一种垂直型恒流二极管及其制造方法技术

本发明专利技术提出了一种垂直型恒流二极管及其制造方法，属于半导体技术领域。本发明专利技术垂直型恒流二极管包括依次连接的元胞结构和终端结构，所述元胞结构由多个结构相同并依次连接的元胞组成，所述终端结构由截止环和多个依次连接的场限环组成。本发明专利技术恒流二极管采用与外延层掺杂类型相反的P型掺杂半导体材料作为衬底，P型轻掺杂衬底会向N型轻掺杂外延层注入空穴，使得恒流二极管为空穴电流和电子电流两种载流子电流，增大了器件的电流密度；且不同掺杂类型的衬底会辅助沟道的耗尽，加快JFET区沟道的夹断，使夹断电压在4V以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，具体涉及一种垂直型恒流二极管及其制造方法。
技术介绍
恒流源是一种常用的电子设备和装置，在电子线路中使用相当广泛。恒流源用于保护整个电路，即使出现电压不稳定或负载电阻变化很大的情况，都能确保供电电流的稳定。恒流二极管(CRD，Current Regulative Diode)是一种半导体恒流器件，即用二极管作为恒流源代替普通的由晶体管、稳压管和电阻等多个元件组成的恒流源，目前恒流二极管的输出电流在几毫安到几十毫安之间，可直接驱动负载，实现了电路结构简单、器件体积小、器件可靠性高等目的。另外恒流二极管的外围电路非常简单，使用方便，已广泛应用于自动控制、仪表仪器、保护电路等领域。但是，目前恒流二极管的击穿电压高位普遍为30～100V，因此存在击穿电压较低的问题，同时能提供的恒定电流也较低。
技术实现思路
本专利技术针对恒流二极管夹断电压较高、击穿电压较低、恒流能力较差的问题，提出了一种垂直型恒流二极管及其制造方法，本专利技术恒流二极管采用与外延层掺杂类型相反的P型掺杂半导体材料作为衬底，使得恒流二极管为空穴和电子两种载流子导电，增大了器件的电流密度；本专利技术恒流二极管实现了较低的夹断电压、较高的击穿电压和较好的恒流能力，且恒流二极管的终端结构和元胞结构可同时形成，简化了工艺，降低了成本。本专利技术的技术方案如下：一种垂直型恒流二极管，包括依次连接的元胞结构和终端结构，所述元胞结构由多个结构相同并依次连接的元胞组成，所述元胞包括P型轻掺杂衬底2，位于P型轻掺杂衬底2之上的N型轻掺杂外延层3，位于N型轻掺杂外延层3之中的第一扩散P型阱区4，所述第一扩散P型阱区4为两个并分别位于元胞的两端，位于第一扩散P型阱区4之中的第一P型重掺杂区5和第一N型重掺杂区7，位于第一N型重掺杂区7和N型轻掺杂外延层3之间且嵌入第一扩散P型阱区4上表面的耗尽型沟道区6，位于N型轻掺杂外延层3和耗尽型沟道区6上表面的第一氧化层10，覆盖整个元胞表面的第一金属阴极9，位于P型轻掺杂衬底2下表面的金属阳极8，所述第一P型重掺杂区5、第一N型重掺杂区7和第一金属阴极9形成欧姆接触；所述终端结构由截止环和多个依次连接的场限环组成，所述场限环包括P型轻掺杂衬底2、位于P型轻掺杂衬底2之上的N型轻掺杂外延层3、位于N型轻掺杂外延层3之中的第二扩散P型阱区41、位于第二扩散P型阱区41之中的第二P型重掺杂区51、第二氧化层101、第二金属阴极91、位于P型轻掺杂衬底2下表面的金属阳极8，所述第二P型重掺杂区51与第二金属阴极91形成欧姆接触，所述两个场限环的第二扩散P型阱区41之间有间距；所述截止环包括嵌入N型轻掺杂外延层3端部上表面的第二N型重掺杂区11，所述元胞结构、场限环和截止环之间均有一定间距。进一步地，所述终端结构中各场限环的宽度相同。进一步地，所述终端结构中各场限环的间距相等。进一步地，所述垂直型恒流二极管所用半导体材料为硅或者碳化硅等。进一步地，所述垂直型恒流二极管中各掺杂类型可相应变为相反的掺杂，即P型掺杂变为N型掺杂的同时，N型掺杂变为P型掺杂。进一步地，所述终端结构中第二金属阴极91沿第二氧化层101上表面延伸形成场板，金属场板的有无由耐压要求决定，场限环宽度、金属场板长度、场限环间距及最后一个场限环到截止环的距离均可根据耐压要求调节。进一步地，所述元胞中第一扩散P型阱区4之间的距离、元胞及场限环的个数、最后一个元胞距第一个场限环的距离13可根据具体耐压及夹断电压的要求进行调节，大大增加了器件设计的灵活性。上述垂直型恒流二极管的制造方法，包括以下步骤：步骤1：采用P型硅片作为衬底，在其表面进行轻掺杂N型外延，形成N型轻掺杂外延层3；步骤2：进行第一扩散P型阱区4和第二扩散P型阱区41注入前预氧，淀积Si3N4，光刻元胞和场限环P+窗口；步骤3：刻蚀Si3N4，进行第一扩散P型阱区4和第二扩散P型阱区41注入，注入剂量根据不同电流能力调节，然后进行第一扩散P型阱区4和第二扩散P型阱区41推结，刻蚀多余的Si3N4及氧化层；步骤4：进行第一P型重掺杂区5、第二P型重掺杂区51、第一N型重掺杂区7、第二N型重掺杂区11和耗尽型沟道区6注入前预氧，光刻耗尽型沟道区6窗口，进行耗尽型沟道区6注入；步骤5：光刻N+窗口，进行第一N型重掺杂区7和第二N型重掺杂区11注入，光刻P+窗口，进行第一P型重掺杂区5和第二P型重掺杂区51注入，元胞中阴极欧姆接触的第一P型重掺杂区5和终端场限环中第二P型重掺杂区51同时形成，刻蚀多余的氧化层；步骤6：淀积前预氧，淀积氧化层；步骤7：欧姆孔刻蚀，淀积铝金属；步骤8：刻蚀金属，形成金属阴极；步骤9：淀积钝化层，刻PAD孔；步骤10：P型轻掺杂衬底2下表面形成金属阳极8。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术恒流二极管采用与外延层掺杂类型相反的P型掺杂半导体材料作为衬底，P型轻掺杂衬底2会向N型轻掺杂外延层注入空穴，使得恒流二极管为空穴电流和电子电流两种载流子电流，增大了器件的电流密度。2、本专利技术恒流二极管在外延层中注入推结形成阱区，在两个阱区之间形成导电沟道，由于衬底与沟道的掺杂类型不同，可以采用衬底辅助沟道的耗尽，加快JFET区沟道的夹断，使夹断电压控制在4V以下。3、本专利技术恒流二极管为双极型器件，相比单极型器件，本专利技术恒流二极管有更大的电流密度，可节省芯片面积；且本专利技术恒流二极管采用双沟道设计，使器件有较强的恒流能力，且电流值更加稳定。4、本专利技术中元胞的个数、场限环的个数、最后一个元胞距第一个场限环的距离、最后一个场限环与截止环的距离、场限环的宽度、金属场板的长度、场限环间距、元胞中第一扩散阱区4之间的距离均可根据具体耐压、恒定电流和夹断电压的要求进行调节，大大增加了器件设计的灵活性。5、本专利技术中元胞结构和终端结构在工艺上可同时形成，省去了额外的光刻板，节省了制造成本。附图说明图1为本专利技术提供的一种垂直型恒流二极管的结构示意图；图2为本专利技术提供的一种垂直型恒流二极管结构中的元胞的结构示意图；图3为本专利技术实施例的元胞的工艺仿真示意图；图4为本专利技术实施例的终端结构的工艺仿真示意图；图5为本专利技术实施例提供的垂直型恒流二极管的电流电压特性曲线图；图6为本专利技术实施例提供的垂直型恒流二极管的元胞的制造方法的工艺流程示意图；图7为图6元胞制造过程中对应的工艺仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直型恒流二极管，包括依次连接的元胞结构和终端结构，所述元胞结构由多个结构相同并依次连接的元胞组成，所述元胞包括P型轻掺杂衬底(2)，位于P型轻掺杂衬底(2)之上的N型轻掺杂外延层(3)，位于N型轻掺杂外延层(3)之中的第一扩散P型阱区(4)，所述第一扩散P型阱区(4)为两个并分别位于元胞的两端，位于第一扩散P型阱区(4)之中的第一P型重掺杂区(5)和第一N型重掺杂区(7)，位于第一N型重掺杂区(7)和N型轻掺杂外延层(3)之间且嵌入第一扩散P型阱区(4)上表面的耗尽型沟道区(6)，位于N型轻掺杂外延层(3)和耗尽型沟道区(6)上表面的第一氧化层(10)，覆盖整个元胞表面的第一金属阴极(9)，位于P型轻掺杂衬底(2)下表面的金属阳极(8)，所述第一P型重掺杂区(5)、第一N型重掺杂区(7)和第一金属阴极(9)形成欧姆接触；所述终端结构由截止环和多个依次连接的场限环组成，所述场限环包括P型轻掺杂衬底(2)、位于P型轻掺杂衬底(2)之上的N型轻掺杂外延层(3)、位于N型轻掺杂外延层(3)之中的第二扩散P型阱区(41)、位于第二扩散P型阱区(41)之中的第二P型重掺杂区(51)、第二氧化层(101)、第二金属阴极(91)、位于P型轻掺杂衬底(2)下表面的金属阳极(8)，所述第二P型重掺杂区(51)与第二金属阴极(91)形成欧姆接触，所述两个场限环的第二扩散P型阱区(41)之间有间距；所述截止环包括嵌入N型轻掺杂外延层(3)端部上表面的第二N型重掺杂区(11)，所述元胞结构、场限环和截止环之间均有一定间距。...

【技术特征摘要】
1.一种垂直型恒流二极管，包括依次连接的元胞结构和终端结构，所述元
胞结构由多个结构相同并依次连接的元胞组成，所述元胞包括P型轻掺杂衬底
(2)，位于P型轻掺杂衬底(2)之上的N型轻掺杂外延层(3)，位于N型轻掺
杂外延层(3)之中的第一扩散P型阱区(4)，所述第一扩散P型阱区(4)为
两个并分别位于元胞的两端，位于第一扩散P型阱区(4)之中的第一P型重掺
杂区(5)和第一N型重掺杂区(7)，位于第一N型重掺杂区(7)和N型轻掺
杂外延层(3)之间且嵌入第一扩散P型阱区(4)上表面的耗尽型沟道区(6)，
位于N型轻掺杂外延层(3)和耗尽型沟道区(6)上表面的第一氧化层(10)，
覆盖整个元胞表面的第一金属阴极(9)，位于P型轻掺杂衬底(2)下表面的金
属阳极(8)，所述第一P型重掺杂区(5)、第一N型重掺杂区(7)和第一金属
阴极(9)形成欧姆接触；
所述终端结构由截止环和多个依次连接的场限环组成，所述场限环包括P
型轻掺杂衬底(2)、位于P型轻掺杂衬底(2)之上的N型轻掺杂外延层(3)、
位于N型轻掺杂外延层(3)之中的第二扩散P型阱区(41)、位于第二扩散P
型阱区(41)之中的第二P型重掺杂区(51)、第二氧化层(101)、第二金属阴
极(91)、位于P型轻掺杂衬底(2)下表面的金属阳极(8)，所述第二P型重
掺杂区(51)与第二金属阴极(91)形成欧姆接触，所述两个场限环的第二扩散
P型阱区(41)之间有间距；所述截止环包括嵌入N型轻掺杂外延层(3)端部
上表面的第二N型重掺杂区(11)，所述元胞结构、场限环和截止环之间均有一
定间距。
2.根据权利要求1所述的垂直型恒流二极管，其特征在于，所述第二金属
阴极(91)沿第二氧化层(101)上表面延伸形成场板。
3.根据权利要求1所述的垂直型恒流二极管，其特征在于，所述终端结构

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，张康，于亮亮，何逸涛，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51