一种稳压二极管及其制作方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种稳压二极管及其制作方法。

背景技术：

N型半导体和P型半导体之中的载流子分别是自由电子和空穴，N型半导体和P型半导体二者物理接触即构成PN结，PN结内部的载流子(自由电子和空穴)发生复合，形成耗尽层。当PN结反向偏置(N区接高电位，P区接低电位)，其耗尽层展宽；当PN结反偏电压增大到一定值时，反向电流会急剧增大，这种现象称为PN结反向击穿，反向击穿发生时的电压值称为反向击穿电压。PN结的反向击穿包括雪崩击穿和隧道击穿两种类型，对轻掺杂的PN结，其耗尽层较宽，通常其击穿类型为雪崩击穿，PN发生雪崩击穿时的电压值称为雪崩击穿电压；对重掺杂的PN结，其耗尽层较窄，通常其击穿类型为隧道击穿。PN结的N区(或/及P区)的掺杂浓度越高，则PN结的耗尽层越窄，反向击穿电压越小；反之，PN结的N区(或/及P区)的掺杂浓度越低，则PN结的耗尽层越宽，反向击穿电压越大。

稳压二极管，是一种专门工作在反向击穿状态的二极管，直到临界反向击穿电压前都具有很高的阻抗，当反向电压达到临界击穿电压时，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区之中电流增加而电压保持恒定，这一恒定的电压即稳压二极管的稳定电压。稳压二极管正是按照其稳定电压的大小来分档的，当其稳定电压小于4伏时，其温度系数为负，当大于7伏时，其温度系数为正，所以通常把稳压二极管的稳定电压设计在4～7伏范围内，此时温度系数接近于零，因此被广泛的应用在集成电路中。

稳压二极管的核心结构为PN结，稳压二极管的反向击穿电压通常 等于其PN结的反向击穿电压。现有技术中，为制作稳压二极管，通常设置重掺杂的N区(或P区)，以及设置轻掺杂的P区(或N区)，通过调整轻掺杂区域的掺杂浓度，实现所要的反向击穿电压。这种方法比较简单，但稳压二极管的稳定电压主要依赖于轻掺杂P区(或N区)的掺杂浓度，而且在实践工艺中发现，所述轻掺杂P区(或N区)的掺杂浓度折算成离子注入剂量为3E13～3E14范围，这种数量级的离子注入工艺往往无法与集成电路中的其它离子注入工艺步骤进行整合，因此必须为实现稳压二极管而专门设置光刻、掺杂(离子注入)工艺步骤，工艺步骤增加，制造成本比较高。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种稳压二极管及其制作方法，能够解决现有技术中存在的需要针对稳压二极管的轻掺杂区专门设置光刻、掺杂工艺，产生的制造成本较高的问题。

第一方面，本发明提供了一种稳压二极管，包括：第一导电类型的衬底，形成于所述衬底表层的第二导电类型的第一掺杂区，在所述衬底上依次形成的第一氧化层、第二氧化层，以及形成于所述第一掺杂区中有源区的第一导电类型的第二掺杂区和第二导电类型的第三掺杂区；

所述第一掺杂区和所述第二掺杂区构成PN结；

所述第二掺杂区和所述第三掺杂区之间的距离小于所述PN结发生雪崩击穿时的耗尽层宽度。

优选地，所述第一导电类型和所述第二导电类型为N型或P型，且所述第一导电类型与所述第二导电类型相反。

优选地，所述第一氧化层位于所述第一掺杂区的场区表面，所述第一氧化层的厚度为2000埃至20000埃。

优选地，所述第二氧化层位于所述第一掺杂区的有源区表面，所述第二氧化层的厚度为50埃至1000埃。

优选地，所述第一掺杂区为轻掺杂区，掺杂浓度为1E12至5E13原子/平方厘米。

优选地，所述第二掺杂区为重掺杂区，掺杂浓度为5E14至1E16原子/平方厘米。

优选地，所述第三掺杂区为重掺杂区，掺杂浓度为5E14至1E16原子/平方厘米。

优选地，所述N型的掺杂元素为磷、砷或者锑；所述P型的掺杂元素为硼。

第二方面，本发明提供了一种稳压二极管的制作方法，包括：

在第一导电类型的衬底的表层之中形成第二导电类型的第一掺杂区；

在所述第一掺杂区的预设场区表面形成第一氧化层；

在所述第一掺杂区的预设有源区表面形成第二氧化层；

在所述第一掺杂区的预设有源区形成第一导电类型的第二掺杂区和第二导电类型的第三掺杂区，

所述第一掺杂区和所述第二掺杂区构成PN结；

所述第二掺杂区和所述第三掺杂区之间的距离小于所述PN结发生雪崩击穿时的耗尽层宽度。

优选地，所述第一导电类型和所述第二导电类型为N型或P型，且所述第一导电类型与所述第二导电类型相反。

由上述技术方案可知，通过本发明提供的一种稳压二极管及其制作方法，通过设置合理的第二掺杂区与第三掺杂区的间隔距离，以达到所需的稳定电压，而无需像现有方法那样主要依赖于调整轻掺杂区域的掺杂浓度以达到所需的稳定电压，简化了工艺步骤，并降低了制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的稳压二极管制作方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施例提供的形成第一掺杂区的示意图；

图3是本发明另一实施例提供的形成第一氧化层的示意图；

图4是本发明另一实施例提供的形成沟槽的示意图；

图5是本发明另一实施例提供的形成第二掺杂区和第三掺杂区的示意图；

图6是本发明另一实施例提供的形成第二氧化层的示意图；

图7是本发明另一实施例提供的一种稳压二极管制作方法的流程示意图。

图2至图6中：1——衬底；2——第一掺杂区；3——第一氧化层；4——第二氧化层；5——第二掺杂区；6——第三掺杂区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图6所示，本发明一实施例提供了一种稳压二极管，该稳压二极管包括：第一导电类型的衬底1，形成于所述衬底1表层的第二导电类型的第一掺杂区2，在所述衬底1上依次形成的第一氧化层3、第二氧化层4，以及形成于所述第一掺杂区中有源区的第一导电类型的第二掺杂区5和第二导电类型的第三掺杂区6。

其中，第一掺杂区1和第二掺杂区2构成PN结；第二掺杂区5 和第三掺杂区6之间的距离S小于所述PN结发生雪崩击穿时的耗尽层宽度。

本实施例中，所述第一导电类型和所述第二导电类型为N型或P型，且所述第一导电类型与所述第二导电类型相反。

具体来说，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型，或第一导电类型为P型，第二导电类型为N型，则第二导电类型的第一掺杂区和第一导电类型的第二掺杂区形成PN结。

本实施例中，所述第一氧化层3位于所述第一掺杂区2的预设场区表面，且所述第一氧化层3的厚度为2000埃至20000埃。

本实施例中，所述第二氧化层4位于所述第一掺杂区2的预设有源区表面，且所述第二氧化层4的厚度为50埃至1000埃。

需要说明的是，在半导体集成电路中，由场氧化层(厚氧化层)覆盖的区域称之为“场区”，场区之外的区域称之为“有源区”，“有源区”是半导体器件的主要工作区域，“场区”的主要作用在于相邻半导体器件之间的隔离。

本实施例中，所述第一掺杂区2为轻掺杂区，掺杂浓度折算为离子注入剂量为1E12至5E13原子/平方厘米。

本实施例中，所述第二掺杂区5为重掺杂区，掺杂浓度折算为离子注入剂量为5E14至1E16原子/平方厘米。

本实施例中，所述第三掺杂区6为重掺杂区，掺杂浓度为5E14至1E16原子/平方厘米。

其中，所述N型的掺杂元素为磷、砷或者锑；所述P型的掺杂元素为硼。

具体来说，当所述第二导电类型为N型，则所述第一掺杂区2的掺杂元素为磷、砷或者锑；当所述第二导电类型为P型，则所述第一掺杂区2的掺杂元素为硼。当所述第一导电类型为N型，则所述第二掺杂区5的掺杂元素为磷、砷或者锑；当所述第一导电类型为P型，则所述第二掺杂区5的掺杂元素为硼。当所述第二导电类型为N型， 则所述第三掺杂区6的掺杂元素为磷、砷或者锑；当所述第二导电类型为P型，则所述第三掺杂区6的掺杂元素为硼。

本实施例中提供的的稳压二极管中，第二掺杂区5与第三掺杂区6的间隔距离S小于由第一掺杂区2和第二掺杂区5组成的PN结发生雪崩击穿时的耗尽层宽度，也就是说，当所述PN结反向偏置时，其反偏电压达到雪崩击穿电压之前，第二掺杂区5与第三掺杂区6之间区域的第一掺杂区2已完全由耗尽区填充，耗尽层宽度不再随反偏电压而增大，也即：当耗尽层宽度刚好展宽至第二掺杂区5与第三掺杂区6的间隔区域时，对应的反偏电压等于稳压二极管的稳定电压。

由此可知，本实施例中的稳压二极管，可以通过设置合理的预设S值(第二掺杂区5与第三掺杂区6的间隔距离)以达到所需的稳定电压，而无需像现有方法那样主要依赖于调整轻掺杂区域的掺杂浓度(本发明中为第一掺杂区2)以达到所需的稳定电压，也就是说，本实施例中的稳压二极管对轻掺杂区(第一掺杂区2)没有依赖性的要求。

而且，第一掺杂区2的掺杂浓度折算成离子注入剂量为1E12～5E13原子/平方厘米，这种数量级的离子注入工艺很容易与集成电路中的其它离子注入工艺步骤(比如CMOS集成电路的阱掺杂工艺)进行整合，从而降低工艺成本。

如图1所示，本发明另一实施例提供了一种稳压二极管的制作方法，该方法包括如下步骤：

S1：在第一导电类型的衬底的表层之中形成第二导电类型的第一掺杂区；

S2：在所述第一掺杂区的预设场区表面形成第一氧化层；

S3：在所述第一掺杂区的预设有源区表面形成第二氧化层；

S4：在所述第一掺杂区的预设有源区形成第一导电类型的第二掺杂区和第二导电类型的第三掺杂区，

其中，所述第一掺杂区和所述第二掺杂区构成PN结；所述第二掺杂区和所述第三掺杂区之间的距离小于所述PN结发生雪崩击穿时的 耗尽层宽度。

本实施例中，所述第一导电类型和所述第二导电类型为N型或P型，且所述第一导电类型与所述第二导电类型相反。

本实施例中，步骤S1中形成第一掺杂区2的工艺方法为离子注入，且注入剂量为1E12～5E13原子/平方厘米。

步骤S4中形成第二掺杂区5的工艺方法为离子注入，注入剂量为5E14～1E16原子/平方厘米；形成第三掺杂区6的工艺方法为离子注入，注入剂量为5E14～1E16原子/平方厘米。

本实施例提供的稳压二极管制作方法，通过设置合理的第二掺杂区与第三掺杂区的间隔距离，以达到所需的稳定电压，而无需像现有方法那样主要依赖于调整轻掺杂区域的掺杂浓度以达到所需的稳定电压。简化了工艺步骤，并降低了制造成本。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面举出一种更加具体的实施例，如图7所示，上述稳压二极管的制作方法可具体包括以下步骤：

S10：对第一导电类型的衬底1进行离子注入，形成第二导电类型的第一掺杂区2，如图2所示；

其中，第一导电类型和第二导电类型为N型或P型，且第一导电类型和第二导电类型相反。具体来说，对衬底1注入离子的剂量为1E12至5E13原子/平方厘米，形成轻掺杂的第一掺杂区。

S20：在第一掺杂区2的表面形成第一氧化层3，如图3所示；

其中，第一氧化层3为场区氧化层，则第一氧化层3的厚度为2000至20000埃。

S30：对第一氧化层3进行刻蚀，形成贯穿第一氧化层3并与第一掺杂区2接触的沟槽，如图4所示；

需要说明的是，本步骤中，形成的沟槽贯穿第一氧化层3与第一掺杂区接触，且两个沟槽之间的距离S小于第一掺杂区2和第二掺杂区5构成PN结发生雪崩击穿时的耗尽层宽度，使得后续从沟槽内注入 离子形成的第二掺杂区5和第三掺杂区6之间的距离S小于第一掺杂区2和第二掺杂区5构成PN结发生雪崩击穿时的耗尽层宽度。

S40：在所述沟槽中分别注入离子，形成第一导电类型的第二掺杂区5和第二导电类型的第三掺杂区6，如图5所示；

其中，在两个沟槽内注入不同的离子，形成导电类型相反的第二掺杂区5和第三掺杂区6。具体来说，在沟槽内注入离子的剂量均为5E14至1E16原子/平方厘米，形成重掺杂的第二掺杂区5和重掺杂的第三掺杂区6。且第二导电类型的第一掺杂区2和第一导电类型的第二掺杂区5构成了PN结。

S50：在所述沟槽内形成第二氧化层4，如图6所示。

其中，第二氧化层4为有源区氧化层，第二氧化层4的厚度为50至1000埃。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。