一种横向恒流二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体功率器件技术领域，具体的说涉及一种横向恒流二极管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]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，都能确保供电电流稳定。近年来市场上问世一种恒流二极管CRD (Current Regulator D1des)，即用二极管作为恒流源来代替普通恒流源的晶体管、稳压管、电阻等多个元件，恒流二极管输出电流大，已经做到从几毫安到几十毫安的恒定电流，可以直接驱动负载，简化电路结构，缩小了体积，提高器件的可靠性。另外恒流二极管的外围电路非常简单，使用方便，广泛应用于自动控制，仪表仪器、保护电路等领域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，都能确保供电电流稳定。近年来市场上问世一种恒流二极管CRD(Current Regulator D1des)，即用二极管作为恒流源来代替普通恒流源的晶体管、稳压管、电阻等多个元件，恒流二极管输出电流大，已经做到从几毫安到几十毫安的恒定电流，可以直接驱动负载，简化电路结构，缩小了体积，提高器件的可靠性。另外恒流二极管的外围电路非常简单，使用方便，广泛应用于自动控制，仪表仪器、保护电路等领域。
[0003]公开号为CN103400863A的中国专利公开了了“一种横向丨旦流二极管，如图1所示，其主要技术方法为横向恒流二极管的P型阱分别由重掺杂的P型区5和轻掺杂的P型区6构成；其工作原理主要为在正向工作状态下，重掺杂的P型区5和轻掺杂的P型区6分别和N型阱区8形成两个耗尽区，当阳极电压加到一定值时，两个耗尽区相碰，沟道夹断，起到恒流作用；轻掺杂的P型区6用来耐压，通过调整其浓度和面积，可改变恒流二极管的击穿电压。一方面，N型阱区8内引入轻掺杂的P型区6，调制表面电场，使得击穿电压提高；另一方面，轻掺杂的P型区6辅助耗尽N型阱区8，使沟道更易夹断，快速进入恒流区，具有较低的夹断电压；再一方面，重掺杂的P区5缩短了沟道长度，同时两个P阱提供了大量的空穴，由于电荷平衡，N型阱区8浓度相应增大，即提高了恒流二极管的恒定电流。然而该专利的二极管结构，电流随电压升高增大较明显，即饱和度不高，另外，器件达到饱和电流需要的电压很大。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出能够减小饱和压降，同时提高电流饱和度，提高器件的耐压的一种横向恒流二极管及其制造方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种横向恒流二极管，包括P型衬底9和位于P型衬底9上层的第一 N型阱区8 ;所述第一 N型阱区8的上层具有第一 N型重掺杂区4、P型重掺杂区5和P型轻掺杂区6、第二 N型重掺杂区7，所述P型重掺杂区5和P型轻掺杂区6相连接并位于第一 N型重掺杂区4和第二 N型重掺杂区7之间，其中P型重掺杂区5位于靠近第一 N型重掺杂区4的一侧；其特征在于，所述P型衬底9中还具有第二 N型阱区14，所述第二 N型阱区14位于P型衬底上层靠近第一 N型重掺杂区4的一侧；所述第二 N型阱区14上层两侧分别具有第三N型重掺杂区13和第四N型重掺杂区3，所述第四N型重掺杂区3位于靠近第一 N型重掺杂区4的一侧；所述P型衬底9的下表面、P型重掺杂区5的上表面和第三N型重掺杂区13的上表面具有金属阴极I ;所述第二 N型重掺杂区7的上表面具有金属阳极11 ;所述第一 N型重掺杂区4的上表面和第四N型重掺杂区3的上表面通过金属电极12电气连接；所述金属阴极I与金属电极12之间的P型衬底9上表面和金属阴极I与金属阳极11之间的P型衬底9上表面具有氧化层2 ;所述金属电极12与P型衬底9上表面之间具有氧化层2。
[0007]本发明的技术方案，主要为在传统的器件中增加了第二 N型阱区14，相当于在传统的结构中添加了负反馈电阻结构，从而得更加优化的恒流特性。
[0008]—种横向恒流二极管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009]第一步:采用离子注入工艺，在P型衬底9上层注入N型半导体杂质，在P型衬底9上层两侧分别形成第一 N型阱区8和第二 N型阱区14 ;
[0010]第二步:采用离子注入工艺，在第一 N型阱区8上层注入P型半导体杂质，形成P型重掺杂区5 ；
[0011]第三步:采用离子注入工艺，在第一 N型阱区8上层注入P型半导体杂质，形成P型重轻杂区6 ;所述P型重掺杂区5和P型重轻杂区6相互连接，其中P型重掺杂区5位于靠近第二 N型阱区14的一侧；
[0012]第四步:采用离子注入工艺，在第一 N型阱区8上层和第二 N型阱区14上层注入N型半导体杂质，分别在第一 N型阱区8上层两侧形成第一 N型重掺杂区4和第二 N型重掺杂区7，在第二 N型阱区14上层两侧形成第三N型重掺杂区13和第四N型重掺杂区3 ;所述第四N型重掺杂区3与第一 N型重掺杂区4相邻；
[0013]第五步:在P型衬底9上表面淀积氧化层2 ;
[0014]第六步:光刻欧姆孔后淀积金属层，在P型衬底9的下表面、P型重掺杂区5的上表面和第三N型重掺杂区13的上表面形成金属阴极I ;在第二 N型重掺杂区7的上表面形成金属阳极11 ;在第一 N型重掺杂区4的上表面和第四N型重掺杂区3的上表面形成金属电极12 ;其中第一 N型重掺杂区4的上表面和第四N型重掺杂区3的上表面的金属电极12在氧化层2上表面电气相连。
[0015]本发明的有益效果为，一方面，引入的阱电阻使得恒流二极管更容易夹断，使恒流二极管的夹断电压更低；另一方面，当恒流二极管的电流增加时，阱电阻上的电压增加，P型区5上的负电压增加使得其与N型阱区8构成的PN结附近形成耗的尽区宽度增加，使得恒流二极管的电流降低。这一负反馈的过程使恒流二极管的电流更加恒定，有效工作电压范围更宽，得到更高的安全工作电压；再一方面本发明引入了 N型阱区电阻，该电阻可以分担器件的部分耐压，使得整体器件击穿电压大大挺高。
【附图说明】
[0016]图1是传统的横向恒流二极管结构示意图；
[0017]图2是本发明的一种横向恒流二极管的结构示意图；
[0018]图3是本发明的制造方法流程中P型衬底示意图；
[0019]图4是本发明的制造方法流程中在P型衬底上层形成第一 N型阱区8和第二 N型阱区14后的结构示意图；
[0020]图5是本发明的制造方法流程中在第一 N型阱区8上层形成P型重掺杂区5后的结构示意图；
[0021]图6是本发明的制造方法流程中在第一 N型阱区8上层形成P型重轻杂区6后的结构示意图；
[0022]图7是本发明的制造方法流程中分别在第一 N型阱区8上层两侧形成第一 N型重掺杂区4和第二 N型重掺杂区7，在第二 N型阱区14上层两侧形成第三N型重掺杂区13和第四N型重掺杂区3后的结构示意图；
[0023]图8是本发明的制造方法流程中淀积金属及氧化层后的结构示意图；
[0024]图9是实施例1的结构示意图；
[0025]图10是实施例2的结构示意图；
[0026]图11是实施例3的结构示意图；
[0027]图12是本发明的结构与传染结构的正向导通曲线仿真图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案:
[0029]本发明与传统的横向恒流二极管结构相比，增加了源极反馈阱电阻。使用同样的工艺条件下，使用本发明的结构的二极管有更加恒定的电流值，更低的夹断电压，更高的安全工作电压。
[0030]如图2所示，本发明的一种横向恒流二极管，包括P型衬底9和位于P型衬底9上层的第一 N型阱区8 ;所述第一 N型阱区8的上层具有第一 N型重掺杂区4、P型重掺杂区5和P型轻掺杂区6、第二 N型重掺杂区7，所述P型重掺杂区5和P型轻掺杂区6相连接并位于第一 N型重掺杂区4和第二 N型重掺杂区7之间，其中P型重掺杂区5位于靠近第一N型重掺杂区4的一侧；其特征在于，所述P型衬底9中还具有第二 N型阱区14，所述第二N型阱区14位于P型衬底上层靠近第一 N型重掺杂区4的一侧；所述第二 N型阱区14上层两侧分别具有第三N型重掺杂区13和第四N型重掺杂区3，所述第四N型重掺杂区3位于靠近第一 N型重掺杂区4的一侧；所述P型衬底9的下表面、P型重掺杂区5的上表面和第三N型重掺杂区13的上表面具有金属阴极I ;所述第二 N型重掺杂区7的上表面具有金属阳极11 ;所述第一 N型重掺杂区4的上表面和第四N型重掺杂区3的上表面通过金属电极12电气连接；所述金属阴极I与金属电极12之间的P型衬底9上表面和金属阴极I与金属阳极11之间的P型衬底9上表面具有氧化层2 ;所述金属电极12与P型衬底9上表面之间具有氧化层2。
[0031]本发明的技术方案，主要为在传统的器件中增加了第二 N型阱区14，相当于在传统的结构中添加了负反馈电阻结构，从而得更加优化的