專利名稱：鉗位二極管結構及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種二極管結構，特別是涉及一種鉗位二極管結構。本發明還涉及一種鉗位二極管結構的制備方法。
背景技術：
鉗位二極管被廣泛的應用在集成電路中，起到鉗位電壓的作用，如ESD保護電路中的鉗位二極管等等。通常這些鉗位二極管都是寄生在某個工藝中，且其電壓精度不高，其主要表現在I)其鉗位電壓面內分布不均勻普通邏輯工藝中寄生的二極管的反向擊穿通常發生在NP結的側面和底面，通常底面的擊穿會比較均勻，而NP結的側面擊穿受限于有源區和絕緣區(通常是淺溝槽絕緣區，STI)交界處的形成不好(通常是由于淺溝槽的邊界在硅片面內不能均勻形成)，導致其在硅片面內不均勻。2)其反向漏電流較大通常的鉗位二極管其有源區上都覆蓋有金屬硅化物以降低其電阻，而在有源區和絕緣區交界處有源區上的金屬硅化物通常就是漏電的主要來源， 其本質上是由于淺溝槽絕緣區在有源區和絕緣區交界處的形成不夠理想造成的，而同時金屬硅化物恰恰降低了有源區和絕緣區交界處的電阻，使其成為器件反向漏電的主要來源。3)其可靠性不夠理想鉗位二極管工作在反向擊穿區域，因此會反復處于反向擊穿與恢復的兩種狀態的切換過程之中，導致其反向擊穿電壓隨累計擊穿時間而產生裂化; 同時又由于不同工作溫度的影響，其反向擊穿電壓會產生漂移，導致不同工作溫度下的反向擊穿電壓的裂化。基于上述等原因，一般的鉗位二極管只能作為對鉗位電壓精度要求不高的鉗位器件，因為這些器件通常是寄生在某個工藝中，不會增加工藝成本。對于精度要求較高的電路，通常會采用帶隙參考(BGR)電路，但這類電路使用的器件過多，會增大芯片的面積，增加工藝成本。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種鉗位二極管結構，其反向擊穿電壓在硅片內分布均勻，反向擊穿漏電流小，且其能減小反向擊穿電壓隨時間和溫度的裂化程度，能作為高精度的鉗位二極管使用，替代部分帶隙參考電路。為此本發明還要提供一種所述鉗位二極管的制備方法。為解決上述技術問題，本發明的鉗位二極管結構，其包含P型有源區形成的陽極與N型阱區形成的陰極，所述P型有源區由P+摻雜區和P-摻雜區構成，該P-摻雜區位于該P型有源區與絕緣區的交界處，兩個所述P-摻雜區之間為所述P+摻雜區，該P+摻雜區
上覆蓋有金屬硅化物。所述位于P型有源區與絕緣區交界處的P-摻雜區上沒有金屬硅化物的覆蓋。版圖上所述P型有源區的四個頂角被設計為鈍角。
較佳的版圖上所述P型有源區的四個頂角被設計為倒角成45°。本發明的鉗位二極管結構的制備方法，包含如下步驟在硅襯底上形成有源區和場區；在制備鉗位二極管的區域注入N型雜質以形成N型阱區；形成N型阱區的引出區域; 形成P型有源區；其特征在于，所述P型有源區包括P+摻雜區和P-摻雜區，且P型有源區的形成包括如下步驟步驟一在所述N型阱區內預定的P型有源區內的不同區域分別進行P+摻雜和 P-摻雜，該P-摻雜區位于P型有源區和絕緣區的交界處，該P-摻雜區位于兩個P-摻雜區之間；步驟二 在所述P-摻雜區上覆蓋氧化層；步驟三在所述有源區上覆蓋金屬硅化物。通過本發明的鉗位二極管結構及其制備方法得到的二極管，其具有以下有益效果:由于組成陽極P型的有源區的兩部分中間是重參雜的P+型摻雜區，兩側與絕緣區交界的是輕參雜的P-摻雜區，相對該P-摻雜區，該P+摻雜區具有較小的電阻和反向擊穿電壓，因此在NP結反向擊穿時，P+摻雜區與N型的阱區的反向擊穿會早于P-摻雜區與N型的阱區的反向擊穿，所以該鉗位二極管的反向擊穿取決于該P +摻雜區與N型的阱區的反向擊穿，即且主要是NP結的底面擊穿。同時由于該P+摻雜區不與絕緣區(通常是淺溝槽絕緣區，STI)相交界，因此不會受絕緣區邊界質量問題的影響，所以該鉗位二極管的反向擊穿電壓在硅片面內的分布是均勻的，且偏差很小。由于P型有源區與絕緣區交界處為P型低摻雜注入(PLDD)，其電阻較大，且其上沒有覆蓋金屬硅化物，因此極大降低了該二極管的反向漏電流。同時該二極管的P型有源區的四個頂角在版圖上設計為鈍角，其在反向擊穿的工作狀態下，相對90°的頂角吸收較少的電子，即有較小的尖端放電效應，因此能改善反向擊穿電壓隨累計擊穿時間裂化的問題。最后本發明的二極管結構，其具有正的溫度系數，其與具有負的溫度系數的N型重摻雜與P型阱形成(N+/Pwell)工藝的二極管配合使用，能抵消組合電路的溫度系數，從而降低溫度引起的擊穿電壓的漂移。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖I為本發明鉗位二極管結構縱向界面圖；圖2為本發明鉗位二極管結構版圖設計示意圖；圖3為本發明鉗位二極管結構反向擊穿電壓隨時間裂化的關系。
具體實施例方式如圖I所示為本發明的鉗位二極管縱向結構示意圖，其基本結構由P型的有源區形成陽極與N型的阱區形成陰極組成。其中N型的阱區使用邏輯工藝中的Nwell，而其P型的有源區由兩部分組成P+摻雜區[I]和P-摻雜區[2]。該P-摻雜區[2]采用邏輯工藝中的P型輕參雜注入(PLDD)有源區來形成(其摻雜濃度范圍為IO19 102°/cm3左右)，且其位于P型有源區與絕緣區[3](通常是淺溝槽絕緣區，STI)的交界處，其上沒有覆蓋金屬硅化物，以增加其電阻值；所述P+摻雜區[I]使用邏輯工藝中的P型有源區(其摻雜濃度范圍為IO21 1023/cm3左右)，且其位于兩個所述P-摻雜區[2]之間，且其上覆蓋有金屬硅化物，以降低其電阻；工作時由于組成陽極的P型有源區中間是P+摻雜區[1]，兩側是P-摻雜區[2]， 該P+摻雜區[I]相對于該P-摻雜區[2]具有較小的電阻和較小的反向擊穿電壓，因此在 NP結反向擊穿時，該P+摻雜區[I]與N型的阱區的反向擊穿會早于該P-型摻雜區[2]與 N型的阱區的反向擊穿，所以該二極管的反向擊穿取決于該P+摻雜區[I]與N型的阱區的反向擊穿，從而使反向擊穿主要發生在NP結底面，如圖I所示，又因為P+摻雜區[I]并不與絕緣區[3](通常是淺溝槽絕緣區，STI)有交界處，因此不會受絕緣區[3]邊界質量問題的影響，所以二極管的反向擊穿電壓在硅片面內的分布是均勻的，且偏差很小。由于本發明在絕緣區[3]與P型有源區的交界處為P-摻雜區[2]，其能增大P型有源區與絕緣區[3]交界處的電阻，且其上沒有覆蓋金屬硅化物，能夠進一步增加此交界處的電阻，有效減小該二極管的反向擊穿漏電流。如圖2所示為本發明的二極管的版圖設計示意圖，其中P型有源區的的四個頂角被設計為倒角45°，相對于頂角90°版圖設計的二極管，該二極管在反向擊穿狀態時P型有源區的頂角會吸收較少的電子，從而該些減少對反向擊穿電壓的影響，如圖3所示，本發明的二極管當反向累計時間到1000秒時，其反向擊穿電壓從11. IV到11. 3V，裂化僅為
O.2V，表明該該二極管能有效改善反向工作時擊穿電壓隨累計反向擊穿時間的裂化問題。同時由于本發明具有正的溫度系數，工作時使其與具有負的溫度系數的N型重摻雜與P型阱形成的二極管配合使用，能相互抵消以減小整個組合電路的溫度系數，從而消除溫度引起的反向擊穿電壓的漂移。本發明的鉗位二極管的制備方法，包含如下步驟在硅襯底上形成有源區和場區； 在制備鉗位二極管的區域注入N型雜質以形成N型阱區；采用離子注入工藝在N型阱區的部分區域進行N+摻雜，以形成N型阱區的引出區域；形成P型有源區；其中，所述P型有源區包括P+摻雜區[I]和P-摻雜區[2]，且P型有源區的形成包括如下步驟步驟一在所述N型阱區內預定的P型有源區內的不同區域分別注入P型重摻雜和P型輕摻雜(其摻雜濃度范圍分別為IO21 IO2Vcm3和IO19 IO2Vcm3)以形成P+摻雜區[I]和P-摻雜區[2]，該P-摻雜區[2]位于P型有源區和絕緣區[3]的交界處，該P+型摻雜區[I]位于兩個P+摻雜區[2]之間；2)在所述低摻雜的P型高阻區上[2]覆蓋氧化層；3)在所述有源區上覆蓋金屬硅化物，由于在覆蓋金屬硅化物之前，P-摻雜區[2] 上已覆蓋有氧化層，因此金屬硅化物不能在P-摻雜區[2]上形成，而在P+摻雜區[I]和N 型阱區的引出區域上覆蓋有金屬硅化物，如圖I所示。綜上所述，上述說明僅為本發明較佳實施列，不能以此限制本發明的實施范圍，即凡依本發明的技術精神及特征所作的任何修改及變更，均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種鉗位二極管結構，其包含P型有源區形成的陽極與N型阱區形成的陰極，其特征在于所述P型有源區由P+摻雜區和P-摻雜區構成，該P-摻雜區位于該P型有源區與絕緣區的交界處，兩個所述P-摻雜區間為所述P+摻雜區，該P+摻雜區上覆蓋有金屬硅化物。
2.如權利要求I所述的鉗位二極管結構，其特征在于所述位于P型有源區與絕緣區交界處的P-摻雜區上沒有金屬硅化物的覆蓋。
3.如權利要求I所述的鉗位二極管結構，其特征在于版圖上所述P型有源區的四個頂角被設計為鈍角。
4.如權利要求3所述的鉗位二極管結構，其特征在于版圖上所述P型有源區的四個頂角被設計為倒角成45°。
5.一種權利要求I所述的鉗位二極管結構的制備方法，包含如下步驟在硅襯底上形成有源區和場區；在制備鉗位二極管的區域注入N型雜質以形成N型阱區；形成N型阱區的引出區域；形成P型有源區；其特征在于，所述P型有源區包括P+摻雜區和P-摻雜區，且P 型有源區的形成包括如下步驟步驟一在所述N型阱區內預定的P型有源區內的不同區域分別進行P+摻雜和P-摻雜，該P-摻雜區位于P型有源區和絕緣區的交界處，該P-摻雜區位于兩個P-摻雜區之間；步驟二 在所述P-摻雜區上覆蓋氧化層；步驟三在所述有源區上覆蓋金屬硅化物。
全文摘要
本發明公開了一種鉗位二極管結構，其由P型有源區形成的陽極與N型阱區形成的陰極構成，所述P型有源區由P+摻雜區和P-摻雜區構成，該P-摻雜區位于該P型有源區與絕緣區的交界處，兩個所述P-摻雜區間為所述P+摻雜區，該P+摻雜區上覆蓋有金屬硅化物，而所述P-摻雜區上沒有金屬硅化物的覆蓋。藉由本發明二極管結構，其反向擊穿只發生在所述P+摻雜區與N型阱區交界處的PN結，使擊穿電壓面內分布均勻，能降低該器件的反向擊穿漏電流，且其P型有源區頂角版圖上設計為倒角45°，因此能有效改善反向擊穿電壓隨時間的裂化問題，配合使用具有負溫度系數的P阱N型重摻雜的二極管，還能夠消除溫度引起的反向擊穿電壓的漂移。
文檔編號H01L29/06GK102610657SQ20111002251
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者仲志華 申請人:上海華虹Nec電子有限公司