专利名称：锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种二极管的结构及实现方法，特别是涉及一种锗硅BiCMOS中的横向齐纳(Zener) 二极管结构及其工艺实现方法。
背景技术：
由于现代通信对高频带下高性能、低噪声和低成本的RF组件的需求，传统的Si材料器件无法满足性能规格、输出功率和线性度新的要求，功率SiGe HBT(SiGe异质结双极晶体管)则在更高、更宽的频段的功放中发挥重要作用。与砷化镓器件相比，虽然在频率上还处劣势，但SiGe HBT (锗硅HBT)凭着更好的热导率和良好的衬底机械性能，较好地解决了功放的散热问题，SiGe HBT还具有更好的线性度、更高集成度；SiGe HBT仍然属于硅基技术，和CMOS (互补金属氧化物半导体)工艺有良好的兼容性，SiGe BiCMOS工艺为功放与逻辑控制电路的集成提供极大的便利，也降低了工艺成本。
齐纳二极管(zener diodes，又叫稳压二极管)，是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。稳压管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳压管在电路中能起稳压作用。因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用，其伏安特性见稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。因此，需开发一种能与SiGe BiCMOS工艺集成的齐纳二极管，以便获得更好的稳定电压。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锗硅BiCMOS中的横向齐纳(Zener) 二极管结构及其工艺实现方法。该齐纳二极管实现了与锗硅BiCMOS工艺的完全集成，而且可给锗硅BiCMOS的电路设计提供一种稳压器件。为解决上述技术问题，本发明的锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构，包括P型衬底；P型衬底内形成的浅槽区填充氧化物，其厚度为2000 5000埃；浅槽区填充氧化物上表面的按由下往上依次形成的第一氧化硅层、第一多晶硅层、SiGe层、第一氧化娃介质层和第一氮化娃介质层；P型衬底内形成的齐纳二极管N区，该N区的掺杂条件与锗硅HBT三极管的集电区注入一致；P型衬底内形成的齐纳二极管P区，该P区是重掺杂，其形成的工艺条件与锗硅HBT的外基区注入一致；齐纳二极管N区两端的上表面上分别形成的第二氧化硅介质层，且该第二氧化硅介质层之上设有第二氮化娃介质层；重掺杂的发射极多晶硅层，位于齐纳二极管N区之上，并覆盖住第二氧化硅介质层；发射极侧墙，位于齐纳二极管P区之上，并与重掺杂的发射极多晶硅层的两侧分别相邻；其中，所述齐纳二极管P区位于齐纳二极管N区的两侧，齐纳二极管N区通过重掺杂的发射极多晶硅层引出，且该齐纳二极管P区分别与浅槽区填充氧化物相邻。所述第一多晶娃层和第一氧化娃介质层的厚度为200 500埃。所述SiGe层的厚度为200 1000埃。所述第二氧化硅介质层和第二氮化硅介质层的厚度为200 500埃。所述重掺杂的发射极多晶硅层的厚度1500 2000埃。另外，本发明还公开了一种锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构的工艺实现方法，包括步骤I)利用有源区光刻，在P型衬 底打开浅槽区域，刻蚀，形成浅槽隔离区域；2)浅槽隔离区域填充氧化物，经刻蚀和研磨后，形成浅槽区隔离氧化物；3)P型衬底上光刻定义出齐纳二极管N区，采用与锗硅HBT三极管的集电区注入时的掺杂条件，通过离子注入P型杂质，形成齐纳二极管N区；所述离子注入可以是单次注入，也可以是多次注入，注入的杂质是砷或磷，注入的剂量范围为2 X IO12 5 X 1014cnT2，注入能量范围20 500KeV ；4)在浅槽区填充氧化物上表面，依次淀积第一氧化硅层和第一多晶硅层后，在该第一多晶硅层上外延生长锗硅外延层(即SiGe层)，以及在SiGe层之上依次淀积第一氧化娃介质层和第一氮化娃介质层；5)光刻并刻蚀上述的第一氧化娃层、第一多晶娃层、SiGe层、第一氧化娃介质层和第一氮化娃介质层；6)在齐纳二极管N区两端的上表面上，其每端的的上表面上依次淀积第二氧化硅介质层和第二氮化硅介质层后，在齐纳二极管N区上淀积SiGe HBT的发射极多晶硅层，且覆盖住第二氮化硅介质层，并对发射极多晶硅层进行重掺杂，作为齐纳二极管N区的引出电极，并在齐纳二极管N区的两侧进行光刻、刻蚀形成齐纳二极管P区窗口；7)在采用锗硅HBT的外基区注入时，齐纳二极管的有源区将同时被掺入高浓度的P型杂质，形成齐纳二极管P区；所述P型杂质为硼，注入的剂量范围为5X1014 lX1016cm_2，注入能量范围2 50KeV ；8)去除光刻胶后，在发射极多晶硅层的两侧淀积第二氧化硅层(厚度500 1200埃)，并干刻形成发射极侧墙。所述步骤6)中，重掺杂是通过高剂量的N型杂质注入到发射极多晶硅层，注入的剂量范围为5 X IO14 I X 1016cnT2，注入能量范围20 200KeV，并利用高温快速热退火进行激活和扩散。
本发明的锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构，实现了与锗硅BiCMOS工艺的完全集成。该器件结构的N区掺杂的掺杂条件与锗硅HBT高速三极管的集电区注入一致，并由同一步工艺条件来实现；P区是重掺杂，工艺条件与锗硅HBT的外基区注入一致，并由同一步工艺步骤来实现，因此，制作过程非常方便、成本低，而且该本发明的齐纳二极管可作为稳压器件，应用于锗硅BiCMOS的电路设计中。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是本发明的锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管的器件结构示意图；图2是本发明的刻蚀浅槽隔离区域之后的器件截面图；图3是本发明的浅槽隔离区域填充之后的器件截面图；图4是本发明的齐纳二极管N区注入之后的器件截面图；图5是本发明的外延SiGe层之后的器件截面图；图6是本发明的光刻并刻蚀多晶锗硅层及介质层之后的器件截面图；图7是本发明的淀积介质层并刻蚀齐纳二极管P区窗口之后的器件截面图；图8是本发明的齐纳二极管P区注入之后的器件截面图。图中附图标记说明如下 101为P型衬底102A为浅槽隔离区域102为浅槽区隔离氧化物103为齐纳二极管N区104为第一氧化娃层 105为第一多晶娃层 106为SiGe层107为第二氧化硅介质层 108为第二氮化硅介质层 109为发射极多晶硅
层110为光刻胶111为齐纳二极管P区112为发射极侧墙113为第一氧化硅介质层 114为第一氮化硅介质层115 为 P 区窗口
具体实施例方式本发明的锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构，如图1所示，包括P 型衬底 101;P型衬底101内形成的浅槽区填充氧化物102 ；浅槽区填充氧化物102上的按由下往上依次形成的第一氧化硅层104、第一多晶娃层105、SiGe层106、第一氧化娃介质层113和第一氮化娃介质层114 ；P型衬底101内形成的齐纳二极管N区103，该N区103的掺杂条件与锗硅HBT三极管的集电区注入一致；P型衬底101内形成的齐纳二极管P区111，该P区111是重掺杂，其形成的工艺条件与锗硅HBT的外基区注入一致；齐纳二极管N区103两端的上表面上分别形成的第二氧化硅介质层107，且该第二氧化娃介质层107之上设有第二氮化娃介质层108 ；重掺杂的发射极多晶硅层109，厚度1500 2000埃，位于齐纳二极管N区103之上，并覆盖住第二氮化硅介质层108 ；发射极侧墙112，位于齐纳二极管P区111之上，并与重掺杂的发射极多晶硅层109的两侧分别相邻；其中，所述齐纳二极管P区111位于N区103的两侧，N区103通过重掺杂的发射极多晶硅层109引出，且P区111分别与浅槽区填充氧化物102相邻。对于上述齐纳二极管结构的工艺实现方法，其步骤包括I)利用有源区光刻，在P型衬底101打开浅槽区域，刻蚀，形成浅槽隔离区域102A(如图2所示)；2)浅槽隔离区域102A填充氧化物，经刻蚀和研磨后，形成浅槽区隔离氧化物102 (如图3所示)，从而形成浅槽隔离区；其中，该浅槽区隔离氧化物102的厚度为2000 5000 埃；3) P型衬底101上光刻定义出齐纳二极管N区103，采用与锗硅HBT三极管的集电区注入时的掺杂条件，通过离子注入P型杂质，形成齐纳二极管管N区103 (如图4所示)；所述离子注入可以是单次注入，也可以是多次注入，注入的杂质是砷或磷，注入的剂量范围为2 X IO12 5 X 1014cnT2，注入能量范围20 500KeV ； 4)在浅槽区填充氧化物上表面，依次淀积第一氧化硅层104和厚度为200 500埃的第一多晶硅层105后，在该第一多晶硅层105上外延生长SiGe层106 (厚度200 1000埃)，以及在SiGe层106之上依次淀积第一氧化硅介质层113 (厚度为200 500埃)和第一氮化娃介质层114 (如图5所示)；5)光刻并刻蚀上述的第一氧化娃层104、第一多晶娃层105和SiGe层106,以及第一氧化硅介质层113和第一氮化硅介质层114(如图6所示)；6)在齐纳二极管N区103的两端的上表面上，其每端的的上表面上依次淀积第二氧化硅介质层107 (厚度200 500埃)和第二氮化硅介质层108 (厚度200 500埃)后，在齐纳二极管N区103上淀积SiGe HBT的发射极多晶硅层109，且覆盖住第二氮化硅介质层108，并对发射极多晶硅层109进行重掺杂，作为齐纳二极管N区的引出电极(厚度1500 2000埃)，并在齐纳二极管N区的两侧进行光刻、刻蚀形成齐纳二极管P区窗口115 (如图7所示)；其中，重掺杂是通过高剂量的N型杂质注入到发射极多晶硅层，注入的剂量范围为5 X IO14 I X IO16CnT2,注入能量范围20 200KeV，并利用高温快速热退火进行激活和扩散；7)在光刻胶110保护下，采用锗硅HBT的外基区注入，齐纳二极管的有源区将同时被掺入高浓度的P型杂质，形成齐纳二极管P区111 (如图8所示)；所述P型杂质为硼，注入的剂量范围为5X1014 lX1016cm_2，注入能量范围2 50KeV ；8)去除光刻胶110后，在发射极多晶硅层109两侧分别淀积第二氧化硅层(厚度500 1200埃)，并干刻，形成发射极侧墙112 (如图1所示)。上述制作的齐纳二极管可应用于锗硅BiCMOS的电路设计中，用于获得稳定电压。
权利要求
1.一种锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构，其特征在于，包括 P型衬底； P型衬底内形成的浅槽区填充氧化物； 浅槽区填充氧化物上表面的按由下往上依次形成的第一氧化硅层、第一多晶硅层、SiGe层、第一氧化娃介质层和第一氮化娃介质层； P型衬底内形成的齐纳二极管N区，该N区的掺杂条件与锗硅HBT三极管的集电区注入一致； P型衬底内形成的齐纳二极管P区，该P区是重掺杂，其形成的工艺条件与锗硅HBT的外基区注入一致； 齐纳二极管N区两端的上表面分别形成的第二氧化硅介质层，且该第二氧化硅介质层之上设有第二氮化硅介质层； 重掺杂的发射极多晶硅层，位于齐纳二极管N区之上，并覆盖住第二氮化硅介质层； 发射极侧墙，位于齐纳二极管P区之上，并与重掺杂的发射极多晶硅层的两侧分别相邻; 其中，所述齐纳二极管P区位于齐纳二极管N区的两侧，齐纳二极管N区通过重掺杂的发射极多晶硅层引出，且该齐纳二极管P区分别与浅槽区填充氧化物相邻。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述浅槽区填充氧化物的厚度为2000 5000 埃。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一多晶娃层和第一氧化娃介质层的厚度为200 500埃； 所述SiGe层的厚度为200 1000埃。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第二氧化硅介质层和第二氮化硅介质层的厚度为200 500埃。
5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述重掺杂的发射极多晶硅层的厚度1500 2000 埃。
6.如权利要求1所述的锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构的工艺实现方法，其特征在于，包括步骤 1)利用有源区光刻，在P型衬底打开浅槽区域，刻蚀，形成浅槽隔离区域； 2)浅槽隔离区域填充氧化物，经刻蚀和研磨后，形成浅槽区隔离氧化物； 3)P型衬底上光刻定义出齐纳二极管N区，采用与锗硅HBT三极管的集电区注入时的掺杂条件，通过离子注入P型杂质，形成齐纳二极管N区； 4)在浅槽区填充氧化物上表面，依次淀积第一氧化娃层和第一多晶娃层后，在该第一多晶硅层上外延生长SiGe层，以及在SiGe层之上依次淀积第一氧化硅介质层和第一氮化娃介质层； 5)光刻并刻蚀上述的第一氧化娃层、第一多晶娃层、SiGe层、第一氧化娃介质层和第一氮化硅介质层； 6)在齐纳二极管N区的两端的上表面上，其每端的的上表面上依次淀积第二氧化硅介质层和第二氮化硅介质层后，在齐纳二极管N区上淀积SiGe HBT的发射极多晶硅层，且覆盖住第二氮化硅介质层，并对发射极多晶硅层进行重掺杂，作为齐纳二极管N区的引出电极，并在齐纳二极管N区的两侧进行光刻、刻蚀，形成齐纳二极管P区窗口； 7)在采用锗硅HBT的外基区注入时，齐纳二极管的有源区将同时被掺入高浓度的P型杂质，形成齐纳二极管P区； 8)去除光刻胶后，在发射极多晶硅层两侧淀积第二氧化硅层，并干刻形成发射极侧墙。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，离子注入是单次注入或多次注入，注入的杂质是砷或磷，注入的剂量范围为2 X IO12 5X1014cm_2，注入能量范围20 5 00KeVo
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤6)中，重掺杂是通过高剂量的N型杂质注入到发射极多晶硅层，注入的剂量范围为5X IO14 IX 1016cm_2，注入能量范围20 200KeV，并利用高温快速热退火进行激活和扩散； 所述齐纳二极管N区的引出电极的厚度为1500 2000埃。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤7)中，P型杂质为硼，注入的剂量范围为5 X IO14 I X 1016cnT2，注入能量范围2 50KeV。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤8)中，第二氧化硅层的厚度为500 1200 埃。
全文摘要
本发明公开了一种锗硅BiCMOS中的横向齐纳二极管结构及其实现方法，该结构包括P型衬底，浅槽区填充氧化物，浅槽区填充氧化物上按由下往上依次形成的第一氧化硅层、第一多晶硅层、SiGe层、第一氧化硅介质层和第一氮化硅介质层，N区，P区，N区上形成的第二氧化硅介质层和第二氮化硅介质层，重掺杂的发射极多晶硅层、发射极侧墙；其实现方法主要在于1)N区掺杂条件与锗硅HBT三极管的集电区注入一致；2)P区是重掺杂，工艺条件与锗硅HBT的外基区注入一致；3)P区位于N区的两侧，N区通过重掺杂的发射极多晶硅引出。本发明实现了与锗硅BiCMOS工艺的完全集成，为锗硅BiCMOS的电路设计提供稳压器件。
文档编号H01L21/329GK103035749SQ201210008189
公开日2013年4月10日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者石晶, 刘冬华, 段文婷, 钱文生, 胡君 申请人:上海华虹Nec电子有限公司