CN101442077B

CN101442077B - 一种齐纳二极管及其bcd工艺制造方法

Info

Publication number: CN101442077B
Application number: CN200710094278XA
Authority: CN
Inventors: 陈志勇
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-11-23
Also published as: CN101442077A

Abstract

本发明公开了一种齐纳二极管，包括N埋层、P埋层、外延层、有源区、N+、P+，N埋层和P埋层互相交叠。此外，本发明还公开了上述齐纳二极管的BCD工艺制造方法，采用小扩散系数的锑注入形成N埋层(NBL)、采用大扩散系数的硼注入形成P埋层(PBL)。采用本发明工艺制造的齐纳二极管，克服了现有技术存在的齐纳蠕变现象，从而提高了该工艺的附加值，扩展了工艺的应用面。

Description

一种齐纳二极管及其BCD工艺制造方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路半导体器件，尤其涉及一种齐纳二极管；此外，本发明还涉及该齐纳二极管的BCD工艺制造方法。

背景技术

BCD工艺是一种先进的单片集成工艺技术，1986年由意法半导体(ST)公司率先研制成功，这种工艺能够在同一芯片上制作双极管bipolar，CMOS(互补金属氧化物半导体)和DMOS(扩散金属氧化物半导体)器件，称为BCD工艺。BCD工艺广泛应用于电源管理、显示驱动、汽车电子、工业控制等领域。通常利用隧道击穿机制来工作的二极管称为齐纳二极管(Zener diode)。如果能在BCD工艺中集成齐纳二极管，可以为电路设计师提供很大的灵活性，大大提高工艺的应用和附加值。

现有的BCD工艺中齐纳二极管制作的主要流程如下：利用P+源漏注入再加一块N型注入版形成齐纳二极管。采用该流程方法制作出的器件为表面齐纳二极管，表面齐纳二极管容易产生齐纳蠕变，是一种相对脆弱的器件，无法满足需要埋层齐纳二极管的客户的要求。此外，这种表面齐纳二极管相对于标准BCD工艺，需要增加块掩摸版，制造成本较高。

齐纳蠕变的解释：雪崩一般发生在大多数扩散结的表面附近，窄耗尽区使局部场强增大，产生热空穴，因为那里的杂质浓度高，雪崩产生的部分热载流子注入到上层氧化层中，这些热载流子会破坏硅-氢键，重新生成正的氧化层固定电荷。这种正的氧化层固定电荷将静电感应表面处，使耗尽区逐渐变宽，工作过程中会使击穿电压缓慢升高，击穿移到表面以下，蠕变停止。参见图1，图1(A)显示了结的初始状态，在表面附近出现了热载流子；图1(B)显示了长时间工作后结的状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种齐纳二极管，克服了现有技术存在的齐纳蠕变现象；为此，本发明还提供上述齐纳二极管的BCD工艺制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种齐纳二极管齐纳二极管，包括N埋层、P埋层、外延层、有源区、N+、P+，所述的N埋层和所述的P埋层横向交叠，锑注入形成N埋层、硼注入形成P埋层，P埋层将N埋层包住。

所述的N埋层和P埋层的横向交叠处为半圆形。

该齐纳二极管的外延层和N+、P+之间还包括高压N阱、N阱、高压P阱、P阱，或者深N+、深P+。

本发明还提供一种齐纳二极管的BCD工艺制造方法，包括如下步骤：

(1)对准光刻与刻蚀；(2)N埋层光刻或注入，采用小扩散系数的锑注入形成N埋层；(3)N埋层推进；(4)P埋层光刻或注入，采用大扩散系数的硼注入形成P埋层；(5)P埋层推进，使N埋层和P埋层的注入深度相近，由于硼扩散系数比锑扩散系数大，P埋层将N埋层包住，形成P埋层和N埋层横向交叠；(6)外延层形成；(7)高压N阱形成；(8)高压P阱形成；(9)有源区形成；(10)N阱光刻或注入；(11)P阱光刻或注入；(12)场隔离形成；(13)栅氧化；(14)栅极形成；(15)N+光刻或注入； (16)P+光刻或注入；(17)硅化物形成；(18)接触孔制作；(19)金属布线；(20)钝化层形成。

在步骤(6)外延层形成和步骤(7)高压N阱形成之间还包括深N+光刻/注入和深P+光刻/注入步骤。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：采用本发明制作的齐纳二极管为埋层齐纳二极管。由于击穿发生在远离表面的NBL与PBL之间，因此可以有效地克服表面齐纳二极管的齐纳蠕变现象，并且无需增加额外的光刻版，只要设计好版图，此外应该在设计规则上规定N型埋层和P型埋层可以互相交叠。本发明在无需增加额外的光刻版的情况下，制造出实用的埋层齐纳二极管，提高了工艺的附加值，扩展了工艺的应用面。该工艺制作方法对同时包含有N型埋层和P型埋层的BCD工艺、BiCMOS(双极互补金属氧化物半导体)工艺、高压CMOS等工艺中齐纳二极管都具有普遍的借鉴意义。

附图说明

图1是采用现有BCD工艺制作的表面齐纳二极管产生齐纳蠕变的模型示意图，图1(A)是开始出现蠕变的状态示意图，图1(B)是长时间工作后的状态示意图；

图2是本发明齐纳二极管的示意版图；

图3是本发明实施例之一齐纳二极管的截面图；

图4是本发明另一实施例齐纳二极管的截面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如果设法使击穿不发生在表面，就可以克服齐纳蠕变现象。在BCD工艺中，可以设法借助埋层来实现此构想。本发明利用其中的N埋层(N型埋层，NBL)和P埋层(P型埋层，PBL)互相交叠形成埋层齐纳二极管。本发明埋层齐纳二极管的版图见图2，图2中N埋层(NBL)为埋层齐纳二极管的阴极，P埋层(PBL)为阳极。图2中N埋层(NBL)和P埋层(PBL)在版图设计时互相交叠是形成这种埋层齐纳二极管的必要条件之一，图2中N埋层(NBL)和P埋层(PBL)互相交叠处为半圆形，是为了防止在N埋层的拐角处的电场增强。

本发明埋层齐纳二极管的截面图参见图3，图3中的齐纳二极管，包括P衬底(P-Sub)、N埋层(NBL，采用锑注入形成)、P埋层(PBL，采用硼注入形成)、N外延层(N-epi)、高压N阱(HV Nw)、高压P阱(HV PW)、N阱(Nwell)、P阱(Pwell)、N+光刻/注入、P+光刻/注入。在工艺设计上，采用小扩散系数的锑注入形成N埋层(NBL)、采用大扩散系数的硼注入形成P埋层(PBL)是形成这种埋层齐纳二极管的另一必要条件之一。通过合适的注入和推进条件使N埋层(NBL)和P埋层(PBL)的注入深度相近，由于硼扩散系数比锑扩散系数大，从而在图3所示Y方向P埋层(PBL)可以将N埋层(NBL)包住；由于P埋层(PBL)浓度远比P衬底(P-Sub)高，同时由于N埋层(NBL)和P埋层(PBL)相互交叠，因此击穿发生在N埋层与P埋层的交叠区，形成齐纳击穿。外延层是BCD工艺所必备，其浓度通常远小于P埋层(PBL)，对于本发明中的埋层齐纳二极管，外延层可以是N型或P型，本实施例以N型外延层为例。图3中高压N阱(HV NW)、N阱(Nwell)、N+光刻/注入为一般BCD工艺所具备，用于将N埋层(NBL) 引出通过接触孔等形成埋层齐纳二极管的阴极；如果BCD工艺带有深N+(N-Sink)工艺，可以直接用深N+(N-Sink)取代图3中的高压N阱(HVNW)、N阱(Nwell)(如图4所示)。图3中高压P阱(HV PW)、P阱(Pwell)、P+光刻/注入也是BCD工艺所具备工序，用于将P埋层(PBL)引出通过接触孔等形成埋层齐纳二极管的阳极，如果BCD工艺带有深P+(P-Sink)工艺，可以直接用深P+(P-Sink)取代图中的高压P阱(HV PW)、P阱(Pwell)(如图4所示)。

本发明埋层齐纳二极管的工艺流程具体如下：

(1)对准光刻与刻蚀；

(2)N埋层(NBL)光刻/注入，采用扩散系数较小的锑注入，典型注入剂量为2E15原子/平方厘米；

(3)N埋层推进，温度约摄氏1200度左右；

(4)P埋层(PBL)光刻/注入，采用硼埋层，通常注入剂量数量级为E13-E14原子/平方厘米；

(5)P埋层(PBL)推进，温度约摄氏1100度左右；

(6)外延层(N外延层或P外延层)形成，淀积厚度约为5微米，电阻率约30欧姆-厘米；

(7)高压N阱(HV NW)形成，P(磷)注入，注入剂量为E12原子/平方厘米；

(8)高压P阱(HV PW)形成，B(硼)注入，注入剂量为E12原子/平方厘米；

(9)有源区形成；

(10)N阱光刻/注入，P注入，注入剂量为1.5E13原子/平方厘米；

(11)P阱光刻/注入，B注入，注入剂量为2E13原子/平方厘米；

(12)场隔离形成；

(13)栅氧化；

(14)栅极形成；

(15)N+光刻/注入，砷(As)注入，注入剂量为E15原子/平方厘米；

(16)P+光刻/注入，B注入，注入剂量为E15原子/平方厘米；

(17)硅化物形成；

(18)接触孔制作；

(19)金属布线；

(20)钝化层形成。

如果BCD工艺带有深N+(N-Sink)和深P+(P-Sink)工艺，其工艺流程与上述工艺流程描述基本相同，只是在步骤(6)外延层形成和步骤(7)高压N阱形成之间加入深N+(N-Sink)光刻/注入(P注入，注入剂量为E15)和深P+(P-Sink)光刻/注入(B注入，注入剂量为E15原子/平方厘米)。

上述工艺流程中的各步骤采用的是半导体工业中常见的方法，所用设备、材料是工业上成熟的设备和材料，所以在技术上完全可行。

本发明在原有的工艺流程中，在不增加掩模版的情况下，巧妙地利用BCD工艺中的N型埋层和P型埋层，配合合理的版图来形成埋层齐纳二极管，从而提高了该工艺的附加值，扩展了工艺的应用面。

Claims

1.一种齐纳二极管，包括N埋层、P埋层、外延层、有源区、N+、P+，其特征在于，所述的N埋层和所述的P埋层横向交叠，锑注入形成N埋层、硼注入形成P埋层，P埋层将N埋层包住。

2.如权利要求1所述的齐纳二极管，其特征在于，所述的N埋层和P埋层的横向交叠处为半圆形。

3.如权利要求1所述的齐纳二极管，其特征在于，该齐纳二极管的外延层和N+、P+之间还包括高压N阱、N阱、高压P阱、P阱，或者深N+、深P+。

4.一种齐纳二极管的BCD工艺制造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对准光刻与刻蚀；(2)N埋层光刻或注入，采用小扩散系数的锑注入形成N埋层；(3)N埋层推进；(4)P埋层光刻或注入，采用大扩散系数的硼注入形成P埋层；(5)P埋层推进，使N埋层和P埋层的注入深度相近，由于硼扩散系数比锑扩散系数大，P埋层将N埋层包住，形成P埋层和N埋层横向交叠；(6)外延层形成；(7)高压N阱形成；(8)高压P阱形成；(9)有源区形成；(10)N阱光刻或注入；(11)P阱光刻或注入；(12)场隔离形成；(13)栅氧化；(14)栅极形成；(15)N+光刻或注入；(16)P+光刻或注入；(17)硅化物形成；(18)接触孔制作；(19)金属布线；(20)钝化层形成。

5.如权利要求4所述的齐纳二极管的BCD工艺制造方法，其特征在于，在步骤(6)外延层形成和步骤(7)高压N阱形成之间还包括深N+光刻/注入和深P+光刻/注入步骤。