齐纳二极管与电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及齐纳二极管。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]图I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 ο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。
[0004]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Cll。曲线Cll示出常规反向偏置的齐纳二极管的操作。在O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。
[0005]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。
【实用新型内容】
[0006]因此期望制造具有可调整击穿电压的齐纳二极管。
[0007]—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。
[0008]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。
[0009]根据一个实施例，介电层具有在15到25nm之间的厚度。
[0010]根据一个实施例，栅极将阴极区域与阳极连接区域隔离。
[0011 ]根据一个实施例，栅极环绕齐纳二极管结。
[0012]根据一个实施例，栅极具有八边形或矩形形状。
[0013]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。
[0014]根据一个实施例，阱通过浅沟槽隔离与衬底隔离。
[0015]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。
[0016]—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。
[0017]因此，本实用新型的实施例所提供的齐纳二极管或者实施例所提供的电路中所包括的齐纳二极管具有可调整的击穿电压。
【附图说明】
[0018]下面关于而非限于附图来描述本实用新型的实施例的一些示例，在附图中：
[0019]图1(以上描述)是常规齐纳二极管的横截面；
[0020]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；
[0021]图3是根据一个实施例的齐纳二极管的横截面；
[0022]图4是图3的齐纳二极管的详细的部分横截面；
[0023]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；
[0024]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；
[0025]图7是根据一个实施例的齐纳二极管的俯视图；
[0026]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；
[0027]图10是根据另一实施例的图7的二极管的俯视图；
[0028]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；
[0029 ]图13是根据另一实施例的图IO的齐纳二极管的俯视图；以及
[0030]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】
[0031]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CDl ο阱NW通过浅沟槽隔离STII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EDI。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⑶I上的阴极接触焊盘⑶C以及形成在区域EDI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。
[0032]根据一个实施例，齐纳二极管ZR包括竖直嵌入式栅极GTl，竖直嵌入式栅极GTl形成在阱NW中，以便仅通过栅极氧化物层GTD与阴极区域CDl以及特别地与在区域CDl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GTl以通过栅极接触焊盘GTC来接收偏置电压GV ο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。
[0033]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ZDl上形成区域CDl。然而，区域ZDl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。
[0034]栅极GTl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、例如在20nm数量级的厚度以获得大于5V的击穿电压。
[0035]图4更详细地表示形成在区域⑶I与阱NW之间的齐纳二极管ZR的结PN以及特别地在结PN与栅极GTl之间的接触区域。当齐纳二极管ZR被反向偏置时，阴极接触焊盘CDC接收低于向阱NW的偏置接触焊盘EDC施加的电压的电压，例如被设置为OV的电压。在这些情况下，二极管ZR的结PN的区域中出现从阱NW朝向区域CDl的、方向垂直于衬底SUB的表面的电场Ez。如果栅极GTl接收到正的电压，则阴极CDl与形成在阱NW中的阳极区域之间的结PN的平面中也出现方向朝着栅极GTI的电场Ex ο电场Ez和Ex的同时出现形成具有被定位在场Ez与Ex的方向之间的有角扇形中的方向的所得到的场Er。可见，场Er的幅度大于场E z。除了增加电场这一效果，还存在接近效应，因为栅极GTl与结PN直接接触。结果是，在结PN处出现的电荷受到更高的电场并且因此在向区域CDl施加的较低电压的影响下变为移动，这一移动性(mobility)通过雪崩效应产生击穿现象。因此，栅极GTl在此用作电传导元件以将电压带到齐纳二极管的结PN的附近，以便产生电场Ex。
[0036]图5表示在向阴极区域CDl施加的电压CV在O到-15V之间变化时根据电压CV穿过齐纳二极管ZR的电流的变化的曲线(：12、(：13、(：14，其中向阳极连接区域EDI施加的电压AV例如被设置为0V。二极管ZR因此被反向偏置。曲线C12通过向栅极GTl施加等于阳极电压AV的电压GV(OV)来获得。曲线C13通过向栅极GTl施加大于阳极电压AV的电压(近似3V)来获得，并且曲线C14通过向栅极GTl施加低于阳极电压AV的电压GV(近似-3V)来获得。在用于曲线C12的O与近似8.5V之间，在用于曲线C13的O与6.5V之间，以及在用于曲线C14的O与近似IlV之间，穿过二极管ZR的电流根据对数尺度线性增加，同时保持非常低(低于5· 10—8A)。在这些值以上，出现击穿现象，二极管ZR在用于曲