恒流器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种恒流器件及其制造方法，包括元胞区和终端区两个部分，元胞区包括多个结构相同并依次连接的元胞，每个元胞包括P型掺杂衬底、N型外延层、扩散P型阱区，终端区包括槽注入后经热过程推结形成的槽内氧化层，位于N型外延层上表面的厚场氧层，本发明专利技术将器件元胞区与边缘缺陷通过槽注入形成PN结的方式相隔离，从而避免了衬底PN结边缘缺陷所导致的反向不耐压问题，本发明专利技术恒流器件通过槽注入形成PN结的方式实现终端隔离，如此形成的隔离可靠性高，在施加反向电压时由PN结承受耐压，对槽底及槽侧壁的氧化层质量要求不高。在槽质量高的情况下可以不做槽注入，仅由槽内氧化层耐压。

【技术实现步骤摘要】
恒流器件及其制造方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种恒流器件及其制造方法。
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，CurrentRegulativeDiode)是一种半导体恒流器件，其用两端结型场效应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，可以在一定的工作范围内保持一个恒定的电流值，其正向工作时为恒流输出，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。另外恒流器件的外围电路非常简单，使用方便，经济可靠，已广泛应用于自动控制、仪表仪器、保护电路等领域。目前的恒流器件由于没有将有源区和边缘隔离，在施加反向电压时器件仍然导通，其特性类似于一个电阻，而无法实现反向阻断。这是因为器件的边缘由于切割的机械作用而产生了缺陷，而边缘的缺陷相当于一条低阻通路，对器件施加反向电压时边缘会产生极大的漏电。此外，目前的恒流器件开启电压范围普遍较大，同时所能提供的恒定电流也较低。公开号为CN105405873A的中国专利技术公开了一种纵向恒流器件及其制造方法，其器件结构如图1所示，包括多个结构相同并依次连接的元胞，所述元胞包括N型掺杂衬底，位于N型掺杂衬底之上的N型轻掺杂外延层，位于N型轻掺杂外延层之中的扩散P型阱区，所述扩散P型阱区为两个并分别位于元胞的两端，位于扩散P型阱区之中的第一P型重掺杂区和N型重掺杂区，位于N型轻掺杂外延层和扩散P型阱区上表面的氧化层，覆盖整个元胞表面的金属阴极，位于N型掺杂衬底下表面的第二P型重掺杂区，位于第二P型重掺杂区下表面的金属阳极，所述第一P型重掺杂区、N型重掺杂区和金属阴极形成欧姆接触，所述第二P型重掺杂区和金属阳极形成欧姆接触。为了实现正向恒流，该专利技术所述半导体恒流器件在传统IGBT结构基础上进行改良，在扩散P型阱区表面进行调沟注入，注入磷离子，使表面补偿形成N型耗尽型沟道区，再通过注入形成第一P型重掺杂区、N型重掺杂区，再通过背面注入形成第二P型重掺杂区。通过调节调沟注入磷离子的剂量及扩散P型阱区之间的距离可使沟道区实现较小的夹断电压；耗尽型沟道夹断后，随着电压的增大，沟道内载流子速度达到饱和，到达夹断点后被耗尽区强电场扫入N型重掺杂区，电流不随电压增大而增大，可实现较好的恒流能力。该专利技术所述半导体器件实测所得正向IV特性如图2所示，夹断电压约为8V，此后器件的输出电流保持恒定。对该专利技术所述结构器件实际测试得到的反向BV特性如图3所示，反向电流随反向电压的增大而增大，即反向BV特性类似于一个电阻。这是因为在施加反向电压时，由于器件边缘存在缺陷，使得反向漏电流异常大，且随反向电压的增大而增大。即该专利技术所述器件结构并不能实现反向阻断功能。
技术实现思路
本专利技术针对现有恒流器件反向导通的问题，提出了一种恒流器件及其制造方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种恒流器件，包括元胞区和终端区两个部分，所述元胞区包括多个结构相同并依次连接的元胞，每个元胞包括P型掺杂衬底2、N型外延层3，位于N型外延层3之中的扩散P型阱区4，所述扩散P型阱区4为两个并分别位于每个元胞的两端，位于扩散P型阱区4之中的第一P型重掺杂区5和N型重掺杂区7，第一P型重掺杂区5位于N型重掺杂区7的两侧，N型外延层3和扩散P型阱区4上表面设有氧化层10，扩散P型阱区4上表面与氧化层10之间设有N型耗尽型沟道区6，元胞区还包括覆盖整个元胞上表面的金属阴极9、位于P型掺杂衬底2下表面的第二P型重掺杂区51、位于第二P型重掺杂区51下表面的金属阳极8，所述第一P型重掺杂区5、N型重掺杂区7和金属阴极9形成欧姆接触，所述第二P型重掺杂区51和金属阳极8形成欧姆接触，所述终端区包括经热过程形成的槽内氧化层13，位于N型外延层3上表面的厚场氧层11。进一步地，所述元胞中扩散P型阱区4之间的距离、N型外延层3的厚度可根据具体耐压及夹断电压的要求进行调节；所述元胞的个数可根据具体恒定电流值的要求进行调节，大大增加了器件设计的灵活性。作为优选方式，所述终端区包括槽注入后经热过程推结在槽的四周围形成的P型掺杂区21。作为优选方式，终端区还包括位于元胞区内部边缘的P型掺杂ring区41，整个器件最外围的扩散P型阱区4和P型掺杂ring区41连成一体。作为优选方式，所述恒流器件中各掺杂类型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。作为优选方式，所述恒流器件通过在终端区引入槽，利用槽内氧化层耐压，使得元胞区与器件边缘缺陷通过介质相隔离，实现正向恒流、反向耐高压。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种所述的恒流器件的制造方法：所述恒流器件通过在终端区引入槽，并对槽的四周围进行P型杂质注入形成的P型掺杂区21，使得元胞区与器件边缘缺陷通过PN结隔离的方式相隔离，实现正向恒流、反向耐高压。当终端区还包括位于元胞区内部边缘的P型掺杂ring区41时，所述的恒流器件的制造方法包括以下步骤：步骤1：采用P型硅片作为P型掺杂衬底2；步骤2：在P型掺杂衬底2上进行N型掺杂外延；步骤3：光刻出P型掺杂ring区41的离子注入窗口，进行P型掺杂注入；步骤4：在外延片终端区刻蚀深槽；步骤5：以±10°以内的倾斜角对槽侧壁及底部进行P型杂质注入形成P型掺杂区21；步骤6：表面生长厚场氧层11，同时槽内也在生长氧化层，直至槽完全被氧化层填充；该热过程也完成了P型掺杂ring区41的推结；步骤7：光刻有源区；步骤8：进行扩散P型阱区4注入前预氧；步骤9：光刻扩散P型阱区窗口，进行扩散P型阱区4注入，注入剂量根据不同电流能力调节，然后进行扩散P型阱区4推结，刻蚀多余的氧化层；步骤10：在扩散P型阱区4上表面进行N型杂质调沟注入，形成N型耗尽型沟道区6，注入剂量根据不同电流能力调节；步骤11：进行第一P型重掺杂区5、N型重掺杂区7注入前预氧，光刻N+窗口，进行N型重掺杂区7注入，光刻P+窗口，进行第一P型重掺杂区5注入，刻蚀多余的氧化层；步骤12：在元胞上表面淀积氧化层，光刻、刻蚀形成氧化层10；步骤13：欧姆孔刻蚀，淀积铝金属；步骤14：刻蚀金属，形成金属阴极9；步骤15：淀积钝化层，刻阴极PAD孔；步骤16：将硅片减薄，在P型衬底下表面注入P型杂质，形成第二P型重掺杂区51；步骤17：第二P型重掺杂区51下表面形成金属阳极8；步骤18：淀积钝化层，刻阳极PAD孔。作为优选方式，所述制造方法在步骤1之后步骤2之前进行N型杂质注入，然后再外延。如此形成的buffer器件恒流效果更好、正向耐压更高。进一步地，如果器件终端区槽质量高，可以耐高压，则可以省略步骤5，仅由槽内氧化层耐压，具体流程如图9所示。进一步地，可以在有源区表面进行N型杂质注入并推结，如此形成的器件表面导通电阻更低，有利于减小夹断电压。进一步地，如果对P型掺杂ring区41的结深有较高精度要求，可以在步骤6后进行P型掺杂ring区41的注入及推结；进一步地，所述恒流器件制造方法中第一P型重掺杂区5与N型重掺杂区7注入顺序可互换。进一步地，所述恒流器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒流器件，包括元胞区和终端区两个部分，所述元胞区包括多个结构相同并依次连接的元胞，每个元胞包括P型掺杂衬底(2)、N型外延层(3)，位于N型外延层(3)之中的扩散P型阱区(4)，所述扩散P型阱区(4)为两个并分别位于每个元胞的两端，位于扩散P型阱区(4)之中的第一P型重掺杂区(5)和N型重掺杂区(7)，第一P型重掺杂区(5)位于N型重掺杂区(7)的两侧，N型外延层(3)和扩散P型阱区(4)上表面设有氧化层(10)，扩散P型阱区(4)上表面与氧化层(10)之间设有N型耗尽型沟道区(6)，元胞区还包括覆盖整个元胞上表面的金属阴极(9)、位于P型掺杂衬底(2)下表面的第二P型重掺杂区(51)、位于第二P型重掺杂区(51)下表面的金属阳极(8)，所述第一P型重掺杂区(5)、N型重掺杂区(7)和金属阴极(9)形成欧姆接触，所述第二P型重掺杂区(51)和金属阳极(8)形成欧姆接触，其特征在于：所述终端区包括经热过程形成的槽内氧化层(13)，位于N型外延层(3)上表面的厚场氧层(11)。

【技术特征摘要】
1.一种恒流器件，包括元胞区和终端区两个部分，所述元胞区包括多个结构相同并依次连接的元胞，每个元胞包括P型掺杂衬底(2)、N型外延层(3)，位于N型外延层(3)之中的扩散P型阱区(4)，所述扩散P型阱区(4)为两个并分别位于每个元胞的两端，位于扩散P型阱区(4)之中的第一P型重掺杂区(5)和N型重掺杂区(7)，第一P型重掺杂区(5)位于N型重掺杂区(7)的两侧，N型外延层(3)和扩散P型阱区(4)上表面设有氧化层(10)，扩散P型阱区(4)上表面与氧化层(10)之间设有N型耗尽型沟道区(6)，元胞区还包括覆盖整个元胞上表面的金属阴极(9)、位于P型掺杂衬底(2)下表面的第二P型重掺杂区(51)、位于第二P型重掺杂区(51)下表面的金属阳极(8)，所述第一P型重掺杂区(5)、N型重掺杂区(7)和金属阴极(9)形成欧姆接触，所述第二P型重掺杂区(51)和金属阳极(8)形成欧姆接触，其特征在于：所述终端区包括经热过程形成的槽内氧化层(13)，位于N型外延层(3)上表面的厚场氧层(11)。2.根据权利要求1所述的恒流器件，其特征在于：所述终端区包括槽注入后经热过程推结在槽的四周围形成的P型掺杂区(21)。3.根据权利要求1所述的恒流器件，其特征在于：终端区还包括位于元胞区内部边缘的P型掺杂ring区(41)，整个器件最外围的扩散P型阱区(4)和P型掺杂ring区(41)连成一体。4.根据权利要求2所述的恒流器件，其特征在于：终端区还包括位于元胞区内部边缘的P型掺杂ring区(41)，整个器件最外围的扩散P型阱区(4)和P型掺杂ring区(41)连成一体。5.根据权利要求1所述的恒流器件，其特征在于：所述恒流器件中各掺杂类型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。6.权利要求1所述的恒流器件的制造方法，其特征在于：所述恒流器件通过在终端区引入槽，利用槽内氧化层耐压，使得元胞区与器件边缘缺陷通过介质相隔离，实现正向恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，肖家木，赖春兰，李路，方冬，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