专利名称：一种齐纳二极管及其bcd工艺制造方法
技术领域：
本发明涉及一种集成电路半导体器件，尤其涉及一种齐纳二极管；此 外，本发明还涉及该齐纳二极管的BCD工艺制造方法。
背景技术：
BCD工艺是一种先进的单片集成工艺技术，1986年由意法半导体(ST) 公司率先研制成功，这种工艺能够在同一芯片上制作双极管bipolar, CMOS (互补金属氧化物半导体)和DM0S (扩散金属氧化物半导体)器件， 称为BCD工艺。BCD工艺广泛应用于电源管理、显示驱动、汽车电子、工 业控制等领域。通常利用隧道击穿机制来工作的二极管称为齐纳二极管 (Zenerdiode)。如果能在BCD工艺中集成齐纳二极管，可以为电路设计 师提供很大的灵活性，大大提高工艺的应用和附加值。
现有的BCD工艺中齐纳二极管制作的主要流程如下利用P+源漏注 入再加一块N型注入版形成齐纳二极管。采用该流程方法制作出的器件为 表面齐纳二极管，表面齐纳二极管容易产生齐纳蠕变，是一种相对脆弱的 器件，无法满足需要埋层齐纳二极管的客户的要求。此外，这种表面齐纳 二极管相对于标准BCD工艺，需要增加块掩摸版，制造成本较高。
齐纳蠕变的解释雪崩一般发生在大多数扩散结的表面附近，窄耗尽 区使局部场强增大，产生热空穴，因为那里的杂质浓度高，雪崩产生的部 分热载流子注入到上层氧化层中，这些热载流子会破坏硅-氢键，重新生成正的氧化层固定电荷。这种正的氧化层固定电荷将静电感应表面处，使 耗尽区逐渐变宽，工作过程中会使击穿电压缓慢升高，击穿移到表面以下， 蠕变停止。参见图1，图1 (A)显示了结的初始状态，在表面附近出现了 热载流子；图1 (B)显示了长时间工作后结的状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种齐纳二极管，克服了现有技术存
在的齐纳蠕变现象；为此，本发明还提供上述齐纳二极管的BCD工艺制造 方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种齐纳二极管齐纳二极管，包括 N埋层、P埋层、外延层、有源区、N+、 P+，所述的N埋层和所述的P埋 层互相交叠。
所述的N埋层和P埋层的互相交叠处为半圆形。
该齐纳二极管的外延层和N+、 P+之间还包括高压N阱、N阱、高压P 阱、P阱，或者深N+、深P+。
本发明还提供一种齐纳二极管的BCD工艺制造方法，包括如下步骤 (1)对准光刻与刻蚀；(2) N埋层光刻或注入，采用小扩散系数的锑注 入形成N埋层；(3) N埋层推进；(4) P埋层光刻或注入，采用大扩散系 数的硼注入形成P埋层；(5) P埋层推进；(6)外延层形成；(7)高压N 阱形成；(8)高压P阱形成；(9)有源区形成；(IO)N阱光刻或注入；(11) P阱光刻或注入；(12)场隔离形成；(13)栅氧化；(14)栅极形成；(15) N+光刻或注入；(16) P+光刻或注入；(17)硅化物形成；(18)接触孔制 作；(19)金属布线；(20)钝化层形成。所述N埋层和P埋层的注入深度相近。
在步骤(6)外延层形成和步骤(7)高压N阱形成之间还包括深N+ 光刻/注入和深P+光刻/注入步骤。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果采用本发明制作的齐纳
二极管为埋层齐纳二极管。由于击穿发生在远离表面的NBL与PBL之间， 因此可以有效地克服表面齐纳二极管的齐纳蠕变现象，并且无需增加额外 的光刻版，只要设计好版图，此外应该在设计规则上规定N型埋层和P 型埋层可以互相交叠。本发明在无需增加额外的光刻版的情况下，制造出 实用的埋层齐纳二极管，提高了工艺的附加值，扩展了工艺的应用面。该 工艺制作方法对同时包含有N型埋层和P型埋层的BCD工艺、BiCM0S (双 极互补金属氧化物半导体)工艺、高压CMOS等工艺中齐纳二极管都具有 普遍的借鉴意义。
图1是采用现有BCD工艺制作的表面齐纳二极管产生齐纳蠕变的模型 示意图，图l (A)是开始出现蠕变的状态示意图，图l (B)是长时间工 作后的状态示意图2是本发明齐纳二极管的示意版图3是本发明实施例之一齐纳二极管的截面图4是本发明另一实施例齐纳二极管的截面图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。 如果设法使击穿不发生在表面，就可以克服齐纳蠕变现象。在BCD工艺中，可以设法借助埋层来实现此构想。本发明利用其中的N埋层(N 型埋层，NBL)和P埋层(P型埋层，PBL)互相交叠形成埋层齐纳二极管。 本发明埋层齐纳二极管的版图见图2，图2中N埋层(NBL)为埋层齐纳 二极管的阴极，P埋层(PBL)为阳极。图2中N埋层(NBL)和P埋层(PBL) 在版图设计时互相交叠是形成这种埋层齐纳二极管的必要条件之一，图2 中N埋层(NBL)和P埋层(PBL)互相交叠处为半圆形，是为了防止在N 埋层的拐角处的电场增强。
本发明埋层齐纳二极管的截面图参见图3，图3中的齐纳二极管，包 括P衬底(P-Sub)、 N埋层(NBL，采用锑注入形成)、P埋层(PBL，采用硼 注入形成)、N外延层(N-印i)、高压N阱(HVNW)、高压P阱(HV PW)、 N阱(Nwell)、 P阱(Pwell)、 N+光刻/注入、P+光刻/注入。在工艺设计上， 采用小扩散系数的锑注入形成N埋层(NBL)、采用大扩散系数的硼注入形 成P埋层(PBL)是形成这种埋层齐纳二极管的另一必要条件之一。通过合 适的注入和推进条件使N埋层(NBL)和P埋层(PBL)的注入深度相近， 由于硼扩散系数比锑扩散系数大，从而在图3所示Y方向P埋层(PBL) 可以将N埋层(NBL)包住；由于P埋层(PBL)浓度远比P衬底(P-Sub) 高，同时由于N埋层(NBL)和P埋层(PBL)相互交叠，因此击穿发生在 N埋层与P埋层的交叠区，形成齐纳击穿。外延层是BCD工艺所必备，其 浓度通常远小于P埋层(PBL)，对于本发明中的埋层齐纳二极管，外延层 可以是N型或P型，本实施例以N型外延层为例。图3中高压N阱(HV丽)、 N阱(Nwell)、 N+光刻/注入为一般BCD工艺所具备，用于将N埋层(NBL) 引出通过接触孔等形成埋层齐纳二极管的阴极；如果BCD工艺带有深N+(N-Sink)工艺，可以直接用深N+ (N-Sink)取代图3中的高压N阱(HV NW)、N阱(Nwell)(如图4所示)。图3中高压P阱(HV PW)、 P阱(Pwell)、 P+光刻/注入也是BCD工艺所具备工序，用于将P埋层(PBL)引出通过接 触孔等形成埋层齐纳二极管的阳极，如果BCD工艺带有深P+ (P-Sink)工 艺，可以直接用深P+(P-Sink)取代图中的高压P阱(HV PW)、P阱(Pwell) (如图4所示)。
本发明埋层齐纳二极管的工艺流程具体如下
(1) 对准光刻与刻蚀；
(2) N埋层(NBL)光刻/注入，采用扩散系数较小的锑注入，典型 注入剂量为2E15原子/平方厘米；
(3) N埋层推进，温度约摄氏1200度左右；
(4) P埋层(PBL)光刻/注入，采用硼埋层，通常注入剂量数量级 为E13-E14原子/平方厘米；
(5) P埋层(PBL)推进，温度约摄氏IIOO度左右；
(6) 外延层(N外延层或P外延层)形成，淀积厚度约为5微米， 电阻率约30欧姆-厘米；
(7) 高压N阱(HV丽)形成，P (磷)注入，注入剂量为E12原子/ 平方厘米；
(8) 高压P阱(HVPW)形成，B (硼)注入，注入剂量为E12原子/ 平方厘米；
(9) 有源区形成；
(10) N阱光刻/注入，P注入，注入剂量为1. 5E13原子/平方厘米;(11) P阱光刻/注入，B注入，注入剂量为2E13原子/平方厘米；
(12) 场隔离形成；
(13) 栅氧化；
(14) 栅极形成；
(15) N+光刻/注入，砷(As)注入，注入剂量为E15原子/平方厘米;
(16) P+光刻/注入，B注入，注入剂量为E15原子/平方厘米；
(17) 硅化物形成；
(18) 接触孔制作；
(19) 金属布线；
(20) 钝化层形成。
如果800工艺带有深附(N-Sink)和深？+ (P-Sink)工艺，其工艺 流程与上述工艺流程描述基本相同，只是在步骤(6)外延层形成和步骤(7) 高压N阱形成之间加入深N+ (N-Sink)光刻/注入(P注入，注入剂量为 ￡15)和深？+ (P-Sink)光刻/注入(B注入，注入剂量为E15原子/平方厘 米)。
上述工艺流程中的各步骤采用的是半导体工业中常见的方法，所用设 备、材料是工业上成熟的设备和材料，所以在技术上完全可行。
本发明在原有的工艺流程中，在不增加掩模版的情况下，巧妙地利用 BCD工艺中的N型埋层和P型埋层，配合合理的版图来形成埋层齐纳二极 管，从而提高了该工艺的附加值，扩展了工艺的应用面。
权利要求
1、一种齐纳二极管，包括N埋层、P埋层、外延层、有源区、N+、P+，其特征在于，所述的N埋层和所述的P埋层互相交叠。
2、 如权利要求1所述的齐纳二极管，其特征在于，所述的N埋层和 P埋层的互相交叠处为半圆形。
3、 如权利要求1所述的齐纳二极管，其特征在于，该齐纳二极管的 外延层和N+、 P+之间还包括高压N阱、N阱、高压P阱、P阱，或者深N+、 深P+。
4、 一种齐纳二极管的BCD工艺制造方法，其特征在于，包括如下步 骤(l)对准光刻与刻蚀；(2)N埋层光刻或注入，采用小扩散系数的锑 注入形成N埋层；(3) N埋层推进；(4) P埋层光刻或注入，采用大扩散 系数的硼注入形成P埋层；(5)P埋层推进；(6)外延层形成；(7)高压N阱形成；(8)高压P阱形成；(9)有源区形成；(10) N阱光刻或注入； (11) P阱光刻或注入；(12)场隔离形成；(13)栅氧化；(14)栅极形 成；(15) N+光刻或注入；(16) P+光刻或注入；(17)硅化物形成；(18) 接触孔制作；(19)金属布线；(20)钝化层形成。
5、 如权利要求4所述的齐纳二极管的BCD工艺制造方法，其特征在 于，所述N埋层和P埋层的注入深度相近。
6、 如权利要求4所述的齐纳二极管的BCD工艺制造方法，其特征在 于，在步骤(6)外延层形成和步骤(7)高压N阱形成之间还包括深N+ 光刻/注入和深P+光刻/注入步骤。
全文摘要
本发明公开了一种齐纳二极管，包括N埋层、P埋层、外延层、有源区、N+、P+，N埋层和P埋层互相交叠。此外，本发明还公开了上述齐纳二极管的BCD工艺制造方法，采用小扩散系数的锑注入形成N埋层(NBL)、采用大扩散系数的硼注入形成P埋层(PBL)。采用本发明工艺制造的齐纳二极管，克服了现有技术存在的齐纳蠕变现象，从而提高了该工艺的附加值，扩展了工艺的应用面。
文档编号H01L21/329GK101442077SQ200710094278
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者陈志勇 申请人:上海华虹Nec电子有限公司