恒流二極管結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種恒流二極管結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]恒流二極管是一種硅材料制造的兩端恒流器件。恒流二極管按極性接入電路回路中，正向恒電流導(dǎo)通，反向截止，輸出恒定電流，應(yīng)用簡單。目前，恒流二極管廣泛使用于交直流放大器、直流穩(wěn)壓電源、波形發(fā)生器以及保護(hù)電路等電子線路中。
[0003]傳統(tǒng)的恒流二極管通常采用平面溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管(Junct1nField-Effect Transistor，JFET)結(jié)構(gòu)，JFET是在同一塊N形半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū)，所引出的電極稱為柵極G，并形成高摻雜的N區(qū)，所引出的電極稱為漏極D、源極S，恒流二極管通過將JFET的柵極G和源極S短接形成恒流特性。具體的，如圖1所示，恒流二極管包括:P型襯底10、N型外延層11、？型柵極區(qū)12&4型源區(qū)1213 4型漏區(qū)12(3、？型隔離12(1以及正面電極13，所述P型柵極區(qū)12a、N型源區(qū)12b通過正面電極13相連，P型隔離12d穿透P型外延層11與P型襯底10相連。然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的恒流二極管存在如下問題:
[0004]—、傳統(tǒng)的恒流二極管的恒定電流大小對(duì)P型外延層110厚度、P型外延層110電阻率及P型柵極區(qū)121的結(jié)深很敏感，導(dǎo)致最終恒定電流值均勻性很差，成品率較低；
[0005]二、平面溝道JFET結(jié)構(gòu)的電流能力主要取決于溝道寬度，而溝道寬度受正面電極圖形限制，單位面積的溝道寬度較小，進(jìn)而導(dǎo)致單位面積電流較小，成本較高；
[0006]三、常規(guī)的恒流二極管具有很大的負(fù)溫度系數(shù)，高溫恒流性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的恒流二極管的恒定電流值均勻性差的問題。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于解決現(xiàn)有的恒流二極管的單位面積電流較小的問題。
[0009]本發(fā)明的又一目的在于解決現(xiàn)有的恒流二極管的高溫恒流性能不佳的問題。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種恒流二極管結(jié)構(gòu)，包括:
[0011]P型襯底；
[0012]形成于所述P型襯底正面上的P型外延層；
[0013]形成于所述P型外延層中的N型基區(qū)；
[0014]形成于所述N型基區(qū)中的P型柵極區(qū)、N型源區(qū)、N型漏區(qū)、P型發(fā)射區(qū)以及包圍所述N型基區(qū)的P型隔離；
[0015]形成于所述P型柵極區(qū)、N型源區(qū)以及P型發(fā)射區(qū)上的正面電極；
[0016]其中，所述P型襯底、P型外延層、N型基區(qū)和P型發(fā)射區(qū)組成PNP三極管，所述N型源區(qū)^型柵極區(qū)、N型基區(qū)4型漏區(qū)組成恒流二極管。
[0017]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，還包括形成于所述N型基區(qū)中的P環(huán)，所述P環(huán)包圍所述N型漏區(qū)。所述P環(huán)的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。
[0018]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述P型柵極區(qū)、N型源區(qū)、N型漏區(qū)、P型發(fā)射區(qū)以及P型隔離的摻雜濃度大于所述P型外延層的摻雜濃度。
[0019]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述P型柵極區(qū)、P型發(fā)射區(qū)、P型隔離和P型襯底均為P型重?fù)诫s，所述N型源區(qū)和N型漏區(qū)均為N型重?fù)诫s。
[0020]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述N型源區(qū)和N型漏區(qū)的深度小于所述P型柵極區(qū)和P型發(fā)射區(qū)的深度。
[0021]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，還包括形成于所述P型襯底背面上的背面電極。
[0022]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述P型發(fā)射區(qū)和P型柵極區(qū)同時(shí)擴(kuò)散形成。
[0023]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述P型發(fā)射區(qū)為條形或工字型結(jié)構(gòu)，所述N型漏區(qū)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且所述N型漏區(qū)包圍所述P型發(fā)射區(qū)。
[0024]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述恒流二極管結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)P型柵極區(qū)和兩個(gè)N型源區(qū)，所述兩個(gè)P型柵極區(qū)和所述兩個(gè)N型源區(qū)均為條形結(jié)構(gòu)，且所述兩個(gè)P型柵極區(qū)位于所述N型漏區(qū)的兩側(cè)，所述兩個(gè)N型源區(qū)位于所述兩個(gè)P型柵極區(qū)的兩側(cè)。
[0025]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述P型隔離為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且所述P型隔離包圍所述N型基區(qū)。
[0026]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述P型襯底作為所述PNP三極管的集電極，所述N型基區(qū)作為所述PNP三極管的基極，所述P型發(fā)射區(qū)作為所述PNP三極管的發(fā)射極。
[0027]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)中，所述PNP三極管的基極電流經(jīng)過所述P型發(fā)射區(qū)后，依次流經(jīng)所述N型漏區(qū)、N型基區(qū)、N型源區(qū)，最后經(jīng)由所述P型隔離、P型外延層從所述P型襯底的背面流出；所述PNP三極管的集電極電流經(jīng)過所述P型發(fā)射區(qū)后，流經(jīng)所述N型基區(qū)4型外延層從所述P型襯底的背面流出。
[0028]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種恒流二極管結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:
[0029]提供一P型襯底；
[0030]在所述P型襯底正面上形成P型外延層；
[0031 ]在所述P型外延層中形成N型基區(qū)；
[0032]在所述N型基區(qū)中形成P型柵極區(qū)、N型源區(qū)、N型漏區(qū)和P型發(fā)射區(qū)，并形成包圍所述N型基區(qū)的P型隔離；以及
[0033]在所述P型柵極區(qū)、N型源區(qū)以及P型發(fā)射區(qū)上形成正面電極；
[0034]其中，所述P型襯底、P型外延層、N型基區(qū)和P型發(fā)射區(qū)組成PNP三極管，所述N型源區(qū)^型柵極區(qū)、N型基區(qū)4型漏區(qū)組成恒流二極管。
[0035]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述P型發(fā)射區(qū)和P型柵極區(qū)同時(shí)擴(kuò)散形成。
[0036]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述P型柵極區(qū)、N型源區(qū)、N型漏區(qū)、P型發(fā)射區(qū)以及P型隔離的摻雜濃度大于所述P型外延層的摻雜濃度。
[0037]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述P型柵極區(qū)、P型發(fā)射區(qū)、P型隔離和P型襯底均為P型重?fù)诫s，所述N型源區(qū)和N型漏區(qū)均為N型重?fù)诫s。
[0038]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述N型源區(qū)和N型漏區(qū)的深度小于所述P型柵極區(qū)和P型發(fā)射區(qū)的深度。
[0039]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，還包括:在所述N型基區(qū)中形成P環(huán)，所述P環(huán)包圍所述N型漏區(qū)。
[0040]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，在所述P型柵極區(qū)、N型源區(qū)以及P型發(fā)射區(qū)上形成正面電極的步驟包括:
[0041 ]在所述P型外延層上形成絕緣層；
[0042]通過光刻和刻蝕工藝在所述絕緣層中形成引線孔；
[0043]通過濺射工藝形成正面金屬層；
[0044]通過光刻和刻蝕工藝圖形化所述正面金屬層形成所述正面電極。
[0045]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，在所述P型柵極區(qū)、N型源區(qū)以及P型發(fā)射區(qū)上形成正面電極之后，還包括:在所述P型襯底的背面上形成背面電極。
[0046]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述P型發(fā)射區(qū)為條形或工字型結(jié)構(gòu)，所述N型漏區(qū)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且所述N型漏區(qū)包圍所述P型發(fā)射區(qū)。
[0047]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述恒流二極管結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)P型柵極區(qū)和兩個(gè)N型源區(qū)，所述兩個(gè)P型柵極區(qū)和所述兩個(gè)N型源區(qū)均為條形結(jié)構(gòu)，且所述兩個(gè)P型柵極區(qū)位于所述N型漏區(qū)的兩側(cè)，所述兩個(gè)N型源區(qū)位于所述兩個(gè)P型柵極區(qū)的兩側(cè)。
[0048]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述P型隔離為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且所述P型隔離包圍所述N型源區(qū)。
[0049]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述P型襯底作為所述PNP三極管的集電極，所述N型基區(qū)作為所述PNP三極管的基極，所述P型發(fā)射區(qū)作為所述PNP三極管的發(fā)射極。
[0050]可選的，在所述的恒流二極管結(jié)構(gòu)形成方法中，所述PNP三極管的基極電流經(jīng)過所述P型發(fā)射區(qū)后，依次流經(jīng)所述N型漏區(qū)、N型基區(qū)、N型源區(qū)，最后經(jīng)由所述P型隔離、P型外延層從所述P型襯底的背面流出；所述PNP三極管的集電極電流經(jīng)過所述P型發(fā)射區(qū)后，流經(jīng)所述N型基區(qū)4型外延層從所述P型襯底的背面流出。
[0051]在本發(fā)明提供的恒流二極管結(jié)構(gòu)及其形成方法中，在P型襯底正面上形成P型外延層，在P型外延層中形成N型基區(qū)，在N型基區(qū)中形成P型柵極區(qū)、N型源區(qū)、N型漏區(qū)、P型發(fā)射區(qū)，并形成包圍所述N型基區(qū)的P型隔離，由所述P型襯底、P型外延層、N型基區(qū)和P型發(fā)射區(qū)組成PNP三極管，由所述N型源區(qū)、P型柵極區(qū)、N型基區(qū)、N型漏區(qū)組成恒流二極管。因此，恒流二極管的恒定電流經(jīng)過PNP三極管電流放大后輸出，單位面積電流大幅提高;并且，PNP三極管放大倍數(shù)β具有正溫度系數(shù)，而恒流二極管恒定電流是負(fù)溫度系數(shù)，器件的溫度穩(wěn)定性較好。另外，PNP三極管與恒流二極管的結(jié)深同向波動(dòng)變化時(shí)，PNP三極管放大倍數(shù)β與恒流二極管的恒定電流Id相反變化方向，整個(gè)器件總輸出電流比較穩(wěn)定，均勻性較好。此外，由于增加了 P型外延層，耐壓性能較好。
【附圖說明】
[0052]圖1是傳統(tǒng)的恒流二極管結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的恒流二極管結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；