半导体器件和半导体二极管结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型一般涉及电子设备，尤其涉及半导体器件结构和形成半导体器件的方法。
【背景技术】
[0002]半导体二极管是在集成电路设计中使用的常见的器件结构并且典型地用来控制电流流动的方向。二极管是两端子器件，正极端子称作阳极并且负极端子称作阴极。通常，二极管具有两种操作模式:具有大量的电流传导的正向偏置，和具有可忽略不计的电流传导的反向偏置。
[0003]在利用体半导体衬底技术的大多数集成电路器件中，相对于二极管形成于其中的体衬底的电势或偏置，阴极端子和阳极端子两者需要被正向或负向偏置，并且已经需要设计者预先选择哪种偏置(即正向或负向)将在集成电路应用中使用。另外，如果在操作期间遭遇错误的偏置，二极管结构，例如隔离结构(即寄生二极管变成正向偏置)，开始传导电流，这导致不需要的大电流、闩锁现象、永久的电气短路和噪声问题等。相对于衬底电势预先选择二极管端子被正向或负向偏置的这种需求限制了设计灵活性，尤其在较高电压汽车应用中，其中大的负电压尖峰、感应瞬变和电池反接问题经常与设计者选择的偏置条件冲突。为了解决这个问题，设计者已经依靠使用外部二极管，这需要增加的成本，需要额外的连接引脚，并且需要另外的印刷电路板空间等其它不希望的约束。设计者也已经依靠绝缘体上硅(SOI)技术来解决这个问题，但是SOI技术非常昂贵并且更难以制造。而且，SOI中的掩埋氧化物带来了在许多汽车或其它大功率应用中不希望的额外热电阻。
[0004]因此，期望具有一种二极管结构以及一种形成二极管结构的方法，其使得能够相对于体衬底的电势正向偏置和负向偏置，以便增加设计灵活性并且增强不利的操作条件下的器件性能。同样期望二极管结构具有到体衬底中的低电流注入，以便最小化邻近二极管结构的寄生结构，例如寄生双极晶体管结构的影响。
【实用新型内容】
[0005]本公开的一个实施例的一个目的是提供一种二极管结构，其使得能够相对于体衬底的电势正向偏置和负向偏置，以便增加设计灵活性并且增强不利的操作条件下的器件性會泛。
[0006]根据一个实施例，提供了一种半导体器件，包括:半导体衬底，具有第一导电性类型；第一掺杂区域，具有与所述第一导电性类型相反的第二导电性类型，位于所述半导体衬底上；第二掺杂区域，具有所述第一导电性类型，邻近所述第一掺杂区域；阴极区域，具有所述第二导电性类型，位于所述第二掺杂区域内；阳极区域，具有所述第一导电性类型，位于所述阴极区域内；第一电极，电耦合到所述阳极区域；以及第二电极，电耦合到所述阴极区域和所述第二掺杂区域，其中第一掺杂区域被配置为浮动区域。
[0007]在一个实施例中，所述第一掺杂区域包括:第一部分，邻近所述衬底并且具有第一掺杂浓度；第二部分，邻近所述第一部分和具有第二掺杂浓度的所述第二掺杂区域，其中所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度，并且其中选择所述第二掺杂浓度以减少到所述半导体衬底中的电流注入，并且其中所述第二掺杂浓度大于大约1.ο X 102°原子/cm 3;以及下沉部分，横向围绕所述第二掺杂区域。
[0008]在一个实施例中，所述第一掺杂区域被配置为由所述第二掺杂区域和所述半导体衬底的一个或多个自偏置。
[0009]在一个实施例中，所述阳极区域被配置为一对条形区域。
[0010]在一个实施例中，所述半导体器件还包括:第三掺杂区域，具有所述第一导电性类型，位于所述第二掺杂区域内，其中所述第三掺杂区域的一部分在该对条形区域之间延伸，其中所述第三掺杂区域电耦合到所述第二电极；第四掺杂区域，具有所述第二导电性类型，位于所述阴极区域的一部分内并且横向围绕该对条形中的一个；以及第五掺杂区域，具有所述第二导电性类型，位于所述阴极区域的另一部分内并且横向围绕该对条形中的另一个，其中:所述第四掺杂区域和第五掺杂区域电耦合到所述第二电极，所述阴极区域被布置为远离所述第二掺杂区域的边缘部分，并且所述第二掺杂区域在边缘部分与所述第二掺杂区域之间电耦合到所述第二电极。
[0011]根据另一个实施例，提供了一种半导体二极管结构，包括:半导体衬底，具有第一导电性类型；第一掺杂区域，具有与所述第一导电性类型相反的第二导电性类型，所述第一掺杂区域具有邻近所述半导体衬底并且具有第一掺杂浓度的第一部分以及邻近所述第一部分并且具有比所述第一掺杂浓度大的第二掺杂浓度的第二部分；第二掺杂区域，具有所述第一导电性类型，邻近所述第一掺杂区域的所述第二部分；阴极区域，具有所述第二导电性类型，位于所述第二掺杂区域内；阳极区域，具有所述第一导电性类型，位于所述阴极区域内，其中所述阴极区域和阳极区域形成所述半导体二极管；第一电极，电耦合到所述阳极区域；以及第二电极，电耦合到所述阴极区域，其中所述第一掺杂区域被配置为在没有低欧姆外部电压加在所述第一掺杂区域上的情况下操作，并且其中选择所述第二掺杂浓度以减少从所述半导体二极管到所述半导体衬底中的电流注入。
[0012]在一个实施例中，第二掺杂区域电耦合到所述第二电极。
[0013]在一个实施例中，所述第二部分的至少一部分内的所述第二掺杂浓度大于大约1.0X 102°原子 /cm 3ο
[0014]在一个实施例中，所述第一掺杂区域还包括横向围绕所述第二掺杂区域的下沉部分。
[0015]在一个实施例中，所述阳极区域被配置为一对条形区域，所述结构还包括:第三掺杂区域，具有所述第一导电性类型，位于所述第二掺杂区域内，其中所述第三掺杂区域的一部分在该对条形区域之间延伸。
[0016]根据本公开的一个实施例的一个技术效果是提供一种二极管结构，其使得能够相对于体衬底的电势正向偏置和负向偏置，以便增加设计灵活性并且增强不利的操作条件下的器件性能。
【附图说明】
[0017]图1说明根据本实用新型的半导体器件的一个实施例的部分横截面视图；
[0018]图2是说明图1的实施例中的连接性和寄生结构的电路不意图；
[0019]图3说明关于在正向操作模式中被偏置为高于地的图1的实施例，电流对比电压以及衬底电流与阳极电流的比率对比电压的图解数据；
[0020]图4说明关于在反向操作模式中被偏置为高于地的图1的实施例，电流对比电压的图解数据；
[0021]图5说明关于在正向操作模式中被偏置为低于地的图1的实施例，电流对比电压以及衬底电流与阳极电流的比率对比电压的图解数据；
[0022]图6说明关于在反向操作模式中被偏置为低于地的图1的实施例，电流对比电压的图解数据；
[0023]图7说明衬底电流与阳极电流的比率对比在制造图1的器件的掩埋层部分时使用的离子注入剂量的图解数据；
[0024]图8说明根据本实用新型的半导体器件的另一个实施例的放大横截面视图；
[0025]图9说明图8的器件的一部分的俯视图；以及
[0026]图10说明关于在正向操作模式中被偏置为高于地的图8的实施例，电流对比电压以及衬底电流与阳极电流的比率对比电压的图解数据。
[0027]为了说明的简单和清楚，图中的元件不一定按照比例绘制，并且不同图中相同的参考数字表示相同的元件。另外，为了描述的简单，省略众所周知的步骤和元件的描述和细节。如这里使用的，载流电极意思是器件中承载通过器件的电流的元件，例如M0S晶体管的源极或漏极，双极型晶体管的发射极或集电极，或者二极管的阴极或阳极，并且控制电极意思是器件中控制通过器件的电流的元件，例如M0S晶体管的栅极或双极型晶体管的基极。虽然器件在这里解释为某些N型区域和某些P型区域，本领域普通技术人员理解，根据本描述导电性类型可以颠倒并且也是可能的。为了附图清楚，器件结构的某些区域(例如掺杂区域或电介质区域)可以说明为具有通常直线边缘和精确角度的拐角。但是，本领域技术人员理解，因为掺杂物的扩散和激活或者层的形成，这种区域的边缘通常可能不是直线并且拐角可能不是精确的角度。而且，当与半导体区域、晶圆或衬底结合使用时，术语“主要表面”意思是半导体区域、晶圆或衬底的表面，其形成与另一种材料(例如电介质、绝缘体、导体或多晶半导体)的界面。主要表面可以具有在x、y和z方向上变化的形貌。
【具体实施方式】
[0028]通常，本实施例涉及被配置为在例如集成电路器件中使用的浮动二极管结构。二极管结构形成为与半导体材料的区域的一个表面相邻。半导体材料