齊納二極管和電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及齊納二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]齊納二極管普遍地用來在電路中調(diào)節(jié)電壓或者用來提供穩(wěn)定的參考電壓。出于這個目的，齊納二極管與電壓源并聯(lián)地反向連接。當(dāng)由電壓源提供的電壓達到二極管的擊穿電壓時，二極管變得導(dǎo)通并且于是將電壓保持在這個值。
[0003]本實用新型特別地適用于具有自備的低功率電源的對象、通信對象以及能量采集電路。在這些應(yīng)用中，希望齊納二極管的擊穿電壓盡可能地低。
[0004]圖1為形成在由具有例如P的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料制成的襯底中的傳統(tǒng)的齊納二極管的橫截面。齊納二極管包括具有例如N的第二導(dǎo)電類型的摻雜的阱NW，形成齊納二極管的陽極區(qū)。齊納二極管包括形成在阱NW中的具有第一 P+導(dǎo)電類型的高摻雜的陰極區(qū)域⑶。區(qū)域⑶形成在具有第二 N+導(dǎo)電類型的高摻雜的區(qū)域ZD上。區(qū)域⑶和ZD通過淺溝槽隔離STI與阱NW的其余部分相隔離。齊納二極管包括形成在阱NW中的具有第二 N+導(dǎo)電類型并且通過溝槽STI與陰極區(qū)域相隔離的高摻雜陽極連接區(qū)域ED。進一步，襯底SUB包括具有第一 P+導(dǎo)電類型的高摻雜區(qū)域SP，形成襯底SUB的偏置區(qū)域。襯底偏置區(qū)域SP通過淺溝槽隔離STI與區(qū)域⑶、ZD相隔離。
[0005]圖2描繪了根據(jù)施加在區(qū)域CD和ED之間的反向電壓而經(jīng)過齊納二極管的電流的變化的曲線Cl I。曲線Cl I示出了傳統(tǒng)的反向偏置齊納二極管的操作。在OV和大約2.5V之間，經(jīng)過二極管的電流保持為低(低于10—12A)。從大約2.5V并且一直到大約5.2V，經(jīng)過二極管的電流線性增加(根據(jù)對數(shù)尺度)直到大約10—8A。從所謂的“帶間”現(xiàn)象導(dǎo)致的這個操作區(qū)域不能被用來提供參考電壓或者執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)。在大約5.2V之上，擊穿現(xiàn)象出現(xiàn)，通過雪崩效應(yīng)二極管變得高導(dǎo)通，而同時到達了約為5.5V的被稱為“擊穿電壓”的最大電壓BV。二極管保持這個電壓為恒定，而無論電流強度如何，只要電流保持在大約10—8A和10—6A之間。齊納二極管大致上在這個操作區(qū)域中使用，從而提供穩(wěn)定的參考電壓或者執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)。
[0006]—個已經(jīng)做出的建議在于，通過薄化區(qū)域ZD來降低齊納二極管的擊穿電壓，從而獲得在兩個導(dǎo)電類型的區(qū)域CD和ZD之間的盡可能突然的過渡。然而，由于區(qū)域ZD的非常低的厚度，這個方案到達了限制。這個方案允許獲得較之在曲線Cll上而言在低電壓值處更為迅速地增加的電流。擊穿現(xiàn)象同樣在較之曲線Cll上而言更低的電壓處發(fā)生，但是電壓根據(jù)電流持續(xù)增加?！皫чg”現(xiàn)象傾向于在電壓值和電流值的更廣的范圍之上延伸。在這些條件下，齊納二極管不能被用來提供參考電壓或者執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)。
[0007]因此希望制造具有低于1.5V的最低可能擊穿電壓的齊納二極管。對于這個二極管還希望其接著通過實施通常用來制作CMOS晶體管的制造步驟而被制作在集成電路中。還可能希望制作可以進行擊穿電壓調(diào)節(jié)的齊納二極管。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的目的就在于，提供一種能夠進行擊穿電壓調(diào)節(jié)的齊納二極管和相關(guān)電路。
[0009]—些實施例涉及一種齊納二極管，其特征在于，包括:具有第一導(dǎo)電類型的陰極區(qū)域，形成在具有第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的表面上;具有第二導(dǎo)電類型的陽極區(qū)域，形成在陰極區(qū)域之下，該陰極區(qū)域和陽極區(qū)域通過溝槽隔離與襯底的其余部分相隔離；以及第一導(dǎo)電區(qū)域，被配置為當(dāng)其經(jīng)受足夠的電壓時生成與陰極區(qū)域和陽極區(qū)域之間的界面相垂直的第一電場。根據(jù)一個實施例，齊納二極管包括第二導(dǎo)電區(qū)域，被配置為當(dāng)其經(jīng)受足夠的電壓時生成與陰極區(qū)域和陽極區(qū)域之間的界面相平行的第二電場。
[0010]根據(jù)一個實施例，第二導(dǎo)電區(qū)域包括埋置柵極，該埋置柵極僅通過柵極的電介質(zhì)層與陽極區(qū)域相分離。
[0011]根據(jù)一個實施例，齊納二極管包括:形成在襯底中的具有第一導(dǎo)電類型的阱，陰極區(qū)域形成在阱的表面上，并且陽極區(qū)域在阱中形成在陰極區(qū)域之下；以及具有第一導(dǎo)電類型的陽極連接區(qū)域，形成在阱的表面上并且與陰極區(qū)域相隔離。
[0012]根據(jù)一個實施例，阱通過淺溝槽與襯底相隔離。
[0013]根據(jù)一個實施例，柵極形成在陰極區(qū)域和陽極連接區(qū)域之間。
[0014]根據(jù)一個實施例，柵極圍繞陰極區(qū)域和陽極區(qū)域。
[0015]根據(jù)一個實施例，柵極形成在陰極區(qū)域和陽極區(qū)域中。
[0016]根據(jù)一個實施例，柵極具有八角形或矩形形狀。
[0017]根據(jù)一個實施例，第一導(dǎo)電區(qū)域和第二導(dǎo)電區(qū)域是互連的。
[0018]—些實施例還可以涉及一種電路，其特征在于，包括如前所限定的齊納二極管。
[0019]根據(jù)本實用新型的方案，可以提供能夠進行擊穿電壓調(diào)節(jié)的齊納二極管和相關(guān)電路。
【附圖說明】
[0020]下面將關(guān)于但不限于附圖對本實用新型的一些實施例的示例進行描述，其中:
[0021]上面所描述的圖1為傳統(tǒng)的齊納二極管的橫截面；
[0022]上面所描述的圖2描繪了根據(jù)傳統(tǒng)的齊納二極管的端子處的電壓的電流的特性曲線，
[0023]圖3為根據(jù)一個實施例的齊納二極管的橫截面，
[0024]圖4為圖3的齊納二極管的詳細(xì)局部橫截面，
[0025]圖5描繪了根據(jù)圖3的齊納二極管的端子處的電壓的電流的特性曲線，
[0026]圖6為根據(jù)另一個實施例的齊納二極管的橫截面，
[0027]圖6A描繪了根據(jù)圖6的齊納二極管的端子處的電壓的電流的特性曲線，
[0028]圖7為根據(jù)一個實施例的齊納二極管的頂視圖，
[0029]圖8和圖9為根據(jù)另一個實施例的齊納二極管的橫截面和頂視圖，
[0030]圖10為根據(jù)另一個實施例的圖8的二極管的頂視圖，
[0031]圖11和圖12為根據(jù)另一個實施例的齊納二極管的橫截面和頂視圖，
[0032]圖13為根據(jù)另一個實施例的圖11的齊納二極管的頂視圖，
[0033]圖14為根據(jù)另一個實施例的齊納二極管的橫截面。
【具體實施方式】
[0034]圖3描繪了根據(jù)一個實施例的齊納二極管ZR。齊納二極管形成在由具有例如P的第一導(dǎo)電類型的摻雜的半導(dǎo)體材料制成的襯底SUB中。齊納二極管ZR包括具有例如為N+的第二導(dǎo)電類型的高摻雜的陰極區(qū)域CDl，該陰極區(qū)域CDl疊加在具有第一導(dǎo)電類型(P)的摻雜的陽極區(qū)域ADl上。區(qū)域CD1、AD1形成在具有第一導(dǎo)電類型(在所考慮的例子中為N)的摻雜的阱NW中，該阱NW形成在襯底SUB中。由此，齊納二極管ZR包括由區(qū)域ADl并且特別地由區(qū)域ADl和區(qū)域⑶I之間的界面以及區(qū)域ADl和阱NW之間的界面形成的結(jié)區(qū)NPN。阱NW通過淺溝槽隔離STII與襯底的其余部分相隔離。齊納二極管ZR還包括具有第二導(dǎo)電類型(N+)的高摻雜區(qū)域EDl，形成用于對阱NW進行偏置并且用于連接二極管ZR的陽極的區(qū)域。此外，襯底SUB包括具有第一導(dǎo)電類型(P+)的一個或多個高摻雜區(qū)域SPl，形成襯底SUB的偏置區(qū)域。齊納二極管ZR還包括形成在區(qū)域CDl上的陰極接觸焊盤CDC以及形成在區(qū)域EDl上的陽極接觸焊盤H)C。襯底的一個或多個偏置接觸SPC形成在襯底SUB偏置區(qū)域SPP上。
[0035]根據(jù)一個實施例，齊納二極管ZR包括形成在阱NW中的垂直埋置柵極GTl，從而僅通過電介質(zhì)層GTD與區(qū)域⑶1、區(qū)域ADl和區(qū)域EDl以及阱NW相分離。提供柵極GTl以通過柵極接觸焊盤GTC接收偏置電壓GV ο電壓GV可以由還對陰極接觸焊盤CDC提供陰極電壓CV并且對陽極接觸焊盤H)C提供陽極電壓AV的電路CMD來提供。電介質(zhì)層GTD可以具有在5nm和15nm之間的厚度，取決于所使用的制造技術(shù)以及有待實現(xiàn)的電壓。由此，層GTD可以具有數(shù)量級為I Onm的厚度。
[0036]可以通過在襯底SUB中蝕刻孔或者溝槽、通過例如經(jīng)由氧化而在溝槽的壁和底部上形成電介質(zhì)層GTD、并且接著通過利用例如金屬或多晶硅的導(dǎo)電材料填充溝槽來制作柵極GT1。通常實施這些制備步驟以及那些使得不同摻雜區(qū)域以及溝槽STI得以形成的制造步驟來制作基于CMOS晶體管的電路。
[0037]圖4更為詳細(xì)地描繪了由與阱NW相接觸的區(qū)域ADl和區(qū)域CDl制成的齊納二極管ZR的結(jié)區(qū)NPN，并且特別是，在柵極GTl的附近的結(jié)區(qū)NPN的部分。當(dāng)齊納二極管ZR為反向偏置時，陰極接觸焊盤CDC接收到比施加到阱偏置接觸焊盤EDC的電壓更低的電壓。在這些條件下，從區(qū)域ADl朝向區(qū)域CDl的電場Ez出現(xiàn)在區(qū)域ADl中。如果柵極GTl接收正電壓，朝向柵極GTl的電場Ex同樣出現(xiàn)在區(qū)域ADl中，其平行于區(qū)域CDl和ADl之間的界面平面。電場Ez和電場Ex的同時出現(xiàn)形成了在場Ez和Ex的方向之間的角度扇區(qū)中定向的所產(chǎn)生的場Er?？梢钥闯鰣鯡r的幅度高于場Ez的幅度。除了這種增加電場的效應(yīng)之外，由于柵極GTl直接與結(jié)區(qū)NPN相接觸，所以還有鄰近效應(yīng)。結(jié)果是在結(jié)區(qū)NPN中出現(xiàn)的電荷經(jīng)受較高的電場并且由此在施加到區(qū)域CDl的較低電壓的影響下變得移動，這種移動性導(dǎo)致了通過雪崩效應(yīng)的擊穿現(xiàn)象。由此，柵極GTl在此用作電傳導(dǎo)元件從而在結(jié)區(qū)NPN的附近帶來電壓，因此生成電場Ex0
[0038]圖5描繪了經(jīng)過齊納二極管ZR的電流根據(jù)施加到陰極區(qū)域CDl的電壓CV、施加到陽極連接區(qū)域EDl的為零的電壓AV以及施加到區(qū)域SPC的也為零的電壓的變化的曲線C12、C13。在曲線C12的情況下，柵極GTl接收等于施加到接觸焊盤EDC的陽極電壓AV的電壓，例如設(shè)置為0V。在曲線C13的情況下，柵極GTl接收接近于1.3V的電壓GV。對于曲線C12是在OV和接近2.7V之間，并且對于曲線C13為接近1.1V處，經(jīng)過二極管ZR的電流根據(jù)對數(shù)尺度而線性增加，而同時保持非常低(低于10—13A)。對于曲線C12為在1.1V之上并且對于曲線C13為2.7V之上，出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，二