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，还包括N型掺杂外延层中的介质深槽、P型掺杂区、N型耗尽型沟道区，介质深槽以及位于介质深槽底部和侧壁的P型掺杂区使得器件的侧壁实现隔离；本发明专利技术恒流器件将器件元胞区与边缘缺陷通过引入槽终端的方式相隔离，从而避免了衬底PN结边缘缺陷所导致的反向不耐压问题；通过槽内垂直注入形成PN结的方式实现槽终端与PN结终端结合，在外延厚度较厚的情况下实现终端隔离；在衬底有源区中注入N型掺杂再外延，并在N型掺杂外延层内推阱形成扩散P型阱区，两个扩散阱区之间形成导电沟道，制造工艺简单，成本低。

【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。本专利技术恒流器件采用P型重掺杂半导体材料作为衬底，并在衬底上进行N外延，可实现正向大的电流注入效率以及高的反向耐压。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，包括多个结构相同并依次连接的元胞，每个元胞包括P型重掺杂衬底2、N型掺杂外延层3、位于N型掺杂外延层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内部的第一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型掺杂外延层3和扩散P型阱区4上表面设有氧化层10，元胞还包括覆盖整个元胞上表面的金属阴极9、位于P型重掺杂衬底2下表面的金属阳极8，所述第一P型重掺杂区5、N型重掺杂区7和金属阴极9形成欧姆接触，所述P型重掺杂衬底2和金属阳极8形成欧姆接触，还包括N型掺杂外延层3中的介质深槽12、位于介质深槽12底部以及侧壁的P型掺杂区14、位于N型重掺杂区7和N型掺杂外延层3之间且嵌入扩散P型阱区4上表面的N型耗尽型沟道区6，所述氧化层10位于N型掺杂外延层3和N型耗尽型沟道区6上表面，所述位于N型掺杂外延层3中的介质深槽12以及位于介质深槽12底部和侧壁的P型掺杂区14使得器件的侧壁实现隔离。作为优选方式，所述恒流器件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，介质深槽12内部设有用于填充槽内氧化层间隙的介质13。进一步地，所述恒流器件中用于填充槽内氧化层间隙的，除了多晶硅，还可以是其他填充物质，如二氧化硅、或氮化硅等。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，所述恒流器件所用半导体材料为硅或碳化硅。进一步地，所述恒流器件中的P型掺杂ring区41，可以根据器件耐压的不同做1个甚至多个。进一步地，所述恒流器件中槽底部未必要在P型重掺杂衬底2内，只需满足推结后槽底部PN结与P型重掺杂衬底2相连接即可。进一步地，所述恒流器件中若槽宽较小，可以直接通过生长热氧实现槽内的密闭填充。进一步地，所述元胞中扩散P型阱区4之间的距离、N型掺杂外延层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。本专利技术还提供一种上述恒流器件的制造方法，包括以下步骤：步骤1：采用P型重掺杂硅片作为衬底；步骤2：在P型重掺杂衬底2实施N型掺杂外延生长；步骤3：对具有N型外延层的P型衬底硅片进行扩散P型阱区4注入前预氧；步骤4：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；步骤5：淀积深槽刻蚀掩膜氮化硅，并光刻介质深槽12区窗口，进行深槽刻蚀；步骤6：槽内注入P型杂质形成P型掺杂区14；步骤7：场氧生长，同时实现介质深槽12的填充以及扩散P型阱区4的推结；步骤8：进行表面N型耗尽型沟道区6注入前预氧；步骤9：进行表面N型耗尽型沟道区6注入，注入剂量根据不同电流能力调节；步骤10：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11：在元胞上表面淀积前预氧，淀积氧化层，光刻、刻蚀形成氧化层10；步骤12：欧姆孔刻蚀，淀积铝金属；步骤13：刻蚀金属，形成金属阴极9；步骤14：淀积钝化层，刻阴极PAD孔；步骤15：P型重掺杂衬底2下表面形成金属阳极8；步骤16：淀积钝化层，刻阳极PAD孔。作为优选方式，在步骤7之后步骤8之前进行多晶硅的回填以及刻蚀，确保深槽内的完全填充。当恒流器件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，包括如下步骤：步骤1：采用P型重掺杂硅片作为衬底；步骤2：在P型重掺杂衬底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：以垂直注入方式进行P型杂质注入；步骤6：热生长形成硅片上表面的厚场氧层11，与此同时槽内侧壁也形成氧化层，P型掺杂ring区41也在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种恒流器件，包括多个结构相同并依次连接的元胞，每个元胞包括P型重掺杂衬底(2)、N型掺杂外延层(3)、位于N型掺杂外延层(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)内部的第一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型掺杂外延层(3)和扩散P型阱区(4)上表面设有氧化层(10)，元胞还包括覆盖整个元胞上表面的金属阴极(9)、位于P型重掺杂衬底(2)下表面的金属阳极(8)，所述第一P型重掺杂区(5)、N型重掺杂区(7)和金属阴极(9)形成欧姆接触，所述P型重掺杂衬底(2)和金属阳极(8)形成欧姆接触，其特征在于：还包括N型掺杂外延层(3)中的介质深槽(12)、位于介质深槽(12)底部以及侧壁的P型掺杂区(14)、位于N型重掺杂区(7)和N型掺杂外延层(3)之间且嵌入扩散P型阱区(4)上表面的N型耗尽型沟道区(6)，所述氧化层(10)位于N型掺杂外延层(3)和N型耗尽型沟道区(6)上表面，所述位于N型掺杂外延层(3)中的介质深槽(12)以及位于介质深槽(12)底部和侧壁的P型掺杂区(14)使得器件的侧壁实现隔离。...

【技术特征摘要】
1.一种恒流器件，包括多个结构相同并依次连接的元胞，每个元胞包括P型重掺杂衬底(2)、N型掺杂外延层(3)、位于N型掺杂外延层(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)内部的第一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型掺杂外延层(3)和扩散P型阱区(4)上表面设有氧化层(10)，元胞还包括覆盖整个元胞上表面的金属阴极(9)、位于P型重掺杂衬底(2)下表面的金属阳极(8)，所述第一P型重掺杂区(5)、N型重掺杂区(7)和金属阴极(9)形成欧姆接触，所述P型重掺杂衬底(2)和金属阳极(8)形成欧姆接触，其特征在于：还包括N型掺杂外延层(3)中的介质深槽(12)、位于介质深槽(12)底部以及侧壁的P型掺杂区(14)、位于N型重掺杂区(7)和N型掺杂外延层(3)之间且嵌入扩散P型阱区(4)上表面的N型耗尽型沟道区(6)，所述氧化层(10)位于N型掺杂外延层(3)和N型耗尽型沟道区(6)上表面，所述位于N型掺杂外延层(3)中的介质深槽(12)以及位于介质深槽(12)底部和侧壁的P型掺杂区(14)使得器件的侧壁实现隔离。2.根据权利要求1所述的恒流器件，其特征在于：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。3.根据权利要求1或2所述的恒流器件，其特征在于：介质深槽(12)内部设有用于填充槽内氧化层间隙的介质(13)。4.根据权利要求3所述的恒流器件，其特征在于：所述介质(13)为多晶硅、或二氧化硅、或氮化硅。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，其特征在于：所述恒流器件所用半导体材料为硅或碳化硅。7.权利要求1所述的恒流器件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：采用P型重掺杂硅片作为衬底；步骤2：在P型重掺杂衬底(2)实施N型掺杂外延生长；步骤3：对具有N型外延层的P型衬底硅片进行扩散P型阱区(4)注入前预氧；步骤4：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；步骤5：淀积深槽刻蚀掩膜氮化硅，并光刻介质深槽(12)区窗口，进行深槽刻蚀；步骤6：槽内注入P型杂质形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，赖春兰，肖家木，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