[发明专利]垂直型恒流二极管及其制造方法

说明书

本发明提供一种垂直型恒流二极管及制造方法，包括衬底、第二导电类型第一外延层、第二导电类型第二外延层、第一导电类型阱区、第一导电类型阴极接触区、第二导电类型阴极接触区、第二导电类型沟道注入区、金属前介质、覆盖整个恒流二极管元胞表面的阴极金属接触、位于衬底下表面的阳极金属接触，本发明通过引入低掺杂浓度的第二导电类型第二外延层，降低沟道处掺杂浓度，从而避免恒流二极管在正向工作时提前击穿，提高器件正向击穿电压。

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及一种集垂直型恒流二极管及其制造方法。

背景技术

恒流源作为稳定电源的一个分支，在近年来得到了迅速的发展。构成恒流源的核心器件已经由早期的电真空结构的镇流管跨入到半导体集成电路阶段。恒流源的应用已从传统的稳定电磁场、校准电流表等扩展到传感技术等新兴科技领域。由于LED行业的影响和对恒流源的需求应用领域的高性能电压稳定的电源和设备限流保护，研究高性能、低成本的恒流驱动技术已成为行业竞争的焦点。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。

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，所述元胞包括衬底00，位于衬底00之上的第二导电类型第一外延层21，位于第二导电类型第一外延层21之中的第一导电类型阱区11，位于第一导电类型阱区11中的第一导电类型阴极接触区12和第二导电类型阴极接触区24，位于第二导电类型阴极接触区24和第二导电类型第一外延层21之间且嵌入第一导电类型阱区11上表面的第二导电类型沟道注入区23，位于第二导电类型第二外延层22和第二导电类型沟道注入区23上表面的金属前介质31，覆盖整个恒流二极管元胞表面的阴极金属接触42，位于衬底00下表面的阳极金属接触41。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直型恒流二极管及其制造方法，提高恒流器件正向击穿电压，改善恒流二极管饱和区恒流特性。

为了实现正向恒流，本发明所述半导体恒流器件在传统IGBT结构基础上进行改良，在第一导电类型阱区11表面进行调沟注入，注入磷离子，使表面补偿形成第二导电类型沟道注入区23，再通过注入形成第一导电类型阴极接触区12和第二导电类型阴极接触区24，再通过背面注入形成第一导电类型阳极接触区。通过第二导电类型沟道注入区23掺杂浓度及第一导电类型阱区11注入窗口间距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，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1.5V，正向工作电压<50V。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种垂直型恒流二极管，包括衬底00，位于衬底00之上的第二导电类型第一外延层21，位于第二导电类型第一外延层21之上的第二导电类型第二外延层22，位于第二导电类型第二外延层22之中的第一导电类型阱区11，位于第一导电类型阱区11中的第一导电类型阴极接触区12和第二导电类型阴极接触区24，位于第二导电类型阴极接触区24和第二导电类型第二外延层22之间且嵌入第一导电类型阱区11上表面的第二导电类型沟道注入区23，位于第二导电类型第二外延层22和第二导电类型沟道注入区23上表面的金属前介质31，覆盖整个恒流二极管元胞表面的阴极金属接触42，位于衬底00下表面的阳极金属接触41。

作为优选方式，所述第二导电类型沟道注入区23的结深小于第二导电类型阴极接触区24的结深。