埋型縱向齊納二極管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種埋型縱向齊納二極管的制造方法，器件的N型深下沉層的離子注入的注入電流設(shè)置為1mA～3mA，相對于現(xiàn)有方法中N型深下沉層的離子注入的注入電流的7mA，本發(fā)明能提高N型深下沉層的離子注入的片內(nèi)均勻性，從而能提高器件BV片內(nèi)均勻性，也能降低作業(yè)片數(shù)不同時BV差異。
【專利說明】埋型縱向齊納二極管的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種埋型縱向齊納二極管(Zener diode)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]齊納二極管在其PN結(jié)反向擊穿時能提供一個穩(wěn)定的電壓，故能做穩(wěn)壓二極管。齊納二極管的反向擊穿機(jī)制為隧道擊穿，反向時由齊納二極管的P型區(qū)的價帶的電子直接隧穿到N型區(qū)的導(dǎo)帶上，從而形成反向電流。要形成電子在P型區(qū)和N型區(qū)之間的隧穿，P型區(qū)和N型區(qū)所形成的耗盡區(qū)寬度必須要小，故在齊納二極管中需要一個高摻雜的N型區(qū)。
[0003]埋型縱向齊納二極管的P型區(qū)和N型區(qū)疊加成縱向結(jié)構(gòu)，如圖1所示，是現(xiàn)有埋型縱向齊納二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；在P型硅基板上形成有N型埋層(NBL) 101和P型埋層(PBL) 102，在形成有N型埋層(NBL) 101和P型埋層(PBL) 102的P型硅基板表面形成有P型外延層，在外延層中形成有隔離結(jié)構(gòu)110，隔離結(jié)構(gòu)110為場氧或淺溝槽隔離，隔離結(jié)構(gòu)110隔離出有源區(qū)；在外延層中形成有N型深阱(DNW) 103，P型高壓阱(HVPW) 104，N型深阱103位于N型埋層101上方，P型高壓阱104位于P型埋層102上方。在中心有源區(qū)底部的N型深阱103中形成有N型深下沉層(DNsink) 105，在N型深下沉層105上方形成有P型低壓阱(LVPW) 106a，N型深下沉層105和P型低壓阱一 106a縱向接觸形成埋型縱向齊納二極管的PN結(jié)，中心有源區(qū)周側(cè)的環(huán)形有源區(qū)中形成有N型低壓阱(LVNW) 107，在俯視面上環(huán)形有源區(qū)環(huán)繞于中心有源區(qū)的周側(cè)，N型低壓阱(LVNW) 107也環(huán)繞于P型低壓阱一106a的周側(cè)并二者間形成橫向接觸。在P型高壓阱104中形成有P型低壓阱二 106b。在俯視面上，P型埋層102、P型高壓阱104和P型低壓阱二 106b都為環(huán)繞式結(jié)構(gòu)圍繞于N型埋層103的周側(cè)并形成一環(huán)形隔離結(jié)構(gòu)將埋型縱向齊納二極管隔離起來。
[0004]由于埋型縱向齊納二極管的反向擊穿電壓(BV)主要是由N型深下沉層105和P型低壓阱一 106a形成的縱向PN結(jié)決定的。為了形成隧道擊穿的條件，其中N型深下沉層105必須為重?fù)诫s結(jié)構(gòu)，一般需要采用高能量大劑量的注入形成?，F(xiàn)有工藝中形成N型深下沉層105的高能量大劑量注入都是在大電流類型的注入機(jī)臺如注入電流能達(dá)到7mA的GSD注入機(jī)作業(yè)，考慮到產(chǎn)能問題，現(xiàn)有工藝中的注入電流(beam)都為7mA。
[0005]在N型深下沉層105的注入電流為7mA的條件下，以及N型深下沉層105的dataration保持為小于1%時，較大的注入電流會造成注入的面內(nèi)均勻性較差從而會出現(xiàn)埋型縱向齊納二極管的BV面內(nèi)均勻性不好以及作業(yè)片數(shù)不同時BV不同的現(xiàn)象。其中dataration的值定義為:data ration該層次曝光面積/整體面積,對于N型深下沉層105, dataration為娃基板上上N型深下沉層105的面積除以娃基板的面積，data ration由電路設(shè)計(jì)需要決定；data ration越小,均勻性越差。
[0006]如圖2A所示，是現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的反向擊穿電壓曲線；其中橫坐標(biāo)為硅片編號，不同編號處代表不同硅片也即硅基板，縱坐標(biāo)為反向擊穿電壓，由于同一硅片上能夠形成多個埋型縱向齊納二極管，所以在同一個硅片上能夠得到多個不同位置處的埋型縱向齊納二極管的反向擊穿電壓，可以看出每一硅片所對應(yīng)的反向擊穿電壓都呈一線條結(jié)構(gòu)，所以現(xiàn)有工藝方法形成的埋型縱向齊納二極管的BV面內(nèi)均勻性不好。
[0007]其中虛線框111內(nèi)的8片硅片在進(jìn)行N型深下沉層105的注入時是同時作業(yè)；其中虛線框112內(nèi)的13片硅片在進(jìn)行N型深下沉層105的注入時是同時作業(yè)；其中虛線框113內(nèi)的4片硅片的N型深下沉層105的注入是分開進(jìn)行的即每次只有一片硅片作業(yè)?？梢钥闯?，虛線框112中的硅片所對應(yīng)的反向擊穿電壓值的絕對值、虛線框111中的硅片所對應(yīng)的反向擊穿電壓值的絕對值和虛線框113中的硅片所對應(yīng)的反向擊穿電壓值的絕對值依次減少，所以現(xiàn)有方法會形成作業(yè)片數(shù)不同時BV不同的現(xiàn)象，即片數(shù)少的BV要比片數(shù)多的BV小。
[0008]圖2B是現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的反向擊穿電壓標(biāo)準(zhǔn)差曲線；橫坐標(biāo)為娃片編號，縱坐標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)差(std Dev),標(biāo)準(zhǔn)差單位為％?？梢钥闯鰳?biāo)準(zhǔn)差都很小,都小于1%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種埋型縱向齊納二極管的制造方法，能提高同一基板上的形成的器件BV均勻性即器件BV的片內(nèi)均勻性，還能提降低作業(yè)片數(shù)不同時器件的BV差異。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的埋型縱向齊納二極管的制造方法包括如下步驟:
[0011]步驟一、在P型基板上的埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域形成N型埋層。
[0012]步驟二、在形成有所述N型埋層的所述基板表面進(jìn)行外延生長并形成外延層。
[0013]步驟三、在所述外延層上形成隔離結(jié)構(gòu)，該隔離結(jié)構(gòu)為場氧或淺溝槽隔離，所述隔離結(jié)構(gòu)在所述埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域定義處中心有源區(qū)和環(huán)繞于所述中心有源區(qū)周側(cè)的環(huán)形有源區(qū)。
[0014]步驟四、在所述埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域的外延層的整個深度范圍內(nèi)形成N型深講。
[0015]步驟五、采用離子注入工藝在所述中心有源區(qū)正下方的所述N型深阱中形成N型深下沉層，所述N型深下沉層的離子注入工藝條件為:注入離子為磷或砷，注入能量為80keV?160keV，注入劑量為IO14CnT2以上，注入電流為ImA?3mA。
[0016]步驟六、在所述中心有源區(qū)的所述N型深下沉層上方的外延層中形成P型低壓阱一，所述P型低壓阱一和所述N型深下沉層縱向相接觸并形成埋型縱向齊納二極管的PN結(jié)；在所述環(huán)形有源區(qū)的外延層中形成N型低壓阱，所述N型低壓阱和所述P型低壓阱一橫向接觸。
[0017]步驟七、在所述P型低壓阱一的表面形成P+區(qū)并引出陽極；在所述N型低壓阱的表面形成N+區(qū)并引出陰極。
[0018]進(jìn)一步的改進(jìn)是，還包括在所述埋型縱向齊納二極管的周側(cè)形成環(huán)形隔離結(jié)構(gòu)的步驟，形成所述環(huán)形隔離結(jié)構(gòu)的方法為:
[0019]在步驟一中還包括在P型基板上形成P型埋層，所述P型埋層環(huán)繞于所述N型埋層的周側(cè)。[0020]在步驟四形成所述N型深阱之后，還包括在所述N型深阱周側(cè)的外延層中形成P型高壓阱，所述P型高壓阱深度和所述外延層的厚度相同并將所述N型深阱環(huán)繞包圍。
[0021]在步驟六中形成所述P型低壓阱一的同時在所述P型高壓阱中形成P型低壓阱二，所述P型低壓阱一和所述P型低壓阱二的工藝條件相同。
[0022]在步驟七中形成位于所述P型低壓阱一的表面的P+區(qū)的同時在所述P型低壓阱二的表面也形成P+區(qū)并引出襯底電極。
[0023]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟一中所述N型埋層采用離子注入加高溫推阱工藝形成。
[0024]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中所述外延層為P型外延層，所述外延層的厚度為5.5微米、電阻率為28.5歐姆.厘米。
[0025]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟七中所述P+區(qū)和PMOS器件中的P型重?fù)诫s源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同，所述N+區(qū)和NMOS器件中的N型重?fù)诫s源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同。
[0026]本發(fā)明方法中通過將N型深下沉層的離子注入的注入電流設(shè)置為ImA?3mA，相對于現(xiàn)有方法的7mA，本發(fā)明能提高N型深下沉層的離子注入的片內(nèi)均勻性即能提高同一基板上不同位置處形成的器件的N型深下沉層的離子注入均勻性，從而能提高器件BV片內(nèi)均勻性，也能降低作業(yè)片數(shù)不同時BV差異。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0028]圖1是現(xiàn)有埋型縱向齊納二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2A是現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的反向擊穿電壓曲線；
[0030]圖2B是現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的反向擊穿電壓標(biāo)準(zhǔn)差曲線；
[0031]圖3是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；
[0032]圖4是本發(fā)明實(shí)施例方法和現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的RS比較曲線.[0033]圖5是本發(fā)明實(shí)施例方法和現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的Std比較曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0034]如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖，本發(fā)明實(shí)施例方法所形成的埋型縱向齊納二極管的結(jié)構(gòu)也能參考圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例埋型縱向齊納二極管的制造方法包括如下步驟:
[0035]步驟一、在P型基板上的埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域形成N型埋層101。形成P型埋層102，所述P型埋層102環(huán)繞于所述N型埋層101的周側(cè)。所述P型埋層102用于形成環(huán)形隔離結(jié)構(gòu)，該環(huán)形隔離結(jié)構(gòu)用于將整個所述埋型縱向齊納二極管包圍起來實(shí)現(xiàn)隔離。
[0036]所述N型埋層101和所述P型埋層102都分別采用離子注入加高溫推阱工藝形成。
[0037]步驟二、在形成有所述N型埋層101和所述P型埋層102的所述基板表面進(jìn)行外延生長并形成P型外延層。所述外延層的厚度為5.5微米、電阻率為28.5歐姆.厘米。
[0038]步驟三、在所述外延層上形成隔離結(jié)構(gòu)110，該隔離結(jié)構(gòu)110為場氧或淺溝槽隔離，所述隔離結(jié)構(gòu)110在所述埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域定義處中心有源區(qū)和環(huán)繞于所述中心有源區(qū)周側(cè)的環(huán)形有源區(qū)。在俯視面上，所述環(huán)形有源區(qū)環(huán)繞包圍在所述中心有源區(qū)的周側(cè)。
[0039]步驟四、在所述埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域的外延層的整個深度范圍內(nèi)形成N型深阱103。
[0040]之后，在所述N型深阱103周側(cè)的外延層中形成P型高壓阱104，所述P型高壓阱104深度和所述外延層的厚度相同并將所述N型深阱103環(huán)繞包圍。
[0041]步驟五、采用離子注入工藝在所述中心有源區(qū)正下方的所述N型深阱103中形成N型深下沉層105，所述N型深下沉層105的離子注入工藝條件為:注入設(shè)備采用大電流離子注入機(jī)臺，注入離子為磷或砷，注入能量為SOkeV?160keV，注入劑量為IO14CnT2以上，注入電流為ImA?3mA。
[0042]步驟六、在所述中心有源區(qū)的所述N型深下沉層105上方的外延層中形成P型低壓阱一 106a，同時在所述P型高壓阱104中形成P型低壓阱二 106b，所述P型低壓阱一 106a和所述P型低壓阱二 106b的工藝條件相同。
[0043]所述P型低壓阱一 106a和所述N型深下沉層105縱向相接觸并形成埋型縱向齊納二極管的PN結(jié)，所述埋型縱向齊納二極管的反向擊穿電壓由所述P型低壓阱一 106a和所述N型深下沉層105形成的PN結(jié)決定。
[0044]在所述環(huán)形有源區(qū)的外延層中形成N型低壓阱107，所述N型低壓阱107和所述P型低壓阱一 106a橫向接觸。
[0045]步驟七、在所述P型低壓講一 106a的表面形成P+區(qū)108并引出陽極(Anode),同時在所述P型低壓阱二 106b的表面也形成P+區(qū)108并引出襯底電極(Sub);在所述N型低壓阱107的表面形成N+區(qū)109并引出陰極(Cathode)。所述P+區(qū)108和PMOS器件中的P型重?fù)诫s源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同，所述N+區(qū)109和NMOS器件中的N型重?fù)诫s源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同。
[0046]如圖4所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法和現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的RS比較曲線；橫坐標(biāo)上的硅片1、硅片2和硅片3，所述硅片1、所述硅片2和所述硅片3都為模擬測試用的裸硅片(bare wafer)，所述硅片I上形成有采用本發(fā)明實(shí)施例的N型深下沉層的離子注入工藝條件且是進(jìn)行全面注入的離子注入?yún)^(qū)一；所述硅片2上形成有采用本發(fā)明實(shí)施例的N型深下沉層的離子注入工藝條件、且是光刻工藝定義進(jìn)行選擇性注入的離子注入?yún)^(qū)二，所述離子注入?yún)^(qū)二的尺寸和本發(fā)明實(shí)施例的所述N型深下沉層105的尺寸相同，用所述離子注入?yún)^(qū)二模擬本發(fā)明實(shí)施例方法形成的所述N型深下沉層105的性質(zhì)；所述硅片3上形成有采用現(xiàn)有N型深下沉層的離子注入工藝條件、且是光刻工藝定義進(jìn)行選擇性注入的離子注入?yún)^(qū)三，所述離子注入?yún)^(qū)三的尺寸和所述離子注入?yún)^(qū)二的尺寸相同，用所述離子注入?yún)^(qū)三模擬現(xiàn)有方法形成的所述N型深下沉層105的性質(zhì)?？v坐標(biāo)為電阻率(Rs)即對應(yīng)于硅片I的離子注入?yún)^(qū)一、硅片2的離子注入?yún)^(qū)二和硅片3的離子注入?yún)^(qū)三的電阻率，可以看出本發(fā)明實(shí)施例方法采用了較少的N型深下沉層105的離子注入的注入電流之后，能夠使Rs值降低并和全面注入時的值接近。
[0047]如圖5所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法和現(xiàn)有方法形成的埋型縱向齊納二極管的Std比較曲線。圖5中的橫坐標(biāo)和圖4中的橫坐標(biāo)相同；圖5中的縱坐標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)差，可以看出本發(fā)明實(shí)施例方法采用了較少的N型深下沉層的離子注入的注入電流之后，能夠使標(biāo)準(zhǔn)差值降低并和全面注入時的值接近。
[0048]由圖4和圖5可知，本發(fā)明實(shí)施例方法形成的N型深下沉層和在bare wafer上進(jìn)行全面注入形成的注入?yún)^(qū)的電阻率和標(biāo)準(zhǔn)差都接近，bare wafer上全面注入時對應(yīng)于data ration為I,注入均勻性最好；而本發(fā)明實(shí)施例中的形成有埋型縱向齊納二極管的N型深下沉層的data ration的值往往較小如小于1%，所以本發(fā)明實(shí)施例方法能實(shí)現(xiàn)在dataration較小的條件下提高N型深下沉層的注入均勻性。
[0049]以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)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(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種埋型縱向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P型基板上的埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域形成N型埋層； 步驟二、在形成有所述N型埋層的所述基板表面進(jìn)行外延生長并形成外延層； 步驟三、在所述外延層上形成隔離結(jié)構(gòu)，該隔離結(jié)構(gòu)為場氧或淺溝槽隔離，所述隔離結(jié)構(gòu)在所述埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域定義處中心有源區(qū)和環(huán)繞于所述中心有源區(qū)周側(cè)的環(huán)形有源區(qū)； 步驟四、在所述埋型縱向齊納二極管形成區(qū)域的外延層的整個深度范圍內(nèi)形成N型深講； 步驟五、采用離子注入工藝在所述中心有源區(qū)正下方的所述N型深阱中形成N型深下沉層，所述N型深下沉層的離子注入工藝條件為:注入離子為磷或砷，注入能量為SOkeV?160keV,注入劑量為1014cm_2以上，注入電流為ImA?3mA ;步驟六、在所述中心有源區(qū)的所述N型深下沉層上方的外延層中形成P型低壓阱一，所述P型低壓阱一和所述N型深下沉層縱向相接觸并形成埋型縱向齊納二極管的PN結(jié)；在所述環(huán)形有源區(qū)的外延層中形成N型低壓阱，所述N型低壓阱和所述P型低壓阱一橫向接觸；步驟七、在所述P型低壓阱一的表面形成P+區(qū)并引出陽極；在所述N型低壓阱的表面形成N+區(qū)并引出陰極。
2.如權(quán)利要求1所述的埋型縱向齊納二極管的制造方法，其特征在于，還包括在所述埋型縱向齊納二極管的周側(cè)形成環(huán)形隔離結(jié)構(gòu)的步驟，形成所述環(huán)形隔離結(jié)構(gòu)的方法為: 在步驟一中還包括在P型基板上形成P型埋層，所述P型埋層環(huán)繞于所述N型埋層的周側(cè)； 在步驟四形成所述N型深阱之后，還包括在所述N型深阱周側(cè)的外延層中形成P型高壓阱，所述P型高壓阱深度和所述外延層的厚度相同并將所述N型深阱環(huán)繞包圍； 在步驟六中形成所述P型低壓阱一的同時在所述P型高壓阱中形成P型低壓阱二，所述P型低壓阱一和所述P型低壓阱二的工藝條件相同； 在步驟七中形成位于所述P型低壓阱一的表面的P+區(qū)的同時在所述P型低壓阱二的表面也形成P+區(qū)并引出襯底電極。
3.如權(quán)利要求1所述的埋型縱向齊納二極管的制造方法，其特征在于:步驟一中所述N型埋層采用離子注入加高溫推阱工藝形成。
4.如權(quán)利要求1所述的埋型縱向齊納二極管的制造方法，其特征在于:步驟二中所述外延層為P型外延層，所述外延層的厚度為5.5微米、電阻率為28.5歐姆.厘米。
5.如權(quán)利要求1所述的埋型縱向齊納二極管的制造方法，其特征在于:步驟七中所述P+區(qū)和PMOS器件中的P型重?fù)诫s源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同，所述N+區(qū)和NMOS器件中的N型重?fù)诫s源漏注入?yún)^(qū)的工藝條件相同。
【文檔編號】H01L21/329GK103972084SQ201310030626
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月28日
【發(fā)明者】楊新杰, 董科, 陳立鳴 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司