[发明专利]一种恒流二极管及其制造方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种恒流二极管及其制造方法，属于二极管技术领域。

背景技术

恒流二极管（CRD）是近年来问世的半导体恒流器件，在很宽的电压范围内输出恒定的电流，具有很高的动态阻抗。而且只有两个电极，很方便并联扩展电流，串联扩展电压。由于它的恒流性能好、结构简单，价格较低、使用简便，因此目前已被广泛用于恒流源、稳压源、放大器以及电子仪器的保护电路中，并且广泛应用于LED照明中的LED电流限定部分。

传统恒流二极管是利用栅源短接的结型场效应晶体管工作的。为了叙述方便，下面行文以N型恒流管为例，对于P型恒流管就是将参杂改为相应的反型杂质（N型与P型相互对应）。表面的P型杂质的栅极1（gate）和N型杂质源极2（source）短接在一起，背面是浓N型(N+)的衬底（sub）5材料上，均匀的低浓度N型（N—）外延层4（epi）构成的漏极7（drain）。其结构原理如图1所示。当漏极7和短接的栅极1间加正向电压时，电流从漏极7流向表面的源极2。整个建立过程分为三部分：一、当漏极7电压很低时，由于P型的栅极1的存在，从漏极7到源极2的流电流的通路受到漏极7电压的调整是固定的，就是两个相邻的栅极间的那么一段外延层，电流随着漏源电压增大而变大。二、随着漏源电压的增大，P型栅极和漏极的N-间形成耗尽层，减小电流的通路，这样削弱了电流随漏源电压增加的幅度。三、当漏源电压增加到一个临界值，两个栅极间的N-外延层完全被耗尽，漏源间的电流达到临界值，电流不再随着电压增加。器件进入恒流工作区。

其制作方法是在浓N型(N+)的衬底材料上，先制作均匀的低浓度的N型外延层。然后在表面制作P型的栅极和N型的源极。再在表面和背面制作金属的电极。衬底作为二级管的漏极区。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种恒流二极管及其制造方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：一种恒流二极管，包括形成有漏极区的衬底，在所述衬底上形成有外延层，在所述外延层上表面形成源极区，在所述源极区两侧的外延层上还分别开设有槽，所述槽内填充有氧化物和多晶形成栅极区。

优选的，所述恒流二极管为N型恒流二极管或P型恒流二极管。

一种制造恒流二极管的方法，包括如下步骤：

1.）投料：对于N型恒流二极管，掺砷或者掺锑衬底硅片材料，电阻率在0.005ohm·cm及以下；对于P型恒流二极管，采用掺硼衬底硅片材料材料，电阻率0.007 ohm·cm及以下； 

2.）外延生长：生长预定厚度和浓度的N型外延层；对于P型恒流二极管，生长预定厚度和浓度的P型外延层；

 3.）表面氧化层：在表面形成预定厚度的氧化层，目的是形成后面开槽的阻挡层，厚度在0.15um-1.2um间；

4.）开槽光刻，刻蚀氧化层：通过表面涂覆光刻胶曝光，把要开槽的图形复制到氧化层表面的光刻胶上；通过光刻胶的阻挡和曝光位置的不阻挡，刻蚀透表面氧化层，其中，有光刻胶阻挡的氧化层被保留下来；

5.）去掉光刻胶：剥离表面光刻胶，通过步骤4.）和5.），将要开槽的图形复制到表面氧化层上；要开槽处的氧化层被去除，露出硅；不开槽处，硅表面有步骤3.）中的氧化层；

6.）槽刻蚀：通过具有硅腐蚀性的气体的腐蚀，将表面露出的硅的位置硅刻蚀掉，形成预定深度的槽；

7.）表面氧化层剥离：去除表面所有的氧化层；

8.）槽内氧化：通过高温下氧气和外延层硅反应生成一层二氧化硅的介质层；

 9.）槽内多晶填充：对于N型恒流二极管,表面生长参浓N型杂质的多晶；对于P型恒流二极管, 表面生长参浓P型杂质的多晶，厚度在0.8um-1.4um间，电阻率小于4ohm.cm；

10.）表面多晶刻蚀：刻蚀表面多晶，将表面多晶刻蚀干净；槽内多晶被留在了槽内；

11.）表面氧化层淀积：在表面淀积一层氧化层，厚度在0.4um-1um间；目的是为了形成步骤12.）的孔；

 12.）接触孔光刻，接触孔刻蚀：通过光刻胶曝光形成孔，将孔内氧化层刻蚀干净，形成金属和硅接触的位置；

13.）源极注入，推结深：对于N型恒流二极管,在表面整片注入磷或者砷的N型杂质；对于P型恒流二极管，在表面整片注入硼或者二氟化硼P型杂质；并且通过高温过程，形成预定的杂质扩散的结深，同时将杂质激活；

14.）表面金属化，腐蚀表面金属：在表面淀积金属层，目的是形成电极源极、栅极接触的地方；