專(zhuān)利名稱(chēng)：二極管結(jié)構(gòu)及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路，特別涉及二極管結(jié)構(gòu)及制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件功能的日趨復(fù)雜及尺寸的日趨減小，其所能承受的靜電放電 (ESD,Electro Static Discharge)電壓的上限值也不斷減小。因而，靜電放電對(duì)半導(dǎo)體器 件產(chǎn)生的潛在損害也越來(lái)越嚴(yán)重。在現(xiàn)有的靜電防護(hù)實(shí)踐中，常會(huì)采用以二極管觸發(fā)靜電防護(hù)的設(shè)計(jì)，例如中國(guó)專(zhuān) 利01109198. 3中披露的一種利用二極管觸發(fā)的靜電放電保護(hù)電路。該設(shè)計(jì)其實(shí)應(yīng)用了二 極管反向擊穿電壓的特性。目前的二極管結(jié)構(gòu)多為縱向結(jié)構(gòu)，例如，參照?qǐng)D1所示，一種現(xiàn)有的二極管結(jié)構(gòu)包 括對(duì)襯底輕摻雜形成的深阱10 ；深阱10中的隔離層20 ；對(duì)深阱10中由隔離層20分隔出 的有源區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s形成的重?fù)诫s區(qū)31、32。若深阱10為經(jīng)N型輕摻雜而構(gòu)成的N阱，則 所述重?fù)诫s區(qū)31、32中之一為P型重?fù)诫s區(qū)，另一為N型重?fù)诫s區(qū)。假定重?fù)诫s區(qū)31為N 型重?fù)诫s區(qū)，重?fù)诫s區(qū)32為P型重?fù)诫s區(qū)，則重?fù)诫s區(qū)32和N阱就形成了 PN結(jié)。P型重?fù)?雜區(qū)32經(jīng)由金屬接觸40及引線52引出，而N阱則經(jīng)由N型重?fù)诫s區(qū)31上的金屬接觸40 及引線51引出。然而，由于目前形成深阱的輕摻雜濃度較低，例如上述結(jié)構(gòu)的二極管的反向擊穿 電壓也較高。因此，不利于現(xiàn)今半導(dǎo)體器件功能的日趨復(fù)雜及尺寸的日趨減小情況下的靜 電防護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)二極管反向擊穿電壓較高的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種二極管結(jié)構(gòu)，包括襯底中的深阱；深阱的有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相 同，且摻雜離子濃度大于深阱；所述有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)兩側(cè)的第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重 摻雜區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，第二重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱不同；襯底表面的隔離層，所述隔離層橫跨整個(gè)第一輕摻雜區(qū)，部分橫跨第一重?fù)诫s區(qū) 及第二重?fù)诫s區(qū)；第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外的引出線結(jié)構(gòu)?？蛇x地，所述隔離層為絕緣層。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括在襯底中形成深阱；在所述深阱中形成隔離層以定義有源區(qū)；
在所述有源區(qū)中進(jìn)行第一輕摻雜形成第一輕摻雜區(qū)，第一輕摻雜的摻雜離子類(lèi)型 與深阱相同，且所形成的第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子濃度大于深阱；在所述有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)兩側(cè)分別進(jìn)行第一重?fù)诫s和第二重?fù)诫s區(qū)，形成 第一重?fù)诫s區(qū)和第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，第二重?fù)?雜區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱不同；在襯底表面形成隔離層，所述隔離層橫跨整個(gè)第一輕摻雜區(qū)，部分橫跨第一重?fù)?雜區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)；在第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外形成引出線結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述二極管結(jié)構(gòu)及制造方法具有以下優(yōu)點(diǎn)經(jīng)上述制造方法形 成的二極管結(jié)構(gòu)，所述第二重?fù)诫s區(qū)和深阱構(gòu)成縱向二極管，所述第二重?fù)诫s區(qū)和第一輕 摻雜區(qū)構(gòu)成橫向二極管。由于第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子濃度大于深阱，因而所述橫向二極 管的反向擊穿電壓也小于所述縱向二極管的反向擊穿電壓。因此，當(dāng)面臨較大電壓時(shí)，所述 橫向二極管將先于所述縱向二極管被擊穿，從而使得整個(gè)二極管結(jié)構(gòu)被破壞。如此，整個(gè)二 極管結(jié)構(gòu)的反向擊穿電壓就較小。所述二極管結(jié)構(gòu)可用于降低靜電防護(hù)器件的觸發(fā)電壓或 高壓整壓器電路設(shè)計(jì)中的參考電壓。


圖1是現(xiàn)有的一種二極管結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明二極管結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例示意圖；圖3是本發(fā)明二極管結(jié)構(gòu)的制造方法的一種實(shí)施方式流程圖；圖4a至圖4f是本發(fā)明二極管結(jié)構(gòu)的制造方法的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明二極管結(jié)構(gòu)通過(guò)構(gòu)建具有較小反向擊穿電壓的橫向二極管，來(lái)降低整個(gè)二 極管結(jié)構(gòu)的反向擊穿電壓。根據(jù)本發(fā)明二極管結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式，其包括襯底中的深阱；深阱的有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相 同，且摻雜離子濃度大于深阱；所述有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)兩側(cè)的第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重 摻雜區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，第二重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱不同；襯底表面的隔離層，所述隔離層橫跨整個(gè)第一輕摻雜區(qū)，部分橫跨第一重?fù)诫s區(qū) 及第二重?fù)诫s區(qū)；第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外的引出線結(jié)構(gòu)。上述實(shí)施方式的二極管結(jié)構(gòu)中，所述第二重?fù)诫s區(qū)和深阱構(gòu)成縱向二極管，所述 第二重?fù)诫s區(qū)和第一輕摻雜區(qū)構(gòu)成橫向二極管。由于第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子濃度大于深 阱，因而所述橫向二極管的反向擊穿電壓也小于所述縱向二極管的反向擊穿電壓。因此，當(dāng) 面臨較大電壓時(shí)，所述橫向二極管將先于所述縱向二極管被擊穿，從而使得整個(gè)二極管結(jié) 構(gòu)被破壞。如此，整個(gè)二極管結(jié)構(gòu)的反向擊穿電壓就較小。
以下以所述深阱為N阱為例，對(duì)所述的二極管結(jié)構(gòu)進(jìn)行舉例說(shuō)明。參照?qǐng)D2所示，所述二極管結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括襯底(圖未示)中的N阱(NW) 100，其摻雜離子濃度為1015 "/cm3 ；N阱中由隔離層200定義的有源區(qū)，所述隔離層200為絕緣層，例如二氧化硅；N阱所述有源中的N型輕摻雜區(qū)(NLDD)400，其摻雜離子濃度為1018_2°/cm3 ；所述有源區(qū)中、N型輕摻雜區(qū)400兩側(cè)的P型重?fù)诫s區(qū)(P+)320、N型重?fù)诫s區(qū) (N+)310，各自摻雜離子濃度為1020 22/cm3 ；襯底表面的隔離層500，所述隔離層500為絕緣層，例如二氧化硅或氮化硅，所述 隔離層500橫跨整個(gè)N型輕摻雜區(qū)400，部分橫跨P型重?fù)诫s區(qū)320及N型重?fù)诫s區(qū)310 ；N型重?fù)诫s區(qū)310及P型重?fù)诫s區(qū)320表面、隔離層500區(qū)域外經(jīng)由金屬接觸連接 的引出線610、620。上述二極管實(shí)例中，P型重?fù)诫s區(qū)320與N阱100形成縱向二極管，P型重?fù)诫s區(qū) 320與N型輕摻雜區(qū)400形成橫向二極管。N型重?fù)诫s區(qū)310作為N型輕摻雜區(qū)400以及 N阱100的引出線區(qū)域。結(jié)合實(shí)例中公布的摻雜離子濃度可知，所述橫向二極管的PN結(jié)中，P型重?fù)诫s區(qū) 320的摻雜離子濃度為102° 22/cm3，N型輕摻雜區(qū)400的摻雜離子濃度為1018 2°/cm3，兩者 的摻雜離子濃度差較小或基本接近，因而所述PN結(jié)的耗盡區(qū)較窄，相應(yīng)的反向擊穿電壓較 小。而所述縱向二極管的PN結(jié)中，P型重?fù)诫s區(qū)320的摻雜離子濃度為102° 22/cm3，N 阱100的摻雜離子濃度為1015 "/cm3，兩者的摻雜離子濃度差較大，因而所述PN結(jié)的耗盡 區(qū)較寬，相應(yīng)的反向擊穿電壓較大。但由于所述橫向二極管在面臨較大反向電壓時(shí)會(huì)先于所述縱向二極管被擊穿 (經(jīng)實(shí)驗(yàn)，所述橫向二極管的反向擊穿電壓小于5V)，因而整個(gè)二極管結(jié)構(gòu)的反向擊穿電壓 較低。參照?qǐng)D3所示，本發(fā)明二極管結(jié)構(gòu)的制造方法的一種實(shí)施方式，包括步驟sl，在襯底中形成深阱；步驟s2，在所述深阱中形成隔離層以定義有源區(qū)；步驟S3，在所述有源區(qū)中進(jìn)行第一輕摻雜形成第一輕摻雜區(qū)，第一輕摻雜的摻雜 離子類(lèi)型與深阱相同，且所形成的第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子濃度大于深阱；步驟s4，在所述有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)兩側(cè)分別進(jìn)行第一重?fù)诫s和第二重?fù)?雜，形成第一重?fù)诫s區(qū)和第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，第 二重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱不同；步驟s5，在襯底表面形成隔離層，所述隔離層橫跨整個(gè)第一輕摻雜區(qū)，部分橫跨第 一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)；步驟s6，在第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外形成引出線結(jié)構(gòu)。以下結(jié)合附圖對(duì)上述二極管的制造方法進(jìn)行進(jìn)一步舉例說(shuō)明。結(jié)合圖3和圖4a所示，在襯底(圖未示)中形成N阱111。所述形成N阱111的 方法可以通過(guò)對(duì)襯底進(jìn)行n型離子注入實(shí)現(xiàn)。所形成的N阱111的摻雜離子濃度為1015
17 / cm3
結(jié)合圖3和圖4b所示，在N阱111中形成隔離層211以定義有源區(qū)。所述形成隔 離層211的方法可以采用淺溝槽隔離(STI)的方法。所述隔離層211可以為絕緣層，例如
二氧化硅。結(jié)合圖3和圖4c所示，在所述隔離層211定義的有源區(qū)中形成N型輕摻雜區(qū)411。 所述形成N型輕摻雜區(qū)411的方法可以通過(guò)對(duì)所述有源區(qū)進(jìn)行n型離子注入實(shí)現(xiàn)。所形成 的N型輕摻雜區(qū)411的摻雜離子濃度為1018 2°/cm3。結(jié)合圖3和圖4d所示，在所述有源區(qū)中、N型輕摻雜區(qū)411兩側(cè)分別形成N型重 摻雜區(qū)311和P型重?fù)诫s區(qū)321。所述形成N型重?fù)诫s區(qū)311的方法可以通過(guò)對(duì)N型輕摻 雜區(qū)411右側(cè)的有源區(qū)進(jìn)行n型離子注入實(shí)現(xiàn)。所形成的N型重?fù)诫s區(qū)311的摻雜離子濃 度為102° 22/cm3。而所述形成P型重?fù)诫s區(qū)321的方法可以通過(guò)對(duì)N型輕摻雜區(qū)411左側(cè) 的有源區(qū)進(jìn)行P型離子注入實(shí)現(xiàn)。所形成的P型重?fù)诫s區(qū)321的摻雜離子濃度為102° 22/cm 3。結(jié)合圖3和圖4e所示，形成橫跨N型輕摻雜區(qū)411、N型重?fù)诫s區(qū)311和P型重?fù)?雜區(qū)321的隔離層511。所述隔離層511的材料可以為二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅，形成 二氧化硅或氮化硅或氮氧化硅的方法可以采用化學(xué)氣相沉積的方法。所述隔離層511的厚 度可以為10 200nm。結(jié)合圖3和圖4f所示，在所述隔離層511 —側(cè)的N型重?fù)诫s區(qū)311表面依次形成 金屬接觸及引出線611，以及在所述隔離層511另一側(cè)的P型重?fù)诫s區(qū)321表面依次形成金 屬接觸以及引出線621。例如，所述形成金屬接觸可以包括分別蝕刻去除N型重?fù)诫s區(qū)311、P型重?fù)诫s區(qū)321對(duì)應(yīng)的隔離層511部分，并繼 續(xù)蝕刻在N型重?fù)诫s區(qū)311、P型重?fù)诫s區(qū)321處形成溝槽，在溝槽中形成金屬硅化物層。而所述引出線611、621則可以通過(guò)在金屬硅化物層表面沉積導(dǎo)電層，并蝕刻所述 導(dǎo)電層形成引出線圖形來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)上述方法形成的二極管結(jié)構(gòu)，P型重?fù)诫s區(qū)321與N阱111形成縱向二極管， P型重?fù)诫s區(qū)321與N型輕摻雜區(qū)411形成橫向二極管。N型重?fù)诫s區(qū)311作為N型輕摻 雜區(qū)411的引出線區(qū)域。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1 一種二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 襯底中的深阱；深阱的有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，且 摻雜離子濃度大于深阱；所述有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)兩側(cè)的第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重?fù)诫s 區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，第二重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱不同；襯底表面的隔離層，所述隔離層橫跨整個(gè)第一輕摻雜區(qū)，部分橫跨第一重?fù)诫s區(qū)及第 二重?fù)诫s區(qū)；第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外的引出線結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述深阱的摻雜離子濃度為IO15 17/ cm3，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子濃度為IO18 2°/cm3。
3.如權(quán)利要求2所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū) 的摻雜離子濃度為102° 22/cm3。
4.如權(quán)利要求1所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔離層為絕緣層。
5.如權(quán)利要求4所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣層的材料為二氧化硅或氮 化硅或氮氧化硅。
6.如權(quán)利要求1所述的二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述引出線結(jié)構(gòu)包括金屬硅化物層 及與之相連的引出線。
7.一種二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括 在襯底中形成深阱；在所述深阱中形成隔離層以定義有源區(qū)；在所述有源區(qū)中進(jìn)行第一輕摻雜形成第一輕摻雜區(qū)，第一輕摻雜的摻雜離子類(lèi)型與深 阱相同，且所形成的第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子濃度大于深阱；在所述有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)兩側(cè)分別進(jìn)行第一重?fù)诫s和第二重?fù)诫s，形成第一重 摻雜區(qū)和第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，第二重?fù)诫s區(qū)的 摻雜離子類(lèi)型與深阱不同；在襯底表面形成隔離層，所述隔離層橫跨整個(gè)第一輕摻雜區(qū)，部分橫跨第一重?fù)诫s區(qū) 及第二重?fù)诫s區(qū)；在第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外形成引出線結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述深阱的摻雜離子濃 度為IO15 1Vcm3，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子濃度為IO18 2°/cm3。
9.如權(quán)利要求8所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述第一重?fù)诫s區(qū)及第 二重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子濃度為102° 22/cm3。
10.如權(quán)利要求7所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述深阱通過(guò)η型離子 注入形成，所述第一輕摻雜區(qū)通過(guò)η型離子注入形成，所述第一重?fù)诫s區(qū)通過(guò)η型離子注入 形成，所述第二重?fù)诫s區(qū)通過(guò)P型離子注入形成。
11.如權(quán)利要求7所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述隔離層為絕緣層。
12.如權(quán)利要求11所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為 二氧化硅，形成二氧化硅的方法為化學(xué)氣相沉積。
13.如權(quán)利要求11所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為 氮化硅，形成氮化硅的方法為化學(xué)氣相沉積。
14.如權(quán)利要求11所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為 氮氧化硅，形成氮氧化硅的方法為化學(xué)氣相沉積。
15.如權(quán)利要求7所述的二極管結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，形成引出線結(jié)構(gòu)包括: 在第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外形成金屬硅化物層，以及在金屬硅化 物層上形成引出線。
全文摘要
一種二極管結(jié)構(gòu)及制造方法。所述二極管結(jié)構(gòu)包括襯底中的深阱；深阱的有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，且摻雜離子濃度大于深阱；所述有源區(qū)中的第一輕摻雜區(qū)兩側(cè)的第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)，所述第一重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱相同，第二重?fù)诫s區(qū)的摻雜離子類(lèi)型與深阱不同；襯底表面的隔離層，所述隔離層橫跨整個(gè)第一輕摻雜區(qū)，部分橫跨第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)；第一重?fù)诫s區(qū)及第二重?fù)诫s區(qū)表面、隔離層區(qū)域外的引出線結(jié)構(gòu)。所述二極管結(jié)構(gòu)具有較低的反向擊穿電壓，可用于降低靜電防護(hù)器件的觸發(fā)電壓或高壓整壓器電路設(shè)計(jì)中的參考電壓。
文檔編號(hào)H01L21/329GK101996992SQ200910194448
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者何軍 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司