專利名稱：具有橫向達通二極管的電阻(r)－電容(c)－二極管(d)網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路結(jié)構(gòu)與制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于微電子集成電路半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，是關(guān)于無源元件電阻(R)、電容(C)、二極管(D)網(wǎng)絡(luò)，采用半導(dǎo)體薄膜技術(shù)，制造成“RCD”網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路。
背景技術(shù)：
在各種電子信息產(chǎn)品中，無源元件數(shù)量占所有元器件數(shù)的90％以上，特別是在當(dāng)今的便攜、無線電子產(chǎn)品的手機，數(shù)碼相機，計算機等一類的數(shù)字化產(chǎn)品中，無源元件所占比例更大。它們占據(jù)整機印刷電路板面積大，焊點多，增大整機產(chǎn)品的生產(chǎn)費用和降低可靠性。在電子信息整機產(chǎn)品日益滿足高頻、高速、多功能、高性能、高可靠、低成本、短小輕薄、玲巧便攜等市場需求推動下，數(shù)量眾多的無源元件的小型化、微型化已不能滿足整機發(fā)展要求，提出了無源元件集成化的要求。
一般的電阻—電容(RC)網(wǎng)絡(luò)，由幾個甚至幾十個數(shù)量相同的電阻、電容相連在一個公共接地基線上，由直流電源供電，電阻—電容串聯(lián)，另外還有二極管與串聯(lián)的電阻—電容并聯(lián)，形成電阻—電容—二極管(RCD)網(wǎng)絡(luò)。這種RC和RCD網(wǎng)絡(luò)采用半導(dǎo)體薄膜制造技術(shù)，制作在硅基片上。電阻材料采用摻雜多晶硅，利用SiO2、Si3N4等電介質(zhì)制作電容，采用半導(dǎo)體器件制作技術(shù)制造二極管，制成RC和RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路。與半導(dǎo)體器件制造技術(shù)完全兼容。無源元件的集成化是無源元件發(fā)展的必然趨勢。采用TaN、CrSi等化合物材料制作電阻器，因為它們制作難度大，不能與半導(dǎo)體器件制作工藝兼容。
在當(dāng)今的電子產(chǎn)品中，都對防靜電放電損害和抗電磁輻射提出要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是公開一種具有橫向達通二極管的電阻(R)—電容(C)—二極管(D)網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路結(jié)構(gòu)及制作。采用半導(dǎo)體薄膜技術(shù)，制造成“RCD”網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路，該集成電路廣泛應(yīng)用于電子電路的濾波，靜電放電保護，抗電磁/射頻干擾和抑制負瞬態(tài)電壓尖峰等。具有橫向“達通”擊穿和交叉脂狀電極二極管的RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路結(jié)構(gòu)。不采用硅外延片或硅外延工藝，制造具有瞬態(tài)尖峰電壓保護二極管和靜電放電保護高導(dǎo)電性硅表面層的RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路；減少了RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路制造工藝步驟，降低了電路制造成本。
本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路結(jié)構(gòu)為共有數(shù)值相同的4×N(N為正整數(shù))個電阻器和4×N個電容器Ci(i＝1，2………16)，以及4×N個二極管Di(i＝1，2………16)，以及N個接地點Gi(i＝1，2，3，4)；串聯(lián)的電阻—電容，并聯(lián)上二極管；電容的一個電極及與之相連的二極管陽極(基區(qū))與地相連。電容的另一個電極板與電阻器一端相連，電阻器另一端與二極管陰極(發(fā)射區(qū))相連，共同形成一個與外電路連接的連接點Pi(i＝1，2………16)。本發(fā)明集成電路的四分之一結(jié)構(gòu)版圖為4個電阻—電容—二極管組合。結(jié)構(gòu)相對于對稱線CL1和CL2成對稱分布，經(jīng)復(fù)制，可以得到16個電阻—電容—二極管組合及4個接地點Gi(i＝1，2，3，4)。硼擴散形成的P+(11)區(qū)，既為集成電路的公共接地導(dǎo)電層，又是交叉脂狀橫向“達通”二極管(D)的“基區(qū)”和電容(C)的下電極，磷擴散形成的N+(22)是橫向“達通”二極管的“發(fā)射區(qū)”；P+區(qū)和N+區(qū)之間W區(qū)是橫向“達通“二極管反向偏壓時的達通區(qū)；采用化學(xué)氣相沉積法制造出硅片表面上的SiO2和Si3N4絕緣電介質(zhì)層(31)，是電容(C)的電介質(zhì)層；再在此電介質(zhì)層上沉積制作電阻(R)(32)和電容(C)(33)的摻磷多晶硅層；金屬鋁層作為金屬化層，光刻形成電路內(nèi)互連線，壓點區(qū)鋁層(43)和接地區(qū)(G)的壓焊點；沉積摻磷SiO2(34)形成芯片鈍化層，光刻出壓焊點(43)和接地點(G)。
本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路制作第一步，采用普通P型硅片(硅片直徑不限)，經(jīng)過高溫氧化后，光刻出進行硼擴散的區(qū)域，此區(qū)域是硅表面的高導(dǎo)電層，同時光刻留下具有一定齒距的齒條狀二氧化硅層區(qū)，保護不被硼擴散，該區(qū)域為橫向達通二極管的“基區(qū)”，同時是電容的下電極。
第二步，硼擴后的硅片，再經(jīng)氧化，并光刻出橫向達通二極管的“發(fā)射區(qū)”，該區(qū)圖形仍為具有一定齒距的齒條狀，這個齒條是插在上述“基區(qū)”齒條之內(nèi)，形成叉脂狀結(jié)構(gòu)，“基區(qū)”齒條和“發(fā)射區(qū)”齒條的間距滿足對橫向達通二極管擊穿電壓要求。
第三步，二極管“發(fā)射區(qū)”磷擴散，制成橫向達通二極管。
第四步，去掉硅片上二氧化硅層，以便按電容制造要求生長電介質(zhì)層。
第五步，在硅片上沉積SiO2層和Si3N4層，在電容區(qū)上的此復(fù)合電介質(zhì)層構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)電容的電介質(zhì)層。
第六步，沉積多晶硅，此多晶硅用來制作電阻元件和電容器的上電極。并用三氯氧磷作為N型雜質(zhì)摻雜，摻雜濃度使多晶硅電阻溫度系數(shù)達到最小值＜2×10-4Ω·m/℃；第七步，光刻多晶硅，制出此電路的電阻器和電容器的上電極。
第八步，光刻出金屬相互引連線區(qū)、壓焊點及接地孔。
第九步，濺射金屬鋁，并光刻留下內(nèi)部互連金屬線，壓焊點和接地點鋁層，并做合金化處理。
第十步，低溫沉積SiO2和Si3N4層，并用三氯氧磷進行摻磷。以達到最佳鈍化效果。
第十一步，光刻壓焊點(包括接地點)。至此完成了RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路芯片的制作。
在此電路中，由于有電容元件，并有高導(dǎo)電表面層和電容電極，因此具有很好的放電通路，具有很高的抗靜電放電能力等。


圖1.本發(fā)明橫向達通二極管RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路的電路圖；圖2.本發(fā)明實施例，集成電路結(jié)構(gòu)及元件分布圖；圖3本發(fā)明圖2中“2.1”截面圖；
圖4本發(fā)明圖2中“2.2”截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明電阻—電容—二極管網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路本身具有良好的防靜電放電損害作用和抗電磁輻射作用，而抗靜電能力超過5000V，對人體產(chǎn)生的靜電放電完全可以防護。
圖1所示的RCD網(wǎng)絡(luò)電路，按本發(fā)明給出的半導(dǎo)體工藝制作方法，可以加工成半導(dǎo)體RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路芯片。該RCD網(wǎng)絡(luò)可作濾波器，降低電磁和射頻干擾，消除負脈沖電壓尖峰和降低高數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑肼暤?。圖1，圖2給出本發(fā)明實施例電路圖和結(jié)構(gòu)及元件分布圖；其中共有數(shù)值相同的16個電阻器和16個電容器Ci(i＝1，2………16)，以及16個二極管Di(i＝1，2………16)，以及4個接地點Gi(i＝1，2，3，4)。串聯(lián)的電阻—電容，并聯(lián)上二極管。電容的一個電極及與之相連的二極管陽極(基區(qū))與地相連。電容的另一個電極板與電阻器一端相連，電阻器另一端與二極管陰極(發(fā)射區(qū))相連，共同形成一個與外電路連接的連接點Pi(i＝1，2………16)。圖2給出4個電阻—電容—二極管組合。該結(jié)構(gòu)相對于對稱線CL1和CL2成對稱分布，經(jīng)復(fù)制，可以得到16個電阻—電容—二極管組合及4個接地點Gi(i＝1，2，3，4)。圖3和圖4分別表示出圖2中“2.1”截面和“2.2”截面的截面圖。
為解決RCD中二極管具有一定擊穿電壓和高導(dǎo)電性襯底接地的要求，一般都采用異型或同型低阻硅襯底的硅外延片或外延片生長工藝制造RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路，這增加制造成本和延長生產(chǎn)工藝周期。本發(fā)明采用普通P型硅片和橫向達通、交叉脂狀電極結(jié)構(gòu)的二極管，不采用硅外延片或外延工藝，既保證二極管具有所需擊穿電壓，又能保證二極管和電容具有良好的高導(dǎo)電接地特性。本發(fā)明二極管電極結(jié)構(gòu)如圖2中Di(i＝1，2………16)所標(biāo)示；它的縱向結(jié)構(gòu)如圖3中“P+”區(qū)(11)和“N+”區(qū)(22)所標(biāo)示。其中22(“N+”區(qū))為二極管的陰極(發(fā)射區(qū))，“22”區(qū)兩側(cè)的“P+”區(qū)(11)構(gòu)成二極管的陽極(基區(qū))，N+區(qū)(22)和P+區(qū)(11)之間的P型區(qū)是二極管施加反向偏壓時的“達通”區(qū)。本實施例要求二極管擊穿電壓10-20V。當(dāng)采用P型單晶硅片，電阻率為2±0.5Ωcm時，“P+”區(qū)和“N+”區(qū)設(shè)計寬度“w”為6-5μm。具有橫向達通二極管的RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路的制造工藝實施過程如下1.用電阻率為2±0.5Ω·cm，晶向為P(100)單晶硅片，在1050℃高溫爐內(nèi)氧化3小時，生長出厚度為7000的SiO2層；2.用具有二極管“基區(qū)”(陽極)圖形的光刻版，刻蝕掉“基區(qū)”圖形外的SiO2層；3.硼擴散。采用固態(tài)硼擴散源，在1050-1100℃擴散爐內(nèi)，經(jīng)過200-250分鐘高溫擴散，擴散結(jié)深達5μm，在P型硅片上形成方塊電阻＜5Ω/□的高導(dǎo)電硅表面層；如圖3.1中的“P+”層11；4.高溫氧化。在1000-1050℃高溫爐內(nèi)氧化，120-150分鐘，生長出6000SiO2層；5.利用具有二極管“發(fā)射區(qū)”(陰極)圖形的光刻版，刻蝕出二極管“發(fā)射區(qū)”圖形(注意光刻版的套準)；“發(fā)射區(qū)”和“基區(qū)”脂條間寬度在設(shè)計時，不但要滿足二極管橫向達通寬度的要求，同時要加上磷和硼橫向擴散距離；6.磷擴散。采用三氯氧磷作擴散源，在1050℃擴散爐內(nèi)，擴散200-220分鐘，結(jié)深可達4-5μ米，形成圖3.1中“N+”區(qū)(22)；7.去掉硅片表面上的SiO2層；8.在硅片上沉積SiO2層2500-3500，以及氮化硅層3000-3500，形成圖3.1中31層；9.在硅片上沉積多晶硅層1500-1600；10.多晶硅摻雜。采用三氯氧磷摻雜，摻雜濃度決定于對電阻器Ri(i＝1，………)數(shù)值的要求和對電阻溫度系數(shù)要求，要求在0℃-70℃范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)＜2×10-4Ωm/℃；11.光刻出電阻Ri(i＝1，2………16)和電容Ci(i＝1，2………16)，分別如圖3.1中32和33及圖3.2中33；12.光刻互連線連接點、接地點和壓焊點；
13.濺射金屬鋁。濺射鋁層厚度為2-3μ米；14.光刻鋁，形成圖3.1中二極管陰極(41)和陽極(42)的鋁電極，壓焊點(43)及接地點(G)鋁金屬層，并合金化。合金化溫度為450℃15.鈍化處理。沉積SiO2層8000，其中6500左右，做摻磷處理。
16.光刻出壓焊點Pi(i＝1，2………16)和接地點Gi(i＝1，2，3，4)光刻版按常規(guī)技術(shù)和要求制作。
SiO2、Si3N4、鋁等介質(zhì)層刻蝕可采用濕法或干法刻蝕，刻蝕按通常工藝進行。
權(quán)利要求
1.一種具有橫向達通二極管的電阻(R)-電容(C)-二極管(D)網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路結(jié)構(gòu)，共有數(shù)值相同的4×N(N為正整數(shù))個電阻器和4×N個電容器Ci(i＝1，2………16)，以及4×N個二極管Di(i＝1，2………16)，以及N個接地點Gi(i＝1，2，3，4)；串聯(lián)的電阻-電容，并聯(lián)上二極管；電容的一個電極及與之相連的二極管陽極(基區(qū))與地相連；電容的另一個電極板與電阻器一端相連，電阻器另一端與二極管陰極(發(fā)射區(qū))相連，共同形成一個與外電路連接的連接點Pi(i＝1，2………16)；每4個電阻-電容-二極管組合，結(jié)構(gòu)相對于對稱線CL1和CL2成對稱分布，經(jīng)復(fù)制，可以得到16個電阻-電容-二極管組合及4個接地點Gi(i＝1，2，3，4)；其特征在于利用普通電阻率硅片，制造橫向達通擊穿交叉脂狀結(jié)構(gòu)二極管，硼擴散形成的P+(11)區(qū)，既為集成電路的公共接地導(dǎo)電層，又是交叉脂狀橫向“達通”二極管(D)的“基區(qū)”和電容(C)的下電極，磷擴散形成的N+(22)是橫向“達通”二極管的“發(fā)射區(qū)”；P+區(qū)和N+區(qū)之間W區(qū)是橫向“達通“二極管反向偏壓時的達通區(qū)；采用化學(xué)氣相沉積法制造出硅片表面上的SiO2和Si3N4絕緣電介質(zhì)層(31)，是電容(C)的電介質(zhì)層；再在此電介質(zhì)層上沉積制作電阻(R)(32)和電容(C)(33)的摻磷多晶硅層；金屬鋁層作為金屬化層，光刻形成電路內(nèi)互連線，壓點區(qū)鋁層(43)和接地區(qū)(G)的壓焊點；沉積摻磷SiO2(34)形成芯片鈍化層，光刻出壓焊點(43)和接地點(G)。
2.如權(quán)利要求1所述一種具有橫向達通二極管的電阻(R)-電容(C)-二極管(D)網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路的制作，用同一摻雜多晶硅薄膜制作電阻和電容極板，采用普通硅片；本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路制作第一步，采用普通P型硅片，硅片直徑不限，經(jīng)過高溫氧化后，光刻出進行硼擴散的區(qū)域，此區(qū)域是硅表面的高導(dǎo)電層，同時光刻留下具有一定齒距的齒條狀二氧化硅層區(qū)，保護不被硼擴散，該區(qū)域為橫向達通二極管的“基區(qū)”，同時是電容的下電極；第二步，硼擴后的硅片，再經(jīng)氧化，并光刻出橫向達通二極管的“發(fā)射區(qū)”，該區(qū)圖形仍為具有一定齒距的齒條狀，這個齒條是插在上述“基區(qū)”齒條之內(nèi)，形成叉脂狀結(jié)構(gòu)，“基區(qū)”齒條和“發(fā)射區(qū)”齒條的間距滿足對橫向達通二極管擊穿電壓要求；第三步，二極管“發(fā)射區(qū)”磷擴散，制成橫向達通二極管；第四步，去掉硅片上二氧化硅層，以便按電容制造要求生長電介質(zhì)層；第五步，在硅片上沉積SiO2層和Si3N4層，在電容區(qū)上的此復(fù)合電介質(zhì)層構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)電容的電介質(zhì)層；第六步，沉積多晶硅，此多晶硅用來制作電阻元件和電容器的上電極；并用三氯氧磷作為N型雜質(zhì)摻雜，摻雜濃度使多晶硅電阻溫度系數(shù)達到最小值＜2×10-4Ω·m/℃；第七步，光刻多晶硅，制出此電路的電阻器和電容器的上電極；第八步，光刻出金屬相互引連線區(qū)、壓焊點及接地孔；第九步，濺射金屬鋁，并光刻留下內(nèi)部互連金屬線，壓焊點和接地點鋁層，并做合金化處理；第十步，低溫沉積SiO2和Si3N4層，并用三氯氧磷進行摻磷；以達到最佳鈍化效果；第十一步，光刻壓焊點(包括接地點)；至此完成了RCD網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路芯片的制作。
3.如權(quán)利要求2所述的一種具有橫向達通二極管的電阻(R)-電容(C)-二極管(D)網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路的制造工藝過程為(1)采用電阻率為2±0.5Ω·cm，晶向為P(100)單晶硅片，在1050℃高溫爐內(nèi)氧化3小時，生長出厚度為7000的SiO2層；(2)用具有二極管“基區(qū)”(陽極)圖形的光刻版，刻蝕掉“基區(qū)”圖形外的SiO2層；(3)擴散；采用固態(tài)硼擴散源，在1050-1100℃擴散爐內(nèi)，經(jīng)過200-250分鐘高溫擴散，擴散結(jié)深達5μm，在P型硅片上形成方塊電阻＜5Ω/□的高導(dǎo)電硅表面層；如圖3.1中的“P+”層11；(4)高溫氧化；在1000-1050℃高溫爐內(nèi)氧化，120-150分鐘，生長出6000SiO2層；(5)利用具有二極管“發(fā)射區(qū)”(陰極)圖形的光刻版，刻蝕出二極管“發(fā)射區(qū)”圖形(注意光刻版的套準)；“發(fā)射區(qū)”和“基區(qū)”脂條間寬度在設(shè)計時，不但要滿足二極管橫向達通寬度的要求，同時要加上磷和硼橫向擴散距離；(6)擴散；采用三氯氧磷作擴散源，在1050℃擴散爐內(nèi)，擴散200-220分鐘，結(jié)深可達4-5μ米，形成圖3.1中“N+”區(qū)(22)；(7)表面上的SiO2層；(8)硅片上沉積SiO2層2500-3500，以及氮化硅層3000-3500，形成圖3.1中31層；(9)在硅片上沉積多晶硅層1500-1600；(10).多晶硅摻雜；采用三氯氧磷摻雜，摻雜濃度決定于對電阻器Ri(i＝1，………)數(shù)值的要求和對電阻溫度系數(shù)要求，要求在0℃-70℃范圍內(nèi)，電阻溫度系數(shù)＜2×10-4Ωm/℃；(11).光刻出電阻Ri(i＝1，2…16)和電容Ci(i＝1，2…16)，分別如圖3.1中32和33及圖3.2中33；(12).光刻互連線連接點、接地點和壓焊點；(13).濺射金屬鋁；濺射鋁層厚度為2-3μ米；(14).光刻鋁，形成圖3.1中二極管陰極(41)和陽極(42)的鋁電極，壓焊點(43)及接地點(G)鋁金屬層，并合金化；合金化溫度為450℃；(15).鈍化處理；沉積SiO2層8000，其中6500左右，做摻磷處理；(16).光刻出壓焊點Pi(i＝1，2………16)和接地點Gi(i＝1，2，3，4)光刻版按常規(guī)技術(shù)和要求制作；SiO2、Si3N4、鋁等介質(zhì)層刻蝕可采用濕法或干法刻蝕，刻蝕按通常工藝進行。
4.如權(quán)利要求2所述一種具有橫向達通二極管的電阻(R)-電容(C)-二極管(D)網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路的制作，其特征是采用相互連接的摻磷多晶硅制作電阻和電容極板，電阻的溫度系數(shù)＜2×10-4Ω·m/℃。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有橫向達通二極管的電阻(R)－電容(C)－二極管(D)網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路結(jié)構(gòu)及制作，采用普通硅片(P)制作具有高導(dǎo)電層和過沖電壓保護的網(wǎng)絡(luò)薄膜集成電路，不采用硅外延或外延工藝，并且縮短工藝流程，降低集成電路制造成本。本發(fā)明中硼擴散形成的P
文檔編號H01L21/82GK1731582SQ20051001004
公開日2006年2月8日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者劉振茂, 陶盛, 孫芳魁, 丁峰, 李開國, 趙暉, 金妍 申請人:黑龍江八達通用微電子有限公司