[发明专利]恒流器件及其制造方法

说明书

本发明提供一种恒流器件及其制造方法，包括元胞区和终端区两个部分，元胞区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型倒掺杂阱区、扩散P型阱区，终端区包括N型倒掺杂阱区外侧的P型掺杂外延区，本发明恒流器件在P型衬底有源区注入与衬底掺杂类型相反的半导体材料，再通过外延和推阱使得有源区上下对通，使得倒掺杂阱与正掺杂阱相连，如此器件有源区与终端区自然形成PN结隔离，从而避免了衬底PN结边缘缺陷所导致的反向不耐压问题，本发明恒流器件为双极型器件，相比单极型器件，本发明恒流器件有更大的电流密度，可节省芯片面积；且采用双沟道设计，使器件有较强的恒流能力，且恒流时的电流值更加稳定。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种恒流器件及其制造方法。

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，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的中国发明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，该发明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。该发明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。对该发明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。即该发明所述器件结构并不能实现反向阻断功能。

发明内容

本发明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。本发明半导体器件采用P型掺杂半导体材料作为衬底，并在衬底有源区注入N型杂质(如磷)后再进行P外延，如此在有源区形成倒掺杂阱；然后再自上而下推N型杂质阱，使之与倒掺杂阱相连，使得有源区在终端区自然形成PN结。这样做的好处是使得有源区与器件边缘缺陷相隔离，可实现正向恒流、反向耐高压，且本发明半导体器件具有较低的夹断电压。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：