齊納二極體及其製造方法

2023-06-14 20:43:16 3

專利名稱：齊納二極體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有較高擊穿電壓的齊納二極體，為此本發明還涉及 一種齊納二極體的製造方法。
背景技術：
齊納二極體是一個多子器件，單位時間通過PN結的多子數起伏較小，
所以齊納二極體的噪聲很低。並且，齊納二極體是利用多子隧道效應
(tunneling effect)工作，隧道效應本質上是一種量子躍遷，所以，齊 納二極體的工作頻率非常高。另外，溫度對多子濃度的影響很小，因此， 齊納二極體的工作溫度範圍很大。但是，傳統的齊納二極體的PN結的兩 邊都是重摻雜，已經是簡併半導體，兩邊摻雜的雜質的濃度峰值是一一對 應的(peak to peak),因此，這種齊納二極體的擊穿電壓很難做高。
例如，如圖1所示，現有的橫向齊納二極體結構包括N型矽襯底101， 在所述襯底101上形成有P型阱區102，且在該P型阱區102上形成有P 型重摻雜區103和N型重摻雜區104,所述P型重摻雜區103與N型重摻 雜區104為背靠背結構，並且所述P型重摻雜區103中P型雜質濃度的峰 值與所述N型重摻雜區104中N型雜質濃度的峰值在同一處(peak to peak),因此使得這種齊納二極體的擊穿電壓很低。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種齊納二極體，可提高齊納二極的擊穿電壓，為此本發明還涉及一種齊納二極體的製造方法。
為解決上述技術問題，在一個實施例中，本發明提供了一種齊納二極
管，包括襯底301，在所述襯底301上形成有P型阱區302，在所述P型阱區 302上形成有P型重摻雜區303和N型輕摻雜區304，且所述P型重摻雜區303 和^1型輕摻雜區304相鄰呈橫向背靠背的 +/^-結構；在所述N型輕摻雜區304 以及鄰近該N型輕摻雜區304的所述P型重摻雜區303的部分還形成有一N型 重摻雜區305。
在另一個實施例中，本發明還提供了一種齊納二極體，包括襯底401， 在所述襯底401上形成有P型阱區402，在所述P型阱區402上形成有P型重摻 雜區403、 N型輕摻雜區404以及重疊區405;在所述重疊區405和N型輕摻雜 區404上還形成有一N型重摻雜區406。
對於前一個實施例中的齊納二極體，可通過以下方法來製造
(1) 在N型的矽襯底301上形成一P型阱區302;
(2) 在所述P型阱區302上進行選擇性P型重摻雜及選擇性N型輕摻雜， 從而在所述 型阱區302上形成相鄰且呈橫向背靠背的 +/^結構P型重摻雜 區303和N型輕摻雜區304;
(3) 在所述N型輕摻雜區304以及鄰近該N型輕摻雜區304的P型重摻雜 區303的部分再進行一次選擇性的N型重摻雜，形成N型重摻雜區305。
而對於後一個實施例中的齊納二極體，則可通過以下方法來製造-
(1) 在N型的矽襯底401上形成一P型阱區402;
(2) 在所述P型阱區402上進行選擇性P型重摻雜及選擇性N型輕摻雜， 並令所摻雜的P型雜質和N型雜質部分重疊在一起，分別形成P型重摻雜區403、 N型輕摻雜區404和重疊區405;
(3)在重疊區405和N型輕摻雜區404上再進行一次選擇性N型重摻雜。 本發明由於採用了上述技術方案，具有這樣的有益效果，即實現了將 橫向齊納二極體和縱向齊納二極體結合起來的齊納二極體結構，從而大大 提高了齊納二極體的擊穿電壓，並有效改善了齊納二極體的耐壓性能。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明
圖1為現有齊納二極體的剖面結構圖2為根據本發明所述方法的一個實施例的流程示意圖3a為根據圖2所述方法形成的齊納二極體的中間過程結構剖面圖3b為根據圖2所述方法最終形成的齊納二極體的結構剖面圖4為根據本發明所述方法的另一個實施例的流程示意圖5a為根據圖4所述方法形成的齊納二極體的中間過程結構剖面圖； 圖5b為根據圖4所述方法最終形成的齊納二極體的結構剖面圖。
具體實施例方式
在一個實施例中，如圖2所示，可採用如下方法來製造本發明所述齊
納二極體
首先，在N型的矽襯底301上形成一P型阱區302;然後，在所述P 型阱區302上進行選擇性的P型重摻雜及選擇性的N型輕摻雜，從而在所 述P型阱區302上分別形成P型重摻雜區303和N型輕摻雜區304，同時 所述P型重摻雜區303和N型輕慘雜區304相鄰呈橫向背靠背的？+/^結構，這時所形成的結構具體如圖3a所示；接著，在所述N型輕摻雜區304 以及鄰近該N型輕摻雜區304的所述P型重摻雜區303的部分再進行一次 選擇性的N型重摻雜，這時優選地，所摻雜的N型雜質的劑量為1013 1014cm—2，且優選地，應將所形成的N型重摻雜區305與所述P型重摻雜區 303的重疊部分的長度控制在0.2 0.5um範圍內；然後，再按照現有工 藝進行退火激活(RTA)等步驟，最終形成本發明所述結構的齊納二極體， 具體如圖3b所示，可見該結構的齊納二極體相當於將橫向結構的齊納二 極管和縱向結構的齊納二極體結合在了一起。
在另一個實施例中，如圖4所示，也可採用如下方法來製造本發明所 述齊納二極體
首先，在N型的矽襯底401上形成一P型阱區402;然後，在所述P 型阱區402上進行選擇性的P型重摻雜及選擇性的N型輕摻雜，並且在進 行所述P型重摻雜和N型輕摻雜時，令所摻雜的P型雜質和N型雜質部分 重疊在一起，從而分別形成P型重摻雜區403、 N型輕摻雜區404和重疊 區405，優選地，所述重疊區405的長度應控制在0.2 1.0um範圍內， 這時所形成的結構如圖5a所示；接著，在所述重疊區405和N型輕摻雜 區404上再進行一次選擇性的N型重摻雜，從而形成一 N型重摻雜區406， 這時優選地，所摻雜的N型雜質的劑量為10" 10"cnf2;再按照現有工藝 進行退火激活(RTA)等步驟，最終形成本發明所述結構的齊納二極體， 具體如圖5b所示，可見該結構的齊納二極體相當於將橫向結構的齊納二 極管和縱向結構的齊納二極體結合在了一起。
本發明所述齊納二極體由於結合了橫向齊納二極體和縱向齊納二極體的特點，因此使得齊納二極體中N型雜質濃度的峰值與P型雜質濃度的
峰值能夠在同一處得到適當的緩解，從而大大提高了擊穿電壓。通過TCAD 模擬結果可知，現有工藝結構的齊納二極體的TCAD模擬擊穿電壓為2. 63V 左右，而本發明所述齊納二極體的TCAD模擬擊穿電壓卻可達4. 4V左右。
權利要求
1、一種齊納二極體，包括襯底(301)，在所述襯底(301)上形成有P型阱區(302)，其特徵在於，在所述P型阱區(302)上形成有P型重摻雜區(303)和N型輕摻雜區(304)，且所述P型重摻雜區(303)和N型輕摻雜區(304)相鄰呈橫向背靠背的P+/N-結構；在所述N型輕摻雜區(304)以及鄰近該N型輕摻雜區(304)的所述P型重摻雜區(303)的部分還形成有一N型重摻雜區(305)。
2、 根據權利要求l所述齊納二極體，其特徵在於，所述N型重摻雜區 (305)與所述P型重摻雜區(303)的重疊部分的長為在O. 2 0. 5um。
3、 一種齊納二極體，包括襯底(401)，在所述襯底(401)上形成 有P型阱區(402)，其特徵在於，在所述P型阱區(402)上形成有P型重摻 雜區(403) 、 N型輕摻雜區(404)以及重疊區(405);在所述重疊區(405) 和N型輕摻雜區(404)上還形成有一N型重摻雜區(406)。
4、 根據權利要求3所述齊納二極體，其特徵在於，所述重疊區(405) 的長度為0.2 1.0um。
5、 一種製造權利要求l所述齊納二極體的方法，其特徵在於，包括步驟(1) 在N型的矽襯底(301)上形成一P型阱區(302);(2) 在所述P型阱區(302)上進行選擇性P型重摻雜及選擇性N型輕摻 雜，從而在所述P型阱區(302)上形成相鄰且呈橫向背靠背的 +/^結構？ 型重摻雜區(303)和N型輕摻雜區(304);(3) 在所述N型輕摻雜區(304)以及鄰近該N型輕摻雜區(304)的P 、型重摻雜區(303)的部分再進行一次選擇性的N型重摻雜，形成N型重摻雜 區(305)。
6、 根據權利要求5所述製造齊納二極體的方法，其特徵在於，在所述 步驟(3)中，所慘雜的N型雜質的劑量為1013 1014011—2。
7、 根據權利要求5或6所述製造齊納二極體的方法，其特徵在於，在執 行所述步驟(3)時，應將所形成的N型重摻雜區(305)與所述P型重摻雜 區(303)的重疊部分的長度控制在0.2 0.5um範圍內。
8、 一種製造權利要求2所述齊納二極體的方法，其特徵在於，包括步驟(1) 在N型的矽襯底(401)上形成一P型阱區(402);(2) 在所述P型阱區(402)上進行選擇性P型重摻雜及選擇性N型輕摻 雜，並令所摻雜的P型雜質和N型雜質部分重疊在一起，分別形成P型重摻雜 區(403) 、 N型輕摻雜區(404)和重疊區(405);(3) 在重疊區(405)和N型輕摻雜區(404)上再進行一次選擇性N 型重摻雜。
9、 根據權利要求8所述製造齊納二極體的方法，其特徵在於，在所述 步驟(3)中，所摻雜的N型雜質的劑量為1013 1014011—2。
10、 根據權利要求8或9所述製造齊納二極體的方法，其特徵在於，在 所述步驟(2)中，應將所述重疊區(405)的長度應控制在0.2 1.0um範 圍內。
全文摘要
本發明公開了一種齊納二極體及其製造方法，實現了將橫向齊納二極體和縱向齊納二極體結合起來的齊納二極體結構，從而大大提高了齊納二極體的擊穿電壓，並有效改善了齊納二極體的耐壓性能。
文檔編號H01L29/66GK101452966SQ200710094379
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月6日 優先權日2007年12月6日
發明者呂趙鴻, 錢文生 申請人:上海華虹Nec電子有限公司