專利名稱:一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,具體地說涉及一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管及其制作方法。
背景技術(shù):
靜電在自然界時(shí)刻都存在,當(dāng)芯片的外部環(huán)境或者芯片內(nèi)部累積的靜電荷,通過芯片的管腳流入或流出芯片內(nèi)部時(shí),瞬間產(chǎn)生的電流(峰值可達(dá)數(shù)安培)或電壓,就會(huì)損壞集成電路,使芯片功能失效。在集成電路(IC)的整個(gè)生命周期中,從制造、封裝、運(yùn)輸、裝配,甚至在完成的IC產(chǎn)品中,都時(shí)刻面臨著靜電放電(ESD)的沖擊。靜電防護(hù)無論對(duì)于電子產(chǎn)品制造商還是消費(fèi)者而言代價(jià)都很高。當(dāng)人體能感覺到靜電存在時(shí),其產(chǎn)生的靜電已經(jīng)達(dá)到了數(shù)萬伏特,足以損壞絕大部分的電子元器件。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展,特征尺寸進(jìn)一步縮小,元件密度越來越大,電子元器件遭受靜電損傷的可能性越來越大。所以,設(shè)計(jì)合格的靜電保護(hù)是所有產(chǎn)業(yè)化電子器件的應(yīng)有之義。因此需要設(shè)計(jì)一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管作為靜電保護(hù)器件,來滿足上述要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管,用于靜電保護(hù)應(yīng)用,具有良好的工藝兼容性,能滿足基本的靜電保護(hù)要求。本發(fā)明的另一目的在于提供一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管的制作方法。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管,包括半導(dǎo)體襯底、設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的柵氧層、 設(shè)置在所述柵氧上的多晶硅層以及設(shè)置在所述多晶硅層上的多層金屬,所述多層金屬包括第一金屬引出和第二金屬引出;所述多晶硅層為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級(jí)管;所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域;所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下設(shè)有高濃度注入?yún)^(qū)域;當(dāng)所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時(shí),所述第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極,所述第二金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極;當(dāng)所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時(shí),所述第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極,所述第二金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極。上述方案中,所述半導(dǎo)體襯底為娃、碳化娃、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。上述方案中,所述P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。上述方案中,所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種,所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管的制作方法,包括以下步驟(I)提供半導(dǎo)體襯底,并在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵氧層;(2)在所述柵氧層上形成多晶硅層,對(duì)所述多晶硅層注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì),經(jīng)退火形成PIN 二級(jí)管,所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)為注入P型雜質(zhì)或N型雜質(zhì)形成低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域;(3)在所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下,即所述柵氧層下形成有高濃度注入?yún)^(qū)域;(4)當(dāng)所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時(shí),通過第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極,通過第二金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極,形成觸發(fā)增強(qiáng)多晶二級(jí)管;當(dāng)所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時(shí),通過第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極,通過第二金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極,形成觸發(fā)增強(qiáng)多晶二級(jí)管。上述方案中,步驟(I)中所述半導(dǎo)體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。上述方案中,步驟(2)中所述P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任
意一種。上述方案中,步驟(2)中所述退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。上述方案中,步驟(3)中所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種,步驟(4)中所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。與現(xiàn)有技術(shù)方案相比,本發(fā)明采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下本發(fā)明提供的一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管,在柵氧層之上,淀積多晶硅層,并在其中注入P型及N型雜質(zhì),制成多晶PIN 二極管,然后在柵氧層下形成高濃度的注入?yún)^(qū)域,通過柵氧電容耦合脈沖電壓,增加I區(qū)載流子濃度,達(dá)到增強(qiáng)器件靜電保護(hù)能力。本發(fā)明具有良好的工藝兼容性,相比普通串聯(lián)多晶二極管,具有更強(qiáng)的靜電保護(hù)能力。
圖I為本發(fā)明一實(shí)施例提供的觸發(fā)增強(qiáng)多晶二級(jí)管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的觸發(fā)增強(qiáng)多晶二級(jí)管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為將本發(fā)明應(yīng)用于電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例I :參見圖1,本實(shí)施例提供的一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管,包括半導(dǎo)體襯底(13)、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底(13)上的柵氧層(2)、設(shè)置在柵氧層(2)上的多晶硅層(I)以及設(shè)置在多晶硅層(I)上的第一金屬引出(15)和第二金屬引出(16)。多晶硅層(I)為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級(jí)管,PIN 二級(jí)管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域,在PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下設(shè)有高濃度N+注入?yún)^(qū)域(14)。第一金屬引出(15)與PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)和PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度N+注入?yún)^(qū)域(14)連接形成陽極,第二金屬引出(16)與PIN 二級(jí)管的 N注入?yún)^(qū)連接形成陰極。本實(shí)施例中,半導(dǎo)體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。本實(shí)施例中,P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。本實(shí)施例中,第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種,第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。本實(shí)施例還提供一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管的制造方法,包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底(3)上形成柵氧層(2),并在其上形成多晶硅層(1),在柵氧層(2)上形成多晶硅層 (I),對(duì)多晶硅層(I)注入P型和N型雜質(zhì),經(jīng)退火形成PIN 二級(jí)管,PIN 二級(jí)管的I區(qū)為注入P型雜質(zhì)形成低濃度P-區(qū)域,分布如圖I所示。在所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下,即所述柵氧層下形成有高濃度N+注入?yún)^(qū)域14。由第一金屬引出(15)與PIN二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)和高濃度N+注入?yún)^(qū)域14連接形成陽極,通過第二金屬引出(16)與PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極,連接方式如圖I所示。本實(shí)施例中,退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。實(shí)施例2 參見圖2,本實(shí)施例提供的一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管,包括半導(dǎo)體襯底(23)、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底(23)上的柵氧層(2)、設(shè)置在柵氧層(2)上的多晶硅層(I)以及設(shè)置在多晶硅層(I)上的第一金屬引出(25)和第二金屬引出(26)。多晶硅層(I)為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級(jí)管,PIN 二級(jí)管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域,在PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下設(shè)有高濃度P+注入?yún)^(qū)域(24)。第一金屬引出(25)與PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極, 第二金屬引出(26)與PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)和PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度P+注入?yún)^(qū)域(24)連接形成陰極。本實(shí)施例中,半導(dǎo)體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。本實(shí)施例中,P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。本實(shí)施例中,第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種,第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。本實(shí)施例還提供一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管的制造方法,包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底(23)上形成柵氧層(2),并在其上形成多晶硅層(I),在柵氧層(2)上形成多晶硅層
(1),對(duì)多晶硅層(I)注入P型和N型雜質(zhì),經(jīng)退火形成PIN 二級(jí)管,PIN 二級(jí)管的I區(qū)為注入N型雜質(zhì)形成低濃度N-區(qū)域,分布如圖2所示。在所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下,即所述柵氧層下形成有高濃度P+注入?yún)^(qū)域(24)。由第一金屬引出(25)與PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極,通過第二金屬引出(26)與PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)和高濃度P+注入?yún)^(qū)域
(24)連接形成陰極,連接方式如圖2所示。本實(shí)施例中,退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。圖3為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體電路應(yīng)用示意圖。觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(31) (32)與柵端接地NMOS管(30)共同構(gòu)成全芯片靜電保護(hù)結(jié)構(gòu),保護(hù)核心電路(33)免于由VDD引腳(34)、信號(hào)引腳(35)和VSS引腳(36)而來的靜電沖擊的傷害。當(dāng)有正電荷沖擊信號(hào)引腳(315)時(shí),靜電電荷經(jīng)由觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(31)流入VDD引腳(34);或經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)和觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(32)流入VSS引腳
(36)。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊信號(hào)引腳(35)時(shí),靜電電荷經(jīng)由觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(32)流入VSS 引腳(36);或經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)和觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(32)流入VDD引腳(34)。 當(dāng)有正電荷沖擊VDD引腳(34)時(shí),靜電電荷經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)流入VSS引腳(36); 或經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)和觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(31)流入信號(hào)引腳(35)。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊VDD引腳(34)時(shí),靜電電荷經(jīng)由多晶硅雙極晶體管(30)流入VSS引腳(36);或經(jīng)由觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(31)流入信號(hào)引腳(35)。當(dāng)有正電荷沖擊VSS引腳(36)時(shí),靜電電荷經(jīng)由柵端接地NMOS管(30)流入VDD引腳(34);或經(jīng)由觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(32)流入信號(hào)引腳(35)。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊VSS引腳(36)時(shí),靜電電荷經(jīng)由柵端接地NMOS管(30) 流入VDD引腳(34);或經(jīng)由觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管(31)和柵端接地NMOS管(30)流入信號(hào)引腳(35)。由此避免了靜電電荷流入核心電路(33),使其免于靜電損傷。由本發(fā)明組成的全芯片靜電保護(hù)結(jié)構(gòu),經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明其工藝兼容性好,靜電保護(hù)能力高,具有良好的應(yīng)用前景。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管,其特征在于包括半導(dǎo)體襯底、設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的柵氧層、設(shè)置在所述柵氧上的多晶硅層以及設(shè)置在所述多晶硅層上的多層金屬,所述多層金屬包括第一金屬引出和第二金屬引出;所述多晶硅層為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN 二級(jí)管;所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域;所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下設(shè)有高濃度注入?yún)^(qū)域;當(dāng)所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時(shí),所述第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的 P注入?yún)^(qū)和所述PIN二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極,所述第二金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極;當(dāng)所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時(shí),所述第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的 P注入?yún)^(qū)連接形成陽極,所述第二金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極。
2.如權(quán)利要求I所述的多晶硅雙極晶體管,其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。
3.如權(quán)利要求I所述的多晶硅雙極晶體管,其特征在于所述P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。
4.如權(quán)利要求I所述的多晶硅雙極晶體管,其特征在于所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種,所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。
5.一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管的制作方法,其特征在于,包括以下步驟(1)提供半導(dǎo)體襯底,并在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵氧層;(2)在所述柵氧層上形成多晶硅層,對(duì)所述多晶硅層注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì),經(jīng)退火形成PIN 二級(jí)管,所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)為注入P型雜質(zhì)或N型雜質(zhì)形成低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域;(3)在所述PIN二級(jí)管的I區(qū)之下,即所述柵氧層下形成有高濃度注入?yún)^(qū)域;(4)當(dāng)所述PIN二極管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域時(shí),通過第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極,通過第二金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極,形成觸發(fā)增強(qiáng)多晶二級(jí)管;當(dāng)所述PIN 二極管的I區(qū)為低濃度N-區(qū)域時(shí),通過第一金屬引出與所述PIN 二級(jí)管的 P注入?yún)^(qū)連接形成陽極,通過第二金屬引出與所述PIN二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)和所述PIN 二級(jí)管的I區(qū)之下的高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陰極,形成觸發(fā)增強(qiáng)多晶二級(jí)管。
6.如權(quán)利要求5所述的多晶硅雙極晶體管,其特征在于,步驟(I)中所述半導(dǎo)體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。
7.如權(quán)利要求5所述的多晶硅雙極晶體管,其特征在于,步驟(2)中所述P型雜質(zhì)和N 型雜質(zhì)注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。
8.如權(quán)利要求5所述的多晶硅雙極晶體管,其特征在于,步驟(2)中所述退火為高溫快速退火、低溫爐管退火中任意一種。
9.如權(quán)利要求5所述的多晶硅雙極晶體管,其特征在于,步驟(3)中所述第一金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種,步驟(4)中所述第二金屬引出為鋁、銅及其化合物中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,具體地說涉及一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管。所述觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管,包括半導(dǎo)體襯底、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的柵氧層、設(shè)置在柵氧上的多晶硅層以及設(shè)置在多晶硅層上的多層金屬,多層金屬包括第一金屬引出和第二金屬引出;多晶硅層為注入了P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的PIN二級(jí)管;PIN二級(jí)管的I區(qū)為低濃度P-區(qū)域或低濃度N-區(qū)域;PIN二級(jí)管的I區(qū)之下設(shè)有高濃度注入?yún)^(qū)域;第一金屬引出與PIN二級(jí)管的P注入?yún)^(qū)和高濃度注入?yún)^(qū)域連接形成陽極,第二金屬引出與PIN二級(jí)管的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極。本發(fā)明還提供一種觸發(fā)增強(qiáng)多晶二極管的制作方法。本發(fā)明具有良好的工藝兼容性及更強(qiáng)的靜電保護(hù)能力。
文檔編號(hào)H01L23/60GK102593105SQ20121003982
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者姜一波, 杜寰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所