專利名稱：齊納二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齊納二極管，特別涉及介由柵極氧化膜在齊納結(jié)上設(shè)置有柵電極的齊納二極管。
背景技術(shù)：
圖5是整體以500表示的現(xiàn)有的齊納二極管的剖面結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。齊納二極管500包含n型的硅襯底51。在硅襯底51上設(shè)置p型阱區(qū)52。在p型阱區(qū)52上設(shè)置深注入的p+陽極區(qū)53和n+陰極區(qū)54，該n+陰極區(qū)54以與p+陽極區(qū)53重疊，與p+陽極區(qū)53相比注入深度較淺(各區(qū)域的濃度和深度的關(guān)系在圖5的右面示出)。
此外，在硅襯底51的表面形成表面氧化膜55，并在其上形成絕緣膜56。
進(jìn)而，設(shè)置陽極57和陰極58，分別與p型阱區(qū)52和n+陰極區(qū)54連接。
專利文獻(xiàn)1特開平3-87072號(hào)公報(bào)在齊納二極管500中，與p+陽極區(qū)53重疊的n+陰極區(qū)54的底面變成二極管的pn結(jié)面(在圖5中，注有二極管的電路符號(hào))，由與pn結(jié)面相鄰的p+陽極區(qū)53、n+陰極區(qū)54的雜質(zhì)濃度決定齊納電壓(耐壓)。
但是，因?yàn)槔秒x子注入法或擴(kuò)散法形成p+陽極區(qū)53或n+陰極區(qū)54，故在pn結(jié)面附近難以以高精度控制雜質(zhì)濃度。因此，存在會(huì)在齊納二極管500之間產(chǎn)生齊納電壓離散的問題。
另一方面，當(dāng)較淺地形成p+陽極區(qū)53或n+陰極區(qū)54時(shí)，因?yàn)樵诒砻娓浇纬蓀n結(jié)(齊納結(jié))，所以，因齊納擊穿(zener breakdown)產(chǎn)生的電子被表面氧化膜55俘獲(充電現(xiàn)象)，存在齊納電壓變化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠以很好的精度決定齊納電壓、而且沒有齊納電壓變化的齊納二極管。
本發(fā)明是一種齊納二極管，是一種包括半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底的表面上形成的第1導(dǎo)電型的第1區(qū)域；和以包含在該第1區(qū)域中的方式形成在該半導(dǎo)體襯底表面上的第2導(dǎo)電型的第2區(qū)域，將該第1區(qū)域和該第2區(qū)域的接合面作為pn結(jié)面的齊納二極管，該第1區(qū)域中的該第1導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度在該半導(dǎo)體襯底的表面最高，該第2區(qū)域中的該第2導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度在該半導(dǎo)體襯底的表面最高。
由以上的說明可知，本發(fā)明的齊納二極管可以高精度地決定齊納電壓的值。


圖1是本實(shí)施方式的齊納二極管的剖面圖。
圖2是本實(shí)施方式的齊納二極管的柵極電壓和齊納電壓的關(guān)系。
圖3是本實(shí)施方式的齊納二極管的控制電路。
圖4是本實(shí)施方式的齊納二極管的制造工序的剖面圖。
圖5是現(xiàn)有的齊納二極管的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是整體以100表示的本發(fā)明的實(shí)施方式的齊納二極管的剖面圖。
齊納二極管100包含n型硅襯底1。其n型區(qū)也可以是形成在硅襯底1上的阱區(qū)。
在硅襯底1上設(shè)置p+陽極區(qū)5，進(jìn)而設(shè)置n+陰極區(qū)10，使其包含在p+陽極區(qū)5中。
在硅襯底1的表面設(shè)置表面氧化膜(柵極氧化膜)2，并在其上設(shè)置例如由多晶硅構(gòu)成的柵電極6。進(jìn)而，在柵電極6上設(shè)置柵極布線14。
另一方面，分別在p+陽極區(qū)5上連接陽極布線12，在n+陰極區(qū)10連接陰極布線13。
陽極布線12、陰極布線13和柵極布線14例如由鋁等金屬構(gòu)成。進(jìn)而，硅襯底1的表面被氧化硅等絕緣膜11、BPSG膜等表面保護(hù)膜15覆蓋。
如圖1的右圖所示，在齊納二極管100中，p+陽極區(qū)5和n+陰極區(qū)10都以雜質(zhì)濃度在硅襯底1的表面最高的方式形成。
其結(jié)果是，如圖1中的虛線所示，從n+陰極區(qū)10向p+陽極區(qū)5延伸的耗盡層在n+陰極區(qū)10的底面變厚，越靠近硅襯底1的表面越薄。
在齊納二極管100中，在耗盡層的薄區(qū)即硅襯底1的表面附近(在圖1中，注有二極管電路符號(hào))容易發(fā)生齊納擊穿，由該部分的p+陽極區(qū)5和n+陰極區(qū)10的雜質(zhì)濃度決定齊納電壓(耐壓)。
當(dāng)利用離子注入法或擴(kuò)散法向硅襯底1注入雜質(zhì)時(shí)，若在硅襯底1的表面附近，可以以高精度控制雜質(zhì)的濃度。在本實(shí)施方式的齊納二極管100中，如上所述，因?yàn)楣枰r底1的表面附近決定齊納電壓(耐壓)，故齊納電壓的值也可以高精度地決定。
進(jìn)而，在本實(shí)施方式的齊納二極管100中，在硅襯底1的齊納結(jié)(p+陽極區(qū)5和n+陰極區(qū)10的邊界)上，介由表面氧化膜2設(shè)置柵電極6。柵電極6的電壓可以通過柵極布線14來控制。
當(dāng)在硅襯底1的表面附近形成齊納結(jié)時(shí)，因齊納擊穿產(chǎn)生的電子被表面氧化膜2俘獲，發(fā)生齊納電壓變化的充電現(xiàn)象，但是，在齊納二極管100中，通過在齊納結(jié)上設(shè)置柵布線14，可以防止這樣的充電。
即，在齊納二極管100中，通過對(duì)柵電極6施加預(yù)定的正電壓，可以消除表面氧化膜2中積蓄的電子，可以防止充電現(xiàn)象。其結(jié)果是，可以防止因充電現(xiàn)象引起的齊納電壓變化。
此外，通過改變施加給柵電極6的電壓，可以控制齊納電壓。即，當(dāng)對(duì)柵電極6施加正電壓時(shí)，耗盡層從硅襯底1的表面向p+陽極區(qū)延伸。其結(jié)果是，在決定齊納二極管100的齊納電壓的硅襯底1的表面附近的齊納結(jié)上，難以發(fā)生齊納擊穿。
相反，當(dāng)對(duì)柵電極6加負(fù)電壓時(shí)，向p+陽極區(qū)延伸的耗盡層變薄，容易發(fā)生齊納擊穿。
圖2是齊納二極管100中的柵極電壓和齊納電壓的關(guān)系，橫軸是施加給柵電極6的柵極電壓，縱軸是齊納二極管100的齊納電壓。
由圖2可知，當(dāng)向柵電極6施加正電壓時(shí)，齊納電壓變小，相反，當(dāng)向柵電極6施加負(fù)電壓時(shí)，齊納電壓變大。因此，在齊納二極管100中，可通過改變施加給柵極6的電壓控制齊納電壓。
圖3是齊納二極管100中使用了柵極電壓的齊納電壓控制電路圖的一例。在齊納二極管的A(陽極)和K(陰極)之間，與齊納二極管并聯(lián)地連接控制器?？刂破饕贿厡?duì)A(陽極)和K(陰極)之間的電壓(齊納電壓)進(jìn)行電壓監(jiān)視，一邊按照該監(jiān)測(cè)值控制G(柵極)的電壓。
在齊納二極管100中，通過使用該控制電路，一邊監(jiān)視齊納電壓一邊使柵極電壓變化，可以將齊納電壓設(shè)定在所要的值上。
其次，使用圖4說明本實(shí)施方式的齊納二極管100的制造方法。制造方法包含以下的工序1～4。
工序1如圖4(a)所示，準(zhǔn)備n型硅襯底1。該n型區(qū)域也可以是在硅襯底1上形成的阱區(qū)。其次，利用例如熱氧化法，在硅襯底1的表面形成由氧化硅膜構(gòu)成的表面氧化膜2。
接著，形成抗蝕劑掩模3，并將其用作注入掩模，向硅襯底1注入硼(B)等p型離子4。p型離子4的離子注入的注入能量例如是10～30KeV，劑量例如是1×1014～1×1015cm-2。離子注入后，必要時(shí)進(jìn)行退火工序。
通過在該條件下進(jìn)行離子注入，形成p+陽極區(qū)5，以使雜質(zhì)濃度在硅襯底1的表面附近最高，隨著深度的增加逐漸減小。
工序2如圖4(b)所示，例如，利用CVD法，在表面氧化膜2上形成多晶硅層，使用抗蝕劑掩模7進(jìn)行構(gòu)圖。其結(jié)果是，在p+陽極區(qū)5上形成由多晶硅構(gòu)成的柵電極6。
工序3如圖4(c)所示，以覆蓋柵電極6及其外部的方式形成抗蝕劑掩模8，將該抗蝕劑掩模8用作注入掩模，向p+陽極區(qū)5中注入砷(As)等n型離子9。n型離子9的離子注入的注入能量例如是10～30KeV，劑量例如是1×1015～1×1016cm-2。離子注入后，必要時(shí)進(jìn)行退火工序。
通過在該條件下進(jìn)行離子注入，形成n+陰極區(qū)10，以使雜質(zhì)濃度在硅襯底1(p+陽極區(qū)5)的表面附近最高，隨著深度的增加逐漸減小。并且，n+陰極區(qū)10包含在p+陽極區(qū)5之內(nèi)。
工序4如圖4(d)所示，利用CVD法，制作例如由氧化硅構(gòu)成的層間絕緣膜11。層間絕緣膜11的膜厚例如是3000～10000。
最后，對(duì)層間絕緣膜11進(jìn)行開口，形成與p+陽極區(qū)5連接的陽極布線12、與n+陰極區(qū)10連接的陰極線13和與柵電極6連接的柵極布線14。陽極布線12、陰極布線13和柵極布線14例如可以通過蒸鍍鋁來形成。
并且，必要時(shí)，也可以在層間絕緣膜11上形成由BPSG等構(gòu)成的表面保護(hù)膜(未圖示)。
通過以上工序，完成本實(shí)施方式的齊納二極管100。
權(quán)利要求
1.一種齊納二極管，其特征在于，是一種包括半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體襯底的表面上形成的第1導(dǎo)電型的第1區(qū)域；和以包含在該第1區(qū)域中的方式形成在該半導(dǎo)體襯底表面上的第2導(dǎo)電型的第2區(qū)域，將該第1區(qū)域和該第2區(qū)域的接合面作為pn結(jié)面的齊納二極管，該第1區(qū)域中的該第1導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度在該半導(dǎo)體襯底的表面最高，該第2區(qū)域中的該第2導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度在該半導(dǎo)體襯底的表面最高。
2.如權(quán)利要求1所述的齊納二極管，其特征在于，在上述半導(dǎo)體襯底的表面上設(shè)置絕緣膜，并包含柵電極，該柵電極介由該絕緣膜以與在該表面露出的上述pn結(jié)面的端部對(duì)置的方式設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的齊納二極管，其特征在于，對(duì)上述柵極施加正電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的齊納二極管，其特征在于，改變施加給上述柵極的電壓，使上述pn結(jié)面的耐壓變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠以很好的精度決定齊納電壓且齊納電壓不變的齊納二極管。該齊納二極管包括半導(dǎo)體襯底、在半導(dǎo)體襯底的表面上形成的第1導(dǎo)電型的第1區(qū)域和以包含在第1區(qū)域中的方式形成在半導(dǎo)體襯底表面上的第2導(dǎo)電型的第2區(qū)域，將第1區(qū)域和第2區(qū)域的接合面作為pn結(jié)面，第1區(qū)域中的第1導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度在半導(dǎo)體襯底的表面最高，第2區(qū)域中的第2導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度在半導(dǎo)體襯底的表面最高。
文檔編號(hào)H01L29/866GK1901233SQ20061010149
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者藤井秀紀(jì) 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社