專利名稱：鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二極管的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，特別是涉及一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納(Zener) 二極管結(jié)構(gòu)及其工藝實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
由于現(xiàn)代通信對(duì)高頻帶下高性能、低噪聲和低成本的RF組件的需求，傳統(tǒng)的Si材料器件無(wú)法滿足性能規(guī)格、輸出功率和線性度新的要求，功率SiGe HBT(SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)則在更高、更寬的頻段的功放中發(fā)揮重要作用。與砷化鎵器件相比，雖然在頻率上還處劣勢(shì)，但SiGe HBT (鍺硅HBT)憑著更好的熱導(dǎo)率和良好的襯底機(jī)械性能，較好地解決了功放的散熱問(wèn)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(shù)，和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(wěn)壓二極管)，是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來(lái)工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶?chǎng)合的二極管。穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用，其伏安特性見(jiàn)穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用，通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。因此，需開(kāi)發(fā)一種能與SiGe BiCMOS工藝集成的齊納二極管，以便獲得更好的穩(wěn)定電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納(Zener) 二極管結(jié)構(gòu)及其工藝實(shí)現(xiàn)方法。該齊納二極管實(shí)現(xiàn)了與鍺硅BiCMOS工藝的完全集成，而且可給鍺硅BiCMOS的電路設(shè)計(jì)提供一種穩(wěn)壓器件。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)，包括P型襯底；P型襯底內(nèi)形成的淺槽區(qū)填充氧化物，其厚度為2000 5000埃；淺槽區(qū)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(zhì)層和第一氮化娃介質(zhì)層；P型襯底內(nèi)形成的齊納二極管N區(qū)，該N區(qū)的摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區(qū)注入一致；P型襯底內(nèi)形成的齊納二極管P區(qū)，該P(yáng)區(qū)是重?fù)诫s，其形成的工藝條件與鍺硅HBT的外基區(qū)注入一致；齊納二極管N區(qū)兩端的上表面上分別形成的第二氧化硅介質(zhì)層，且該第二氧化硅介質(zhì)層之上設(shè)有第二氮化娃介質(zhì)層；重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層，位于齊納二極管N區(qū)之上，并覆蓋住第二氧化硅介質(zhì)層；發(fā)射極側(cè)墻，位于齊納二極管P區(qū)之上，并與重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層的兩側(cè)分別相鄰；其中，所述齊納二極管P區(qū)位于齊納二極管N區(qū)的兩側(cè)，齊納二極管N區(qū)通過(guò)重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層引出，且該齊納二極管P區(qū)分別與淺槽區(qū)填充氧化物相鄰。所述第一多晶娃層和第一氧化娃介質(zhì)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(zhì)層和第二氮化硅介質(zhì)層的厚度為200 500埃。所述重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層的厚度1500 2000埃。另外，本發(fā)明還公開(kāi)了一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)方法，包括步驟I)利用有源區(qū)光刻，在P型襯 底打開(kāi)淺槽區(qū)域，刻蝕，形成淺槽隔離區(qū)域；2)淺槽隔離區(qū)域填充氧化物，經(jīng)刻蝕和研磨后，形成淺槽區(qū)隔離氧化物；3)P型襯底上光刻定義出齊納二極管N區(qū)，采用與鍺硅HBT三極管的集電區(qū)注入時(shí)的摻雜條件，通過(guò)離子注入P型雜質(zhì)，形成齊納二極管N區(qū)；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(zhì)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(qū)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(zhǎng)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(zhì)層和第一氮化娃介質(zhì)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(zhì)層和第一氮化娃介質(zhì)層；6)在齊納二極管N區(qū)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(zhì)層和第二氮化硅介質(zhì)層后，在齊納二極管N區(qū)上淀積SiGe HBT的發(fā)射極多晶硅層，且覆蓋住第二氮化硅介質(zhì)層，并對(duì)發(fā)射極多晶硅層進(jìn)行重?fù)诫s，作為齊納二極管N區(qū)的引出電極，并在齊納二極管N區(qū)的兩側(cè)進(jìn)行光刻、刻蝕形成齊納二極管P區(qū)窗口；7)在采用鍺硅HBT的外基區(qū)注入時(shí)，齊納二極管的有源區(qū)將同時(shí)被摻入高濃度的P型雜質(zhì)，形成齊納二極管P區(qū)；所述P型雜質(zhì)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(fā)射極多晶硅層的兩側(cè)淀積第二氧化硅層(厚度500 1200埃)，并干刻形成發(fā)射極側(cè)墻。所述步驟6)中，重?fù)诫s是通過(guò)高劑量的N型雜質(zhì)注入到發(fā)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(jìn)行激活和擴(kuò)散。
本發(fā)明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了與鍺硅BiCMOS工藝的完全集成。該器件結(jié)構(gòu)的N區(qū)摻雜的摻雜條件與鍺硅HBT高速三極管的集電區(qū)注入一致，并由同一步工藝條件來(lái)實(shí)現(xiàn)；P區(qū)是重?fù)诫s，工藝條件與鍺硅HBT的外基區(qū)注入一致，并由同一步工藝步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，制作過(guò)程非常方便、成本低，而且該本發(fā)明的齊納二極管可作為穩(wěn)壓器件，應(yīng)用于鍺硅BiCMOS的電路設(shè)計(jì)中。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1是本發(fā)明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的刻蝕淺槽隔離區(qū)域之后的器件截面圖；圖3是本發(fā)明的淺槽隔離區(qū)域填充之后的器件截面圖；圖4是本發(fā)明的齊納二極管N區(qū)注入之后的器件截面圖；圖5是本發(fā)明的外延SiGe層之后的器件截面圖；圖6是本發(fā)明的光刻并刻蝕多晶鍺硅層及介質(zhì)層之后的器件截面圖；圖7是本發(fā)明的淀積介質(zhì)層并刻蝕齊納二極管P區(qū)窗口之后的器件截面圖；圖8是本發(fā)明的齊納二極管P區(qū)注入之后的器件截面圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下 101為P型襯底102A為淺槽隔離區(qū)域102為淺槽區(qū)隔離氧化物103為齊納二極管N區(qū)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(zhì)層 108為第二氮化硅介質(zhì)層 109為發(fā)射極多晶硅
層110為光刻膠111為齊納二極管P區(qū)112為發(fā)射極側(cè)墻113為第一氧化硅介質(zhì)層 114為第一氮化硅介質(zhì)層115 為 P 區(qū)窗口
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括P 型襯底 101;P型襯底101內(nèi)形成的淺槽區(qū)填充氧化物102 ；淺槽區(qū)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(zhì)層113和第一氮化娃介質(zhì)層114 ；P型襯底101內(nèi)形成的齊納二極管N區(qū)103，該N區(qū)103的摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區(qū)注入一致；P型襯底101內(nèi)形成的齊納二極管P區(qū)111，該P(yáng)區(qū)111是重?fù)诫s，其形成的工藝條件與鍺硅HBT的外基區(qū)注入一致；齊納二極管N區(qū)103兩端的上表面上分別形成的第二氧化硅介質(zhì)層107，且該第二氧化娃介質(zhì)層107之上設(shè)有第二氮化娃介質(zhì)層108 ；重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層109，厚度1500 2000埃，位于齊納二極管N區(qū)103之上，并覆蓋住第二氮化硅介質(zhì)層108 ；發(fā)射極側(cè)墻112，位于齊納二極管P區(qū)111之上，并與重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層109的兩側(cè)分別相鄰；其中，所述齊納二極管P區(qū)111位于N區(qū)103的兩側(cè)，N區(qū)103通過(guò)重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層109引出，且P區(qū)111分別與淺槽區(qū)填充氧化物102相鄰。對(duì)于上述齊納二極管結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)方法，其步驟包括I)利用有源區(qū)光刻，在P型襯底101打開(kāi)淺槽區(qū)域，刻蝕，形成淺槽隔離區(qū)域102A(如圖2所示)；2)淺槽隔離區(qū)域102A填充氧化物，經(jīng)刻蝕和研磨后，形成淺槽區(qū)隔離氧化物102 (如圖3所示)，從而形成淺槽隔離區(qū)；其中，該淺槽區(qū)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(qū)103，采用與鍺硅HBT三極管的集電區(qū)注入時(shí)的摻雜條件，通過(guò)離子注入P型雜質(zhì)，形成齊納二極管管N區(qū)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(zhì)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(qū)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(zhǎng)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(zhì)層113 (厚度為200 500埃)和第一氮化娃介質(zhì)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(zhì)層113和第一氮化硅介質(zhì)層114(如圖6所示)；6)在齊納二極管N區(qū)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(zhì)層107 (厚度200 500埃)和第二氮化硅介質(zhì)層108 (厚度200 500埃)后，在齊納二極管N區(qū)103上淀積SiGe HBT的發(fā)射極多晶硅層109，且覆蓋住第二氮化硅介質(zhì)層108，并對(duì)發(fā)射極多晶硅層109進(jìn)行重?fù)诫s，作為齊納二極管N區(qū)的引出電極(厚度1500 2000埃)，并在齊納二極管N區(qū)的兩側(cè)進(jìn)行光刻、刻蝕形成齊納二極管P區(qū)窗口115 (如圖7所示)；其中，重?fù)诫s是通過(guò)高劑量的N型雜質(zhì)注入到發(fā)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(jìn)行激活和擴(kuò)散；7)在光刻膠110保護(hù)下，采用鍺硅HBT的外基區(qū)注入，齊納二極管的有源區(qū)將同時(shí)被摻入高濃度的P型雜質(zhì)，形成齊納二極管P區(qū)111 (如圖8所示)；所述P型雜質(zhì)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(fā)射極多晶硅層109兩側(cè)分別淀積第二氧化硅層(厚度500 1200埃)，并干刻，形成發(fā)射極側(cè)墻112 (如圖1所示)。上述制作的齊納二極管可應(yīng)用于鍺硅BiCMOS的電路設(shè)計(jì)中，用于獲得穩(wěn)定電壓。
權(quán)利要求
1.一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 P型襯底； P型襯底內(nèi)形成的淺槽區(qū)填充氧化物； 淺槽區(qū)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(zhì)層和第一氮化娃介質(zhì)層； P型襯底內(nèi)形成的齊納二極管N區(qū)，該N區(qū)的摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區(qū)注入一致； P型襯底內(nèi)形成的齊納二極管P區(qū)，該P(yáng)區(qū)是重?fù)诫s，其形成的工藝條件與鍺硅HBT的外基區(qū)注入一致； 齊納二極管N區(qū)兩端的上表面分別形成的第二氧化硅介質(zhì)層，且該第二氧化硅介質(zhì)層之上設(shè)有第二氮化硅介質(zhì)層； 重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層，位于齊納二極管N區(qū)之上，并覆蓋住第二氮化硅介質(zhì)層； 發(fā)射極側(cè)墻，位于齊納二極管P區(qū)之上，并與重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層的兩側(cè)分別相鄰; 其中，所述齊納二極管P區(qū)位于齊納二極管N區(qū)的兩側(cè)，齊納二極管N區(qū)通過(guò)重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層引出，且該齊納二極管P區(qū)分別與淺槽區(qū)填充氧化物相鄰。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述淺槽區(qū)填充氧化物的厚度為2000 5000 埃。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一多晶娃層和第一氧化娃介質(zhì)層的厚度為200 500埃； 所述SiGe層的厚度為200 1000埃。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二氧化硅介質(zhì)層和第二氮化硅介質(zhì)層的厚度為200 500埃。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層的厚度1500 2000 埃。
6.如權(quán)利要求1所述的鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括步驟 1)利用有源區(qū)光刻，在P型襯底打開(kāi)淺槽區(qū)域，刻蝕，形成淺槽隔離區(qū)域； 2)淺槽隔離區(qū)域填充氧化物，經(jīng)刻蝕和研磨后，形成淺槽區(qū)隔離氧化物； 3)P型襯底上光刻定義出齊納二極管N區(qū)，采用與鍺硅HBT三極管的集電區(qū)注入時(shí)的摻雜條件，通過(guò)離子注入P型雜質(zhì)，形成齊納二極管N區(qū)； 4)在淺槽區(qū)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(zhǎng)SiGe層，以及在SiGe層之上依次淀積第一氧化硅介質(zhì)層和第一氮化娃介質(zhì)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(zhì)層和第一氮化硅介質(zhì)層； 6)在齊納二極管N區(qū)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(zhì)層和第二氮化硅介質(zhì)層后，在齊納二極管N區(qū)上淀積SiGe HBT的發(fā)射極多晶硅層，且覆蓋住第二氮化硅介質(zhì)層，并對(duì)發(fā)射極多晶硅層進(jìn)行重?fù)诫s，作為齊納二極管N區(qū)的引出電極，并在齊納二極管N區(qū)的兩側(cè)進(jìn)行光刻、刻蝕，形成齊納二極管P區(qū)窗口； 7)在采用鍺硅HBT的外基區(qū)注入時(shí)，齊納二極管的有源區(qū)將同時(shí)被摻入高濃度的P型雜質(zhì)，形成齊納二極管P區(qū)； 8)去除光刻膠后，在發(fā)射極多晶硅層兩側(cè)淀積第二氧化硅層，并干刻形成發(fā)射極側(cè)墻。
7.如權(quán)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(zhì)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(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟6)中，重?fù)诫s是通過(guò)高劑量的N型雜質(zhì)注入到發(fā)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(jìn)行激活和擴(kuò)散； 所述齊納二極管N區(qū)的引出電極的厚度為1500 2000埃。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟7)中，P型雜質(zhì)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(quán)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(fā)明公開(kāi)了一種鍺硅BiCMOS中的橫向齊納二極管結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)方法，該結(jié)構(gòu)包括P型襯底，淺槽區(qū)填充氧化物，淺槽區(qū)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(zhì)層和第一氮化硅介質(zhì)層，N區(qū)，P區(qū)，N區(qū)上形成的第二氧化硅介質(zhì)層和第二氮化硅介質(zhì)層，重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅層、發(fā)射極側(cè)墻；其實(shí)現(xiàn)方法主要在于1)N區(qū)摻雜條件與鍺硅HBT三極管的集電區(qū)注入一致；2)P區(qū)是重?fù)诫s，工藝條件與鍺硅HBT的外基區(qū)注入一致；3)P區(qū)位于N區(qū)的兩側(cè)，N區(qū)通過(guò)重?fù)诫s的發(fā)射極多晶硅引出。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了與鍺硅BiCMOS工藝的完全集成，為鍺硅BiCMOS的電路設(shè)計(jì)提供穩(wěn)壓器件。
文檔編號(hào)H01L21/329GK103035749SQ201210008189
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者石晶, 劉冬華, 段文婷, 錢文生, 胡君 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司