專利名稱：鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管及制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種鍺娃BiCMOS (BipolarCMOS)工藝中的齊納二極管，本發(fā)明還涉及一種鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法。
背景技術：
由于現(xiàn)代通信對高頻帶下高性能、低噪聲和低成本的RF組件的需求，傳統(tǒng)的硅(Si)材料器件無法滿足性能規(guī)格、輸出功率和線性度新的要求，功率鍺硅(SiGe)異質(zhì)結雙極型晶體管(HBT)則在更高、更寬的頻段的功放中發(fā)揮重要作用。與砷化鎵器件相比，雖然在頻率上還處劣勢，但SiGe HBT憑著更好的熱導率和良好的襯底機械性能，較好地解決了功放的散熱問題，SiGe HBT還具有更好的線性度、更高集成度；SiGe HBT仍然屬于硅基技術，和CMOS工藝有良好的兼容性，SiGe BiCMOS工藝為功放與邏輯控制電路的集成提供極大的便利，也降低了工藝成本。穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設備和一些電子電路中獲得廣泛的應用。把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶龊系亩O管。穩(wěn)壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。其伏安特性見穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管，能與鍺硅BiCMOS工藝完全集成，能為鍺硅BiCMOS的電路設計提供一種穩(wěn)壓器件。本發(fā)明還提供了一種鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，齊納二極管包括一 N型深阱，形成于所述有源區(qū)中，所述N型深阱的深度大于所述淺槽場氧底部的深度、且所述N型深阱橫向延伸進入所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧底部。N區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述N區(qū)的橫向尺寸小于等于所述有源區(qū)的橫向尺寸、且所述N區(qū)被所述N型深阱包覆。贗埋層，由形成于所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧底部的N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層和所述N型深阱在所述淺槽場氧底部相接觸，所述N區(qū)通過所述N型深阱和所述贗埋層相連接，在所述贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸，該深孔接觸引出所述N區(qū)的電極。P區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述P區(qū)位于所述N區(qū)的頂部并和所述N區(qū)相接觸，所述P區(qū)的摻雜濃度大于所述N區(qū)的摻雜濃度；在所述有源區(qū)頂部形成有金屬接觸，該金屬接觸和所述P區(qū)接觸并引出所述P區(qū)的電極。進一步的改進是，所述N區(qū)的工藝條件和鍺硅HBT三極管的集電區(qū)的工藝條件相同。進一步的改進是，所述P區(qū)的工藝條件和PMOS晶體管的源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法包括如下步驟步驟一、在硅襯底上形成淺溝槽和有源區(qū)。步驟二、在所述有源區(qū)周側的所述淺溝槽的底部的進行N型離子注入形成贗埋層。步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧；在所述硅襯底的正面進行離子注入工藝形成N型深阱，所述N型深阱位于所述有源區(qū)中，所述N型深阱的深度大于所述淺槽場氧底部的深度、且所述N型深阱橫向延伸進入所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧底部；所述贗埋層和所述N型深阱在所述淺槽場氧底部相接觸。步驟四、在所述有源區(qū)中進行N型離子注入形成N區(qū)；所述N區(qū)的橫向尺寸小于等于所述有源區(qū)的橫向尺寸、且所述N區(qū)被所述N型深阱包覆，所述N區(qū)通過所述N型深阱和所述贗埋層相連接。步驟五、在所述有源區(qū)中進行P型離子注入形成P區(qū)，所述P區(qū)位于所述N區(qū)的頂部并和所述N區(qū)相接觸，所述P區(qū)的摻雜濃度大于所述N區(qū)的摻雜濃度。步驟六、在所述贗埋層頂部的淺槽場氧中形成深孔接觸引出所述N區(qū)的電極；在所述有源區(qū)頂部形成和所述P區(qū)接觸的金屬接觸并引出所述P區(qū)的電極。進一步的改進是，步驟二中所述贗埋層離子注入的注入劑量為IeMcnT2 lel6cnT2、注入能量為2KeV 50KeV、注入雜質(zhì)為磷。進一步的改進是，步驟四中所述N區(qū)的N型離子注入工藝采用鍺硅HBT三極管的集電區(qū)的離子注入工藝，該工藝的條件為注入雜質(zhì)為磷、注入劑量為2el2Cm_2 5e14cm_2、注入能量為30KeV 350KeV。進一步的改進是，步驟五中所述P區(qū)的P型離子注入的工藝條件和PMOS晶體管的源漏注入的工藝條件相同。進一步的改進是，步驟三中所述N型深阱的離子注入的注入劑量為2el2CnT2 lel4cnT2、注入能量為1500KeV 2000KeV、注入雜質(zhì)為磷。本發(fā)明齊納二極管的N區(qū)能和鍺硅HBT三極管的集電區(qū)的工藝條件相同、P區(qū)能和PMOS晶體管的源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同，從而使本發(fā)明齊納二極管能與鍺硅BiCMOS工藝完全集成，能為鍺硅BiCMOS的電路設計提供一種穩(wěn)壓器件。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明
圖1是本發(fā)明實施例鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的結構示意圖；圖2A-圖2F是本發(fā)明實施例鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法中各步驟的器件結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，是本發(fā)明實施例鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的結構示意圖。本發(fā)明實施例鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管形成于P型硅襯底101上，有源區(qū)由淺槽場氧201隔離。齊納二極管包括一 N型深阱202，形成于所述有源區(qū)中，所述N型深阱202的深度大于所述淺槽場氧201底部的深度、且所述N型深阱202橫向延伸進入所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧201底
部。 N區(qū)301，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成。所述N區(qū)301的工藝條件和鍺硅HBT三極管的集電區(qū)的工藝條件相同。所述N區(qū)301的橫向尺寸小于等于所述有源區(qū)的橫向尺寸、且所述N區(qū)301被所述N型深阱202包覆。贗埋層107，由形成于所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧201底部的N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層107和所述N型深阱202在所述淺槽場氧201底部相接觸，所述N區(qū)301通過所述N型深阱202實現(xiàn)和所述贗埋層107的連接，在所述贗埋層107頂部的所述淺槽場氧201中形成有深孔接觸701，該深孔接觸701引出所述N區(qū)301的電極。P區(qū)601，由形成于所述有源區(qū)中的一 P型離子注入?yún)^(qū)組成。所述P區(qū)601的工藝條件和PMOS晶體管的源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同。所述P區(qū)601位于所述N區(qū)301的頂部并和所述N區(qū)301相接觸，所述P區(qū)601的摻雜濃度大于所述N區(qū)301的摻雜濃度；在所述有源區(qū)頂部形成有金屬接觸702，該金屬接觸702和所述P區(qū)601接觸并引出所述P區(qū)601的電極。在所述器件的頂部形成有頂層金屬703，該頂層金屬703實現(xiàn)器件的互連。如圖2A至圖2F所示，是本發(fā)明實施例鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法中各步驟的器件結構示意圖。本發(fā)明實施例鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法包括如下步驟步驟一、如圖2A所示，采用光刻刻蝕工藝在P型硅襯底101上形成淺溝槽和有源區(qū)?？涛g時所述有源區(qū)上方用硬質(zhì)掩模層做保護，所述硬質(zhì)掩模層包括氧化層102、氮化層103和氧化層104。如圖2A所示，形成所述淺溝槽之后，淀積一層氧化物并刻蝕，在所述淺溝槽的內(nèi)側面形成氧化物側壁105，所述淺溝槽的底部表面還保留一層氧化物106.步驟二、如圖2A所示，在所述有源區(qū)周側的所述淺溝槽的底部的進行N型離子注入形成贗埋層107。所述贗埋層107的N型離子注入工藝條件為注入雜質(zhì)為磷，注入劑量lel4cm 2 lel6cm 2，注入能量為 2KeV 50KeV。步驟三、如圖2B所示，在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧201。如圖2B所示，進行N型離子注入形成N型深阱202，所述N型深阱202的離子注入的注入劑量為2el2cm_2 lel4cm_2、注入能量為1500KeV 2000KeV、注入雜質(zhì)為磷。形成后，所述N型深阱202的深度大于所述淺槽場氧201底部的深度、且所述N型深阱202橫向延伸進入所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧201底部。所述贗埋層107和所述N型深阱202在所述淺槽場氧201底部相接觸。步驟四、如圖2C所示，在所述有源區(qū)中進行N型離子注入形成N區(qū)301，所述N區(qū)301的橫向尺寸小于等于所述有源區(qū)的橫向尺寸、且所述N區(qū)301被所述N型深阱202包覆。所述N區(qū)301通過所述N型深阱202實現(xiàn)和所述贗埋層107的連接。所述N區(qū)301的N型離子注入工藝采用鍺硅HBT三極管的集電區(qū)的離子注入工藝，該工藝的條件為注入雜質(zhì)為磷、注入劑量為2el2cnT2 5el4cnT2、注入能量為30KeV 350KeV。本發(fā)明實施例方法能和鍺硅BiCMOS工藝中鍺硅HBT器件以及CMOS器件一起形成即集成在同一硅襯底101。此時在形成本發(fā)明實施例齊納二極管的區(qū)域還包括如下步驟如圖2D所示，在所述硅襯底101的正面淀積氧化物介質(zhì)層401，該氧化物介質(zhì)層401用于在鍺硅HBT器件的形成區(qū)域形成基區(qū)窗口 ；在所述硅襯底101的正面淀積鍺硅外延層402，鍺硅外延層402用于在鍺硅HBT器件的基區(qū)。如圖2E所示，在所述硅襯底101的正面淀積另一氧化物介質(zhì)層501，該另一氧化物介質(zhì)層501用于在鍺硅HBT器件的形成區(qū)域形成發(fā)射區(qū)窗口 ；在所述硅襯底101的正面淀積發(fā)射極多晶硅層502，發(fā)射極多晶硅層502用于在鍺硅HBT器件的發(fā)射區(qū)。如圖2F所示，最后將所述硅襯底101的本發(fā)明實施例齊納二極管的區(qū)域的所述氧化物介質(zhì)層401、所述鍺硅外延層402、所述另一氧化物介質(zhì)層501和所述發(fā)射極多晶硅層502都去除。步驟五、如圖2F所示，在所述有源區(qū)中進行P型離子注入形成P區(qū)601，所述P區(qū)601位于所述N區(qū)301的頂部并和所述N區(qū)301相接觸，所述P區(qū)601的摻雜濃度大于所述N區(qū)301的摻雜濃度。所述P區(qū)601的P型離子注入的工藝條件和PMOS晶體管的源漏注入的工藝條件相同。步驟六、如圖1所示，在所述贗埋層107頂部的淺槽場氧201中形成深孔接觸701引出所述N區(qū)301的電極；在所述有源區(qū)頂部形成和所述P區(qū)601接觸的金屬接觸702并引出所述P區(qū)601的電極。最后，在所述器件的頂部形成有頂層金屬703，該頂層金屬703實現(xiàn)器件的互連。以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明 原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，其特征在于齊納二極管包括 一 N型深阱，形成于所述有源區(qū)中，所述N型深阱的深度大于所述淺槽場氧底部的深度、且所述N型深阱橫向延伸進入所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧底部； N區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述N區(qū)的橫向尺寸小于等于所述有源區(qū)的橫向尺寸、且所述N區(qū)被所述N型深阱包覆； 贗埋層，由形成于所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧底部的N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層和所述N型深阱在所述淺槽場氧底部相接觸，所述N區(qū)通過所述N型深阱和所述贗埋層相連接，在所述贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸，該深孔接觸引出所述N區(qū)的電極； P區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述P區(qū)位于所述N區(qū)的頂部并和所述N區(qū)相接觸，所述P區(qū)的摻雜濃度大于所述N區(qū)的摻雜濃度；在所述有源區(qū)頂部形成有金屬接觸，該金屬接觸和所述P區(qū)接觸并引出所述P區(qū)的電極。
2.如權利要求1所述的鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管，其特征在于所述N區(qū)的工藝條件和鍺硅HBT三極管的集電區(qū)的工藝條件相同。
3.如權利要求1所述的鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管，其特征在于所述P區(qū)的工藝條件和PMOS晶體管的源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同。
4.一種鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、在硅襯底上形成淺溝槽和有源區(qū)； 步驟二、在所述有源區(qū)周側的所述淺溝槽的底部的進行N型離子注入形成贗埋層； 步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧；在所述硅襯底的正面進行離子注入工藝形成N型深阱，所述N型深阱位于所述有源區(qū)中，所述N型深阱的深度大于所述淺槽場氧底部的深度、且所述N型深阱橫向延伸進入所述有源區(qū)兩側的淺槽場氧底部；所述贗埋層和所述N型深阱在所述淺槽場氧底部相接觸； 步驟四、在所述有源區(qū)中進行N型離子注入形成N區(qū)；所述N區(qū)的橫向尺寸小于等于所述有源區(qū)的橫向尺寸、且所述N區(qū)被所述N型深阱包覆，所述N區(qū)通過所述N型深阱和所述贗埋層相連接； 步驟五、在所述有源區(qū)中進行P型離子注入形成P區(qū)，所述P區(qū)位于所述N區(qū)的頂部并和所述N區(qū)相接觸，所述P區(qū)的摻雜濃度大于所述N區(qū)的摻雜濃度； 步驟六、在所述贗埋層頂部的淺槽場氧中形成深孔接觸引出所述N區(qū)的電極；在所述有源區(qū)頂部形成和所述P區(qū)接觸的金屬接觸并引出所述P區(qū)的電極。
5.如權利要求4所述方法，其特征在于步驟二中所述贗埋層離子注入的注入劑量為lel4cm-2 lel6cm-2、注入能量為2KeV 50KeV、注入雜質(zhì)為磷。
6.如權利要求4所述方法，其特征在于步驟四中所述N區(qū)的N型離子注入工藝采用鍺硅HBT三極管的集電區(qū)的離子注入工藝，該工藝的條件為注入雜質(zhì)為磷、注入劑量為2el2cm-2 5el4cm-2、注入能量為 30KeV 350KeV。
7.如權利要求4所述方法，其特征在于步驟五中所述P區(qū)的P型離子注入的工藝條件和PMOS晶體管的源漏注入的工藝條件相同。
8.如權利要求4所述方法，其特征在于步驟三中所述N型深阱的離子注入的注入劑量為2el2cm2 lel4cm2、注入能量為1500KeV 2000KeV、注入雜質(zhì)為磷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管，N區(qū)由形成于有源區(qū)中并被N型深阱包覆；在有源區(qū)兩側的淺槽場氧底部形成有贗埋層，N區(qū)通過N型深阱和贗埋層相連接。N區(qū)的電極通過形成于贗埋層頂部的淺槽場氧中的深孔接觸引出。P區(qū)由形成于有源區(qū)中的一P型離子注入?yún)^(qū)組成，P區(qū)位于N區(qū)的頂部并和N區(qū)相接觸且P區(qū)的摻雜濃度大于所述N區(qū)的摻雜濃度；P區(qū)的電極通過形成于有源區(qū)頂部的金屬接觸引出。本發(fā)明還公開了一種鍺硅BiCMOS工藝中的齊納二極管的制造方法。本發(fā)明能與鍺硅BiCMOS工藝完全集成，能為鍺硅BiCMOS的電路設計提供一種穩(wěn)壓器件。
文檔編號H01L21/329GK103035748SQ20121000411
公開日2013年4月10日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權日2012年1月6日
發(fā)明者劉冬華, 胡君, 段文婷, 錢文生, 石晶 申請人:上海華虹Nec電子有限公司