本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種固態(tài)等離子pin二極管。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)超越了汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第一大產(chǎn)業(yè)，成為改造和拉動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)邁向數(shù)字時(shí)代的強(qiáng)大引擎和雄厚基石。半導(dǎo)體器件作為集成電路的基礎(chǔ)器件，在消費(fèi)類電子、計(jì)算機(jī)及外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域，在智能手機(jī)、平板電腦、軌道交通、新能源、混合動(dòng)力汽車、固態(tài)照明、便攜醫(yī)療電子、智能穿戴等新興市場(chǎng)，獲得廣泛的應(yīng)用。

橫向pin二極管是產(chǎn)生固態(tài)等離子體的重要半導(dǎo)體器件。經(jīng)理論研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)等離子pin二極管在加直流偏壓時(shí)，直流電流會(huì)在其表面形成自由載流子(電子和空穴)組成的固態(tài)等離子體，該等離子體具有類金屬特性，使得該等離子體可以接收、輻射和反射電磁波，其輻射特性與表面等離子體的微波傳輸特性、濃度及分布密切相關(guān)。目前所研究的pin二極管均只具有單層溝道，這樣在加直流偏壓時(shí)，本征區(qū)內(nèi)的載流子分布會(huì)不均勻，本征區(qū)內(nèi)深度越深的地方載流子濃度越低，使得等離子體區(qū)域在傳輸和輻射電磁波時(shí)性能衰減，而且這種二極管的功率密度低，使得這種單溝道pin二極管的應(yīng)用受到了很大的限制。

因此，如何制作一種固態(tài)等離子pin二極管來使得本征區(qū)內(nèi)載流子分布變得均勻就變得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明提出一種固態(tài)等離子pin二極管。

具體地，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提出的一種固態(tài)等離子pin二極管，包括：

soi襯底101；

第一p區(qū)臺(tái)階102、第一n區(qū)臺(tái)階103、第二p區(qū)臺(tái)階104、第二n區(qū)臺(tái)階105、第三p區(qū)臺(tái)階106及第三n區(qū)臺(tái)階107，分別設(shè)置于所述soi襯底101內(nèi)并位于所述soi襯底101的兩側(cè)；其中，

所述第二p區(qū)臺(tái)階104及所述第二n區(qū)臺(tái)階105分別位于所述第一p區(qū)臺(tái)階102及所述第一n區(qū)臺(tái)階103的下側(cè)；

所述第三p區(qū)臺(tái)階106及所述第三n區(qū)臺(tái)階107分別位于所述第二p區(qū)臺(tái)階104及所述第二n區(qū)臺(tái)階105的下側(cè)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括隔離材料108，所述隔離材料108填充于制作所述第一p區(qū)臺(tái)階102、所述第一n區(qū)臺(tái)階103、所述第二p區(qū)臺(tái)階104、所述第二n區(qū)臺(tái)階105、所述第三p區(qū)臺(tái)階106及所述第三n區(qū)臺(tái)階107時(shí)形成的溝槽中。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括第一引線109和第二引線110；其中，

所述第一引線109連接所述第一p區(qū)臺(tái)階102、第二p區(qū)臺(tái)階104及所述第三p區(qū)臺(tái)階106；

所述第二引線110連接所述第一n區(qū)臺(tái)階103、第二n區(qū)臺(tái)階105及所述第三n區(qū)臺(tái)階107。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述soi襯底101的摻雜類型為p型，摻雜濃度為1×10¹⁴～9×10¹⁴cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述soi襯底101中頂層硅1003的厚度為100μm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一p區(qū)臺(tái)階102和所述第一n區(qū)臺(tái)階103的上表面分別距所述頂層硅1003上表面的距離為30～100nm；所述第二p區(qū)臺(tái)階104和所述第二n區(qū)臺(tái)階105的上表面分別距所述第一p區(qū)臺(tái)階102和所述第一n區(qū)臺(tái)階103上表面的距離為100～300nm；所述第三p區(qū)臺(tái)階106和所述第三n區(qū)臺(tái)階107的上表面距所述第二p區(qū)臺(tái)階104和所述第二n區(qū)臺(tái)階105上表面的距離為300～500nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一p區(qū)臺(tái)階102、所述第一n區(qū)臺(tái)階103、所述第二p區(qū)臺(tái)階104、所述第二n區(qū)臺(tái)階105、所述第三p區(qū)臺(tái)階106和所述第三n區(qū)臺(tái)階107的厚度均為100nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一p區(qū)臺(tái)階102、所述第一n區(qū)臺(tái)階103、所述第二p區(qū)臺(tái)階104、所述第二n區(qū)臺(tái)階105、所述第三p區(qū)臺(tái)階106和所述第三n區(qū)臺(tái)階107的摻雜濃度均為1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括鈍化層111，設(shè)置于隔離材料108、所述第一引線109及所述第二引線110的上表面。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述鈍化層111的材料為氮化硅。

本發(fā)明pin二極管通過在soi襯底上制備多個(gè)臺(tái)階形成多層溝道，當(dāng)在接觸電極上外加正向電壓時(shí)，利用兩個(gè)溝道內(nèi)高濃度載流子的疊加作用使得整個(gè)本征區(qū)內(nèi)載流子濃度達(dá)到均勻，從而提高了橫向pin二極管的功率密度，增強(qiáng)了pin二極管的固態(tài)等離子體特性。

通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當(dāng)知道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計(jì)，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因?yàn)槠鋺?yīng)當(dāng)參考附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當(dāng)知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種固態(tài)等離子pin二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a-圖2r為本發(fā)明實(shí)施例的一種固態(tài)等離子pin二極管的制備方法示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種固態(tài)等離子pin二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

請(qǐng)參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種固態(tài)等離子pin二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明固態(tài)等離子pin二極管10包括：

soi襯底101；

第一p區(qū)臺(tái)階102、第一n區(qū)臺(tái)階103、第二p區(qū)臺(tái)階104、第二n區(qū)臺(tái)階105、第三p區(qū)臺(tái)階106及第三n區(qū)臺(tái)階107，分別設(shè)置于所述soi襯底101內(nèi)并位于所述soi襯底101的兩側(cè)；其中，

所述第二p區(qū)臺(tái)階104及所述第二n區(qū)臺(tái)階105分別位于所述第一p區(qū)臺(tái)階102及所述第一n區(qū)臺(tái)階103的下側(cè)；

所述第三p區(qū)臺(tái)階106及所述第三n區(qū)臺(tái)階107分別位于所述第二p區(qū)臺(tái)階104及所述第二n區(qū)臺(tái)階105的下側(cè)。

可選地，還包括隔離材料108，所述隔離材料108填充于制作所述第一p區(qū)臺(tái)階102、所述第一n區(qū)臺(tái)階103、所述第二p區(qū)臺(tái)階104、所述第二n區(qū)臺(tái)階105、所述第三p區(qū)臺(tái)階106及所述第三n區(qū)臺(tái)階107時(shí)形成的溝槽中。

可選地，還包括第一引線109和第二引線110；其中，

所述第一引線109連接所述第一p區(qū)臺(tái)階102、第二p區(qū)臺(tái)階104及所述第三p區(qū)臺(tái)階106；

所述第二引線110連接所述第一n區(qū)臺(tái)階103、第二n區(qū)臺(tái)階105及所述第三n區(qū)臺(tái)階107。

可選地，所述soi襯底101的摻雜類型為p型，摻雜濃度為1×10¹⁴～9×10¹⁴cm^-3。

可選地，所述soi襯底101中頂層硅1003的厚度為100μm。

可選地，所述第一p區(qū)臺(tái)階102和所述第一n區(qū)臺(tái)階103的上表面分別距所述頂層硅1003上表面的距離為30～100nm；所述第二p區(qū)臺(tái)階104和所述第二n區(qū)臺(tái)階105的上表面分別距所述第一p區(qū)臺(tái)階102和所述第一n區(qū)臺(tái)階103上表面的距離為100～300nm；所述第三p區(qū)臺(tái)階106和所述第三n區(qū)臺(tái)階107的上表面距所述第二p區(qū)臺(tái)階(104)和所述第二n區(qū)臺(tái)階105上表面的距離為300～500nm。

可選地，所述第一p區(qū)臺(tái)階102、所述第一n區(qū)臺(tái)階103、所述第二p區(qū)臺(tái)階104、所述第二n區(qū)臺(tái)階105、所述第三p區(qū)臺(tái)階106和所述第三n區(qū)臺(tái)階107的厚度均為100nm。

可選地，所述第一p區(qū)臺(tái)階102、所述第一n區(qū)臺(tái)階103、所述第二p區(qū)臺(tái)階104、所述第二n區(qū)臺(tái)階105、所述第三p區(qū)臺(tái)階106和所述第三n區(qū)臺(tái)階107的摻雜濃度均為1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3。

可選地，還包括鈍化層111，設(shè)置于隔離材料108、所述第一引線109及所述第二引線110的上表面。

可選地，所述鈍化層111的材料為氮化硅。

常規(guī)制作的固態(tài)等離子pin二極管均為單層溝道，處于激發(fā)狀態(tài)的本征區(qū)內(nèi)載流子濃度分布不均與，造成輻射特性變差。本發(fā)明的多溝道二極管解決了本征區(qū)內(nèi)載流子分布不均這一問題，改善了二極管的性能。

實(shí)施例二

請(qǐng)參見圖2a-圖2r，圖2a-圖2r為本發(fā)明實(shí)施例的一種固態(tài)等離子pin二極管的制備方法示意圖，其他類型的多溝道pin二極管的制備方法與本例類似，具體步驟如下：

s10、選取soi襯底。

請(qǐng)參見圖2a，該的晶向?yàn)?100)，該soi襯底201的摻雜類型為p型，摻雜濃度為10¹⁴cm^-3；soi襯底201的頂層硅的厚度為100μm。

s20、在所述soi襯底表面淀積一層氮化硅。

請(qǐng)參見圖2b，采用化學(xué)氣相沉積(chemicalvapordeposition，簡(jiǎn)稱cvd)的方法，在soi襯底201上淀積氮化硅層202。

s30、刻蝕soi襯底形成有源區(qū)溝槽。

請(qǐng)參見圖2c，利用光刻工藝在氮化硅層202上形成有源區(qū)圖形，利用干法刻蝕工藝在指定位置處刻蝕保護(hù)層氮化硅層202及頂層硅從而形成有源區(qū)溝槽203。

s40、有源區(qū)四周平坦化處理。

請(qǐng)參見圖2d，氧化有源區(qū)的四周側(cè)壁以使有源區(qū)的四周側(cè)壁形成氧化層204。

請(qǐng)參見圖2e，利用濕法刻蝕工藝刻蝕有源區(qū)的四周側(cè)壁氧化層以完成有源區(qū)的四周側(cè)壁平坦化，

s50、淀積一層二氧化硅。

請(qǐng)參見圖2f，利用cvd方法在整個(gè)材料表面淀積一層二氧化硅層205。

s60、光刻二氧化硅層。

請(qǐng)參見圖2g，利用光刻工藝在二氧化硅層205上形成p區(qū)圖形，利用濕法刻蝕工藝去除p區(qū)圖形上的二氧化硅層205。

s70、形成第一層溝道、第二層溝道和第三層溝道的p區(qū)。

請(qǐng)參見圖2h，具體做法可以是：利用原位摻雜的方法，在整個(gè)襯底表面的p區(qū)圖形上淀積p型硅形成第一層溝道的p區(qū)2061、第二層溝道的p區(qū)2062和第三層溝道的p區(qū)2063，通過控制氣體流量來控制p區(qū)的摻雜濃度。

s80、平整化襯底表面。

請(qǐng)參見圖2i，具體做法可以是：先利用干法刻蝕工藝使p區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除襯底表面的二氧化硅層205。

s90、在所述襯底表面淀積一層二氧化硅。

請(qǐng)參見圖2j，具體做法可以是：利用cvd方法在整個(gè)材料表面淀積二氧化硅層207。

s100、光刻二氧化硅層。

請(qǐng)參見圖2k，利用光刻工藝在二氧化硅層207上形成n區(qū)圖形；利用濕法刻蝕工藝去除n區(qū)上的二氧化硅層207。

s110、形成第一層溝道、第二層溝道和第三層溝道的n區(qū)。

請(qǐng)參見圖2l，利用原位摻雜的方法，在soi襯底201表面的n區(qū)圖形上淀積n型硅形成第一層溝道的n區(qū)2081、第二層溝道的n區(qū)2082和第三層溝道的n區(qū)2083，通過控制氣體流量來控制n區(qū)的摻雜濃度。

s120、平整化襯底表面。

請(qǐng)參見圖2m，先利用干法刻蝕工藝使n區(qū)表面平整化，再利用濕法刻蝕工藝去除整個(gè)材料表面的二氧化硅層207。

s130、襯底表面平坦化。

請(qǐng)參見圖2n，可以利用cmp的方法，去除所述襯底表面的氮化硅層202，從而使整個(gè)材料表面平整化。

s140、淀積二氧化硅。

請(qǐng)參見圖2o，利用cvd方法在整個(gè)材料表面淀積一層隔離材料二氧化硅209。

s150、雜質(zhì)激活。

在950-1150，℃退火0.5～2分鐘，使離子注入的雜質(zhì)激活、并且推進(jìn)有源區(qū)中雜質(zhì)。

s160、在p、n接觸區(qū)光刻引線孔。

請(qǐng)參照?qǐng)D2p，在二氧化硅209上光刻引線孔210。

s170、形成引線。

請(qǐng)參照?qǐng)D2q，可以在引線孔210濺射金屬，合金化形成金屬硅化物，并刻蝕掉表面的金屬；再在整個(gè)材料表面濺射金屬211，光刻引線，并將引線連接。

s180、鈍化處理，光刻pad。

請(qǐng)參照?qǐng)D2r，可以通過淀積氮化硅(sin)形成鈍化層212，光刻pad。最終形成固態(tài)等離子pin二極管。

常規(guī)制作的固態(tài)等離子pin二極管均為單層溝道，處于激發(fā)狀態(tài)的本征區(qū)內(nèi)載流子濃度分布不均與，造成輻射特性變差。本發(fā)明的多溝道二極管解決了本征區(qū)內(nèi)載流子分布不均這一問題，改善了二極管的性能。

實(shí)施例三

請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種固態(tài)等離子pin二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。該固態(tài)等離子pin二極管采用上述實(shí)施例所示的制備方法制成。具體地，該固態(tài)等離子pin二極管在soi襯底301上制備形成，且pin二極管第一溝道的p區(qū)301、n區(qū)302、第二溝道的p區(qū)303、n區(qū)304和第三溝道的p區(qū)305、n區(qū)306以及橫向位于p區(qū)和n區(qū)之間的i區(qū)均位于該soi襯底的頂層硅3011內(nèi)。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明本發(fā)明實(shí)施例提供的一種固態(tài)等離子pin二極管的實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。