一种阳极浓度梯度线性分布的限幅二极管及其制备方法与流程

本发明涉及限幅二极管领域，特别是一种阳极浓度梯度线性分布的限幅二极管及其制备方法。

背景技术：

1、在模拟集成电路中，针对不同的电路需要，需要各种用途的二极管实现不同的设计需求。例如整流所需的限幅二极管，保护所需的tvs管，续流所需的旁路二极管等，而其中的限幅所需的限幅二极管又需各种幅度的二极管器件模型。而目前传统的bipolar工艺制程中，二极管依据限幅电压分布，由外延层对衬底之间的二极管高达几十伏，也有npn管的eb结限幅电压为7v左右，最低的为发射区对衬底之间的齐纳限幅二极管，一般可做到6.8v，但是除此之外，缺少由5v到30v之间可线性变化的二极管器件模型，大大限制了模拟成电路工艺的使用范围，降低了集成度。

技术实现思路

1、本发明提供一种阳极浓度梯度线性分布的限幅二极管及其制备方法，解决背景技术中的问题。为适应模拟集成电路不同限幅电压的二极管器件的应用需求，本发明采用套刻光罩与刻蚀技术，制作出扩散阻挡层呈阶梯状分布的扩散窗口，并通过一次离子注入，一次高温退火工艺形成浓度梯度与结深线性分布的p型扩散区作为二极管的阳极，同时利用双极工艺中的发射区注入工艺条件制作其中的阴极，最终研制出限幅电压不同的二极管器件模型，电路设计人员只需根据实际需求，选择放置在p型扩散区中不同位置的n+扩散区光罩、刻蚀与离子注入，并将其作为二极管阴极即可。

2、一种阳极浓度梯度线性分布的限幅二极管，包括从下到上依次堆叠的用于接地的p型衬底、用于隔离外延层的n型外延层、用于选择注入阻挡的扩散阻挡层、介质层、钝化保护层；还包括作为二极管阳极使用的p型扩散区；所述p型扩散区在n型外延层内；所述p型扩散区内设置有若干个n+扩散区；

3、所述p型衬底、n型外延层、扩散阻挡层、介质层、钝化保护层、p型扩散区和n+扩散区均为同轴的回转体；

4、还包括用于二极管阴极引出的若干第一金属层，以及用于走线使用的第二金属层；所述第一金属层一端与所述n+扩散区连接，另一端穿过所述扩散阻挡层和介质层与所述第二金属层连接；所述第二金属层在所述介质层上。

5、进一步地，还包括作为二极管阳极使用的p阱扩散区，所述p阱扩散区位于p型衬底与n型外延层交界处的中心；所述p阱扩散区与p型扩散区连接。

6、进一步地，所述p型扩散区由中心向外依次排列连接成一个完整窗口，结深由中心向外依次下降且掺杂浓度由中心向外依次降低。

7、进一步地，所述p型扩散区由外侧向中心依次排列连接成一个完整窗口，结深由外侧向中心依次下降且掺杂浓度由外侧向中心依次降低。

8、进一步地，所述p型扩散区包括第一p型扩散区、第二p型扩散区、第三p型扩散区和第四p型扩散区。

9、作为二极管阴极使用的n+扩散区置于第四p型扩散区上部作为二极管的阴极，并满足第四p型扩散区在加工中出现的横向扩散距离足以完全包裹n+扩散区，制备出限幅电压大于20v的限幅二极管；

10、作为二极管阴极使用的n+扩散区置于第四p型扩散区以及与其相邻的第三p型扩散区的上部作为二极管的阴极，并满足第四p型扩散区以及与其相邻的第三p型扩散区在加工中出现的横向扩散距离足以完全包裹作为二极管阴极使用的n+扩散区，制备出限幅电压15-20v的限幅二极管，限幅电压的具体数值由n+扩散区放置的位置决定；

11、作为二极管阴极使用的n+扩散区置于第三p型扩散区上部作为二极管的阴极，并满足第三p型扩散区在加工中出现的横向扩散距离足以完全包裹作为二极管阴极使用的n+扩散区，制备出限幅电压7-15v的限幅二极管。限幅电压的精度由n+扩散区放置的位置决定，例如放置于第三p型扩散区的n+扩散区在横向坐标上更靠近相邻的掺杂浓度低的第四p型扩散区时，所制作出的限幅二极管的限幅电压为14.4v。放置于第三p型扩散区的n+扩散区在横向坐标上更靠近相邻的掺杂浓度高的第二p型扩散区时，所制作出的限幅二极管的限幅电压为8.2v；

12、作为二极管阴极使用的n+扩散区置于第二p型扩散区与第三p型扩散区交叠区域的上部作为二极管的阴极，并满足第二p型扩散区与第三p型扩散区在加工中出现的横向扩散距离足以完全包裹作为二极管阴极使用的n+扩散区，制备出限幅电压6.8v的齐纳限幅二极管；

13、作为二极管阴极使用的n+扩散区置于第二p型扩散区的上部作为二极管的阴极，并满足第二p型扩散区在加工中出现的横向扩散距离足以完全包裹权作为二极管阴极使用的n+扩散区，制备出限幅电压为5.5v的限幅二极管；

14、作为二极管阴极使用的n+扩散区置于第一p型扩散区的上部作为二极管的阴极，并满足第一p型扩散区在加工中出现的横向扩散距离足以完全包裹作为二极管阴极使用的n+扩散区，制备出限幅电压为3.3v的限幅二极管；

15、p阱扩散区由中高能量的离子注入技术在外延之前掺入硼杂质制成，此p阱扩散区作为二极管管的阳极层穿过n型外延层与p型扩散区相通作为二极管的阳极使用，同时与p型衬底相通可以固定二极管的阳极结电路的最低电位，若二极管的阳极需要自有电位，则二极管的阳极p型扩散区下方则无需制作p阱扩散区，并通过n型外延层实现与电路的最低电位电气隔离。

16、一种阳极浓度梯度线性分布的限幅二极管的制备方法，至少包括：先在p型衬底上构建厚度由外侧向中心依次下降或由中心向外依次下降的扩散阻挡层；以及，向前述p型衬底离子注入或者扩散掺入硼形成所述p阱扩散区；所述p型衬底为晶向为<100)的掺硼的p型衬底，或晶向为<111)的掺硼的p型衬底，掺杂浓度范围为1e12cm-3到1e15cm-3。

17、进一步地，所述n型外延层为基底通过掺入pocl3形成，通过加热将四氯化硅、硅烷、三氯氢硅或二氯二氢硅气化并在p型衬底上与氢气反应或自身发热分解，还原成硅并掺入磷离子或砷离子或锑离子杂质做成n型外延层，n型外延层的厚度为2-13um，掺杂浓度为1e13cm-3到1e16cm-3。

18、进一步地，所述p型扩散区采用套刻工艺形成一个完整窗口，并通过一次硼离子的注入形成浓度梯度阶梯分布的p型扩散区域。

19、进一步地，所述p型扩散区采用套刻工艺形成一个完整窗口，并通过一次硼离子的注入形成浓度梯度阶梯分布的p型扩散区域。

20、进一步地，所述扩散阻挡层的厚度阶梯分布的注入窗口由外侧向中心逐步光罩刻蚀完成，或，由中心向外侧逐步光罩刻蚀完成。

21、进一步地，所述n+扩散器区采用离子注入磷杂质或者砷杂质。

22、进一步地，介质层、钝化层保护下面的pn结不受水汽或者杂质沾污，所述扩散阻挡层、介质层和钝化层为氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或者以上两到三种材料的组合。

23、本发明的有益效果在于：

24、(1)通过结构改进，制造由5v到30v之间可线性变化的二极管器件。

25、(2)由于设计了多个不同限幅电压的p型扩散区，具体的限幅电压可以随引出的p型扩散区的不同而变化，使用更加灵活，不需要重新设计不同限幅电压的二极管。

26、(3)p型扩散区通过一次硼离子注入，实现阳极浓度和结深的梯度变化，制备工艺简单。