[发明专利]钳位二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本申请涉及半导体技术，特别涉及一种钳位二极管及其制造方法。

背景技术

钳位二极管被广泛的应用在集成电路中，起到钳位电压的作用，如ESD(Electro-Static discharge，静电释放)保护回路中的器件等等。通常这些电路对于钳位二极管的钳位电压的精度要求很高，对钳位电压的面内分布、器件时间依存性、温度依存性、漏电等等指标都有很高的要求。

常见的钳位二极管的纵向界面如图1所示，其结构是在P型硅衬底上生成N型阱区，在N型阱区上形成有源区和隔离场区(通常是浅沟槽绝缘区，STI)，在N型阱区内分别形成重掺杂的N型有源区N+和重掺杂的P型有源区P+，所有有源区上方覆盖有金属硅化物。

常见的钳位二极管的反向击穿通常发生在NP结的侧面和底面，通常底面的击穿会比较均匀，而NP结的侧面击穿受限于有源区和隔离场区(通常是浅沟槽绝缘区，STI)交界处形成不好(通常是由于STI工艺会在有源区和隔离场区的边界上产生缺陷)而在硅片面内不均匀。

通常的钳位二极管其有源区上都覆盖有金属硅化物以降低其电阻，而在有源区和有源区和隔离场区交界处有源区上的金属硅化物通常就是漏电的主要来源，其本质上还是STI(浅沟槽绝缘)工艺在有源区和绝缘区形成不够理想造成的。而金属硅化物恰恰降低了有源区和绝缘区交界处的电阻，使其成为器件反向漏电的主要来源。

钳位二极管由于二极管的特性，只能工作在反向击穿区域，当电路某个部分出现异常情况，使得钳位二极管处于正向开启的状态时，该器件就会对衬底注入大量的电流，注入衬底大量电流会对整个芯片内其它的器件的工作状态产生巨大的影响，甚至引起芯片的烧毁。

发明内容

本申请要解决的技术问题是使钳位二极管实现自隔离功能，当工作在正向导通区域时，可以提供一个大的驱动电流并基本不形成对衬底的电流注入，当工作在反向工作区，击穿电压的偏差很小。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种钳位二极管，

在P型硅衬底上生长有P型外延，在所述P型外延上生长有N型埋层，在所述N型埋层上形成有高压P型阱；

在所述高压P型阱的两侧形成有同所述N型埋层连通的重掺杂N型引线层作为N型隔离环有源接触区；

所述高压P型阱上部的中间处形成有P型阱，所述高压P型阱上部同所述P型阱两侧相邻接分别形成有N型阱；

所述P型阱中间部分上方形成有P型重掺杂区作为阳极有源接触区，所述N型阱中间部分上方形成有N型重掺杂区作为阴极有源接触区，所述N型阱外侧的高压P型阱上分别形成有P型重掺杂区作为P型隔离环有源接触区。

所述P型阱同其两侧的N型阱的交界处上方，即所述P型阱中间部分上方的P型重掺杂区同两侧N型阱中间部分上方的N型重掺杂区之间形成有P型轻掺杂区，所述P型轻掺杂区的上方没有金属硅化物，而其他各有源接触区上方覆盖有金属硅化物。

所述高压P型阱、所述P型阱、所述P型轻掺杂区、所述P型重掺杂区的P型杂质浓度依次增大；

所述N型阱、所述N型埋层、所述重掺杂N型引线层、所述N型重掺杂区的N型杂质浓度依次增大。

所述P型轻掺杂区的P型杂质浓度，使得P型轻掺杂区与N型重掺杂区间的PN结在反向工作时处于齐纳击穿区。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种钳位二极管的制造方法，包括以下步骤：

一.在P型衬底上生长P型外延，在P型外延上选择生长N型埋层，在N型埋层内生成高压P型阱，在高压P型阱上形成有效隔离的有源区和场氧；

二.利用离子注入工艺，在高压P型阱上部的中间处注入P型杂质形成P型阱，在高压P型阱上部同所述P型阱两侧相邻接分别注入N型杂质形成N型阱；

三.利用离子注入工艺，在所述高压P型阱两侧的N型埋层中注入重掺杂N型杂质形成重掺杂N型引线层作为N型隔离环有源接触区，在所述N型阱中间部分上方注入重掺杂N型杂质形成N型重掺杂区作为阴极有源接触区，在所述P型阱中间部分上方注入重掺杂P型杂质形成P型重掺杂区作为阳极有源接触区，在阴极有源接触区同阳极有源接触区之间的N型阱同P型阱交界区域上方注入轻掺杂的P型杂质形成P型轻掺杂区；

四.在硅片表面淀积氧化层；

五.将P型轻掺杂区之外的各有源接触区上方的氧化层去除；

六.在硅片表面淀积金属层并进行高温退火从而在P型轻掺杂区之外的各有源接触区上方形成金属硅化物，然后去除金属层。