專利名稱：一種多晶硅串聯(lián)二極管串及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體地說涉及一種多晶硅串聯(lián)二極管串及其制作方法。
背景技術(shù)：
在集成電路(IC)的整個生命周期中，從制造、封裝、運(yùn)輸、裝配，甚至在完成的IC 產(chǎn)品中，都時刻面臨著靜電放電(靜電保護(hù))的沖擊。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，瞬間產(chǎn)生的電流(峰值可達(dá)數(shù)安培) 或電壓，就會損壞集成電路，使芯片功能失效。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。
對于工業(yè)化生產(chǎn)并投入商業(yè)應(yīng)用的電子產(chǎn)品來講，具有片上靜電防護(hù)能力是必要和必須的。靜電保護(hù)設(shè)計有下列幾個要求必須被滿足一是其必須具有一定靜電保護(hù)能力， 使被保護(hù)電路部分免于靜電的損害；二是其對被保護(hù)電路部分產(chǎn)生的負(fù)面影響必須控制在可以忍受的范圍內(nèi)，如靜電防護(hù)引入的載入電容、耦合噪聲；三是必須有良好的工藝兼容性。因此需要設(shè)計一種多晶硅串聯(lián)二極管串作為一種合適的靜電保護(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多晶硅串聯(lián)二極管串，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多晶硅串聯(lián)二極管串的制作方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
—種多晶硅串聯(lián)二極管串，包括半導(dǎo)體襯底、設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的氧化層、 設(shè)置在所述氧化層上的多晶硅層以及設(shè)置在所述多晶硅層上的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、且P注入?yún)^(qū)與N注入?yún)^(qū)交替排列的具有PN結(jié)或PIN結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶硅二極管，所述多晶硅二極管通過所述第二金屬引出連接形成多晶娃~■極管串；
所述第一金屬引出與所述多晶硅二極管串一端的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極；所述第二金屬引出與所述多晶硅二極管串另一端的N注入?yún)^(qū)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，所述氧化層為柵氧、場氧、STI層中的任意一種。
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。
一種多晶硅串聯(lián)二極管串的制作方法，包括以下步驟
(I)提供半導(dǎo)體襯底，并在所述半導(dǎo)體襯底上形成氧化層；
(2)在所述氧化層上形成多晶硅層，對所述多晶硅層注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)，經(jīng)退火形成P注入?yún)^(qū)與N注入?yún)^(qū)交替排列的具有PN結(jié)或PIN結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶硅二極管；
(3)將所述多晶硅二極管通過第二金屬引出連接形成多晶硅二極管串，通過第一金屬引出與所述多晶硅二極管串一端的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極；通過所述第二金屬引出與所述多晶硅二極管串另一端的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極。
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。
意一種
上述方案中，步驟(I)中所述氧化層為柵氧、場氧、STI層中的任意一種。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，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)明提供的多晶硅串聯(lián)二極管串，是在器件的場氧層或柵氧層之上，淀積多晶娃層，并在其中注入P型及N型雜質(zhì)，制成串聯(lián)的多晶_■極管，此多晶娃串聯(lián)_■極管串具有良好的工藝兼容性，能夠集成在大部分普通CMOS及大功率高壓器件如VDM0S、LDM0S和IGBT 等，并且避免了串聯(lián)過多二極管所致的達(dá)林頓效應(yīng)。本發(fā)明相比于單個多晶二極管，多晶硅串聯(lián)二極管串能夠在維持一定靜電保護(hù)能力的同時，進(jìn)一步減小寄生電容，控制正向開啟及反向崩潰電壓，滿足各種器件的靜電保護(hù)需求。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的多晶硅串聯(lián)二極管串的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2為將本發(fā)明應(yīng)用于電路的一種結(jié)構(gòu)示意圖3為將本發(fā)明應(yīng)用于電路的另一種結(jié)構(gòu)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)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種具有對稱結(jié)構(gòu)的多晶硅串聯(lián)二極管串，包括半導(dǎo)體襯底(3)、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底(3)上的氧化層(2)、設(shè)置在氧化層(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(4)和第二金屬引出(5)。多晶硅層(I)為注入了 P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)的、且P注入?yún)^(qū)與N注入?yún)^(qū)交替排列的具有PN結(jié)或PIN結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶硅二極管，多晶硅二極管通過第二金屬引出(5)連接形成多晶硅二極管串；第一金屬引出(4)與多晶硅二極管串另一端的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極，第二金屬引出(5)與多晶硅二極管串一端的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，氧化層為柵氧、場氧、STI層中的任意一種。
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。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種多晶硅串聯(lián)二極管串的制造方法，包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底(3)上形成氧化層(2)，并在其上形成多晶硅層(I)，在氧化層(2)上形成多晶硅層(1)，對多晶硅層(I)注入P型和N型雜質(zhì)，經(jīng)退火形成P注入?yún)^(qū)與N注入?yún)^(qū)交替排列的具有PN結(jié)或PIN結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶硅二極管，分布如圖I所示。將多晶硅二極管通過第二金屬引出(5)連接形成多晶硅二極管串，將第二金屬引出(5)與多晶硅二極管串一端的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極；將第一金屬引出(4)與多晶硅二極管串另一端的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極， 連接方式如圖I所示。由此形成多晶二極管串之器件，經(jīng)實(shí)驗證明其工藝兼容性好，工藝實(shí)現(xiàn)難度低，靜電保護(hù)保護(hù)能力衰退小，電容非常小且無達(dá)林頓管效應(yīng)，開啟與反向崩潰電壓靈活可調(diào)，具有良好的應(yīng)用前景。
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。
本實(shí)施例所提供的方法還適用于P-I-N 二極管串之變形。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一個具體電路應(yīng)用示意圖。n個多晶二極管通過一定連接方式形成多晶二極管串(10)。多晶二極管串(10)與二極管(11) (12)共同形成對核心電路(13)的全芯片靜電保護(hù)，可保護(hù)核心電路(13)免于遭受從VDD引腳(14)、信號引腳(15)、VSS引腳(16)引入的靜電沖擊。二極管(11) (12)包括體硅內(nèi)及多晶硅內(nèi)制成的各種二極管和二極管串。多晶二極管串(10)的正向開啟電壓為n個多晶二極管之和， Vcut-in(total) ^cut-in(l) ~^^cut-in(2)^cut-in(total)〉^VDD Vyss0
當(dāng)有正電荷沖擊信號引腳(15)時，靜電電荷經(jīng)由二極管(11)流入VDD引腳(14)； 或經(jīng)由多晶二極管串(10)和二極管(12)流入VSS引腳(36)。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊信號引腳(15)時，靜電電荷經(jīng)由二極管(12)流入VSS引腳(16);或經(jīng)由多晶二極管串(10)和二極管(12)流入VDD引腳(14)。當(dāng)有正電荷沖擊VDD引腳(14)時，靜電電荷經(jīng)由多晶二極管串(10)流入VSS引腳(16);或經(jīng)由多晶二極管串(10)和二極管(11)流入信號引腳(15)。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊VDD引腳(14)時，靜電電荷經(jīng)由多晶硅雙極晶體管(10)流入VSS引腳(16)； 或經(jīng)由二極管(11)流入信號引腳(15)。當(dāng)有正電荷沖擊VSS引腳(16)時，靜電電荷經(jīng)由多晶二極管串(10)流入VDD引腳(14);或經(jīng)由二極管(12)流入信號引腳(15)。當(dāng)有負(fù)電荷沖擊VSS引腳(16)時，靜電電荷經(jīng)由多晶二極管串(10)流入VDD引腳(14);或經(jīng)由二極管(11)和多晶二極管串(10)流入信號引腳(15)。由此避免了靜電電荷流入核心電路(13),使其免于靜電損傷。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一個具體改進(jìn)電路應(yīng)用示意圖。
由n個多晶二極管(10)構(gòu)成的多晶二極管串(11)作為NM0S(20)的開啟控制裝置。同樣，多晶二極管串(11)的正向開啟電壓Vrawnatjtal)為n個多晶二極管(11)之矛口，^cut-in (total) ^cut-in(l) ~^^cut-in(2)且應(yīng) Vcut—〉Vypp Vygg o 無靜電沖擊時， NMOS (20)截止，VDD引腳(14)和VSS引腳(16)正常工作。靜電沖擊到來時，多晶二極管串(11)開啟，電流流過電阻(17)，使得NMOS(20)柵壓抬升而開啟，從而瀉放靜電電荷達(dá)到靜電保護(hù)目的。
本發(fā)明提供的多晶硅串聯(lián)二極管串，是在器件的場氧層或柵氧層之上，淀積多晶娃層，并在其中注入P型及N型雜質(zhì)，制成串聯(lián)的多晶_■極管，此多晶娃串聯(lián)_■極管串具有良好的工藝兼容性，能夠集成在大部分普通CMOS及大功率高壓器件如VDM0S、LDM0S和IGBT 等，并且避免了串聯(lián)過多二極管所致的達(dá)林頓效應(yīng)。本發(fā)明相比于單個多晶二極管，多晶硅串聯(lián)二極管串能夠在維持一定靜電保護(hù)能力的同時，進(jìn)一步減小寄生電容，控制正向開啟及反向崩潰電壓，滿足各種器件的靜電保護(hù)需求。
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
1.一種多晶硅串聯(lián)二極管串，其特征在于包括半導(dǎo)體襯底、設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上的氧化層、設(shè)置在所述氧化層上的多晶硅層以及設(shè)置在所述多晶硅層上的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、且P注入?yún)^(qū)與N注入?yún)^(qū)交替排列的具有PN結(jié)或PIN結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶硅二極管，所述多晶硅二極管通過所述第二金屬引出連接形成多晶娃~■極管串；所述第一金屬引出與所述多晶硅二極管串一端的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極；所述第二金屬引出與所述多晶硅二極管串另一端的N注入?yún)^(qū)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，其特征在于所述氧化層為柵氧、場氧、STI 層中的任意一種。
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。
5.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。
6.一種多晶硅串聯(lián)二極管串的制作方法，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)體襯底上形成氧化層；(2)在所述氧化層上形成多晶硅層，對所述多晶硅層注入P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)，經(jīng)退火形成P注入?yún)^(qū)與N注入?yún)^(qū)交替排列的具有PN結(jié)或PIN結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶硅二極管；(3)將所述多晶硅二極管通過第二金屬弓I出連接形成多晶硅二極管串，通過第一金屬引出與所述多晶硅二極管串一端的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極；通過所述第二金屬引出與所述多晶硅二極管串另一端的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極。
7.如權(quán)利要求6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。
8.如權(quán)利要求6所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于，步驟(I)中所述氧化層為柵氧、場氧、STI層中的任意一種。
9.如權(quán)利要求6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。
10.如權(quán)利要求6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。
11.如權(quán)利要求6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，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，具體涉及一種多晶硅串聯(lián)二極管串及其制作方法。所述多晶硅串聯(lián)二極管串，包括半導(dǎo)體襯底、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的氧化層、設(shè)置在氧化層上的多晶硅層以及設(shè)置在多晶硅層上的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、且P注入?yún)^(qū)與N注入?yún)^(qū)交替排列的具有PN結(jié)或PIN結(jié)結(jié)構(gòu)的多晶硅二極管，多晶硅二極管通過第二金屬引出連接形成多晶硅二極管串；第一金屬引出與多晶硅二極管串一端的P注入?yún)^(qū)連接形成陽極；第二金屬引出與多晶硅二極管串另一端的N注入?yún)^(qū)連接形成陰極。本發(fā)明具有良好的工藝兼容性，進(jìn)一步減小寄生電容，控制正向開啟及反向崩潰電壓，滿足各種器件的靜電保護(hù)需求。
文檔編號H01L27/02GK102543998SQ201210040390
公開日2012年7月4日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所