三端自带防护功能的垂直型恒流器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件及其制造方法，器件包括集成在同一硅基片上的恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构；恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构共用N型掺杂衬底、第三P型重掺杂区、阳极、N型掺杂外延层；恒流器件结构还包括：第一扩散P型阱区、N型重掺杂区、第一P型重掺杂区、N型沟道区、第一氧化层、第一金属阴极，双向瞬态电压抑制二极管结构还包括：第二P型重掺杂区、第二氧化层、第二金属阴极，本发明专利技术将双向瞬态电压抑制二极管和恒流器件集成在一起，使得恒流器件具备了一定的抗浪涌能力，增强了恒流器件以及由其组成的系统的可靠性，大大缩减了面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，具体涉及一种三端自带防护功能的垂直型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，Current Regulative Diode)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。但是，目前的恒流器件并不能应对恶劣的外界环境，在受到雷击，或电网波动产生的大电压，大电流的情况很容易烧毁，导致后续的驱动电路的安全也难以保障，在恒流器件外围集成瞬态电压抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)后，恒流器件和整个驱动系统的抗浪涌能力都能得到增强，可靠性大大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是将双向瞬态电压抑制二极管集成到恒流器件外围，形成一个三端器件来驱动电路，提高抗浪涌能力，进一步保障了器件和电路的可靠性。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：包括集成在同一硅基片上的恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构；所述恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构共用如下部分：N型掺杂衬底，N型掺杂衬底下表面的第三P型重掺杂区，第三P型重掺杂区下表面的阳极，位于N型掺杂衬底之上的N型掺杂外延层；所述恒流器件结构还包括：N型掺杂外延层内部靠近上表面的两个第一扩散P型阱区，两个第一扩散P型阱区内部设有上表面和N型掺杂外延层上表面平齐的N型重掺杂区和第一P型重掺杂区，两个第一扩散P型阱区内部的N型重掺杂区和第一P型重掺杂区关于恒流器件结构的中心镜像对称，在N型重掺杂区和N型掺杂外延层之间的第一扩散P型阱区的上表面嵌入N型沟道区，两个N型重掺杂区之间的N型掺杂外延层的上表面和N型沟道区上表面被第一氧化层覆盖，N型重掺杂区、第一P型重掺杂区和第一氧化层的上表面被第一金属阴极覆盖，所述N型重掺杂区、第一P型重掺杂区和第一金属阴极形成欧姆接触，所述第三P型重掺杂区和阳极形成欧姆接触；所述双向瞬态电压抑制二极管结构还包括：远离N型重掺杂区的第一P型重掺杂区外侧的第二P型重掺杂区、覆盖N型掺杂外延层和第二P型重掺杂区边缘上表面的第二氧化层，位于第二P型重掺杂区上表面的第二金属阴极，第二P型重掺杂区的上表面和N型掺杂外延层上表面平齐，所述第二P型重掺杂区和第二金属阴极形成欧姆接触。作为优选方式，双向瞬态电压抑制二极管结构还包括位于两个扩散P型阱区外侧的N型掺杂外延层内部靠近上表面的第二扩散P型阱区，所述第二P型重掺杂区位于第二扩散阱区内部。作为优选方式，所述第一扩散P型阱区和第二扩散P型阱区之间设置隔离区。隔离区可以由刻槽或填充隔离介质形成设置隔离区可以使相同的耐压下缩短第一扩散P型阱区和第二扩散P型阱区之间的距离，使整个器件集成度更高。作为优选方式，所述器件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。作为优选方式，N型掺杂外延层由多次外延形成。作为优选方式，所述恒流器件结构是平面型或槽型。作为优选方式，第一扩散P型阱区、第二扩散P型阱区、N型沟道区采用挖槽填充的方式形成。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种上述三端自带防护功能的垂直型恒流器件的制造方法，包括以下步骤：步骤1：采用N型硅片作为衬底，在其表面进行N型掺杂外延，形成N型掺杂外延层；步骤2：进行第一扩散P型阱区的注入前预氧；步骤3：光刻第一扩散P型阱区窗口，进行第一扩散P型阱区注入；步骤4：然后进行第一扩散P型阱区推结，刻蚀多余的氧化层；步骤5：进行N型沟道区注入前预氧，进行N型沟道区的注入；步骤6：光刻N型重掺杂区窗口，进行N型重掺杂区注入；光刻第一P型重掺杂区、第二P型重掺杂区窗口，进行第一P型重掺杂区、第二P型重掺杂区注入，刻蚀多余的氧化层；N型重掺杂区、第一P型重掺杂区、第二P型重掺杂区的注入无先后顺序；步骤7：淀积氧化层，光刻、刻蚀形成第一氧化层，步骤1之后步骤2之前淀积氧化层，光刻、刻蚀形成第二氧化层；步骤8：欧姆孔刻蚀，淀积铝金属；步骤9：刻蚀金属，形成第一金属阴极、第二金属阴极；步骤10：淀积钝化层，刻第一阴极PAD孔、第二阴极PAD孔；步骤11：将硅片减薄，在N型掺杂衬底下表面注入第三P型重掺杂区；步骤12：第三P型重掺杂区1下表面形成阳极；步骤13：淀积钝化层，刻阳极PAD孔。在设置了第二扩散P型阱区的情况下，本专利技术的三端自带防护功能的垂直型恒流器件的制造方法进一步包括如下步骤：步骤1：采用N型硅片作为衬底，在其表面进行N型掺杂外延，形成N型掺杂外延层；步骤2：进行第一扩散P型阱区的注入前预氧；步骤3：光刻第一扩散P型阱区窗口，进行第一扩散P型阱区注入；步骤4：然后进行第一扩散P型阱区推结，刻蚀多余的氧化层；步骤5：进行N型沟道区注入前预氧，进行N型沟道区的注入；步骤5-1：在步骤(1)之后和步骤(6)之前的任意位置，按如下方法生成第二扩散P型阱区：进行第二扩散P型阱区的注入前预氧；光刻第二扩散P型阱区窗口，进行第二扩散P型阱区注入、推结，刻蚀多余的氧化层；步骤6：光刻N型重掺杂区窗口，进行N型重掺杂区注入；光刻第一P型重掺杂区、第二P型重掺杂区窗口，进行第一P型重掺杂区、第二P型重掺杂区注入，刻蚀多余的氧化层；N型重掺杂区、第一P型重掺杂区、第二P型重掺杂区的注入无先后顺序；步骤7：淀积氧化层，光刻、刻蚀形成第一氧化层，步骤1之后步骤2之前淀积氧化层，光刻、刻蚀形成第二氧化层；步骤8：欧姆孔刻蚀，淀积铝金属；步骤9：刻蚀金属，形成第一金属阴极、第二金属阴极；步骤10：淀积钝化层，刻第一阴极PAD孔、第二阴极PAD孔；步骤11：将硅片减薄，在N型掺杂衬底下表面注入第三P型重掺杂区；步骤12：第三P型重掺杂区1下表面形成阳极；步骤13：淀积钝化层，刻阳极PAD孔。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术将双向瞬态电压抑制二极管和恒流器件集成在一起，使得恒流器件具备了一定的抗浪涌能力，增强了恒流器件以及由其组成的系统的可靠性。2、本专利技术通过一套工艺将双向瞬态电压抑制二极管和恒流器件集成在同一硅基上，与外接分立的瞬态电压抑制二极管相比，大大缩减了面积。3、本专利技术中可以通过调节第二扩散P型阱区、第二P型重掺杂区和第三P型重掺杂区的结深和浓度来得到合适的瞬态电压抑制二极管的击穿电压，钳位电压及峰值脉冲电流。4、本专利技术中第三P型重掺杂区与N型掺杂衬底构成一个二极管与集成的瞬态电压抑制二极管连接，通过调节第三P型重掺杂区与N型掺杂衬底的浓度来降低瞬态电压抑制二极管的电容，加快响应速度。5、本专利技术中第一扩散P型阱区、第二扩散P型阱区可共用同一道掩膜版，可节省工艺成本，第一扩散P型阱区、第二扩散P型阱区的结深和浓度分布相同；也可以用不同的掩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：包括集成在同一硅基片上的恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构；所述恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构共用如下部分：N型掺杂衬底，N型掺杂衬底下表面的第三P型重掺杂区，第三P型重掺杂区下表面的阳极，位于N型掺杂衬底之上的N型掺杂外延层；所述恒流器件结构还包括：N型掺杂外延层内部靠近上表面的两个第一扩散P型阱区，两个第一扩散P型阱区内部设有上表面和N型掺杂外延层上表面平齐的N型重掺杂区和第一P型重掺杂区，两个第一扩散P型阱区内部的N型重掺杂区和第一P型重掺杂区关于恒流器件结构的中心镜像对称，在N型重掺杂区和N型掺杂外延层之间的第一扩散P型阱区的上表面嵌入N型沟道区，两个N型重掺杂区之间的N型掺杂外延层的上表面和N型沟道区上表面被第一氧化层覆盖，N型重掺杂区、第一P型重掺杂区和第一氧化层的上表面被第一金属阴极覆盖，所述N型重掺杂区、第一P型重掺杂区和第一金属阴极形成欧姆接触，所述第三P型重掺杂区和阳极形成欧姆接触；所述双向瞬态电压抑制二极管结构还包括：远离N型重掺杂区的第一P型重掺杂区外侧的第二P型重掺杂区、覆盖N型掺杂外延层和第二P型重掺杂区边缘上表面的第二氧化层，位于第二P型重掺杂区上表面的第二金属阴极，第二P型重掺杂区的上表面和N型掺杂外延层上表面平齐，所述第二P型重掺杂区和第二金属阴极形成欧姆接触。...

【技术特征摘要】
1.一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：包括集成在同一硅基片上的恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构；所述恒流器件结构和双向瞬态电压抑制二极管结构共用如下部分：N型掺杂衬底，N型掺杂衬底下表面的第三P型重掺杂区，第三P型重掺杂区下表面的阳极，位于N型掺杂衬底之上的N型掺杂外延层；所述恒流器件结构还包括：N型掺杂外延层内部靠近上表面的两个第一扩散P型阱区，两个第一扩散P型阱区内部设有上表面和N型掺杂外延层上表面平齐的N型重掺杂区和第一P型重掺杂区，两个第一扩散P型阱区内部的N型重掺杂区和第一P型重掺杂区关于恒流器件结构的中心镜像对称，在N型重掺杂区和N型掺杂外延层之间的第一扩散P型阱区的上表面嵌入N型沟道区，两个N型重掺杂区之间的N型掺杂外延层的上表面和N型沟道区上表面被第一氧化层覆盖，N型重掺杂区、第一P型重掺杂区和第一氧化层的上表面被第一金属阴极覆盖，所述N型重掺杂区、第一P型重掺杂区和第一金属阴极形成欧姆接触，所述第三P型重掺杂区和阳极形成欧姆接触；所述双向瞬态电压抑制二极管结构还包括：远离N型重掺杂区的第一P型重掺杂区外侧的第二P型重掺杂区、覆盖N型掺杂外延层和第二P型重掺杂区边缘上表面的第二氧化层，位于第二P型重掺杂区上表面的第二金属阴极，第二P型重掺杂区的上表面和N型掺杂外延层上表面平齐，所述第二P型重掺杂区和第二金属阴极形成欧姆接触。2.根据权利要求1所述的一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：双向瞬态电压抑制二极管结构还包括位于两个扩散P型阱区外侧的N型掺杂外延层内部靠近上表面的第二扩散P型阱区，所述第二P型重掺杂区位于第二扩散阱区内部。3.根据权利要求2所述的一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：所述第一扩散P型阱区和第二扩散P型阱区之间设置隔离区。4.根据权利要求1所述的一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：所述器件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。5.根据权利要求1所述的一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：N型掺杂外延层由多次外延形成。6.根据权利要求1所述的一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于：所述恒流器件结构是平面型或槽型。7.根据权利要求1所述的一种三端自带防护功能的垂直型恒流器件，其特征在于，第一扩散P型阱区、第二扩散P型阱区、N型沟道区采用挖槽填充的方式形成。8.如权利要求1或4或5或6任意一项所述的三端自带防护功能的垂直型恒流器件的制造方...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔明，方冬，于亮亮，李成州，李路，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