專利名稱：一種多晶硅串聯二極管串及其制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，具體地說涉及一種多晶硅串聯二極管串及其制作方法。
背景技術：
在集成電路(IC)的整個生命周期中，從制造、封裝、運輸、裝配，甚至在完成的IC 產品中，都時刻面臨著靜電放電(靜電保護)的沖擊。當芯片的外部環境或者芯片內部累積的靜電荷，通過芯片的管腳流入或流出芯片內部時，瞬間產生的電流(峰值可達數安培) 或電壓，就會損壞集成電路，使芯片功能失效。隨著半導體行業的發展，特征尺寸進一步縮小，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。
對于工業化生產并投入商業應用的電子產品來講，具有片上靜電防護能力是必要和必須的。靜電保護設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能力， 使被保護電路部分免于靜電的損害；二是其對被保護電路部分產生的負面影響必須控制在可以忍受的范圍內，如靜電防護引入的載入電容、耦合噪聲；三是必須有良好的工藝兼容性。因此需要設計一種多晶硅串聯二極管串作為一種合適的靜電保護器件，來滿足上述要求。發明內容
本發明的目的在于提供一種多晶硅串聯二極管串，用于靜電保護應用，具有良好的工藝兼容性，能滿足基本的靜電保護要求。
本發明的另一目的在于提供一種多晶硅串聯二極管串的制作方法。
為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為
—種多晶硅串聯二極管串，包括半導體襯底、設置在所述半導體襯底上的氧化層、 設置在所述氧化層上的多晶硅層以及設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型雜質和N型雜質的、且P注入區與N注入區交替排列的具有PN結或PIN結結構的多晶硅二極管，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注入區連接形成陽極；所述第二金屬引出與所述多晶硅二極管串另一端的N注入區連接形成陰極。
上述方案中，所述半導體襯底為娃、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型雜質和N型雜質注入的元素為硼、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。
一種多晶硅串聯二極管串的制作方法，包括以下步驟
(I)提供半導體襯底，并在所述半導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型雜質和N型雜質，經退火形成P注入區與N注入區交替排列的具有PN結或PIN結結構的多晶硅二極管；
(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注入區連接形成陽極；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注入區連接形成陰極。
上述方案中，步驟(I)中所述半導體襯底為硅、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型雜質和N型雜質注入的元素為硼、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。
與現有技術方案相比，本發明采用的技術方案產生的有益效果如下
本發明提供的多晶硅串聯二極管串，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，制成串聯的多晶_■極管，此多晶娃串聯_■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，并且避免了串聯過多二極管所致的達林頓效應。本發明相比于單個多晶二極管，多晶硅串聯二極管串能夠在維持一定靜電保護能力的同時，進一步減小寄生電容，控制正向開啟及反向崩潰電壓，滿足各種器件的靜電保護需求。
圖I為本發明實施例提供的多晶硅串聯二極管串的剖面結構示意圖2為將本發明應用于電路的一種結構示意圖3為將本發明應用于電路的另一種結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明技術方案進行詳細描述。
參見圖1，本發明實施例提供的一種具有對稱結構的多晶硅串聯二極管串，包括半導體襯底(3)、設置在半導體襯底(3)上的氧化層(2)、設置在氧化層(2)上的多晶硅層(I) 以及設置在多晶硅層(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型雜質和N型雜質的、且P注入區與N注入區交替排列的具有PN結或PIN結結構的多晶硅二極管，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注入區連接形成陽極，第二金屬引出(5)與多晶硅二極管串一端的N注入區連接形成陰極。
本實施例中，半導體襯底為硅、碳化硅、砷化鎵、氮化鎵中的任意一種材料所制成。
本實施例中，氧化層為柵氧、場氧、STI層中的任意一種。
本實施例中，P型雜質和N型雜質注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。
本實施例中，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。
本發明實施例還提供一種多晶硅串聯二極管串的制造方法，包括如下步驟在半導體襯底(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，經退火形成P注入區與N注入區交替排列的具有PN結或PIN結結構的多晶硅二極管，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注入區連接形成陰極；將第一金屬引出(4)與多晶硅二極管串另一端的P注入區連接形成陽極， 連接方式如圖I所示。由此形成多晶二極管串之器件，經實驗證明其工藝兼容性好，工藝實現難度低，靜電保護保護能力衰退小，電容非常小且無達林頓管效應，開啟與反向崩潰電壓靈活可調，具有良好的應用前景。
本實施例中，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為根據本發明的半導體結構的一個具體電路應用示意圖。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，可保護核心電路(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)包括體硅內及多晶硅內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
當有正電荷沖擊信號引腳(15)時，靜電電荷經由二極管(11)流入VDD引腳(14)； 或經由多晶二極管串(10)和二極管(12)流入VSS引腳(36)。當有負電荷沖擊信號引腳(15)時，靜電電荷經由二極管(12)流入VSS引腳(16);或經由多晶二極管串(10)和二極管(12)流入VDD引腳(14)。當有正電荷沖擊VDD引腳(14)時，靜電電荷經由多晶二極管串(10)流入VSS引腳(16);或經由多晶二極管串(10)和二極管(11)流入信號引腳(15)。當有負電荷沖擊VDD引腳(14)時，靜電電荷經由多晶硅雙極晶體管(10)流入VSS引腳(16)； 或經由二極管(11)流入信號引腳(15)。當有正電荷沖擊VSS引腳(16)時，靜電電荷經由多晶二極管串(10)流入VDD引腳(14);或經由二極管(12)流入信號引腳(15)。當有負電荷沖擊VSS引腳(16)時，靜電電荷經由多晶二極管串(10)流入VDD引腳(14);或經由二極管(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為根據本發明的半導體結構的另一個具體改進電路應用示意圖。
由n個多晶二極管(10)構成的多晶二極管串(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 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到靜電保護目的。
本發明提供的多晶硅串聯二極管串，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，制成串聯的多晶_■極管，此多晶娃串聯_■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，并且避免了串聯過多二極管所致的達林頓效應。本發明相比于單個多晶二極管，多晶硅串聯二極管串能夠在維持一定靜電保護能力的同時，進一步減小寄生電容，控制正向開啟及反向崩潰電壓，滿足各種器件的靜電保護需求。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種多晶硅串聯二極管串，其特征在于包括半導體襯底、設置在所述半導體襯底上的氧化層、設置在所述氧化層上的多晶硅層以及設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型雜質和N型雜質的、且P注入區與N注入區交替排列的具有PN結或PIN結結構的多晶硅二極管，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注入區連接形成陽極；所述第二金屬引出與所述多晶硅二極管串另一端的N注入區連接形成陰極。
2.如權利要求I所述的多晶硅雙極晶體管，其特征在于所述半導體襯底為硅、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型雜質和N型雜質注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。
5.如權利要求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)提供半導體襯底，并在所述半導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型雜質和N型雜質，經退火形成P注入區與N注入區交替排列的具有PN結或PIN結結構的多晶硅二極管；(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注入區連接形成陽極；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注入區連接形成陰極。
7.如權利要求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型雜質和N 型雜質注入的元素為硼、磷、砷中的任意一種。
10.如權利要求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
本發明涉及半導體制造領域，具體涉及一種多晶硅串聯二極管串及其制作方法。所述多晶硅串聯二極管串，包括半導體襯底、設置在半導體襯底上的氧化層、設置在氧化層上的多晶硅層以及設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型雜質和N型雜質的、且P注入區與N注入區交替排列的具有PN結或PIN結結構的多晶硅二極管，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注入區連接形成陽極；第二金屬引出與多晶硅二極管串另一端的N注入區連接形成陰極。本發明具有良好的工藝兼容性，進一步減小寄生電容，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 優先權日2012年2月20日
發明者姜一波, 杜寰 申請人:中國科學院微電子研究所