CN103035746A - 一种恒流二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种恒流二极管及其制造方法，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。制造方法包括：投料；外延生长；表面氧化层；表面开槽；表面氧化层剥离；槽内氧化；槽内多晶填充；表面多晶刻蚀；表面氧化层淀积；接触孔刻蚀；源极注入，推结深；蒸铝，腐蚀铝；背面减薄，背面背银。本发明提出的新结构的恒流二极管，通过成熟的开槽工艺代替传统的P型扩散结，将栅极的宽度从1.5um减小为0.5um以下。其和传统型的比较，能够通过的电流要大30%以上，成本更低。加工更容易控制，量产更稳定。

Description

一种恒流二极管及其制造方法

 

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；

15.）减薄背蒸：衬底背面减薄到200um-250um厚度，衬底背面蒸发0.9um厚度银或者钛银合金的金属层，形成器件的漏极接触。

优选的，步骤3.）中的表面氧化层是通过高温下氧气和外延层硅反应生成或直接在表面淀积而成。

优选的，步骤14.）中的金属层是铝或钛合金。

本发明的有益效果：本发明提出的新结构的恒流二极管，通过成熟的开槽工艺代替传统的P型扩散结，将栅极的宽度从1.5um减小为0.5um以下。同时由于传统栅极的P型扩散结深时的横向扩散的存在，栅极间的源极的面积被变小了，有效面积近一步变小。但是新结构的开槽，形成栅极时没有任何的横向扩散，源极面积不会变化。所以对于同面积的新结构恒流二极管和传统型比较，能够通过的电流要大30%以上，成本更低。同时工艺加工过程也要比传统型要简单，进一步降低了成本。同时新结构的恒流二极管还克服了传统型扩散结栅极的栅极高温漏电，恒流曲线也比传统型要好。加工更容易控制，批次间更加稳定，量产更稳定。

附图说明

图1是传统恒流二极管的结构示意图。

图2是本发明的恒流二极管的结构示意图。

具体实施方式

图2所示，为一种恒流二极管，包括形成有漏极区7的衬底5，在所述衬底5上形成有外延层4，在所述外延层4上表面形成源极区2，在所述源极区2两侧的外延层4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1。上述恒流二极管可为N型恒流二极管或P型恒流二极管。对于P型恒流二极管就是将参杂改为相应的反型杂质（N型与P型相互对应）。

上述所述恒流二极管的制造方法包括如下步骤：

1.）投料：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型恒流管，采用掺硼材料，电阻率0.007ohm.cm及以下。

2.）外延生长：对于N型恒流二极管，生长一定厚度和浓度的N型外延层；厚度和浓度根据具体恒流二极管的耐压要求而定；对于P型恒流二极管，这里生长的是P型外延层；

3.）表面氧化层：目的是要在表面形成一定厚度的氧化层。可以通过高温下氧气和外延层硅反应生成，也可以是直接在表面淀积。氧化层的目的是形成后面开槽的阻挡层。厚度在0.15um-1.2um间选取。

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，有光刻胶阻挡的氧化层被保护，留了下来。

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了表面氧化层上。要开槽处的氧化层没有了，露出了硅；不要开槽的地方，硅表面有步骤3.）的氧化层。

6.）槽刻蚀：通过硅腐蚀性的气体的腐蚀，将表面露出的硅的位置硅刻蚀掉，形成一定深度的槽。具体槽的深度是根据具体恒流二极管的耐压要求而定的。

7.）表面氧化层剥离：去除表面所有的氧化层。

8.）槽内氧化：可以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。厚度是根据具体恒流二极管的耐压要求而定的。

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。表面生长的过程中，槽内会被多晶填满。

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，目的是为了形成后面步骤12.）的孔。

12.）接触孔光刻，接触孔刻蚀：通过光刻胶曝光，孔内氧化层刻蚀干净，形成后面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，这里注入的是硼或者二氟化硼等P型杂质；并且通过高温过程，形成一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，可以是铝也可以是钛和合金。目的是形成接触的电极源极、栅极接触的地方。

15.）减薄背蒸：将衬底背面减薄到200um-250um厚度，衬底背面蒸发0.9um厚度银或者钛银合金，形成器件的漏极接触。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 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，其特征在于，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。

2.如权利要求1所述的一种恒流二极管，其特征在于，所述恒流二极管为N型恒流二极管或P型恒流二极管。

3.一种制造权利要求1所述恒流二极管的方法，其特征在于，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；

15.）减薄背蒸：衬底背面减薄到200um-250um厚度，衬底背面蒸发0.9um厚度银或者钛银合金的金属层，形成器件的漏极接触。

4.如权利要求3所述的一种制造恒流二极管的方法，其特征在于，步骤3.）中的表面氧化层是通过高温下氧气和外延层硅反应生成或直接在表面淀积而成。

5.如权利要求3所述的一种制造恒流二极管的方法，其特征在于，步骤14.）中的金属层是铝或钛合金。

Images