[发明专利]一种垂直型恒流二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种垂直型恒流二极管及其制造方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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；本发明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。

本发明的技术方案如下：

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；