CN101452966B - 齐纳二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齐纳二极管及其制造方法，实现了将横向齐纳二极管和纵向齐纳二极管结合起来的齐纳二极管结构，从而大大提高了齐纳二极管的击穿电压，并有效改善了齐纳二极管的耐压性能。

Description

齐纳二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有较高击穿电压的齐纳二极管，为此本发明还涉及一种齐纳二极管的制造方法。
背景技术
齐纳二极管是一个多子器件，单位时间通过PN结的多子数起伏较小，所以齐纳二极管的噪声很低。并且，齐纳二极管是利用多子隧道效应(tunneling effect)工作，隧道效应本质上是一种量子跃迁，所以，齐纳二极管的工作频率非常高。另外，温度对多子浓度的影响很小，因此，齐纳二极管的工作温度范围很大。但是，传统的齐纳二极管的PN结的两边都是重掺杂，已经是简并半导体，两边掺杂的杂质的浓度峰值是一一对应的(peak to peak)，因此，这种齐纳二极管的击穿电压很难做高。
例如，如图1所示，现有的横向齐纳二极管结构包括N型硅衬底101，在所述衬底101上形成有P型阱区102，且在该P型阱区102上形成有P型重掺杂区103和N型重掺杂区104，所述P型重掺杂区103与N型重掺杂区104为背靠背结构，并且所述P型重掺杂区103中P型杂质浓度的峰值与所述N型重掺杂区104中N型杂质浓度的峰值在同一处(peak topeak)，因此使得这种齐纳二极管的击穿电压很低。
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，可提高齐纳二极管的击穿电压，为此本发明还涉及一种齐纳二极管的制造方法。
为解决上述技术问题，在一个实施例中，本发明提供了一种齐纳二极管，包括：衬底301，在所述衬底301上形成有P型阱区302，在所述P型阱区302上形成有P型重掺杂区303和N型轻掺杂区304，且所述P型重掺杂区303和N型轻掺杂区304相邻呈横向背靠背的P+/N-结构；在所述N型轻掺杂区304以及邻近该N型轻掺杂区304的所述P型重掺杂区303的部分还形成有一N型重掺杂区305。
在另一个实施例中，本发明还提供了一种齐纳二极管，包括：衬底401，在所述衬底401上形成有P型阱区402，在所述P型阱区402上形成有P型重掺杂区403、N型轻掺杂区404以及重叠区405，所述重叠区(405)为所述P型重掺杂区(403)和所述N型轻掺杂区(404)的重叠部分；在所述重叠区405和N型轻掺杂区404上还形成有一N型重掺杂区406。
对于前一个实施例中的齐纳二极管，可通过以下方法来制造：
(1)在N型的硅衬底301上形成一P型阱区302；
(2)在所述P型阱区302上进行选择性P型重掺杂及选择性N型轻掺杂，从而在所述P型阱区302上形成相邻且呈横向背靠背的P+/N-结构P型重掺杂区303和N型轻掺杂区304；
(3)在所述N型轻掺杂区304以及邻近该N型轻掺杂区304的P型重掺杂区303的部分再进行一次选择性的N型重掺杂，形成N型重掺杂区305。
而对于后一个实施例中的齐纳二极管，则可通过以下方法来制造：
(1)在N型的硅衬底401上形成一P型阱区402；
(2)在所述P型阱区402上进行选择性P型重掺杂及选择性N型轻掺杂，并令所掺杂的P型杂质和N型杂质部分重叠在一起，分别形成P型重掺杂区403、N型轻掺杂区404和重叠区405；
(3)在重叠区405和N型轻掺杂区404上再进行一次选择性N型重掺杂。
本发明由于采用了上述技术方案，具有这样的有益效果，即实现了将横向齐纳二极管和纵向齐纳二极管结合起来的齐纳二极管结构，从而大大提高了齐纳二极管的击穿电压，并有效改善了齐纳二极管的耐压性能。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有齐纳二极管的剖面结构图；
图2为根据本发明所述方法的一个实施例的流程示意图；
图3a为根据图2所述方法形成的齐纳二极管的中间过程结构剖面图；
图3b为根据图2所述方法最终形成的齐纳二极管的结构剖面图；
图4为根据本发明所述方法的另一个实施例的流程示意图；
图5a为根据图4所述方法形成的齐纳二极管的中间过程结构剖面图；
图5b为根据图4所述方法最终形成的齐纳二极管的结构剖面图。
具体实施方式
在一个实施例中，如图2所示，可采用如下方法来制造本发明所述齐纳二极管：
首先，在N型的硅衬底301上形成一P型阱区302；然后，在所述P型阱区302上进行选择性的P型重掺杂及选择性的N型轻掺杂，从而在所述P型阱区302上分别形成P型重掺杂区303和N型轻掺杂区304，同时所述P型重掺杂区303和N型轻掺杂区304相邻呈横向背靠背的P+/N-结构，这时所形成的结构具体如图3a所示；接着，在所述N型轻掺杂区304以及邻近该N型轻掺杂区304的所述P型重掺杂区303的部分再进行一次选择性的N型重掺杂，这时优选地，所掺杂的N型杂质的剂量为1013～1014cm-2，且优选地，应将所形成的N型重掺杂区305与所述P型重掺杂区303的重叠部分的长度控制在0.2～0.5um范围内；然后，再按照现有工艺进行退火激活(RTA)等步骤，最终形成本发明所述结构的齐纳二极管，具体如图3b所示，可见该结构的齐纳二极管相当于将横向结构的齐纳二极管和纵向结构的齐纳二极管结合在了一起。
在另一个实施例中，如图4所示，也可采用如下方法来制造本发明所述齐纳二极管：
首先，在N型的硅衬底401上形成一P型阱区402；然后，在所述P型阱区402上进行选择性的P型重掺杂及选择性的N型轻掺杂，并且在进行所述P型重掺杂和N型轻掺杂时，令所掺杂的P型杂质和N型杂质部分重叠在一起，从而分别形成P型重掺杂区403、N型轻掺杂区404和重叠区405，所述重叠区(405)为所述P型重掺杂区(403)和所述N型轻掺杂区(404)的重叠部分，优选地，所述重叠区405的长度应控制在0.2～1.0um范围内，这时所形成的结构如图5a所示；接着，在所述重叠区405和N型轻掺杂区404上再进行一次选择性的N型重掺杂，从而形成一N型重掺杂区406，这时优选地，所掺杂的N型杂质的剂量为1013～1014cm-2；再按照现有工艺进行退火激活(RTA)等步骤，最终形成本发明所述结构的齐纳二极管，具体如图5b所示，可见该结构的齐纳二极管相当于将横向结构的齐纳二极管和纵向结构的齐纳二极管结合在了一起。
本发明所述齐纳二极管由于结合了横向齐纳二极管和纵向齐纳二极管的特点，因此使得齐纳二极管中N型杂质浓度的峰值与P型杂质浓度的峰值能够在同一处得到适当的缓解，从而大大提高了击穿电压。通过TCAD模拟结果可知，现有工艺结构的齐纳二极管的TCAD模拟击穿电压为2.63V左右，而本发明所述齐纳二极管的TCAD模拟击穿电压却可达4.4V左右。

Claims (10)

1.一种齐纳二极管，包括：衬底(301)，在所述衬底(301)上形成有P型阱区(302)，其特征在于，在所述P型阱区(302)上形成有P型重掺杂区(303)和N型轻掺杂区(304)，且所述P型重掺杂区(303)和N型轻掺杂区(304)相邻呈横向背靠背的P+/N-结构；在所述N型轻掺杂区(304)以及邻近该N型轻掺杂区(304)的所述P型重掺杂区(303)的部分还形成有一N型重掺杂区(305)。
2.根据权利要求1所述齐纳二极管，其特征在于，所述N型重掺杂区(305)与所述P型重掺杂区(303)的重叠部分的长为在0.2～0.5um。
3.一种齐纳二极管，包括：衬底(401)，在所述衬底(401)上形成有P型阱区(402)，其特征在于，在所述P型阱区(402)上形成有P型重掺杂区(403)、N型轻掺杂区(404)以及重叠区(405)，所述重叠区(405)为所述P型重掺杂区(403)和所述N型轻掺杂区(404)的重叠部分；在所述重叠区(405)和N型轻掺杂区(404)上还形成有一N型重掺杂区(406)。
4.根据权利要求3所述齐纳二极管，其特征在于，所述重叠区(405)的长度为0.2～1.0um。
5.一种制造权利要求1所述齐纳二极管的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)在N型的硅衬底(301)上形成一P型阱区(302)；
(2)在所述P型阱区(302)上进行选择性P型重掺杂及选择性N型轻掺杂，从而在所述P型阱区(302)上形成相邻且呈横向背靠背的P+/N-结构P型重掺杂区(303)和N型轻掺杂区(304)；
(3)在所述N型轻掺杂区(304)以及邻近该N型轻掺杂区(304)的P型重掺杂区(303)的部分再进行一次选择性的N型重掺杂，形成N型重掺杂区(305)。
6.根据权利要求5所述制造齐纳二极管的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所掺杂的N型杂质的剂量为1013～1014cm-2。
7.根据权利要求5或6所述制造齐纳二极管的方法，其特征在于，在执行所述步骤(3)时，应将所形成的N型重掺杂区(305)与所述P型重掺杂区(303)的重叠部分的长度控制在0.2～0.5um范围内。
8.一种制造权利要求3所述齐纳二极管的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)在N型的硅衬底(401)上形成一P型阱区(402)；
(2)在所述P型阱区(402)上进行选择性P型重掺杂及选择性N型轻掺杂，并令所掺杂的P型杂质和N型杂质部分重叠在一起，分别形成P型重掺杂区(403)、N型轻掺杂区(404)和重叠区(405)；
(3)在重叠区(405)和N型轻掺杂区(404)上再进行一次选择性N型重掺杂。
9.根据权利要求8所述制造齐纳二极管的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所掺杂的N型杂质的剂量为1013～1014cm-2。
10.根据权利要求8或9所述制造齐纳二极管的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，应将所述重叠区(405)的长度应控制在0.2～1.0um范围内。
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