一種半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【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。恒流源用于保護(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，都能確保供電電流的穩(wěn)定。恒流二極管(CRD，Current Regulative D1de)是一種半導(dǎo)體恒流器件，其用兩端結(jié)型場效應(yīng)管作為恒流源代替普通的由晶體管、穩(wěn)壓管和電阻等多個元件組成的恒流源，可以在一定的工作范圍內(nèi)保持一個恒定的電流值，其正向工作時為恒流輸出，輸出電流在幾毫安到幾十毫安之間，可直接驅(qū)動負(fù)載，實現(xiàn)了電路結(jié)構(gòu)簡單、器件體積小、器件可靠性高等目的。另外恒流器件的外圍電路非常簡單，使用方便，經(jīng)濟(jì)可靠，已廣泛應(yīng)用于自動控制、儀表儀器、保護(hù)電路等領(lǐng)域。但是，目前的恒流器件在施加反向電壓時仍然導(dǎo)通，且恒流區(qū)范圍普遍較窄，同時能提供的恒定電流也較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對恒流器件反向?qū)ǖ膯栴}，提出了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。本發(fā)明半導(dǎo)體器件采用與外延層摻雜濃度不同、摻雜類型相同的半導(dǎo)體材料作為襯底，并在襯底的背面注入與襯底摻雜類型相反的半導(dǎo)體材料形成摻雜區(qū)，可實現(xiàn)正向大電流、反向高耐壓；且本發(fā)明半導(dǎo)體器件具有較低的夾斷電壓、較高的擊穿電壓和較好的恒流能力。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種半導(dǎo)體器件，包括多個結(jié)構(gòu)相同并依次連接的元胞，所述元胞包括N型摻雜襯底2，位于N型摻雜襯底2之上的N型輕摻雜外延層3，位于N型輕摻雜外延層3之中的擴(kuò)散P型阱區(qū)4，所述擴(kuò)散P型阱區(qū)4為兩個并分別位于元胞的兩端，位于擴(kuò)散P型阱區(qū)4之中的第一 P型重?fù)诫s區(qū)5和N型重?fù)诫s區(qū)7，位于N型輕摻雜外延層3和擴(kuò)散P型阱區(qū)4上表面的氧化層10，覆蓋整個元胞表面的金屬陰極9，位于N型摻雜襯底2下表面的第二 P型重?fù)诫s區(qū)1，位于第二 P型重?fù)诫s區(qū)1下表面的金屬陽極8，所述第一 P型重?fù)诫s區(qū)5、N型重?fù)诫s區(qū)7和金屬陰極9形成歐姆接觸，所述第二 P型重?fù)诫s區(qū)1和金屬陽極8形成歐姆接觸。
[0006]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件還包括位于N型重?fù)诫s區(qū)7和N型輕摻雜外延層3之間且嵌入擴(kuò)散P型阱區(qū)4上表面的N型耗盡型溝道區(qū)6，所述氧化層10位于N型輕摻雜外延層3和N型耗盡型溝道區(qū)6上表面。
[0007]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件中各摻雜類型可相應(yīng)變?yōu)橄喾吹膿诫s，即P型摻雜變?yōu)镹型摻雜的同時，N型摻雜變?yōu)镻型摻雜。
[0008]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件所用半導(dǎo)體材料為硅或者碳化硅等。
[0009]進(jìn)一步地，所述元胞中擴(kuò)散P型阱區(qū)4之間的距離、N型摻雜襯底2的厚度、N型輕摻雜外延層3的厚度可根據(jù)具體耐壓及夾斷電壓的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述元胞的個數(shù)可根據(jù)恒定電流值的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大增加了器件設(shè)計的靈活性。
[0010]上述半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟:
[0011]步驟1:采用N型硅片作為襯底，在其表面進(jìn)行輕摻雜N型外延，形成N型輕摻雜外延層3 ；
[0012]步驟2:進(jìn)行擴(kuò)散P型阱區(qū)4注入前預(yù)氧；
[0013]步驟3:光刻擴(kuò)散P型阱區(qū)窗口，進(jìn)行擴(kuò)散P型阱區(qū)4注入，注入劑量根據(jù)不同電流能力調(diào)節(jié)，然后進(jìn)行擴(kuò)散P型阱區(qū)4推結(jié)，刻蝕多余的氧化層；
[0014]步驟4:進(jìn)行第一 P型重?fù)诫s區(qū)5、N型重?fù)诫s區(qū)7注入前預(yù)氧，光刻N(yùn)+窗口，進(jìn)行N型重?fù)诫s區(qū)7注入，光刻P+窗口，進(jìn)行第一 P型重?fù)诫s區(qū)5注入，刻蝕多余的氧化層；
[0015]步驟5:在元胞上表面淀積前預(yù)氧，淀積氧化層，光刻、刻蝕形成氧化層10 ；
[0016]步驟6:歐姆孔刻蝕，淀積鋁金屬；
[0017]步驟7:刻蝕金屬，形成金屬陰極9 ;
[0018]步驟8:淀積鈍化層，刻陰極PAD孔；
[0019]步驟9:將硅片減薄，在N型摻雜襯底2下表面注入第二 P型重?fù)诫s區(qū)1 ;
[0020]步驟10:第二 P型重?fù)诫s區(qū)1下表面形成金屬陽極8 ;
[0021 ] 步驟11:淀積鈍化層，刻陽極PAD孔。
[0022]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件制造方法中第一 P型重?fù)诫s區(qū)5與N型重?fù)诫s區(qū)7的注入順序可互換。
[0023]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件制造方法中金屬陽極8與金屬陰極9可同時形成。
[0024]進(jìn)一步地，所述硅片減薄的厚度可根據(jù)具體耐壓調(diào)節(jié)。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026]1、本發(fā)明半導(dǎo)體器件在襯底背面注入與襯底摻雜類型相反的半導(dǎo)體材料形成第二 P型重?fù)絽^(qū)1，第二 P型重?fù)诫s區(qū)1與金屬陽極8形成歐姆接觸，并向N型摻雜襯底2、N型輕摻雜外延層3注入空穴，使得半導(dǎo)體器件為空穴電流和電子電流兩種載流子電流，增大了器件的電流密度。
[0027]2、本發(fā)明半導(dǎo)體器件在外延層中注入推結(jié)形成擴(kuò)散阱區(qū)，在兩個擴(kuò)散阱區(qū)之間形成導(dǎo)電溝道，夾斷電壓控制在4V以下；且襯底背面的重?fù)诫s區(qū)采用與襯底類型相反的摻雜，可以有效提高器件的反向耐壓。
[0028]3、本發(fā)明半導(dǎo)體器件為雙極型器件，相比單極型器件，本發(fā)明半導(dǎo)體器件有更大的電流密度，可節(jié)省芯片面積；且采用雙溝道設(shè)計，使器件有較強(qiáng)的恒流能力，且電流值更加穩(wěn)定。
[0029]4、本發(fā)明中元胞的個數(shù)、元胞中擴(kuò)散阱區(qū)4之間的距離、襯底厚度、外延厚度均可根據(jù)具體耐壓、恒定電流和夾斷電壓的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大增加了器件設(shè)計的靈活性。
[0030]5、本發(fā)明中N型襯底上外延N型輕摻雜外延層，可更好的調(diào)節(jié)器件具體耐壓、恒定電流和夾斷電壓，大大增加了器件設(shè)計的靈活性。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中的元胞的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明實施例的元胞的工藝仿真示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明實施例提供的半導(dǎo)體器件的正向電流電壓特性曲線圖；
[0035]圖5為本發(fā)明實施例提供的半導(dǎo)體器件的反向特性曲線圖；
[0036]圖6為本發(fā)明實施例提供的半導(dǎo)體器件元胞的制造方法的工藝流程示意圖；
[0037]圖7為圖6元胞制造過程中對應(yīng)的工藝仿真圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0039]如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種實施方式的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖，所述半導(dǎo)體器件包括e個結(jié)構(gòu)相同并依次連接的元胞1 (1)、1 (2)…1 (e)，所述元胞包括第二 P型重?fù)诫s區(qū)1、N型摻雜襯底2、N型輕摻雜外延層3、擴(kuò)散P型阱區(qū)4、第一 P型重?fù)诫s區(qū)5、耗盡型溝道區(qū)6、N型重?fù)诫s區(qū)7、金屬陽極8、金屬陰極9和氧化層10 ;所述N型輕摻雜外延層3位于N型摻雜襯底2之上，所述擴(kuò)散P型阱區(qū)4位于N型輕摻雜外延層3之中，所述擴(kuò)散P型阱區(qū)4為兩個并分別位于元胞的兩端，所述第一 P型重?fù)诫s區(qū)5和N型重?fù)诫s區(qū)7位于擴(kuò)散P型阱區(qū)4之中，所述耗盡型溝道區(qū)6位于N型重?fù)诫s區(qū)7和N型輕摻雜外延層3之間且嵌入擴(kuò)散P型阱區(qū)4上表面，所述耗盡型溝道區(qū)6、N型重?fù)诫s區(qū)7和第一 P型重?fù)诫s區(qū)5并排位于擴(kuò)散P型阱區(qū)4之中，所述N型重?fù)诫s區(qū)7位于耗盡型溝道區(qū)6和第一P型重?fù)诫s區(qū)5之間，所述氧化層10位于N型輕摻雜外延層3、耗盡型溝道區(qū)6和部分N型重?fù)诫s區(qū)7的上表面，所述第二 P型重?fù)诫s區(qū)1位于N型襯底2下表面，所述金屬陰極9位于氧化層10、第一 P型重?fù)诫s區(qū)5和N型重?fù)诫s區(qū)7上表面，覆蓋整個元胞表面，所述金屬陽極8位于第二P型重?fù)诫s區(qū)1的下表面，所述第二P型重?fù)诫s區(qū)1位于N型襯底2與金屬陽極8之間，所述第一 P型重?fù)诫s區(qū)5、N型重?fù)诫s區(qū)7和金屬陰極9形成歐姆接觸，所述第二 P型重?fù)诫s區(qū)1與金屬陽極8形成歐姆接觸；所述元胞個數(shù)e可根據(jù)具體電流能力要求進(jìn)行調(diào)整；所述襯底厚度、外延厚度可根據(jù)具體電流能力、耐壓能力要求進(jìn)行調(diào)整。
[0040]進(jìn)一步地，所述元胞中擴(kuò)散P型阱區(qū)4之間的距離、外延層厚度、襯底厚度以及元胞的個數(shù)可根據(jù)具體耐壓及夾斷電壓的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大增加了器件設(shè)計的靈活性。
[0041]進(jìn)一步地，所述元胞通過在擴(kuò)散P型阱區(qū)4表面注入磷離子與P型阱區(qū)補(bǔ)償形成薄層溝道，即為耗盡型溝道區(qū)6，本發(fā)明半導(dǎo)體器件即通過耗盡型溝道區(qū)6導(dǎo)電，器件的電流能力可通過控制耗盡型溝道區(qū)6注入的劑量和能量進(jìn)行調(diào)節(jié)；所述耗盡型溝道區(qū)6是在熱擴(kuò)散形成P阱后，通過磷離子淺層注入得到的。
[0042]進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體器件元胞中的擴(kuò)散P型阱區(qū)4采用硼離子注入，然后進(jìn)行熱擴(kuò)散推結(jié)得到，可通過調(diào)節(jié)硼注入劑量、能量及推結(jié)時間控制所形成擴(kuò)散P型阱區(qū)的寬度、P阱間間距及耗盡型溝道區(qū)6的長度。
[0043]進(jìn)一步地，所