專利名稱：半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的結(jié)構(gòu)和制造方法，尤其涉及一種制造低伏 齊納穩(wěn)壓管的結(jié)構(gòu)和制造方法。
背景技術(shù)：
電子產(chǎn)品中廣泛運(yùn)用半導(dǎo)體齊納穩(wěn)壓器件于低伏電壓箝位，這種低伏穩(wěn)壓器件是由一個反向偏置的P + N+結(jié)形成。這種穩(wěn)壓器件在低于7V范圍所依賴的是穿越 勢壘的電流形成的齊納擊穿。傳統(tǒng)在這種低伏穩(wěn)壓器件中為克服表面的結(jié)漏電，在 平面結(jié)的邊緣建構(gòu)有擴(kuò)散形成的深PN結(jié)截止環(huán)。由于截止環(huán)是形成在低阻的村底 上，其表面的補(bǔ)償摻雜濃度必須很高，結(jié)的深度要很大。其結(jié)果是PN結(jié)截止環(huán)本 身的漏電由于高度雜質(zhì)補(bǔ)償帶來的位錯而變得很大。工藝也因此變得復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低電壓半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，來抑制反向漏電流。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種低電壓半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，來提高 反向擊穿電壓的一致性。本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，所述穩(wěn)壓器件包括一由第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底基片，即第一半導(dǎo)體區(qū)； 一建構(gòu)于所述第一半導(dǎo)體區(qū)表面的具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)；一建構(gòu)于所述第一半導(dǎo)體區(qū)表面的具有第二導(dǎo)電性的且雜質(zhì)固濃度高的多晶硅層；一建構(gòu)于所述第二半導(dǎo)體區(qū)周圍的多晶硅-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)； 其中，在所述具有第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的第一半導(dǎo)體區(qū)和具有第二導(dǎo)電性 的第二半導(dǎo)體區(qū)形成的PN結(jié)上施加有反向偏置，所述多晶硅-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在所述反向偏置下感應(yīng)產(chǎn)生的第一半導(dǎo)體區(qū)的表面耗盡和電場分散，以產(chǎn)生所述穩(wěn) 壓器件的理想穩(wěn)壓特性。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其中，所述具有第一導(dǎo)電性的第一半導(dǎo)體區(qū)是重?fù)诫s的上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其中，所述具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)是重?fù)?雜的。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其中，所述第二半導(dǎo)體區(qū)的具有第二導(dǎo)電性的重?fù)?雜是由摻雜的多晶硅層引入的。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其中，所述多晶硅-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)存在于所述第 二半導(dǎo)體區(qū)的周邊，是由摻雜的多晶硅，二氧化硅層，第一半導(dǎo)體區(qū)所構(gòu)成的。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其中，所述襯底基片由低阻值的半導(dǎo)體構(gòu)成，其電阻率高于0. 001歐姆.厘米。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其中，所述第一導(dǎo)電性是N型，所述第二導(dǎo)電性是P型。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其中，所述第一導(dǎo)電性是P型，所述第二導(dǎo)電性是N型。本發(fā)明另外提出了一種半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，包括 在由第 一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的村底基片上生長第一二氧化硅層； 在所述第一二氣化硅層由二氧化硅層光刻和腐蝕形成第一窗口 ，在第一窗口 中生長第二二氧化硅層；在所述第一窗口中由二氧化硅層光刻和腐蝕形成一個比所述笫一窗口小的第 二窗口；在所迷第一窗口上沉積一層多晶硅并對所述多晶硅摻以第二導(dǎo)電性雜質(zhì)；所述多晶硅經(jīng)由干法或濕法腐蝕成所需圖形，并進(jìn)一步對所述第二導(dǎo)電性雜 質(zhì)通過所迷第二窗口作推進(jìn)擴(kuò)散以形成重?fù)诫s的具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，所述襯底基片由低阻值的半導(dǎo)體 構(gòu)成，其電阻率高于0.001歐姆 厘米。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，所述的第二半導(dǎo)體區(qū)是在第二窗 口內(nèi)形成的。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，位于第一窗口和第二窗口之間的 環(huán)形區(qū)域構(gòu)成多晶硅-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，由覆蓋的所述多晶硅，第二二氧化硅層 和第一半導(dǎo)體區(qū)形成。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，所述第二二氧化硅層的厚度在20埃至1000埃之間。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，以低壓化學(xué)沉積法沉積的多晶硅 層的厚度在1000埃至3000埃。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，對所述多晶硅層摻入所述第二導(dǎo) 電型雜質(zhì)的方式包括離子注入或雜質(zhì)源擴(kuò)散。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，所述第二導(dǎo)電性雜質(zhì)推進(jìn)擴(kuò)散中 的溫度在900攝氏度到1200攝氏度之間。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，所述第一導(dǎo)電性是N型，所述第 二導(dǎo)電性是P型。上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其中，所述第一導(dǎo)電性是P型，所述第 二導(dǎo)電性是N型。本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本發(fā)明的穩(wěn)壓器件中平面PN結(jié)的邊 緣是通過金屬(多晶硅)-絕緣層-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體表面電荷耗盡來截 止的。這樣做的好處是二方面的l)制造工藝中省卻了傳統(tǒng)的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)；2) MIS 結(jié)構(gòu)分散了平面PN結(jié)的邊緣電場從而更有效地抑制邊緣漏電。
圖l是本發(fā)明的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的一個實(shí)施例的截面圖。圖2至圖3是本發(fā)明的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造過程的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。圖1示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體穩(wěn)壓管的一個較佳實(shí)施例的截面，本實(shí)施例以 P + N + 二層結(jié)構(gòu)來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件中，N型半導(dǎo)體構(gòu)成底部 的襯底基片1,襯底基片由低阻值的半導(dǎo)體構(gòu)成，其電阻率高于0. 001歐姆'厘米，在襯底基片1上覆蓋一層二氧化硅3。襯底基片1可以是重?fù)诫s的。P +擴(kuò)散區(qū)7 是由P型重?fù)诫s的多晶硅層8對硅表面擴(kuò)散形成的。由于P型雜質(zhì)在多晶硅8中的 固濃度比較大，因此可以在多晶硅8/硅襯底基片1的界面形成具有較高的濃度梯 度的P+層7而制成齊納低擊穿電壓的穩(wěn)壓管。金屬層(多晶硅)-絕緣層-半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)(MIS結(jié)構(gòu))存在于P+層7的周邊，是由摻雜的多晶硅8、 二氧化硅層3和 襯底基片1所構(gòu)成。襯底基片1和P+層7之間形成PN結(jié)，在PN結(jié)上施加反向偏 置，MIS結(jié)構(gòu)在反向偏置下感應(yīng)產(chǎn)生的襯底基片1的表面耗盡和電場分散，以產(chǎn)生 穩(wěn)壓器件的理想穩(wěn)壓特性。圖2-4示出了上述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法。請參見圖2，在電阻率低 于0. 001歐姆.厘米的N型半導(dǎo)體襯底基片1上生長一層二氧化硅3,其厚度在5000 埃至12000埃。用普通的光刻和腐蝕方法去除二氧化硅3形成窗口 2。在窗口 2中 生長一層二氧化硅5，其厚度在20埃至1000埃。參見圖3，在窗口 2中用普通的光刻和腐蝕方法去除二氧化硅5形成比窗口 2 更小的窗口 4。參見圖1，在窗口 2上沉積一層多晶硅8并對多晶硅8重?fù)絇型雜質(zhì)，其中以 低壓化學(xué)沉積法沉積的多晶硅層的厚度在1000埃至3000埃，摻入P型雜質(zhì)的方式 包括離子注入或者雜質(zhì)源擴(kuò)散。用普通的光刻方法和等離子體刻蝕方法去除多余的 多晶硅，經(jīng)由干法或者濕法將多晶硅腐蝕成所需圖形。留下的多晶硅除覆蓋窗口2 外更延伸至二氧化硅3上。多晶硅8中的P型雜質(zhì)通過窗口 4作推進(jìn)擴(kuò)散以形成重 摻雜的P +區(qū)7。 P型雜質(zhì)在推進(jìn)擴(kuò)散中的溫度在900攝氏度到1200攝氏度之間。在上述制造方法中，位于窗口 2和窗口 4之間的環(huán)形區(qū)域構(gòu)成多晶硅-絕緣 層-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)，由覆蓋的多晶硅8、 二氧化硅5和襯底基片l形成。應(yīng)理解，本發(fā)明以P + N + 二層結(jié)構(gòu)的實(shí)施例來說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知本發(fā) 明也可同樣應(yīng)用于N + P + 二層結(jié)構(gòu)。上述實(shí)施例是提供給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對上述實(shí)施例做出種種修改或 變化，因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提 到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1一種半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，所述穩(wěn)壓器件包括一由第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底基片，即第一半導(dǎo)體區(qū)；一建構(gòu)于所述第一半導(dǎo)體區(qū)表面的具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)；一建構(gòu)于所述第一半導(dǎo)體區(qū)表面的具有第二導(dǎo)電性的且雜質(zhì)固濃度高的多晶硅層；一建構(gòu)于所述第二半導(dǎo)體區(qū)周圍的多晶硅-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；其中，在所述具有第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的第一半導(dǎo)體區(qū)和具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)形成的PN結(jié)上施加有反向偏置，所述多晶硅-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在所述反向偏置下感應(yīng)產(chǎn)生的第一半導(dǎo)體區(qū)的表面耗盡和電場分散，以產(chǎn)生所述穩(wěn)壓器件的理想穩(wěn)壓特性。
2 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其特征在于，所述具有第一導(dǎo)電 性的第 一半導(dǎo)體區(qū)是重?fù)诫s的。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其特征在于，所述具有第二導(dǎo)電 性的第二半導(dǎo)體區(qū)是重?fù)诫s的。
4 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體區(qū) 的具有第二導(dǎo)電性的重?fù)诫s是由摻雜的多晶硅層引入的。
5 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其特征在于，所述多晶硅-絕緣層 一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)存在于所述第二半導(dǎo)體區(qū)的周邊，是由摻雜的多晶硅，二氧化硅層， 第一半導(dǎo)體區(qū)所構(gòu)成的。
6 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其特征在于，所述襯底基片由低 阻值的半導(dǎo)體構(gòu)成，其電阻率高于0. 001歐姆 厘米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電性是N型，所述第二導(dǎo)電性是P型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電性是 P型，所述第二導(dǎo)電性是N型。
9. 一種半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，包括在由第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底基片上生長第一二氧化硅層；在所述第一二氧化硅層由二氧化硅層光刻和腐蝕形成第 一窗口 ，在第 一窗口中生長第二二氧化硅層；在所述第一窗口中由二氧化硅層光刻和腐蝕形成一個比所述第一窗口小的第二窗口；在所述第一窗口上沉積一層多晶硅并對所述多晶硅摻以第二導(dǎo)電性雜質(zhì)；所述多晶硅經(jīng)由干法或濕法腐蝕成所需圖形，并進(jìn)一步對所述第二導(dǎo)電性雜 質(zhì)通過所述第二窗口作推進(jìn)擴(kuò)散以形成重?fù)诫s的具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特征在于，所述 襯底基片由低阻值的半導(dǎo)體構(gòu)成，其電阻率高于0.001歐姆'厘米。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特征在于，所述 的第二半導(dǎo)體區(qū)是在第二窗口內(nèi)形成的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特征在于，位于 第一窗口和第二窗口之間的環(huán)形區(qū)域構(gòu)成多晶硅-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，由覆蓋的所 述多晶硅，第二二氧化硅層和第一半導(dǎo)體區(qū)形成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特征在于，所述 第二二氧化硅層的厚度在20埃至1000埃之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特征在于，以低壓化學(xué)沉積法沉積的多晶硅層的厚度在1000埃至3000埃。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特征在于，對所 述多晶硅層摻入所述第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的方式包括離子注入或雜質(zhì)源擴(kuò)散。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特征在于，所述 第二導(dǎo)電性雜質(zhì)推進(jìn)擴(kuò)散中的溫度在900攝氏度到1200攝氏度之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求9~16中任一項所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特 征在于，所述第一導(dǎo)電性是N型，所述第二導(dǎo)電性是P型。
18.根據(jù)權(quán)利要求9~ 16中任一項所述的半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件的制造方法，其特 征在于，所述第一導(dǎo)電性是P型，所述第二導(dǎo)電性是N型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低電壓半導(dǎo)體穩(wěn)壓器件及其制造方法，簡化傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)并提高反向漏電特性和擊穿電壓的一致性。其技術(shù)方案為該穩(wěn)壓器件包括由第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底基片并由此形成的具有第一導(dǎo)電性的第一半導(dǎo)體區(qū)；建構(gòu)于第一半導(dǎo)體區(qū)表面的具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)；建構(gòu)于第一半導(dǎo)體區(qū)表面的具有第二導(dǎo)電性的且雜質(zhì)固濃度高的多晶硅層；建構(gòu)于所述第一半導(dǎo)體區(qū)表面并由多晶硅層覆蓋的MIS結(jié)構(gòu)；其中，對具有第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底和具有第二導(dǎo)電性的第二半導(dǎo)體區(qū)間形成的PN結(jié)上施加反向偏置和MIS結(jié)構(gòu)在反向偏置下感應(yīng)產(chǎn)生的第一半導(dǎo)體區(qū)的表面耗盡和電場分散，共同產(chǎn)生穩(wěn)壓器件的理想穩(wěn)壓特性。本發(fā)明應(yīng)用于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。
文檔編號H01L21/329GK101335307SQ200710043260
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者武鴻基 申請人:上海維恩佳得數(shù)碼科技有限公司