鉗位二極體及其製造方法
2023-10-04 11:33:04 3
專利名稱：鉗位二極體及其製造方法
技術領域：
本申請涉及半導體技術，特別涉及一種鉗位二極體及其製造方法。
背景技術：
鉗位二極體被廣泛的應用在集成電路中，起到鉗位電壓的作用，如ESD(Electro-Static discharge,靜電釋放)保護迴路中的器件等等。通常這些電路對於鉗位二極體的鉗位電壓的精度要求很高，對鉗位電壓的面內分布、器件時間依存性、溫度依存性、漏電等等指標都有很聞的要求。常見的鉗位二極體的縱向界面如圖1所示，其結構是在P型矽襯底上生成N型阱區，在N型阱區上形成有源區和隔離場區(通常是淺溝槽絕緣區，STI)，在N型阱區內分別形成重摻雜的N型有源區N+和重摻雜的P型有源區P+，所有有源區上方覆蓋有金屬矽化物。常見的鉗位二極體的反向擊穿通常發生在NP結的側面和底面，通常底面的擊穿會比較均勻，而NP結的側面擊穿受限於有源區和隔離場區(通常是淺溝槽絕緣區，STI)交界處形成不好(通常是由於STI工藝會在有源區和隔離場區的邊界上產生缺陷)而在矽片面內不均勻。通常的鉗位二極體其有源區上都覆蓋有金屬矽化物以降低其電阻，而在有源區和有源區和隔離場區交界處有源區上的金屬矽化物通常就是漏電的主要來源，其本質上還是STI (淺溝槽絕緣)工藝在有源區和絕緣區形成不夠理想造成的。而金屬矽化物恰恰降低了有源區和絕緣區交界處的電阻，使其成為器件反向漏電的主要來源。鉗位二極體由於二極體的特性，只能工作在反向擊穿區域，當電路某個部分出現異常情況，使得鉗位二極體處於正向開啟的狀態時，該器件就會對襯底注入大量的電流，注入襯底大量電流會對整個晶片內其它的器件的工作狀態產生巨大的影響，甚至引起晶片的
發明內容
本申請要解決的技術問題是使鉗位二極體實現自隔離功能，當工作在正嚮導通區域時，可以提供一個大的驅動電流並基本不形成對襯底的電流注入，當工作在反向工作區，擊穿電壓的偏差很小。為解決上述技術問題，本申請提供了一種鉗位二極體，在P型矽襯底上生長有P型外延，在所述P型外延上生長有N型埋層，在所述N型埋層上形成有高壓P型阱；在所述高壓P型阱的兩側形成有同所述N型埋層連通的重摻雜N型引線層作為N型隔離環有源接觸區；所述高壓P型阱上部的中間處形成有P型阱，所述高壓P型阱上部同所述P型阱兩側相鄰接分別形成有N型阱；
所述P型阱中間部分上方形成有P型重摻雜區作為陽極有源接觸區，所述N型阱中間部分上方形成有N型重摻雜區作為陰極有源接觸區，所述N型阱外側的高壓P型阱上分別形成有P型重摻雜區作為P型隔離環有源接觸區。所述P型阱同其兩側的N型阱的交界處上方，即所述P型阱中間部分上方的P型重摻雜區同兩側N型阱中間部分上方的N型重摻雜區之間形成有P型輕摻雜區，所述P型輕摻雜區的上方沒有金屬矽化物，而其他各有源接觸區上方覆蓋有金屬矽化物。所述高壓P型阱、所述P型阱、所述P型輕摻雜區、所述P型重摻雜區的P型雜質濃度依次增大；所述N型阱、所述N型埋層、所述重摻雜N型引線層、所述N型重摻雜區的N型雜質濃度依次增大。所述P型輕摻雜區的P型雜質濃度，使得P型輕摻雜區與N型重摻雜區間的PN結在反向工作時處於齊納擊穿區。為解決上述技術問題，本申請還提供了一種鉗位二極體的製造方法，包括以下步驟:一.在P型襯底上生長P型外延，在P型外延上選擇生長N型埋層，在N型埋層內生成高壓P型阱，在高壓P型阱上形成有效隔離的有源區和場氧；二.利用離子注入工藝，在高壓P型阱上部的中間處注入P型雜質形成P型阱，在高壓P型阱上部同所述P型阱兩側相鄰接分別注入N型雜質形成N型阱；三.利用離子注入工藝，在所述高壓P型阱兩側的N型埋層中注入重摻雜N型雜質形成重摻雜N型引線層作為N型隔離環有源接觸區，在所述N型阱中間部分上方注入重摻雜N型雜質形成N型重摻雜區作為陰極有源接觸區，在所述P型阱中間部分上方注入重摻雜P型雜質形成P型重摻雜區作為陽極有源接觸區，在陰極有源接觸區同陽極有源接觸區之間的N型阱同P型阱交界區域上方注入輕摻雜的P型雜質形成P型輕摻雜區；四.在矽片表面澱積氧化層；五.將P型輕摻雜區之外的各有源接觸區上方的氧化層去除；六.在矽片表面澱積金屬層並進行高溫退火從而在P型輕摻雜區之外的各有源接觸區上方形成金屬矽化物，然後去除金屬層。本申請的鉗位二極體，其P型與N型結被輕摻雜高能注入的高壓P型阱與P型重摻雜區構成的接地保護P型隔離環所包圍並與四周的N型區域相隔離，器件整體通過N型埋層與P型襯底相隔離，通過重摻雜N型引線層將與側向的P型區域相隔離，形成了自隔離型的鉗位二極體；通過調節P型輕摻雜區的摻雜濃度，能使得該器件在擊穿時處於齊納擊穿區，從而改善該器件的溫度依存性，提高器件的長期可靠性。本發明的鉗位二極體，當工作在正嚮導通區域時，可以提供一個大的驅動電流，完成一個正向降壓的功能，而基本不形成對襯底的電流注入，對晶片中其它器件基本無影響，當工作在反向工作區，其溫度係數幾乎會零，擊穿電壓的偏差很小，可以提供一個長期穩定、可靠的電壓。
為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面對本申請所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是常見的鉗位二極體的縱向界面圖；圖2是本發明的鉗位二極體一實施例的縱向界面圖；圖3是鉗位二極體襯底電流注入比示意圖。
具體實施例方式下面將結合本申請實施例中的附圖,對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本申請，並不用於限定本申請。並且在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬於本申請保護的範圍。實施例一鉗位二極體的縱向界面如圖2所示，在P型矽襯底I上生長有P型外延2，在所述P型外延2上生長有N型埋層3，在所述N型埋層3上形成有高壓P型阱4 ;在所述高壓P型阱4的兩側形成有同所述N型埋層3連通的重摻雜N型引線層(Nsink) 31作為N型隔離環有源接觸區；所述高壓P型阱4上部的中間處形成有P型阱41，所述高壓P型阱4上部同所述P型阱41兩側相鄰接分別形成有N型阱42 ;所述P型阱41中間部分上方形成有P型重摻雜區P+作為陽極有源接觸區；所述N型阱42中間部分上方形成有N型重摻雜區N+作為陰極有源接觸區，所述N型阱42外側的高壓P型阱4上分別形成有P型重摻雜區P+作為P型隔離環有源接觸區；所述高壓P型阱4上形成的所述P型重摻雜區P+同其內側的所述N型阱42及其上方的所述N型重摻雜區N+間，以及同其外側的所述重摻雜N型引線層31間，形成有場氧6 ；所述P型阱41同其兩側的N型阱42的交界處上方，即所述P型阱41中間部分上方的P型重摻雜區P+同兩側N型阱42中間部分上方的N型重摻雜區N+之間形成有P型輕摻雜區PLDD ；所述P型輕摻雜區PLDD的上方為絕緣介質層(如氧化層)而不是金屬矽化物，各有源接觸區上方覆蓋有金屬矽化物7。所述高壓P型阱、所述P型阱、P型輕摻雜區PLDD、所述P型重摻雜區的P型雜質濃度依次增大，P型輕摻雜區PLDD的P型雜質濃度在lE12/cm2 5E12/cm2之間；所述N型阱、所述N型埋層、所述重摻雜N型引線層、所述N型重摻雜區的N型雜質濃度依次增大。圖2所示鉗位二極體，由P型阱41中間部分上方的P型重摻雜區P+、P型阱41同兩側的N型阱42的交界處上方的P型輕摻雜區PLDD、以及P型阱41形成陽極；由N型阱42及其中間部分上方的N型重摻雜區N+形成陰極；P型輕摻雜區PLDD是低摻雜的P型高阻區，其上沒有覆蓋有金屬矽化物7，而整個器件的其它有源接觸區都覆蓋有金屬矽化物7。該鉗位二極體的P型與N型結被輕摻雜高能注入的高壓P型阱4與N型阱42外側的高壓P型阱4上的P型重摻雜區P+構成的接地保護P型隔離環所包圍，從而使鉗位二極體的陰極與周圍的N型區域相隔離。整個鉗位二極體被N型埋層3與重摻雜N型引線層(Nsink) 31構成的N型隔離環所包圍，形成自隔離型的鉗位二極體器件，N型埋層3將整個器件與P型襯底I相隔離，重摻雜N型引線層(Nsink)31將整個器件與側向的P型區域相隔離，從而減小了鉗位二極體在正嚮導通工作區域工作時陽極對襯底的注入電流，可以提供一個大的驅動電流完成一個正向降壓的功能並基本不形成對襯底的電流注入。該鉗位二極體通過調節P型輕摻雜區PLDD的P型雜質濃度，使得P型輕摻雜區與N型重摻雜區間的PN結在反向工作時處於齊納擊穿區，而當PN結反向擊穿處於齊納擊穿區時，其溫度係數會變得很小，從而能保證鉗位二極體在反向工作區域時其反向擊穿電壓的穩定性，提高了器件的長期可靠性。該鉗位二極體，陽極(由P型阱41中間部分上方的P型重摻雜區P+、P型阱41同兩側的N型阱42的交界處上方的P型輕摻雜區PLDD、以及P型阱41組成)同陰極(由N型阱42及其中間部分上方的N型重摻雜區N+組成)的PN結交界處在P型輕摻雜區PLDD與N型重摻雜區N+，以及P型阱41與N型阱42，PN結都是只在有源區內，而PN結反向擊穿的界面主要發生在P型輕摻雜區PLDD與N型重摻雜區N+，從圖2可見，該PN結界面由於遠離有源區和場氧絕緣區的交界處，從而使鉗位二極體的反向擊穿電壓不會受場氧絕緣區邊界質量問題的影響，從本質上排除了場氧絕緣區形成不夠理想造成的漏電問題，能減小器件反向漏電，所以該鉗位二極體的反向擊穿電壓在矽片面內的分布是均勻的。同時通過工藝上調節P型輕摻雜區PLDD的雜質濃度，使得P型輕摻雜區PLDD與N型重摻雜區N+間的PN結在反向工作時處於齊納擊穿區，能減小鉗位二極體反向擊穿電壓的面內偏差。該鉗位二極體，當處於正向工作時，PN結處於正嚮導通狀態，其陽極能輸出較大的電流，而整個壓降能控制在一個很穩定的狀態，同時通過在其N型隔離環的重摻N型引線層31施加一個正電壓，當該正電壓比陽極電位高時，大部分的由陽極注入到襯底I的電流就會被N型埋層3與高壓P型阱4的反偏PN結所擋住，而不會注入到襯底1，從而不會對晶片上的其它器件的工作產生影響。鉗位二極體襯底電流注入百分比((襯底電流/陽極電流)％ )如圖3所示，可見常見的鉗位二極體的襯底電流注入比A遠大於本發明的鉗位二極體當重摻N型引線層施加的正電壓比陽極電位低時的襯底電流注入比B、當重摻N型引線層施加的正電壓比陽極電位高時的襯底電流注入比C。實施例二實施例一的鉗位二極體的製造方法，包括以下步驟:一.在P型襯底I上生長P型外延2，在P型外延2上選擇生長N型埋層3，在N型埋層3內生成高壓P型阱4，在高壓P型阱4上形成有效隔離的有源區和場氧6 ；二.利用離子注入工藝，在高壓P型阱4上部的中間處注入P型雜質形成P型阱41，在高壓P型阱4上部同所述P型阱41兩側相鄰接分別注入N型雜質形成N型阱42 ;三.利用離子注入工藝，在所述高壓P型阱4兩側的N型埋層3中注入重摻雜N型雜質形成重摻雜N型引線層(Nsink) 31作為N型隔離環有源接觸區，在所述N型阱42中間部分上方注入重摻雜N型雜質形成N型重摻雜區N+作為陰極有源接觸區，在所述P型阱41中間部分上方注入重摻雜P型雜質形成P型重摻雜區P+作為陽極有源接觸區，在陰極有源接觸區同陽極有源接觸區之間的N型阱42同P型阱41交界區域上方注入輕摻雜的P型雜質形成P型輕摻雜區PLDD ；四.在矽片表面澱積氧化層；五.將P型輕摻雜區之外的各有源接觸區上方的氧化層去除；六.在矽片表面澱積金屬(如鈦)層並進行高溫退火從而在P型輕摻雜區之外的各有源接觸區上方形成金屬矽化物，而P型輕摻雜區PLDD上由於有氧化層無法生成金屬矽化物，然後去除金屬層；其它各有源接觸區上覆蓋的金屬矽化物，用於降低有源接觸區的接觸電阻。本申請的鉗位二極體，其P型與N型結被輕摻雜高能注入的高壓P型阱與P型重摻雜區構成的接地保護P型隔離環所包圍並與四周的N型區域相隔離，器件整體通過N型埋層與P型襯底相隔離，通過重摻雜N型引線層將與側向的P型區域相隔離，形成了自隔離型的鉗位二極體；通過調節P型輕摻雜區的摻雜濃度，能使得該器件在擊穿時處於齊納擊穿區，從而改善該器件的溫度依存性，提高器件的長期可靠性。本發明的鉗位二極體，當工作在正嚮導通區域時，可以提供一個大的驅動電流，完成一個正向降壓的功能，而基本不形成對襯底的電流注入，對晶片中其它器件基本無影響，當工作在反向工作區，其溫度係數幾乎會零，擊穿電壓的偏差很小，可以提供一個長期穩定、可靠的電壓。以上所述僅為本申請的較佳實施例而已，並不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請保護的範圍之內。
權利要求
1.一種鉗位二極體，其特徵在於， 在P型矽襯底上生長有P型外延，在所述P型外延上生長有N型埋層，在所述N型埋層上形成有高壓P型阱； 在所述高壓P型阱的兩側形成有同所述N型埋層連通的重摻雜N型引線層作為N型隔離環有源接觸區； 所述高壓P型阱上部的中間處形成有P型阱，所述高壓P型阱上部同所述P型阱兩側相鄰接分別形成有N型阱； 所述P型阱中間部分上方形成有P型重摻雜區作為陽極有源接觸區，所述N型阱中間部分上方形成有N型重摻雜區作為陰極有源接觸區，所述N型阱外側的高壓P型阱上分別形成有P型重摻雜區作為P型隔離環有源接觸區。
2.根據權利要求1所述的鉗位二極體，其特徵在於， 所述P型阱同其兩側的N型阱的交界處上方，即所述P型阱中間部分上方的P型重摻雜區同兩側N型阱中間部分上方的N型重摻雜區之間形成有P型輕摻雜區，所述P型輕摻雜區的上方沒有金屬矽化物，而其他各有源接觸區上方覆蓋有金屬矽化物。
3.根據權利要求2所述的鉗位二極體，其特徵在於， 所述高壓P型阱、所述P型阱、所述P型輕摻雜區、所述P型重摻雜區的P型雜質濃度依次增大； 所述N型阱、所述N型埋層、所述重摻雜N型引線層、所述N型重摻雜區的N型雜質濃度依次增大。
4.根據權利要求3所述的鉗位二極體，其特徵在於， 所述P型輕摻雜區的P型雜質濃度在1E12 5E12之間。
5.根據權利要求2或3所述的鉗位二極體，其特徵在於， 所述P型輕摻雜區的P型雜質濃度，使得P型輕摻雜區與N型重摻雜區間的PN結在反向工作時處於齊納擊穿區。
6.根據權利要求1所述的鉗位二極體，其特徵在於， 所述高壓P型阱上形成的所述P型重摻雜區，同其內側的所述N型阱及其上方的所述N型重摻雜區間，以及同其外側的所述重摻雜N型引線層間，形成有場氧。
7.一種鉗位二極體的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟: 一.在P型襯底上生長P型外延，在P型外延上選擇生長N型埋層，在N型埋層內生成高壓P型阱，在高壓P型阱上形成有效隔離的有源區和場氧； 二.利用離子注入工藝，在高壓P型阱上部的中間處注入P型雜質形成P型阱，在高壓P型阱上部同所述P型阱兩側相鄰接分別注入N型雜質形成N型阱； 三.利用離子注入工藝，在所述高壓P型阱兩側的N型埋層中注入重摻雜N型雜質形成重摻雜N型引線層作為N型隔離環有源接觸區，在所述N型阱中間部分上方注入重摻雜N型雜質形成N型重摻雜區作為陰極有源接觸區，在所述P型阱中間部分上方注入重摻雜P型雜質形成P型重摻雜區作為陽極有源接觸區，在陰極有源接觸區同陽極有源接觸區之間的N型阱同P型阱交界區域上方注入輕摻雜的P型雜質形成P型輕摻雜區； 四.在矽片表面澱積氧化層； 五.將P型輕摻雜區之外的各有源接觸區上方的氧化層去除；六.在矽片表面澱積金屬層並進行高溫退火從而在P型輕摻雜區之外的各有源接觸區上方形成金屬矽化物 ，然後去除金屬層。
全文摘要
本申請公開了一種鉗位二極體，在P型外延上生長有N型埋層，在所述N型埋層上形成有高壓P型阱；在高壓P型阱的兩側形成有同N型埋層連通的重摻雜N型引線層；高壓P型阱上部的中間處形成有P型阱，高壓P型阱上部同P型阱兩側相鄰接分別形成有N型阱；P型阱中間部分上方形成有P型重摻雜區作為陽極有源接觸區，N型阱中間部分上方形成有N型重摻雜區作為陰極有源接觸區，N型阱外側的高壓P型阱上分別形成有P型重摻雜區作為P型隔離環有源接觸區。本申請還公開了一種鉗位二極體的製造方法。本申請使鉗位二極體能實現自隔離功能，即當器件工作在正嚮導通區域時，可以提供一個大的驅動電流完成一個正向降壓的功能並基本不形成對襯底的電流注入。
文檔編號H01L29/06GK103165681SQ20111040774
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者仲志華 申請人:上海華虹Nec電子有限公司