[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型外延层、扩散P型阱区，还包括N型掺杂外延层中的介质深槽、P型掺杂区、N型耗尽型沟道区，介质深槽以及位于介质深槽底部和侧壁的P型掺杂区使得器件的侧壁实现隔离；本发明恒流器件将器件元胞区与边缘缺陷通过引入槽终端的方式相隔离，从而避免了衬底PN结边缘缺陷所导致的反向不耐压问题；通过槽内垂直注入形成PN结的方式实现槽终端与PN结终端结合，在外延厚度较厚的情况下实现终端隔离；在衬底有源区中注入N型掺杂再外延，并在N型掺杂外延层内推阱形成扩散P型阱区，两个扩散阱区之间形成导电沟道，制造工艺简单，成本低。

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。本发明恒流器件采用P型重掺杂半导体材料作为衬底，并在衬底上进行N外延，可实现正向大的电流注入效率以及高的反向耐压。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：