專利名稱：鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種二極管的結構及實現方法，特別是涉及一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納(Zener) 二極管結構及其工藝實現方法。
背景技術：
由于現代通信對高頻帶下高性能、低噪聲和低成本的RF組件的需求，傳統的Si材料器件無法滿足性能規格、輸出功率和線性度新的要求，功率SiGe HBT(SiGe異質結雙極晶體管)則在更高、更寬的頻段的功放中發揮重要作用。與砷化鎵器件相比，雖然在頻率上還處劣勢，但SiGe HBT (鍺硅HBT)憑著更好的熱導率和良好的襯底機械性能，較好地解決了功放的散熱問題，SiGe HBT還具有更好的線性度、更高集成度；SiGe HBT仍然屬于硅基技術，和CMOS (互補金屬氧化物半導體)工藝有良好的兼容性，SiGe BiCMOS工藝為功放與邏輯控制電路的集成提供極大的便利，也降低了工藝成本。
齊納二極管(zener diodes，又叫穩壓二極管)，是一種晶體二極管，它是利用PN結的擊穿區具有穩定電壓的特性來工作的。穩壓管在穩壓設備和一些電子電路中獲得廣泛的應用。把這種類型的二極管稱為穩壓管，以區別用在整流、檢波和其他單向導電場合的二極管。穩壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當把穩壓管接入電路以后，若由于電源電壓發生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。穩壓管反向擊穿后，電流雖然在很大范圍內變化，但穩壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩壓管在電路中能起穩壓作用。因為這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用，其伏安特性見穩壓二極管可以串聯起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯就可獲得更多的穩定電壓。因此，需開發一種能與SiGe BiCMOS工藝集成的齊納二極管，以便獲得更好的穩定電壓。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納(Zener) 二極管結構及其工藝實現方法。該齊納二極管實現了與鍺硅BiCMOS工藝的完全集成，而且可給鍺硅BiCMOS的電路設計提供一種穩壓器件。為解決上述技術問題，本發明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構，包括P型襯底；P型襯底內形成的淺槽區填充氧化物，其厚度為2000 5000埃；淺槽區填充氧化物上表面的按由下往上依次形成的第一氧化硅層、第一多晶硅層、SiGe層、第一氧化娃介質層和第一氮化娃介質層；P型襯底內形成的齊納二極管N區，該N區的摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區注入一致；P型襯底內形成的齊納二極管P區，該P區是重摻雜，其形成的工藝條件與鍺硅HBT的外基區注入一致；齊納二極管N區兩端的上表面上分別形成的第二氧化硅介質層，且該第二氧化硅介質層之上設有第二氮化娃介質層；重摻雜的發射極多晶硅層，位于齊納二極管N區之上，并覆蓋住第二氧化硅介質層；發射極側墻，位于齊納二極管P區之上，并與重摻雜的發射極多晶硅層的兩側分別相鄰；其中，所述齊納二極管P區位于齊納二極管N區的兩側，齊納二極管N區通過重摻雜的發射極多晶硅層引出，且該齊納二極管P區分別與淺槽區填充氧化物相鄰。所述第一多晶娃層和第一氧化娃介質層的厚度為200 500埃。所述SiGe層的厚度為200 1000埃。所述第二氧化硅介質層和第二氮化硅介質層的厚度為200 500埃。所述重摻雜的發射極多晶硅層的厚度1500 2000埃。另外，本發明還公開了一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構的工藝實現方法，包括步驟I)利用有源區光刻，在P型襯 底打開淺槽區域，刻蝕，形成淺槽隔離區域；2)淺槽隔離區域填充氧化物，經刻蝕和研磨后，形成淺槽區隔離氧化物；3)P型襯底上光刻定義出齊納二極管N區，采用與鍺硅HBT三極管的集電區注入時的摻雜條件，通過離子注入P型雜質，形成齊納二極管N區；所述離子注入可以是單次注入，也可以是多次注入，注入的雜質是砷或磷，注入的劑量范圍為2 X IO12 5 X 1014cnT2，注入能量范圍20 500KeV ；4)在淺槽區填充氧化物上表面，依次淀積第一氧化硅層和第一多晶硅層后，在該第一多晶硅層上外延生長鍺硅外延層(即SiGe層)，以及在SiGe層之上依次淀積第一氧化娃介質層和第一氮化娃介質層；5)光刻并刻蝕上述的第一氧化娃層、第一多晶娃層、SiGe層、第一氧化娃介質層和第一氮化娃介質層；6)在齊納二極管N區兩端的上表面上，其每端的的上表面上依次淀積第二氧化硅介質層和第二氮化硅介質層后，在齊納二極管N區上淀積SiGe HBT的發射極多晶硅層，且覆蓋住第二氮化硅介質層，并對發射極多晶硅層進行重摻雜，作為齊納二極管N區的引出電極，并在齊納二極管N區的兩側進行光刻、刻蝕形成齊納二極管P區窗口；7)在采用鍺硅HBT的外基區注入時，齊納二極管的有源區將同時被摻入高濃度的P型雜質，形成齊納二極管P區；所述P型雜質為硼，注入的劑量范圍為5X1014 lX1016cm_2，注入能量范圍2 50KeV ；8)去除光刻膠后，在發射極多晶硅層的兩側淀積第二氧化硅層(厚度500 1200埃)，并干刻形成發射極側墻。所述步驟6)中，重摻雜是通過高劑量的N型雜質注入到發射極多晶硅層，注入的劑量范圍為5 X IO14 I X 1016cnT2，注入能量范圍20 200KeV，并利用高溫快速熱退火進行激活和擴散。
本發明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構，實現了與鍺硅BiCMOS工藝的完全集成。該器件結構的N區摻雜的摻雜條件與鍺硅HBT高速三極管的集電區注入一致，并由同一步工藝條件來實現；P區是重摻雜，工藝條件與鍺硅HBT的外基區注入一致，并由同一步工藝步驟來實現，因此，制作過程非常方便、成本低，而且該本發明的齊納二極管可作為穩壓器件，應用于鍺硅BiCMOS的電路設計中。
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1是本發明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管的器件結構示意圖；圖2是本發明的刻蝕淺槽隔離區域之后的器件截面圖；圖3是本發明的淺槽隔離區域填充之后的器件截面圖；圖4是本發明的齊納二極管N區注入之后的器件截面圖；圖5是本發明的外延SiGe層之后的器件截面圖；圖6是本發明的光刻并刻蝕多晶鍺硅層及介質層之后的器件截面圖；圖7是本發明的淀積介質層并刻蝕齊納二極管P區窗口之后的器件截面圖；圖8是本發明的齊納二極管P區注入之后的器件截面圖。圖中附圖標記說明如下 101為P型襯底102A為淺槽隔離區域102為淺槽區隔離氧化物103為齊納二極管N區104為第一氧化娃層 105為第一多晶娃層 106為SiGe層107為第二氧化硅介質層 108為第二氮化硅介質層 109為發射極多晶硅
層110為光刻膠111為齊納二極管P區112為發射極側墻113為第一氧化硅介質層 114為第一氮化硅介質層115 為 P 區窗口
具體實施例方式本發明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構，如圖1所示，包括P 型襯底 101;P型襯底101內形成的淺槽區填充氧化物102 ；淺槽區填充氧化物102上的按由下往上依次形成的第一氧化硅層104、第一多晶娃層105、SiGe層106、第一氧化娃介質層113和第一氮化娃介質層114 ；P型襯底101內形成的齊納二極管N區103，該N區103的摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區注入一致；P型襯底101內形成的齊納二極管P區111，該P區111是重摻雜，其形成的工藝條件與鍺硅HBT的外基區注入一致；齊納二極管N區103兩端的上表面上分別形成的第二氧化硅介質層107，且該第二氧化娃介質層107之上設有第二氮化娃介質層108 ；重摻雜的發射極多晶硅層109，厚度1500 2000埃，位于齊納二極管N區103之上，并覆蓋住第二氮化硅介質層108 ；發射極側墻112，位于齊納二極管P區111之上，并與重摻雜的發射極多晶硅層109的兩側分別相鄰；其中，所述齊納二極管P區111位于N區103的兩側，N區103通過重摻雜的發射極多晶硅層109引出，且P區111分別與淺槽區填充氧化物102相鄰。對于上述齊納二極管結構的工藝實現方法，其步驟包括I)利用有源區光刻，在P型襯底101打開淺槽區域，刻蝕，形成淺槽隔離區域102A(如圖2所示)；2)淺槽隔離區域102A填充氧化物，經刻蝕和研磨后，形成淺槽區隔離氧化物102 (如圖3所示)，從而形成淺槽隔離區；其中，該淺槽區隔離氧化物102的厚度為2000 5000 埃；3) P型襯底101上光刻定義出齊納二極管N區103，采用與鍺硅HBT三極管的集電區注入時的摻雜條件，通過離子注入P型雜質，形成齊納二極管管N區103 (如圖4所示)；所述離子注入可以是單次注入，也可以是多次注入，注入的雜質是砷或磷，注入的劑量范圍為2 X IO12 5 X 1014cnT2，注入能量范圍20 500KeV ； 4)在淺槽區填充氧化物上表面，依次淀積第一氧化硅層104和厚度為200 500埃的第一多晶硅層105后，在該第一多晶硅層105上外延生長SiGe層106 (厚度200 1000埃)，以及在SiGe層106之上依次淀積第一氧化硅介質層113 (厚度為200 500埃)和第一氮化娃介質層114 (如圖5所示)；5)光刻并刻蝕上述的第一氧化娃層104、第一多晶娃層105和SiGe層106,以及第一氧化硅介質層113和第一氮化硅介質層114(如圖6所示)；6)在齊納二極管N區103的兩端的上表面上，其每端的的上表面上依次淀積第二氧化硅介質層107 (厚度200 500埃)和第二氮化硅介質層108 (厚度200 500埃)后，在齊納二極管N區103上淀積SiGe HBT的發射極多晶硅層109，且覆蓋住第二氮化硅介質層108，并對發射極多晶硅層109進行重摻雜，作為齊納二極管N區的引出電極(厚度1500 2000埃)，并在齊納二極管N區的兩側進行光刻、刻蝕形成齊納二極管P區窗口115 (如圖7所示)；其中，重摻雜是通過高劑量的N型雜質注入到發射極多晶硅層，注入的劑量范圍為5 X IO14 I X IO16CnT2,注入能量范圍20 200KeV，并利用高溫快速熱退火進行激活和擴散；7)在光刻膠110保護下，采用鍺硅HBT的外基區注入，齊納二極管的有源區將同時被摻入高濃度的P型雜質，形成齊納二極管P區111 (如圖8所示)；所述P型雜質為硼，注入的劑量范圍為5X1014 lX1016cm_2，注入能量范圍2 50KeV ；8)去除光刻膠110后，在發射極多晶硅層109兩側分別淀積第二氧化硅層(厚度500 1200埃)，并干刻，形成發射極側墻112 (如圖1所示)。上述制作的齊納二極管可應用于鍺硅BiCMOS的電路設計中，用于獲得穩定電壓。
權利要求
1.一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構，其特征在于，包括 P型襯底； P型襯底內形成的淺槽區填充氧化物； 淺槽區填充氧化物上表面的按由下往上依次形成的第一氧化硅層、第一多晶硅層、SiGe層、第一氧化娃介質層和第一氮化娃介質層； P型襯底內形成的齊納二極管N區，該N區的摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區注入一致； P型襯底內形成的齊納二極管P區，該P區是重摻雜，其形成的工藝條件與鍺硅HBT的外基區注入一致； 齊納二極管N區兩端的上表面分別形成的第二氧化硅介質層，且該第二氧化硅介質層之上設有第二氮化硅介質層； 重摻雜的發射極多晶硅層，位于齊納二極管N區之上，并覆蓋住第二氮化硅介質層； 發射極側墻，位于齊納二極管P區之上，并與重摻雜的發射極多晶硅層的兩側分別相鄰; 其中，所述齊納二極管P區位于齊納二極管N區的兩側，齊納二極管N區通過重摻雜的發射極多晶硅層引出，且該齊納二極管P區分別與淺槽區填充氧化物相鄰。
2.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述淺槽區填充氧化物的厚度為2000 5000 埃。
3.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述第一多晶娃層和第一氧化娃介質層的厚度為200 500埃； 所述SiGe層的厚度為200 1000埃。
4.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述第二氧化硅介質層和第二氮化硅介質層的厚度為200 500埃。
5.如權利要求1所述的結構，其特征在于，所述重摻雜的發射極多晶硅層的厚度1500 2000 埃。
6.如權利要求1所述的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構的工藝實現方法，其特征在于，包括步驟 1)利用有源區光刻，在P型襯底打開淺槽區域，刻蝕，形成淺槽隔離區域； 2)淺槽隔離區域填充氧化物，經刻蝕和研磨后，形成淺槽區隔離氧化物； 3)P型襯底上光刻定義出齊納二極管N區，采用與鍺硅HBT三極管的集電區注入時的摻雜條件，通過離子注入P型雜質，形成齊納二極管N區； 4)在淺槽區填充氧化物上表面，依次淀積第一氧化娃層和第一多晶娃層后，在該第一多晶硅層上外延生長SiGe層，以及在SiGe層之上依次淀積第一氧化硅介質層和第一氮化娃介質層； 5)光刻并刻蝕上述的第一氧化娃層、第一多晶娃層、SiGe層、第一氧化娃介質層和第一氮化硅介質層； 6)在齊納二極管N區的兩端的上表面上，其每端的的上表面上依次淀積第二氧化硅介質層和第二氮化硅介質層后，在齊納二極管N區上淀積SiGe HBT的發射極多晶硅層，且覆蓋住第二氮化硅介質層，并對發射極多晶硅層進行重摻雜，作為齊納二極管N區的引出電極，并在齊納二極管N區的兩側進行光刻、刻蝕，形成齊納二極管P區窗口； 7)在采用鍺硅HBT的外基區注入時，齊納二極管的有源區將同時被摻入高濃度的P型雜質，形成齊納二極管P區； 8)去除光刻膠后，在發射極多晶硅層兩側淀積第二氧化硅層，并干刻形成發射極側墻。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中，離子注入是單次注入或多次注入，注入的雜質是砷或磷，注入的劑量范圍為2 X IO12 5X1014cm_2，注入能量范圍20 5 00KeVo
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟6)中，重摻雜是通過高劑量的N型雜質注入到發射極多晶硅層，注入的劑量范圍為5X IO14 IX 1016cm_2，注入能量范圍20 200KeV，并利用高溫快速熱退火進行激活和擴散； 所述齊納二極管N區的引出電極的厚度為1500 2000埃。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟7)中，P型雜質為硼，注入的劑量范圍為5 X IO14 I X 1016cnT2，注入能量范圍2 50KeV。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟8)中，第二氧化硅層的厚度為500 1200 埃。
全文摘要
本發明公開了一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結構及其實現方法，該結構包括P型襯底，淺槽區填充氧化物，淺槽區填充氧化物上按由下往上依次形成的第一氧化硅層、第一多晶硅層、SiGe層、第一氧化硅介質層和第一氮化硅介質層，N區，P區，N區上形成的第二氧化硅介質層和第二氮化硅介質層，重摻雜的發射極多晶硅層、發射極側墻；其實現方法主要在于1)N區摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區注入一致；2)P區是重摻雜，工藝條件與鍺硅HBT的外基區注入一致；3)P區位于N區的兩側，N區通過重摻雜的發射極多晶硅引出。本發明實現了與鍺硅BiCMOS工藝的完全集成，為鍺硅BiCMOS的電路設計提供穩壓器件。
文檔編號H01L21/329GK103035749SQ201210008189
公開日2013年4月10日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者石晶, 劉冬華, 段文婷, 錢文生, 胡君 申請人:上海華虹Nec電子有限公司