一種垂直型恒流二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種垂直型恒流二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]恒流源是一種常用的電子設(shè)備和裝置，在電子線路中使用相當(dāng)廣泛。恒流源保護(hù)整個電路，即使出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定或負(fù)載電阻變化很大的情況，都能確保供電電流穩(wěn)定。近年來市場上問世一種恒流二極管CRD (Current Regulator D1des)，即用二極管作為恒流源來代替普通恒流源的晶體管、穩(wěn)壓管、電阻等多個元件，恒流二極管輸出電流大，已經(jīng)做到從幾毫安到幾十毫安的恒定電流，可以直接驅(qū)動負(fù)載，簡化電路結(jié)構(gòu)，縮小了體積，提高器件的可靠性。另外恒流二極管的外圍電路非常簡單，使用方便，廣泛應(yīng)用于自動控制，儀表儀器、保護(hù)電路等領(lǐng)域恒流源是一種常用的電子設(shè)備和裝置，在電子線路中使用相當(dāng)廣泛。恒流源保護(hù)整個電路，即使出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定或負(fù)載電阻變化很大的情況，都能確保供電電流穩(wěn)定。近年來市場上問世一種恒流二極管CRD(Current Regulator D1des)，即用二極管作為恒流源來代替普通恒流源的晶體管、穩(wěn)壓管、電阻等多個元件，恒流二極管輸出電流大，已經(jīng)做到從幾毫安到幾十毫安的恒定電流，可以直接驅(qū)動負(fù)載，簡化電路結(jié)構(gòu)，縮小了體積，提高器件的可靠性。另外恒流二極管的外圍電路非常簡單，使用方便，廣泛應(yīng)用于自動控制，儀表儀器、保護(hù)電路等領(lǐng)域。
[0003]公開號為CN103426936A的中國專利公開了了 “一種垂直型恒流二極管及其制造方法”，如圖1所示，其主要技術(shù)方案為一種垂直型恒流二極管，包括依次層疊設(shè)置的氧化層7、高摻雜N型外延層6、輕摻雜N型外延層2、重?fù)诫sN+襯底I和金屬陽極8，其特征在于，還包括有依次連接的元胞結(jié)構(gòu)、終端結(jié)構(gòu)和截止環(huán)，所述元胞結(jié)構(gòu)由多個結(jié)構(gòu)相同并依次連接的元胞組成，所述元胞包括第一金屬陰極3、第一 N+重?fù)诫s區(qū)4和第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5，所述第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5為兩個并分別位于元胞的兩端，所述第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5貫穿高摻雜N型外延層6并延伸至輕摻雜N型外延層2中，所述第一 N+重?fù)诫s區(qū)4設(shè)置在兩個第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5之間并嵌入位于兩個第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5之間的高摻雜N型外延層6的上表面，所述第一金屬陰極3覆蓋在第一 N+重?fù)诫s區(qū)4和第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5的上表面并完全貫穿氧化層7，同時形狀為溝槽形狀，兩端的溝槽延伸至第一P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5中，槽內(nèi)部分電極被P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5包圍，所述終端結(jié)構(gòu)由多個結(jié)構(gòu)相同并依次連接的終端組成，所述終端包括第二金屬陰極31和第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51，所述第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51位于靠近元胞結(jié)構(gòu)的一端，貫穿高摻雜N型外延層6并延伸至輕摻雜N型外延層2中，兩個終端結(jié)構(gòu)的第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51之間有一定間距，所述第二金屬陰極31為溝槽形狀，溝槽部分貫穿部分氧化層7并延伸至第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51中，槽內(nèi)部分電極被P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51包圍，第二金屬陰極31和第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51構(gòu)成場限環(huán)，所述截止環(huán)包括嵌入輕摻雜N型外延層2端部上表面的第二 N+重?fù)诫s區(qū)41形成，第二 N+重?fù)诫s區(qū)41上表面覆蓋氧化層7，所述元胞結(jié)構(gòu)、終端結(jié)構(gòu)和截止環(huán)之間有一定間距。雖然本專利采用了很多結(jié)構(gòu)提高器件性能，但電流隨電壓升高增大較明顯，即飽和度不高，另外，器件達(dá)到飽和電流需要的電壓很大。本專利提出的改進(jìn)結(jié)構(gòu)能夠很明顯的減小飽和壓降，同時提高電流飽和度，此外器件的耐壓明顯提高

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的，就是針對上述問題，提出一種能夠很明顯的減小飽和壓降，同時提高電流飽和度，提高器件的耐壓的垂直型恒流二極管及其制造方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種垂直型恒流二極管，包括從上至下依次層疊設(shè)置的氧化層7、高摻雜N型外延層6、輕摻雜N型外延層2、重?fù)诫sN+襯底I和金屬陽極8 ;所述二極管沿器件橫向方向依次具有元胞結(jié)構(gòu)、終端結(jié)構(gòu)和截止環(huán)，所述元胞結(jié)構(gòu)由多個結(jié)構(gòu)相同并依次連接的元胞組成；所述元胞包括第一金屬陰極3、第二金屬陰極18、第一 N+重?fù)诫s區(qū)4和第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5 ;所述第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5位于元胞結(jié)構(gòu)的兩端，第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5貫穿高摻雜N型外延層6并延伸至輕摻雜N型外延層2中；所述第一 N+重?fù)诫s區(qū)4與第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5連接并位于第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5之間；所述第一陰極貫穿氧化層7與第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5連接并延伸入第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5中；所述第二金屬陰極18貫穿氧化層7與第一 N+重?fù)诫s區(qū)4的上表面連接；所述終端結(jié)構(gòu)由多個結(jié)構(gòu)相同并依次連接的終端組成，所述終端包括第三金屬陰極31和第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51，所述第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51位于終端中靠近元胞結(jié)構(gòu)的一端，第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51貫穿高摻雜N型外延層6并延伸至輕摻雜N型外延層2中；相鄰終端中的第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51之間有一定間距；所述第三金屬陰極31為溝槽形狀，溝槽部分貫穿部分氧化層7并延伸至第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51中，第三金屬陰極31和第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51構(gòu)成場限環(huán)；所述截止環(huán)由位于高摻雜N型外延層6上層的第二 N+重?fù)诫s區(qū)41形成，第二 N+重?fù)诫s區(qū)41上表于氧化層7的下表面連接；所述元胞結(jié)構(gòu)、終端結(jié)構(gòu)和截止環(huán)之間有一定間距；其特征在于，還包括阱電阻結(jié)構(gòu)；所述阱電阻結(jié)構(gòu)與元胞結(jié)構(gòu)連接；所述阱電阻結(jié)構(gòu)包括P阱14、第三P+重?fù)诫s區(qū)15和第四P+重?fù)诫s區(qū)16 ;所述P阱14位于高摻雜N型外延層6上層，其上表面與氧化層7的下表面連接；所述第三P+重?fù)诫s區(qū)15和第四P+重?fù)诫s區(qū)16位于P阱14兩側(cè)的上層，所述第四P+重?fù)诫s區(qū)16位于靠近元胞結(jié)構(gòu)的一側(cè)；所述第一金屬陰極3貫穿氧化層7與第四P+重?fù)诫s區(qū)16的上表面連接；所述第二金屬陰極18貫穿氧化層7與第三P+重?fù)诫s區(qū)15的上表面連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述P阱14還包括多晶電阻19 ;所述多晶電阻19位于第三P+重?fù)诫s區(qū)15和第四P+重?fù)诫s區(qū)16之間，其上表面與第二金屬陰極18連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述P阱14的下部延伸入輕摻雜N型外延層2中。
[0009]進(jìn)一步的，所述P阱14的下表面與輕摻雜N型外延層2的上表面連接。
[0010]—種垂直型恒流二極管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011]第一步:采用外延工藝，在N+襯底I上層生成N型外延層2 ;
[0012]第二步:采用外延工藝，在N型外延層2上層生成高摻雜N型外延層6 ;
[0013]第三步:在高摻雜N型外延層6上表面生成氧化層7 ;
[0014]第四步:采用刻蝕工藝，在雜N型外延層6上表面刻蝕出第一金屬陰極3、第二金屬陰極18、第三金屬陰極31和場限環(huán)的槽；
[0015]第五步:采用光刻和離子注入工藝，在第四步中器件元胞結(jié)構(gòu)和終端結(jié)構(gòu)中刻蝕出的槽的部位分別形成第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5和第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51 ;第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5和第二 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)51的下部延伸至輕摻雜N型外延層2中；
[0016]第六步:采用離子注入工藝，在器件中靠近元胞結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成P阱14 ;
[0017]第七步:采用光刻和離子注入工藝，在P阱14兩側(cè)分別形成第三P+重?fù)诫s區(qū)15和第四P+重?fù)诫s區(qū)16 ;所述第四P+重?fù)诫s區(qū)16位于靠近元胞結(jié)構(gòu)的一側(cè)；
[0018]第八步:采用離子注入工藝，在元胞結(jié)構(gòu)中和器件中靠近終端結(jié)構(gòu)的一側(cè)同時形成第一 N+重?fù)诫s區(qū)4和第二 N+重?fù)诫s區(qū)41 ;所述第一 N+重?fù)诫s區(qū)4位于第一 P+重?fù)诫s擴(kuò)散區(qū)5之間；所述第二 N+重?fù)诫s區(qū)41為器件的中的截止環(huán)；
[0019]第九步:淀積金屬層并采用刻蝕工藝，形成第一金屬陰極3、第二金屬陰極18、第三金屬陰極31和終端場限環(huán)場板；
[0020]第十步:在N+襯底I下表面形成金屬陽極8。
[0021]本發(fā)明的有益效果為，在傳統(tǒng)的器件結(jié)構(gòu)上，通過增加一個反饋電阻，使得器件的夾斷電壓更低，恒流特性更好，即在工作的電壓變化范圍內(nèi)，其所恒定的電流值變化較小，進(jìn)而有效工作電壓范圍更寬，得到更高的安全工作電壓。
【附圖說明】
[0022]圖1是傳統(tǒng)的垂直型恒流二極管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；