流—电压特性，使其在正或负的阳极电压下皆可以实现器件的开关，是一种用途广泛的开关器件，主要应用于自动控制、家用电器等方面。目前，DIAC器件主要采用双扩散的体加工工艺制作，典型产品有DB3。传统DIAC器件通常是分立器件，主要采用纵向五层结构，如图1所示；图1为双向触发二极管的剖面图，在该五层结构的基础上将发射极短路(可采用金属电极覆盖P2区和N2区的方式)，可改善其温度特性，DIAC器件结构可以等效为两个互补的三极管，如图2所示，每个三极管的集电极都接到对方的基极，从电流角度来说，电流在集电极—基极—集电极—基极构成放大循环，从而在DIAC器件内部组成了强烈的正反馈，对电流进行不断放大，当电流值放大到一定值时，在I-V特性曲线上出现转折点，继而表现为负阻性，器件由关断状态变为导通状态。但是传统DIAC器件为分立器件，其无法直接集成到集成电路中，若按照集成电路制备方法将其集成到集成电路中，如图3所示，则会造成其热容量小，热容量小势必导致其散热性能差，应用中会导致集成电路易被烧坏。
技术实现思路
为了解决传统DIAC器件作为分立器件无法集成到集成电路中去的问题，本专利技术提供了一种平面型双向触发二极管及其制备方法；本专利技术的第一个目的在于提供一种平面型双向触发二极管，所述平面型双向触发二极管的结构是自下而上包括：p型衬底和n型外延层；在n型外延层上掺杂两个p阱，在两个p阱上分别再掺杂一个n阱。可选的，所述两个p阱间距10-300μm，结深0.5-10μm，宽度10-200μm。可选的，两个n阱的结深0.1-5μm，宽度0.5-200μm。可选的，所述p型衬底和/或p阱为p型杂质，包括硼、铝、镓，其中p型衬底的浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3，p阱的掺杂浓度为1e15cm-3-1e18cm-3；n型外延层和/或n阱为n型Si掺杂为氮、磷、砷中的任意一种，其中n型外延层的浓度量级为1e13cm-3-1e15cm-3，n阱的浓度量级为1e17cm-3-1e20cm-3。本专利技术的第二个目的在于提供一种平面型双向触发二极管，所述平面型双向触发二极管的结构是自下而上包括：n型衬底和p型外延层；在p型外延层上掺杂两个n阱，在两个n阱上再分别掺杂一个p阱。可选的，所述两个n阱间距10-300μm，结深0.5-10μm，宽度10-200μm；两个p阱宽度0.5-200μm，p阱的结深不超过n阱的结深。可选的，所述n型衬底和/或n阱为n型杂质，包括氮、磷、砷，其中n型衬底的浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3，n阱的掺杂浓度为1e15cm-3-1e18cm-3；p型外延层和/或p阱为p型Si掺杂为硼、铝、镓中的任意一种，其中p型外延层的浓度量级为1e13cm-3-1e15cm-3；p阱的浓度量级为1e17cm-3-1e20cm-3。本专利技术的第三个目的在于提供一种上述平面型双向触发二极管的制备方法，所述方法包括：1)选择p衬底Si，厚度300μm以上，掺杂为硼、铝、镓中的任意一种，浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3；2)在p衬底外延一层厚度为10μm以上的n型Si，掺杂为氮、磷、砷中的任意一种，浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3；3)在n外延层掺杂形成两块p阱，两个p阱间距10-300μmμm，结深0.5-10μm，宽度为10-200μm，杂质为硼、铝、镓中的任意一种，掺杂浓度为1e15cm-3-1e18cm-3；4)在每个p阱上分别进行n掺杂形成n阱，结深0.1-5μm，宽度为0.5-200μm，杂质为氮、磷、砷中的任意一种，浓度量级1e17cm-3-1e20cm-3。本专利技术的第四个目的在于提供一种上述平面型双向触发二极管的制备方法，所述方法包括：一、选择n衬底Si，厚度300μm以上，掺杂为氮、磷、砷中的任意一种，浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3,；二、在n衬底外延一层厚度为10μm以上的p型Si，掺杂为硼、铝、镓，浓度量级1e13cm-3至1e15cm-3；三、在p外延层掺杂形成两块n阱，两个n阱间距10-300μm，结深0.5-10μm，宽度为10-200μm，杂质为氮、磷、砷中的任意一种，掺杂浓度为1e15cm-3-1e18cm-3；四、在每个n阱上分别进行p掺杂形成p阱，结深0.1-5μm，宽度为0.5-200μm，杂质为硼、铝、镓中的任意一种，浓度量级1e17cm-3-1e20cm-3。本专利技术的第五个目的在于提供一种集成电路，所述集成电路包括上述平面型双向触发二极管。可选的，所述集成电路用于家用电器、开关电源和电子开关、电子镇流器。本专利技术的第六个目的在于提供一种上述平面型双向触发二极管、制备方法和/或集成电路在控制电路、家用电器中的应用。本专利技术有益效果是：本专利技术突破分立器件的设计限制，不再沿用垂直设计的思路，而是采用与双极型集成电路工艺兼容的方法，设计出一款平面型DIAC器件，通过自下而上p型衬底和n型外延层，且在n型外延层上掺杂两个处于同一水平位置的p阱，在两个p阱上分别掺杂一个n阱；将集成电路的整个p型衬底和平面型DIAC器件做成一体，改善了触发二极管的触发特性，且增强了热容量，使得其能够应用于集成电路中，且不存在易被烧坏的缺点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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他的附图。图1是传统DIAC的纵向结构图；图2是传统DIAC的等效电路图；图3是将传统DIAC按照集成电路制备方法集成至集成电路中的设想结构图；图4是本专利技术提供的平面型双向触发二极管的结构图；图5是本专利技术提供的平面型双向触发二极管的各部分构成尺寸示意图；图6是传统DIAC不同工艺尺寸情况下的I-V特性曲线图，其中(A)为传统DIAC的正向导通I-V特性曲线图，(B)为传统DIAC的触发特性I-V特性曲线图；图7是本专利技术提供的平面型双向触发二极管的器件不同工艺尺寸情况下的I-V特性曲线图，其中(A)为本专利技术提供的平面型双向触发二极管的正向导通I-V特性曲线图，(B)为本专利技术提供的平面型双向触发二极管的触发特性I-V特性曲线图；图8是传统DIAC与本专利技术提供的平面型双向触发二极管的热容量分布对比图，其中上面所示为传统DIAC的热量分布；下图为本专利技术提供的平面型双向触发二极管的热量分布；图9是典型的双向触发器件的应用电路图；图10是包含本专利技术提供的平面型双向触发二极管的实际设计的电路图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一：本实施例提供一种平面型双向触发二极管，参见图4，所述平面型双向触发二极管的结构是自下而上包括：p型衬底和n型外延层；在n型外延层上掺杂两个p阱，在两个p阱上再分别掺杂一个n阱；两个p阱间距10-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面型双向触发二极管，其特征在于，所述平面型双向触发二极管的结构是自下而上包括：p型衬底和n型外延层；在n型外延层上掺杂两个p阱，阱的深度相同，在两个p阱上再分别掺杂一个n阱。

【技术特征摘要】
1.一种平面型双向触发二极管，其特征在于，所述平面型双向触发二极管的结构是自下而上包括：p型衬底和n型外延层；在n型外延层上掺杂两个p阱，阱的深度相同，在两个p阱上再分别掺杂一个n阱。2.根据权利要求1所述的平面型双向触发二极管，其特征在于，所述两个p阱间距10-300μm，结深0.5-10μm，宽度10-200μm。3.根据权利要求2所述的平面型双向触发二极管，其特征在于，两个n阱的宽度0.5-200μm，n阱的结深不超过p阱的结深。4.根据权利要求1-3任一所述的平面型双向触发二极管，其特征在于，所述p型衬底和/或p阱为p型杂质，包括硼、铝、镓，其中p型衬底的浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3，p阱的掺杂浓度为1e15cm-3-1e18cm-3；n型外延层和/或n阱为n型Si掺杂为氮、磷、砷中的任意一种，其中n型外延层的浓度量级为1e13cm-3-1e15cm-3；n阱的浓度量级为1e17cm-3-1e20cm-3。5.一种平面型双向触发二极管，其特征在于，所述平面型双向触发二极管的结构是自下而上包括：n型衬底和p型外延层；在p型外延层上掺杂两个n阱，在两个n阱上再分别掺杂一个p阱。6.一种权利要求1-4任一所述的平面型双向触发二极管的制备方法，其特征在于，所述方法包括：1)选择p衬底Si，厚度300μm以上，掺杂为硼、铝、镓中的任意一种，浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3；2)在p衬底外延一层厚度为10μm以上的n型Si，掺杂为氮、磷、砷中的任意一种，浓度量级1e13cm-3-1e15cm-3；3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜岩峰，于平平，王旭峰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32