專利名稱：齊納二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種齊納二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
齊納二極管被廣泛的應(yīng)用在集成電路中，起到鉗位電壓的作用，如ESD保護回路中的齊納二極管等等。通常這些電路對于齊納二極管的齊納擊穿電壓的精度要求很高，對齊納擊穿電壓的面內(nèi)分布、器件的時間依存性、溫度依存性性、漏電等等指標都有很高的要求。常見的齊納二極管的縱向界面如圖1所示，其結(jié)構(gòu)是在P型硅襯底上形成N型阱區(qū)，在N型阱區(qū)內(nèi)分別形成P型重摻雜區(qū)P+、N型輕摻雜區(qū)N-，在P型重摻雜區(qū)P+和N型輕摻雜區(qū)N-界面上形成齊納二極管。在整個區(qū)域上方覆蓋有氧化層。常見的齊納二極管工作在反向工作區(qū)時，由齊納擊穿引起的熱電子會有一定的概率注入到齊納二極管周圍氧化層中(即有部分熱電子的能量高于硅-氧化層勢壘，進而穿過該勢壘進入氧化層)，并被氧化層中的缺陷所捕獲，由此產(chǎn)生的額外電場會改變齊納二極管的擊穿電壓，影響齊納二極管反向擊穿電壓的穩(wěn)定性，也就是通常說的齊納二極管的長期可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本申請要解決的技術(shù)問題是使齊納二極管的反向擊穿電壓穩(wěn)定、可控。為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N齊納二極管，在一 N型阱內(nèi)形成有P型重摻雜區(qū)，在所述P型重摻雜區(qū)內(nèi)形成有N型重摻雜區(qū)，在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的交界處上方形成有第一絕緣介質(zhì)層，在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的交界處的的第一絕緣介質(zhì)層上方形成有多晶硅柵，所述多晶硅柵上引出齊納二極管的控制柵極，所述P型重摻雜區(qū)引出齊納二極管的陽極，所述N型重摻雜區(qū)中間處引出齊納二極管的陰極。齊納擊穿發(fā)生在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的側(cè)面PN結(jié)上。為解決上述技術(shù)問題，本申請還提供了一種齊納二極管的制造方法，包括以下步驟:一.在P型襯底上利用離子注入工藝注入N型雜質(zhì)形成N型阱；二.在所述N型阱內(nèi)，形成有源區(qū)與隔離場區(qū)，在有源區(qū)上利用熱氧化工藝形成第一絕緣介質(zhì)層；三.在所述N型阱內(nèi)，利用離子注入工藝注入P型雜質(zhì)形成P型重摻雜區(qū)；四.在所述P型重摻雜區(qū)內(nèi)，利用離子注入工藝注入N型雜質(zhì)形成N型重摻雜區(qū)，所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的界面形成齊納二極管的PN結(jié)；五.在娃片上利用化學氣相沉積工藝淀積一層多晶娃,對所述多晶娃光刻、刻蝕，在所述P型重摻雜區(qū)上方的第一絕緣介質(zhì)層上形生成環(huán)狀多晶硅柵；
還可以包括步驟六，在硅片上利用CVD工藝淀積第二絕緣介質(zhì)層。還可以包括步驟七，在第二絕緣介質(zhì)層上利用CVD工藝淀積第三絕緣介質(zhì)層。還可以包括步驟八，利用光刻、刻蝕工藝在齊納二極管的P型重摻雜區(qū)、N型重摻雜區(qū)以及多晶硅柵上形成通孔并填入鎢，分別引出齊納二極管的陰極、陽極、控制柵極。還可以包括步驟九，在第三絕緣介質(zhì)層表面利用CVD工藝淀積一層金屬鋁，利用光刻、刻蝕工藝形成齊納二極管的陰極、陽極以及控制柵極的引線。本申請的齊納二極管，在常見齊納二極管的基礎(chǔ)上增加了控制柵極，通過在控制柵極施加不同的電壓能改變該器件的縱向電場，使得齊納二極管反向擊穿時產(chǎn)生的熱電子不能注入到絕緣介質(zhì)層中，反向擊穿電壓隨工藝波動而引起的擊穿電壓偏差小，提高了該器件的反向擊穿電壓的穩(wěn)定性，提高了該器件的長期使用的可靠性。同時利用齊納擊穿電壓隨控制柵極施加電壓變化的特性，通過一個控制電路控制該器件的控制柵極的電壓，能調(diào)整齊納二極管反向擊穿電壓。


為了更清楚地說明本申請的技術(shù)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，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是常見的齊納二極管的縱向界面圖；圖2是本發(fā)明的齊納二極管一實施例的縱向界面圖；圖3是本發(fā)明的齊納二極管齊納擊穿電壓隨柵極控制電壓變化曲線。
具體實施例方式下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖,對本申請實施例中的技術(shù)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(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本申請，并不用于限定本申請。并且在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。實施例一齊納二極管的縱向界面如圖2所示，在P型襯底上形成有一 N型阱1，在所述N型阱內(nèi)形成有P型重摻雜區(qū)5，在所述P型重摻雜區(qū)5內(nèi)形成有N型重摻雜區(qū)10，在所述P型重摻雜區(qū)5同所述N型重摻雜區(qū)10的交界處上方形成有第一絕緣介質(zhì)層(如二氧化硅)2，在所述P型重摻雜區(qū)5同所述N型重摻雜區(qū)10的交界處的第一絕緣介質(zhì)層2上方形成有多晶硅柵6，在所述多晶硅柵6上引出齊納二極管的控制柵極14，在所述P型重摻雜區(qū)5引出齊納二極管的陽極12，在所述N型重摻雜區(qū)10中間處引出齊納二極管的陰極13。實施例一的齊納二極管，由P型重摻雜區(qū)5與N型重摻雜區(qū)10組成齊納二極管的主工作區(qū)，P型重摻雜區(qū)5與N型重摻雜區(qū)10的交界處上方的第一絕緣介質(zhì)層2上方有多晶娃柵6。該器件的P型重摻雜區(qū)5被N型阱I所包圍，使得齊納二極管與外圍其它器件相隔離，即該齊納二極管反向擊穿時，擊穿電流被N型阱I所隔離，不會流到P型襯底上，從而影響硅片上的其它器件的正常工作。該器件的N型重摻雜區(qū)10被P型重摻雜區(qū)5所包圍，通過調(diào)節(jié)P型重摻雜區(qū)5與N型重摻雜區(qū)10的相對位置，使得該器件反向擊穿時所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的PN結(jié)的側(cè)面區(qū)域完全耗盡，而底面區(qū)域還未完全耗盡，這樣電場集中于PN結(jié)的側(cè)面，使齊納擊穿發(fā)生在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的側(cè)面PN結(jié)上，而不是發(fā)生在底面PN結(jié)上。如圖2所示，該器件工作在反向工作區(qū)時，陽極和陰極擊穿點主要發(fā)生在N型重摻雜源區(qū)10與P型重摻雜有源區(qū)5側(cè)面位置的PN結(jié)，圖2中用二極管符號標示出來。該器件在P型重摻雜區(qū)5與N型重摻雜區(qū)10的交界處(即齊納二極管反向擊穿時的耗盡區(qū))上方的介質(zhì)層上方增加多晶硅柵6以引出控制柵極14，在控制柵極14上施加不同的電壓(正電壓或負電壓)時，發(fā)生齊納擊穿區(qū)的耗盡層寬度會隨著縱向電場的改變而變大或變小，從而影響到該器件的反向擊穿電壓，其變化曲線如圖3所示。在控制柵極14上施加負電壓時,負電壓會在該器件的縱向產(chǎn)生一個較大的電場，該電場正好能阻止齊納二極管反向工作時熱電子注入到介質(zhì)層，由于沒有了熱電子注入到介質(zhì)層，也就不會產(chǎn)生齊納二極管的反向擊穿電壓隨累計反向擊穿時間裂化的問題，即提高了該器件的長期可靠性。另外，利用以上特性，可以設(shè)計出如圖4所示的控制電路，當齊納二極管的反向擊穿電壓由于工藝原因波動而超出正常使用范圍時，可利用控制電路控制齊納二極管的控制柵極電壓，使該齊納二極管的反向擊穿電壓恢復(fù)到正常使用范圍，從而可以消除齊納二極管的反向擊穿隨工藝波動而產(chǎn)生的器件與器件之間的偏差問題，使該齊納二極管的反向擊穿更準確。實施例二實施例一的齊納二極管的制造方法，包括以下步驟:一.在P型襯底上利用離子注入工藝注入N型雜質(zhì)形成N型阱I ;二.在N型阱I內(nèi)使用有源區(qū)的掩模版，利用光刻、氧化工藝形成有源區(qū)與隔離場區(qū)，在有源區(qū)上利用熱氧化工藝形成第一絕緣介質(zhì)層(如二氧化硅)2 ;三.在N型阱I內(nèi)，使用P型注入的掩模版，利用光刻、高能離子注入工藝形成P型重摻雜區(qū)5，注入的P型雜質(zhì)的能量在10到30KeV，劑量在lE14/cm2到lE15/cm2，利用退火工藝激活注入的P型雜質(zhì)；四.P型重摻雜區(qū)5內(nèi)，使用N型注入的掩模版，利用光刻、高能N型離子注入工藝形成N型重摻雜區(qū)10，注入的N型雜質(zhì)的能量在10到30KeV，劑量在lE15/cm2到lE16/cm2，利用退火工藝激活注入的N型雜質(zhì)，所述P型重摻雜區(qū)5同所述N型重摻雜區(qū)10的界面形成齊納二極管的PN結(jié)；五.在娃片上利用CVD (化學氣相沉積)工藝淀積一層多晶娃,使用柵極光刻版，利用光刻、刻蝕工藝對所述多晶硅光刻、刻蝕，在所述P型重摻雜區(qū)5上方的第一絕緣介質(zhì)層上生成環(huán)狀多晶硅柵6;六.在硅片上利用CVD工藝淀積一層3000埃到10000埃厚的第二絕緣介質(zhì)層(如二氧化硅)11，保護硅片表面，以防止其它雜質(zhì)擴散進入齊納二極管的PN結(jié)；七.在第二絕緣介質(zhì)層上利用CVD工藝淀積第三絕緣介質(zhì)層(如磷硅玻璃)15，作為表面的保護層。八.利用光刻、刻蝕工藝在齊納二極管的P型重摻雜區(qū)5、N型重摻雜區(qū)10以及多晶硅柵6上形成通孔并填入鎢，分別引出齊納二極管的陰極13、陽極12、控制柵極14 ；九.在第三絕緣介質(zhì)層表面利用CVD工藝淀積一層金屬鋁，利用光刻、刻蝕工藝形成齊納二極管的陰極13、陽極12以及控制柵極14的引線。本申請的齊納二極管，在常見齊納二極管的基礎(chǔ)上增加了控制柵極，通過在控制柵極施加不同的電壓能改變該器件的縱向電場，使得齊納二極管反向擊穿時產(chǎn)生的熱電子不能注入到絕緣介質(zhì)層中，反向擊穿電壓隨工藝波動而引起的擊穿電壓偏差小，提高了該器件的反向擊穿電壓的穩(wěn)定性，提高了該器件的長期使用的可靠性。同時利用齊納擊穿電壓隨控制柵極施加電壓變化的特性，通過一個控制電路控制該器件的控制柵極的電壓，能調(diào)整齊納二極管反向擊穿電壓。以上所述僅為本申請的較佳實施例而已，并不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種齊納二極管，其特征在于， 在一 N型阱內(nèi)形成有P型重摻雜區(qū)，在所述P型重摻雜區(qū)內(nèi)形成有N型重摻雜區(qū)，在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的交界處上方形成有第一絕緣介質(zhì)層，在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的交界處的的第一絕緣介質(zhì)層上方形成有多晶硅柵，所述多晶硅柵上引出齊納二極管的控制柵極，所述P型重摻雜區(qū)引出齊納二極管的陽極，所述N型重摻雜區(qū)中間處引出齊納二極管的陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的齊納二極管，其特征在于， 齊納擊穿發(fā)生在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的側(cè)面PN結(jié)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的齊納二極管，其特征在于， 所述第一絕緣介質(zhì)層為二氧化硅。
4.一種齊納二極管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 一.在P型襯底上利用離子注入工藝注入N型雜質(zhì)形成N型阱； 二.在所述N型阱內(nèi)，形成有源區(qū)與隔離場區(qū)，在有源區(qū)上利用熱氧化工藝形成第一絕緣介質(zhì)層； 三.在所述N型阱內(nèi)，利用離子注入工藝注入P型雜質(zhì)形成P型重摻雜區(qū)； 四.在所述P型重摻雜區(qū)內(nèi)，利用離子注入工藝注入N型雜質(zhì)形成N型重摻雜區(qū)，所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的界面形成齊納二極管的PN結(jié)； 五.在硅片上利用化學氣相沉積工藝淀積一層多晶硅，對所述多晶硅光刻、刻蝕，在所述P型重摻雜區(qū)上方的第一絕緣介質(zhì)層上形生成環(huán)狀多晶硅柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的齊納二極管的制造方法，其特征在于，還包括步驟六，在硅片上利用CVD工藝淀積第二絕緣介質(zhì)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的齊納二極管的制造方法，其特征在于，還包括步驟七，在第二絕緣介質(zhì)層上利用CVD工藝淀積第三絕緣介質(zhì)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的齊納二極管的制造方法，其特征在于，還包括步驟八，利用光亥IJ、刻蝕工藝在齊納二極管的P型重摻雜區(qū)、N型重摻雜區(qū)以及多晶硅柵上形成通孔并填入鎢，分別引出齊納二極管的陰極、陽極、控制柵極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的齊納二極管的制造方法，其特征在于，還包括步驟九，在第三絕緣介質(zhì)層表面利用CVD工藝淀積一層金屬鋁，利用光刻、刻蝕工藝形成齊納二極管的陰極、陽極以及控制柵極的引線。
9.根據(jù)權(quán)利要求4到8任一項所述的齊納二極管的制造方法，其特征在于， 步驟三中，在所述N型阱內(nèi)，利用光刻、高能離子注入工藝形成P型重摻雜區(qū)，注入的P型雜質(zhì)的能量在10到30KeV，劑量在lE14/cm2到lE15/cm2，利用退火工藝激活注入的P型雜質(zhì)； 步驟四中，在所述P型重摻雜區(qū)內(nèi)，利用光刻、高能N型離子注入工藝形成N型重摻雜區(qū)，注入的N型雜質(zhì)的能量在10到30KeV，劑量在lE15/cm2到lE16/cm2，利用退火工藝激活注入的N型雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到8任一項所述的齊納二極管的制造方法，其特征在于， 所述第一絕緣介質(zhì)層為二氧化硅，所述第二絕緣介質(zhì)層為3000埃到10000埃厚的二氧化硅，所述第三絕緣介質(zhì)層為磷硅玻璃。
全文摘要
本申請公開了一種齊納二極管，在一N型阱內(nèi)形成有P型重摻雜區(qū)，在所述P型重摻雜區(qū)內(nèi)形成有N型重摻雜區(qū)，在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的交界處上方形成有第一絕緣介質(zhì)層，在所述P型重摻雜區(qū)同所述N型重摻雜區(qū)的交界處的第一絕緣介質(zhì)層上方形成有多晶硅柵，所述多晶硅柵上引出齊納二極管的控制柵極，所述P型重摻雜區(qū)引出齊納二極管的陽極，所述N型重摻雜區(qū)中間處引出齊納二極管的陰極。本申請還公開了一種齊納二極管的制造方法。本申請的齊納二極管，反向擊穿電壓穩(wěn)定、可控。
文檔編號H01L29/423GK103165659SQ201110407748
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者仲志華 申請人:上海華虹Nec電子有限公司