具有可调整击穿电压的齐纳二极管制造技术

技术编号:13798009 阅读:199 留言:0更新日期:2016-10-06 20:11
本发明专利技术涉及具有可调整击穿电压的齐纳二极管。本发明专利技术涉及一种齐纳二极管,包括:形成在半导体衬底(SUB)中并且平行于在阴极区域(CD1)与阳极区域(AD1)之间的衬底的表面的齐纳二极管结、被配置成在受到适当的电压时生成垂直于齐纳二极管结的第一电场的传导区域(BDC,EDC,ED1,NW)、以及被配置成在受到适当的电压时生成在齐纳二极管结的平面中的第二电场的传导区域(GT1,GTC)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及齐纳二极管。
技术介绍
齐纳二极管通常用于调节电路中的电压或者用于供应稳定的参考电压。出于这一目的,齐纳二极管与电压源反向并联连接。当由电压源供应的电压达到二极管的击穿电压时,二极管变为传导并且然后将电压维持在这一值。图1是形成在由第一传导类型(例如P类型)的半导体材料形成的衬底中的常规齐纳二极管的横截面。齐纳二极管包括具有形成齐纳二极管的阳极区域的第二传导类型(例如N类型)的掺杂的阱NW。齐纳二极管包括形成在阱NW中的第一P+传导类型的高掺杂的阴极区域CD。区域CD形成在具有第二N+传导类型的高掺杂的区域ZD中。区域CD和ZD通过浅沟槽隔离STI与阱NW的其余部分隔离。齐纳二极管包括形成在阱NW中并且通过沟槽STI与阴极区域隔离的第二N+传导类型的高掺杂的阳极连接区域ED。另外,衬底SUB包括形成衬底SUB的偏置区域的第一P+传导类型的高掺杂的区域SP。衬底偏置区域SP通过浅沟槽隔离STI与区域CD、ZD隔离。图2表示根据在区域CD与ED之间施加的反向电压穿过齐纳二极管的电流的变化的曲线C11。曲线C11示出常规反向偏置的齐纳二极管的操作。在0与近似2.5V之间,穿过二极管的电流保持为低(低于10-12A)。从近似2.5V直到近似5.2V,穿过二极管的电流线性增加(根据对数尺度)直到近似10-8A。由于所谓的“带到带”现象引起的这一操作区不可以用于供应参考电压或者执行电压调节。在近似2.5V以上,出现击穿现象,二极管通过雪崩效应变为高度传导,同时达到近似5.5V的被称为“击穿电压”的最大电压BV。二极管将这一
电压保持恒定而不管电流的强度,假定电流保持在近似10-8A到10-6A之间。齐纳二极管通常在该操作区中使用,以供应稳定的参考电压或者执行电压调节。已经做出的一个提议包括制造将若干分立部件组合的电路以使用控制输入来复制齐纳二极管的操作以调整齐纳二极管的击穿电压。因此,被标记为TL431的电路以类似于齐纳二极管的方式工作,其击穿电压可以通过向电路的控制端子提供的电压值来调整。然而,由于包括几十个分立部件(包括多于十个晶体管)这一事实,这一电路十分复杂并且尺寸很大。
技术实现思路
因此期望制造具有可调整击穿电压的齐纳二极管。还期望能够通过实现通常用于制造CMOS晶体管的制造步骤以集成电路中的分立部件的形式来制造这一二极管。一些实施例涉及一种齐纳二极管,包括:形成在半导体衬底中并且平行于在阴极区域与具有第一传导类型的阳极区域之间的衬底的表面的齐纳二极管结,阴极区域由在衬底的表面上的具有第二传导类型的区域形成;被配置成在受到适当的电压时生成垂直于齐纳二极管结的第一电场的第一传导区域。根据一个实施例,齐纳二极管包括被配置成在受到适当的电压时生成沿着齐纳二极管结的平面的第二电场的第二传导区域。根据一个实施例,第二传导区域包括仅通过介电层与齐纳二极管结分离的嵌入式栅极。根据一个实施例,介电层具有在15到25nm之间的厚度。根据一个实施例,栅极将阴极区域与阳极连接区域隔离。根据一个实施例,栅极环绕齐纳二极管结。根据一个实施例,栅极具有八边形或矩形形状。根据一个实施例,齐纳二极管包括:形成在半导体衬底中并且具有第二传导类型并且形成阳极区域的阱,以及形成在衬底的表面上的
阱中并且与阴极区域隔离的第二传导类型的阳极连接区域。根据一个实施例,阱通过浅沟槽隔离与衬底隔离。根据一个实施例,齐纳二极管包括布置在阳极区域与阴极区域之间的第一传导类型的薄区域。一些实施例还可以涉及包括如先前定义的齐纳二极管的电路。一些实施例还可以涉及用于控制如先前定义的齐纳二极管的方法,过程包括以下步骤:向阴极区域施加第一电压;向阳极区域施加第二电压以反向偏置齐纳二极管,第一电压与第二电压之间的差大于或等于齐纳二极管的击穿电压。根据一个实施例,方法包括向第二传导区域施加第三电压以生成沿着齐纳二极管结的平面的电场的步骤。根据一个实施例,第三电压通过嵌入式栅极被施加给第二传导区域,嵌入式栅极仅通过介电层与齐纳二极管结分离。根据一个实施例,控制方法包括根据齐纳二极管要达到的击穿电压来调整第三电压的步骤。根据一个实施例,击穿电压能够通过引起第三电压在第一电压与第二电压之间变化而在5到13V之间调整。附图说明下面关于而非限于附图来描述本专利技术的实施例的一些示例,在附图中:图1(以上描述)是常规齐纳二极管的横截面;图2(以上描述)表示根据常规齐纳二极管的端子处的电压的电流的特性曲线;图3是根据一个实施例的齐纳二极管的横截面;图4是图3的齐纳二极管的详细的部分横截面;图5表示根据图3的齐纳二极管的端子处的电压的电流的特性曲线;图6表示根据栅极电压的齐纳二极管的击穿电压的变化的曲线;图7是根据一个实施例的齐纳二极管的俯视图;图8和9是根据另一实施例的齐纳二极管的横截面和俯视图;图10是根据另一实施例的图7的二极管的俯视图;图11和12是根据另一实施例的齐纳二极管的横截面和俯视图;图13是根据另一实施例的图10的齐纳二极管的俯视图;以及图14是根据一个实施例的齐纳二极管的横截面。具体实施方式图3表示根据一个实施例的齐纳二极管ZR。齐纳二极管形成在阱NW中,阱NW形成在由具有第一传导类型(例如P类型)的掺杂的半导体材料制成的衬底SUB中。阱NW具有第二传导类型(N类型)的掺杂。齐纳二极管ZR包括具有形成在构成阳极区域的阱NW中的第一传导类型(例如P+类型)的高掺杂的阴极区域CD1。阱NW通过浅沟槽隔离STI1与衬底SUB的其余部分隔离。齐纳二极管ZR还包括形成阱NW的偏置区域并且因此形成二极管ZR的阳极的连接区域的第二传导类型(N+类型)的高掺杂区域ED1。另外,衬底SUB包括形成衬底SUB的偏置区域的第一传导类型(P+类型)的一个或多个高掺杂的区域SP1。齐纳二极管ZR还包括形成在区域CD1上的阴极接触焊盘CDC以及形成在区域ED1上的阳极接触焊盘EDC。衬底的一个或多个偏置接触SPC形成在衬底SUB的偏置区域SPP上。根据一个实施例,齐纳二极管ZR包括竖直嵌入式栅极GT1,竖直嵌入式栅极GT1形成在阱NW中,以便仅通过栅极氧化物层GTD与阴极区域CD1以及特别地与在区域CD1与由阱NW形成的阳极区域之间的二极管ZR的结区域PN分离。提供栅极GT1以通过栅极接触焊盘GTC来接收偏置电压GV。电压GV可以由电路CMD来供应,电路CMD还向阴极接触焊盘CDC供应阴极电压CV并且向阳极接触焊盘EDC供应阳极电压。为了增加形成齐纳二极管的结PN的P+与N掺杂之间的过渡斜坡,并且因此获得“突变”结PN,可以在具有第二N+传导类型的高掺杂的相对薄的区域ZD1上形成区域CD1。然而,区域ZD1保持可
选并且在期望减小通过引起向栅极GTC施加的电压发生变化而容易被达到的击穿电压BV的范围的情况下,可以被提供。栅极GT1可以通过在衬底SUB中蚀刻孔或沟槽、通过在沟槽的壁上和底部形成介电层GTD(例如通过氧化)、并且然后通过用诸如金属或多晶硅等传导材料填充沟槽来制造。这些制造步骤、以及使得不同掺杂区域和沟槽STI能够被形成的这些步骤通常被实现以制造基于CMOS晶体管的电路。介电或栅极氧化物层GTD可以具有在15nm到25nm之间、例如本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种齐纳二极管,包括:齐纳二极管结,形成在半导体衬底(SUB,N0)中并且平行于在阴极区域(CD1‑CD6)与阳极区域(NW,PW)之间的所述衬底的表面,所述阳极区域(NW,PW)具有第一传导类型,所述阴极区域由在所述衬底的所述表面上的具有第二传导类型的区域形成;以及第一传导区域(BDC,EDC,ED1‑ED6,NW,PW),被配置成在受到适当的电压时生成垂直于所述齐纳二极管结的第一电场(Ez),其特征在于,所述齐纳二极管包括第二传导区域(GT1‑GT6,GTC),所述第二传导区域(GT1‑GT6,GTC)被配置成在受到适当的电压时生成沿着所述齐纳二极管结的平面的第二电场(Ex)。

【技术特征摘要】
2015.03.19 FR 15522901.一种齐纳二极管,包括:齐纳二极管结,形成在半导体衬底(SUB,N0)中并且平行于在阴极区域(CD1-CD6)与阳极区域(NW,PW)之间的所述衬底的表面,所述阳极区域(NW,PW)具有第一传导类型,所述阴极区域由在所述衬底的所述表面上的具有第二传导类型的区域形成;以及第一传导区域(BDC,EDC,ED1-ED6,NW,PW),被配置成在受到适当的电压时生成垂直于所述齐纳二极管结的第一电场(Ez),其特征在于,所述齐纳二极管包括第二传导区域(GT1-GT6,GTC),所述第二传导区域(GT1-GT6,GTC)被配置成在受到适当的电压时生成沿着所述齐纳二极管结的平面的第二电场(Ex)。2.根据权利要求1所述的齐纳二极管,其中所述第二传导区域包括仅通过介电层(GTD)与所述齐纳二极管结分离的嵌入式栅极(GT1-GT6)。3.根据权利要求2所述的齐纳二极管,其中所述介电层(GTD)具有在15到25nm之间的厚度。4.根据权利要求2和3中的一项所述的齐纳二极管,其中所述栅极(GT1,GT4-GT6)将所述阴极区域(CD1,CD4-CD6)与阳极连接区域(ED1,ED4-ED6)隔离。5.根据权利要求2和3中的一项所述的齐纳二极管,其中所述栅极(GT4,GT5)环绕所述齐纳二极管结。6.根据权利要求2到5中的一项所述的齐纳二极管,其中所述栅极(GT1-GT6)具有八边形或矩形形状。7.根据权利要求1到6中的一项所述的齐纳二极管,包括:阱(NW,PW),形成在所述半导体衬底(SUB)中并且具有所述第二传导类型并且形成所述阳极区域,以及所述第二传导类型的阳极连接区域(ED1-E...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·西莫拉P·弗纳拉
申请(专利权)人:意法半导体鲁塞公司
类型:发明
国别省市:法国;FR

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