專利名稱：一種觸發(fā)增強多晶二極管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，具體地說涉及一種觸發(fā)增強多晶二極管及其制作方法。
背景技術：
靜電在自然界時刻都存在，當芯片的外部環(huán)境或者芯片內(nèi)部累積的靜電荷，通過芯片的管腳流入或流出芯片內(nèi)部時，瞬間產(chǎn)生的電流(峰值可達數(shù)安培)或電壓，就會損壞集成電路，使芯片功能失效。在集成電路(IC)的整個生命周期中，從制造、封裝、運輸、裝配，甚至在完成的IC產(chǎn)品中，都時刻面臨著靜電放電(ESD)的沖擊。靜電防護無論對于電子產(chǎn)品制造商還是消費者而言代價都很高。當人體能感覺到靜電存在時，其產(chǎn)生的靜電已經(jīng)達到了數(shù)萬伏特，足以損壞絕大部分的電子元器件。隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，特征尺寸進一步縮小，元件密度越來越大，電子元器件遭受靜電損傷的可能性越來越大。所以，設計合格的靜電保護是所有產(chǎn)業(yè)化電子器件的應有之義。因此需要設計一種觸發(fā)增強多晶二極管作為靜電保護器件，來滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種觸發(fā)增強多晶二極管，用于靜電保護應用，具有良好的工藝兼容性，能滿足基本的靜電保護要求。本發(fā)明的另一目的在于提供一種觸發(fā)增強多晶二極管的制作方法。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種觸發(fā)增強多晶二極管，包括半導體襯底、設置在所述半導體襯底上的柵氧層、 設置在所述柵氧上的多晶硅層以及設置在所述多晶硅層上的多層金屬，所述多層金屬包括第一金屬引出和第二金屬引出；所述多晶硅層為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級管；所述PIN 二級管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域；所述PIN 二級管的I區(qū)之下設有高濃度注入?yún)^(qū)域；當所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時，所述第一金屬引出與所述PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極，所述第二金屬引出與所述PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極；當所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時，所述第一金屬引出與所述PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極，所述第二金屬引出與所述PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極。上述方案中，所述半導體襯底為娃、碳化娃、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。上述方案中，所述P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。上述方案中，所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種，所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。一種觸發(fā)增強多晶二極管的制作方法，包括以下步驟(I)提供半導體襯底，并在所述半導體襯底上形成柵氧層；(2)在所述柵氧層上形成多晶硅層，對所述多晶硅層注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)，經(jīng)退火形成PIN 二級管，所述PIN 二級管的I區(qū)為注入P型雜質(zhì)或N型雜質(zhì)形成低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域；(3)在所述PIN 二級管的I區(qū)之下，即所述柵氧層下形成有高濃度注入?yún)^(qū)域；(4)當所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時，通過第一金屬引出與所述PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極，通過第二金屬引出與所述PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極，形成觸發(fā)增強多晶二級管；當所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時，通過第一金屬引出與所述PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極，通過第二金屬引出與所述PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極，形成觸發(fā)增強多晶二級管。上述方案中，步驟(I)中所述半導體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。上述方案中，步驟(2)中所述P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任
意一種。上述方案中，步驟(2)中所述退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。上述方案中，步驟(3)中所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種，步驟(4)中所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。與現(xiàn)有技術方案相比，本發(fā)明采用的技術方案產(chǎn)生的有益效果如下本發(fā)明提供的一種觸發(fā)增強多晶二極管，在柵氧層之上，淀積多晶硅層，并在其中注入P型及N型雜質(zhì)，制成多晶PIN 二極管，然后在柵氧層下形成高濃度的注入?yún)^(qū)域，通過柵氧電容耦合脈沖電壓，增加I區(qū)載流子濃度，達到增強器件靜電保護能力。本發(fā)明具有良好的工藝兼容性，相比普通串聯(lián)多晶二極管，具有更強的靜電保護能力。


圖I為本發(fā)明一實施例提供的觸發(fā)增強多晶二級管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明另一實施例提供的觸發(fā)增強多晶二級管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為將本發(fā)明應用于電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案進行詳細描述。實施例I :參見圖1，本實施例提供的一種觸發(fā)增強多晶二極管，包括半導體襯底(13)、設置在半導體襯底(13)上的柵氧層(2)、設置在柵氧層(2)上的多晶硅層(I)以及設置在多晶硅層(I)上的第一金屬引出(15)和第二金屬引出(16)。多晶硅層(I)為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級管，PIN 二級管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域，在PIN 二級管的I區(qū)之下設有高濃度N+注入?yún)^(qū)域(14)。第一金屬引出(15)與PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)和PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度N+注入?yún)^(qū)域(14)連接形成陽極，第二金屬引出(16)與PIN 二級管的 N注入?yún)^(qū)連接形成陰極。本實施例中，半導體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。本實施例中，P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。本實施例中，第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種，第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。本實施例還提供一種觸發(fā)增強多晶二極管的制造方法，包括如下步驟在半導體襯底(3)上形成柵氧層(2)，并在其上形成多晶硅層(1)，在柵氧層(2)上形成多晶硅層 (I)，對多晶硅層(I)注入P型和N型雜質(zhì)，經(jīng)退火形成PIN 二級管，PIN 二級管的I區(qū)為注入P型雜質(zhì)形成低濃度P-區(qū)域，分布如圖I所示。在所述PIN 二級管的I區(qū)之下，即所述柵氧層下形成有高濃度N+注入?yún)^(qū)域14。由第一金屬引出(15)與PIN二級管的P注入?yún)^(qū)和高濃度N+注入?yún)^(qū)域14連接形成陽極，通過第二金屬引出(16)與PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極，連接方式如圖I所示。本實施例中，退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。實施例2 參見圖2，本實施例提供的一種觸發(fā)增強多晶二極管，包括半導體襯底(23)、設置在半導體襯底(23)上的柵氧層(2)、設置在柵氧層(2)上的多晶硅層(I)以及設置在多晶硅層(I)上的第一金屬引出(25)和第二金屬引出(26)。多晶硅層(I)為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級管，PIN 二級管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域，在PIN 二級管的I區(qū)之下設有高濃度P+注入?yún)^(qū)域(24)。第一金屬引出(25)與PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極， 第二金屬引出(26)與PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)和PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度P+注入?yún)^(qū)域(24)連接形成陰極。本實施例中，半導體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。本實施例中，P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。本實施例中，第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種，第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。本實施例還提供一種觸發(fā)增強多晶二極管的制造方法，包括如下步驟在半導體襯底(23)上形成柵氧層(2)，并在其上形成多晶硅層(I)，在柵氧層(2)上形成多晶硅層
(1)，對多晶硅層(I)注入P型和N型雜質(zhì)，經(jīng)退火形成PIN 二級管，PIN 二級管的I區(qū)為注入N型雜質(zhì)形成低濃度N-區(qū)域，分布如圖2所示。在所述PIN 二級管的I區(qū)之下，即所述柵氧層下形成有高濃度P+注入?yún)^(qū)域(24)。由第一金屬引出(25)與PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極，通過第二金屬引出(26)與PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)和高濃度P+注入?yún)^(qū)域
(24)連接形成陰極，連接方式如圖2所示。本實施例中，退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。圖3為根據(jù)本發(fā)明的半導體結(jié)構(gòu)的一個具體電路應用示意圖。觸發(fā)增強多晶二極管(31) (32)與柵端接地NMOS管(30)共同構(gòu)成全芯片靜電保護結(jié)構(gòu)，保護核心電路(33)免于由VDD引腳(34)、信號引腳(35)和VSS引腳(36)而來的靜電沖擊的傷害。當有正電荷沖擊信號引腳(315)時，靜電電荷經(jīng)由觸發(fā)增強多晶二極管(31)流入VDD引腳(34);或經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)和觸發(fā)增強多晶二極管(32)流入VSS引腳
(36)。當有負電荷沖擊信號引腳(35)時，靜電電荷經(jīng)由觸發(fā)增強多晶二極管(32)流入VSS 引腳(36);或經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)和觸發(fā)增強多晶二極管(32)流入VDD引腳(34)。 當有正電荷沖擊VDD引腳(34)時，靜電電荷經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)流入VSS引腳(36)； 或經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)和觸發(fā)增強多晶二極管(31)流入信號引腳(35)。當有負電荷沖擊VDD引腳(34)時，靜電電荷經(jīng)由多晶硅雙極晶體管(30)流入VSS引腳(36);或經(jīng)由觸發(fā)增強多晶二極管(31)流入信號引腳(35)。當有正電荷沖擊VSS引腳(36)時，靜電電荷經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)流入VDD引腳(34);或經(jīng)由觸發(fā)增強多晶二極管(32)流入信號引腳(35)。當有負電荷沖擊VSS引腳(36)時，靜電電荷經(jīng)由柵端接地NMOS管(30) 流入VDD引腳(34);或經(jīng)由觸發(fā)增強多晶二極管(31)和柵端接地NMOS管(30)流入信號引腳(35)。由此避免了靜電電荷流入核心電路(33)，使其免于靜電損傷。由本發(fā)明組成的全芯片靜電保護結(jié)構(gòu)，經(jīng)實驗證明其工藝兼容性好，靜電保護能力高，具有良好的應用前景。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種觸發(fā)增強多晶二極管，其特征在于包括半導體襯底、設置在所述半導體襯底上的柵氧層、設置在所述柵氧上的多晶硅層以及設置在所述多晶硅層上的多層金屬，所述多層金屬包括第一金屬引出和第二金屬引出；所述多晶硅層為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級管；所述PIN 二級管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域；所述PIN 二級管的I區(qū)之下設有高濃度注入?yún)^(qū)域；當所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時，所述第一金屬引出與所述PIN 二級管的 P注入?yún)^(qū)和所述PIN二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極，所述第二金屬引出與所述PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極；當所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時，所述第一金屬引出與所述PIN 二級管的 P注入?yún)^(qū)連接形成陽極，所述第二金屬引出與所述PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極。
2.如權利要求I所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于所述半導體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。
3.如權利要求I所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于所述P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。
4.如權利要求I所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種，所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。
5.一種觸發(fā)增強多晶二極管的制作方法，其特征在于，包括以下步驟(1)提供半導體襯底，并在所述半導體襯底上形成柵氧層；(2)在所述柵氧層上形成多晶硅層，對所述多晶硅層注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)，經(jīng)退火形成PIN 二級管，所述PIN 二級管的I區(qū)為注入P型雜質(zhì)或N型雜質(zhì)形成低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域；(3)在所述PIN二級管的I區(qū)之下，即所述柵氧層下形成有高濃度注入?yún)^(qū)域；(4)當所述PIN二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時，通過第一金屬引出與所述PIN 二級管的P注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極，通過第二金屬引出與所述PIN 二級管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極，形成觸發(fā)增強多晶二級管；當所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時，通過第一金屬引出與所述PIN 二級管的 P注入?yún)^(qū)連接形成陽極，通過第二金屬引出與所述PIN二級管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極，形成觸發(fā)增強多晶二級管。
6.如權利要求5所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于，步驟(I)中所述半導體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。
7.如權利要求5所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于，步驟(2)中所述P型雜質(zhì)和N 型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。
8.如權利要求5所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于，步驟(2)中所述退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。
9.如權利要求5所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于，步驟(3)中所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種，步驟(4)中所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體制造領域，具體地說涉及一種觸發(fā)增強多晶二極管。所述觸發(fā)增強多晶二極管，包括半導體襯底、設置在半導體襯底上的柵氧層、設置在柵氧上的多晶硅層以及設置在多晶硅層上的多層金屬，多層金屬包括第一金屬引出和第二金屬引出；多晶硅層為注入了P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN二級管；PIN二級管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域；PIN二級管的I區(qū)之下設有高濃度注入?yún)^(qū)域；第一金屬引出與PIN二級管的P注入?yún)^(qū)和高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極，第二金屬引出與PIN二級管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極。本發(fā)明還提供一種觸發(fā)增強多晶二極管的制作方法。本發(fā)明具有良好的工藝兼容性及更強的靜電保護能力。
文檔編號H01L23/60GK102593105SQ20121003982
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2012年2月20日
發(fā)明者姜一波, 杜寰 申請人:中國科學院微電子研究所