一種線性恒流器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種線性恒流器件，由P型硅片制作而成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制作成本低、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。其制作方法主要包括：P型襯底準(zhǔn)備；P型外延層生長(zhǎng)；氧化層生長(zhǎng)；RING區(qū)光刻、離子注入、推阱；NWELL光刻、離子注入、推阱；場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)；有源區(qū)光刻；柵區(qū)光刻、離子注入、推阱；N-區(qū)光刻、離子注入；N+區(qū)光刻、離子注入、推阱；表面BPSG鈍化；接觸孔光刻、刻蝕；金屬淀積、光刻、刻蝕；合金、退火；背面減薄和低溫退火等，采用外沿N阱注入工藝，在生產(chǎn)時(shí)能夠精確控制JFET的電流大小和恒流特性，具有工藝簡(jiǎn)單易行、恒流特性好、器件工作電壓范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種線性恒流器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種線性恒流器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]線性恒流器件是一種在電源電壓、溫度、負(fù)載等發(fā)生波動(dòng)的情況下仍能給負(fù)載提供恒定電流的半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用在LED驅(qū)動(dòng)器、恒定電源、充電器等電子設(shè)備中。常見的線性恒流器有:基于耗盡型MOSFET、JFET等場(chǎng)效應(yīng)器件的線性恒流器、基于三極晶體管的線性恒流器、基于模擬集成電路(如電流源、運(yùn)算放大器)的線性恒流器。相對(duì)于三極管型恒流器，基于JFET的線性恒流器具有受溫度影響小、厄利效應(yīng)小的優(yōu)點(diǎn)；相對(duì)于模擬集成電路型的線性恒流器，基于JFET的線性恒流器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制作成本低、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種線性恒流器件及其制作方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種線性恒流器件，包括P型硅片，P型硅片的背面為金屬化陰極電極、正面生長(zhǎng)有P型外延層，P型外延層上有RING區(qū)和NWELL區(qū)，NWELL區(qū)中有若干并排的N-區(qū)，每個(gè)N-區(qū)的中間有N+區(qū)，每相鄰兩個(gè)N-區(qū)之間有一個(gè)柵區(qū)，N+區(qū)以間隔的方式分別與陽(yáng)極電極或金屬電極I相連；NWELL區(qū)還設(shè)有一個(gè)大的N+區(qū)，該大的N+區(qū)一端、與其相鄰的N+區(qū)及其之間的NWELL區(qū)的表面與金屬電極II相連，該大的N+區(qū)另一端、P型外延層一端RING區(qū)及其之間的NWELL區(qū)和P型外延層的表面與金屬電極III相連，整個(gè)P型外延層表面除陽(yáng)極電極、金屬電極1、金屬電極II和金屬電極III覆蓋的區(qū)域外所有區(qū)域覆蓋有氧化層。
[0005]制作該線性恒流器件的方法，包括以下步驟:
(1)選擇片厚200?300μ m,電阻率為0.001?3 Ω.cm的P型硅片，在硅片表面用外延N阱工藝生長(zhǎng)P型外延層，外延層厚度5?30 μ m，電阻率5?20 Ω.cm ；
(2)在硅片P型外延層表面生長(zhǎng)氧化層，進(jìn)行RING區(qū)的光刻，光刻后進(jìn)行RING區(qū)P型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel5?5el6Cm_2、能量60?120KeV，推結(jié)條件為:溫度1100°C?1250°C、時(shí)間 50min ?200min、N2 流量為 5 ?16L/min ；
(3)進(jìn)行NWELL區(qū)光刻，光刻后進(jìn)行NWELL區(qū)N型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel2?5el3cm_2、能量40?IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度1100。。?1250°C、時(shí)間50min?200min、N2 流量為 5 ?16L/min ；
(4)進(jìn)行場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)、有源區(qū)光刻；
(5)進(jìn)行柵區(qū)的光刻，光刻后進(jìn)行柵區(qū)P型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel4?lel6cnT2、能量60?IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度950°C?1150°C、時(shí)間30min?120min、N2流量為5?16L/min ；
(6)進(jìn)行N-區(qū)光刻，光刻后進(jìn)行N-區(qū)N型離子注入，注入條件為:劑量5el3?lel5cnT2、能量 80 ~120KeV ；
(7)進(jìn)行N+區(qū)光刻，光刻后進(jìn)行N+區(qū)N型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel4~5el5cnT2、能量 60 ~IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度 950°C~1150°0、時(shí)間201^11~IOOmiruNz1^量為5~16L/min ；
(8)BPSG鈍化、接觸孔刻蝕；
(9)金屬淀積、光刻、刻蝕，形成陽(yáng)極電極和陰極電極；
(10)合金，爐溫400~530°C、時(shí)間IOmin~30min、真空度l(T3Pa;
(11)硅片背面減薄，低溫退火，溫度480°C，恒溫30min；
(12)硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測(cè)試。
[0006]本發(fā)明的線性恒流器件基于JFET，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制作成本低、使用方便的優(yōu)點(diǎn)；其制作方法采用外沿N阱注入工藝，在生產(chǎn)時(shí)能夠精確控制JFET的電流大小和恒流特性，具有工藝簡(jiǎn)單易行、恒流特性好、器件工作電壓范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0008]圖1是本發(fā)明中線性恒流器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的主要工藝步驟；
圖3是本發(fā)明中線性恒流器件`的等效電路圖。
[0009]其中，1、P型硅片，2、P型外延層，3、氧化層，4、RING區(qū)，5、NWELL區(qū)，6、柵區(qū)，7、N-區(qū)，8、N+區(qū)，9或A、陽(yáng)極電極，10或K、陰極電極，11、金屬電極I，12、金屬電極II，13、金屬電極III。
[0010]【具體實(shí)施方式】:
如圖1所示，一種線性恒流器件，包括P型硅片1，P型硅片I的背面為金屬化陰極電極10、正面生長(zhǎng)有P型外延層2，P型外延層2上有RING區(qū)4和NWELL區(qū)5，NWELL區(qū)5中有若干并排的N-區(qū)7，每個(gè)N-區(qū)7的中間有N+區(qū)8，每相鄰兩個(gè)N-區(qū)7之間有一個(gè)柵區(qū)6，N+區(qū)8以間隔的方式分別與陽(yáng)極電極9或金屬電極I 11相連；NWELL區(qū)5還設(shè)有一個(gè)大的N+區(qū)8、該大的N+區(qū)8' —端、與其相鄰的N+區(qū)8及其之間的NWELL區(qū)5的表面與金屬電極II 12相連，該大的N+區(qū)8r另一端、P型外延層2 —端RING區(qū)4及其之間的NWELL區(qū)5和P型外延層2的表面與金屬電極III13相連,整個(gè)P型外延層2表面除陽(yáng)極電極9、金屬電極I U、金屬電極II 12和金屬電極III 13覆蓋的區(qū)域外所有區(qū)域覆蓋有氧化層3。
[0011]如圖2所示，上述線性恒流器件的制作方法，包括以下步驟:
(1)選擇片厚200~300μπι，電阻率為0.001~3Ω.cm的P型硅片1，在硅片I表面用外延N阱工藝生長(zhǎng)P型外延層2，外延層厚度5~30 μ m，電阻率5~20 Ω.cm；
(2)在硅片I表面生長(zhǎng)氧化層3，進(jìn)行RING區(qū)4的光刻，光刻后對(duì)RING區(qū)4進(jìn)行P型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel5~5el6Cm_2、能量60~120KeV，推結(jié)條件為:溫度1100°C~1250°C、時(shí)間 50min ~200min、N2 流量為 5 ~16L/min ；
(3)進(jìn)行NWELL區(qū)5光刻，光刻后對(duì)NWELL區(qū)5進(jìn)行N型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel2~5el3cnT2、能量40~IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度1100°C~1250°C、時(shí)間50min~200min、N2 流量為 5 ~16L/min ； (4)進(jìn)行場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)、有源區(qū)光刻；
(5)進(jìn)行柵6的光刻，光刻后對(duì)柵區(qū)6進(jìn)行P型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel4?lel6cnT2、能量60?IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度950°C?1150°C、時(shí)間30min?120min、N2 流量為 5 ?16L/min ；
(6)進(jìn)行N-區(qū)7光刻，光刻后對(duì)N-區(qū)7進(jìn)行N型離子注入，注入條件為:劑量5el3?lel5cnT2、能量 80 ?120KeV ；
(7)進(jìn)行N+區(qū)8或K光刻，光刻后對(duì)N+區(qū)8進(jìn)行N型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel4?5el5cnT2、能量60?IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度950。。?1150°C、時(shí)間20min?IOOmiruN2 流量為 5 ?16L/min ；
(8)BPSG鈍化、接觸孔刻蝕；
(9)金屬淀積、光刻、刻蝕，形成陽(yáng)極電極9和陰極電極10；
(10)合金，爐溫400?530°C、時(shí)間IOmin?30min、真空度l(T3Pa;
(11)硅片背面減薄，低溫退火，溫度480°C，恒溫30min；
(12)硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測(cè)試。
[0012]此外，還可以用半導(dǎo)體材料SO1、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦以及鍺硅通過上述方法制作出該線性恒流器件。
[0013]本發(fā)明中線性恒流器件的等效電路如圖3所示:該線性恒流器件由一個(gè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET和一個(gè)電阻R構(gòu)成，電阻R的兩端分別與JFET的源極和柵極相連，JFET的漏極作為線性恒流器件的陽(yáng)極電極A，JFET的柵極作為線性恒流器件的金屬化陰極電極K，電阻R上的壓降對(duì)JFET形成自偏置負(fù)反饋效應(yīng)從而維持線性恒流器件的輸出電流恒定。
【權(quán)利要求】
1.一種線性恒流器件，包括P型硅片，其特征在于:所述P型硅片的背面為金屬化陰極電極、正面生長(zhǎng)有P型外延層，所述P型外延層上有RING區(qū)和NWELL區(qū)，所述NWELL區(qū)中有若干并排的N-區(qū)，每個(gè)所述N-區(qū)的中間有N+區(qū)，每相鄰兩個(gè)所述N-區(qū)之間有一個(gè)柵區(qū)，所述N+區(qū)以間隔的方式分別與陽(yáng)極電極或金屬電極I相連；所述NWELL區(qū)還設(shè)有一個(gè)大的N+區(qū)，該大的N+區(qū)一端、與其相鄰的N+區(qū)及其之間的NWELL區(qū)的表面與金屬電極II相連，該大的N+區(qū)另一端、P型外延層一端RING區(qū)及其之間的NWELL區(qū)和P型外延層的表面與金屬電極III相連，整個(gè)所述P型外延層表面除陽(yáng)極電極、金屬電極1、金屬電極II和金屬電極III覆蓋的區(qū)域外所有區(qū)域覆蓋有氧化層。
2.一種制作權(quán)利要求1所述線性恒流器件的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)選擇片厚200~300μ m,電阻率為0.001~3 Ω ^cm的P型硅片，在硅片表面用外延N阱工藝生長(zhǎng)P型外延層，外延層厚度5~30 μ m，電阻率5~20 Ω.cm ； (2)在硅片P型外延層表面生長(zhǎng)氧化層，進(jìn)行RING區(qū)的光刻，光刻后進(jìn)行RING區(qū)P型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel5~5el6Cm_2、能量60~120KeV，推結(jié)條件為:溫度1100°C~1250°C、時(shí)間 50min ~200min、N2 流量為 5 ~16L/min ； (3)進(jìn)行NWELL區(qū)光刻，光刻后進(jìn)行NWELL區(qū)N型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel2~5el3cm_2、能量40~IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度1100。。~1250°C、時(shí)間50min~200min、N2 流量為 5 ~16L/min ； (4)進(jìn)行場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)、有源區(qū)光刻； (5)進(jìn)行柵區(qū)的光刻，光刻后進(jìn)行柵區(qū)P型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel4~lel6cnT2、能量60~IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度950°C~1150°C、時(shí)間30min~120min、N2流量為5~16L/min ； (6)進(jìn)行N-區(qū)光刻，光刻后進(jìn)行N-區(qū)N型離子注入，注入條件為:劑量5el3~lel5cnT2、能量 80 ~120KeV ； (7)進(jìn)行N+區(qū)光刻，光刻后進(jìn)行N+區(qū)N型離子注入、推結(jié)，注入條件為:劑量lel4~5el5cnT2、能量 60 ~IOOKeV,推結(jié)條件為:溫度 950°C~1150°0、時(shí)間201^11~IOOmiruNz1^量為5~16L/min ； (8)BPSG鈍化、接觸孔刻蝕； (9)金屬淀積、光刻、刻蝕，形成陽(yáng)極電極和陰極電極； (10)合金，爐溫400~530°C、時(shí)間IOmin~30min、真空度l(T3Pa; (11)硅片背面減薄，低溫退火，溫度480°C，恒溫30min； (12)硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測(cè)試。
【文檔編號(hào)】H01L27/06GK103730465SQ201310682265
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】劉宗賀, 張鵬, 鄒有彪, 王泗禹, 耿開遠(yuǎn), 周健, 李建新 申請(qǐng)人:啟東吉萊電子有限公司