[0054]圖3是本發(fā)明一實施例的恒流二極管結構的等效電路示意圖；
[0055]圖4a?4d是本發(fā)明一實施例的恒流二極管結構形成過程中的剖面結構示意圖；
[0056]圖5是本發(fā)明一實施例的恒流二極管結構的俯視結構示意圖；
[0057]圖6是本發(fā)明另一實施例的恒流二極管結構的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0058]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的恒流二極管結構作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0059]如圖2所示，本申請?zhí)峁┮环N恒流二極管結構，包括:P型襯底100;形成于所述P型襯底100正面上的P型外延層110;形成于所述P型外延層110中的N型基區(qū)111;形成于所述N型基區(qū)111中的P型柵極區(qū)121、N型源區(qū)122、N型漏區(qū)123、P型發(fā)射區(qū)124;包圍所述N型基區(qū)111的P型隔離125;以及形成于所述P型柵極區(qū)121、N型源區(qū)122以及P型發(fā)射區(qū)124上的正面電極130。
[0060]其中，所述P型柵極區(qū)121、N型源區(qū)122、N型漏區(qū)123、P型發(fā)射區(qū)124以及P型隔離125的摻雜濃度大于所述P型外延層110的摻雜濃度，所述P型柵極區(qū)121、N型源區(qū)122通過所述正面電極130相連，所述P型隔離125包圍所述N型基區(qū)111。
[0061]優(yōu)選的，所述恒流二極管結構還包括形成于所述N型基區(qū)111中且包圍所述N型漏區(qū)123的P環(huán)126。本實施例中僅形成一個P環(huán)126，但應理解，在其它實施例中，也可設置多個P環(huán)126以提高耐壓效果。
[0062]所述恒流二極管結構的等效電路結構如圖3所示，并結合圖2所示，所述P型襯底100、P型外延層110、N型基區(qū)111和P型發(fā)射區(qū)124組成PNP三極管，其中，P型襯底100作為縱向PNP三極管的集電極，N型基區(qū)111作為PNP三極管的基極，P型發(fā)射區(qū)124作為PNP三極管的發(fā)射極。同時，所述N型源區(qū)122、P型柵極區(qū)121、P環(huán)126、N型基區(qū)111、N型漏區(qū)123組成恒流二極管。PNP三極管的基極電流經過P型發(fā)射區(qū)124后，依次流經N型漏區(qū)123、N型基區(qū)111、N型源區(qū)122，最后經由P型隔離125、P型外延層110從P型襯底100的背面流出，PNP三極管的基極電流大小由恒流二極管的恒定電流I d決定;PNP三極管的集電極電流經過P型發(fā)射區(qū)124后，流經N型基區(qū)111、P型外延層110從P型襯底100的背面流出，該集電極電流大小等于基極電流的β倍，即恒流二極管的恒定電流Id的β倍。
[0063]本發(fā)明的恒流二極管采用平面溝道結型場效應晶體管(Junct1nField-EffectTransistor，JFET)結構，通過增設P型發(fā)射區(qū)124，由此形成了PNP三極管，恒流二極管的恒定電流I d經過PNP三極管電流放大β倍后輸出，整個器件結構最終輸出的總電流I等于恒流二極管的恒定電流I d的(I +β)倍，單位面積電流大幅提高，成本較低。另外，PNP三極管放大倍數β具有正溫度系數，而恒流二極管恒定電流Id是負溫度系數，如此，本發(fā)明的器件結構的溫度穩(wěn)定性比較好。此外，PNP三極管與恒流二極管的結深同向波動變化時，PNP三極管放大倍數β與恒流二極管的恒定電流Id相反變化方向，整個器件總電流I比較穩(wěn)定(N型基區(qū)111的寬度越小、電阻率越高，恒流二極管的電流越小，而PNP三極管放大倍數β則越大，如此可以抵消一部分波動)，其電流均勻性較好。尤其是PNP三極管的P型發(fā)射區(qū)124與JFET結構的P型柵極區(qū)121采用相同工藝、同時擴散形成，更有利于提高整個器件最終輸出的總電流I的穩(wěn)定性。此外，所述恒流二極管結構增加P型外延層110，以提高耐壓性能。優(yōu)選的，所述恒流二極管機構還增加了P環(huán)126，以進一步提高耐壓性能。
[0064]本實施例中，所述P型柵極區(qū)121、Ρ型發(fā)射區(qū)124、Ρ型隔離125均為P型重摻雜(P+)，所述N型源區(qū)122、N型漏區(qū)123均為N型重摻雜(N+)，所述P型襯底亦為P型重摻雜(P+)。
[0065]如圖2所示，所述恒流二極管結構還包括形成于P型襯底100背面上的背面電極150，所述背面電極150例如是由金、銀、鋁等材質形成。
[0066]圖5是本發(fā)明一實施例的恒流二極管結構的俯視結構示意圖。為了更清楚的PNP三極管和恒流二極管的結構，圖5中并未表示出正面電極130。本實施例中，如圖5所示，所述P型發(fā)射區(qū)124為條形結構，N型漏區(qū)123和P環(huán)126為環(huán)形結構，并且，N型漏區(qū)123包圍P型發(fā)射區(qū)124，P環(huán)126包圍N型漏區(qū)123;所述P型柵極區(qū)121和N型源區(qū)122均為條形結構，且兩個P型柵極區(qū)121分列于N型漏區(qū)123的兩側，兩個N型源區(qū)122分列于兩個P型柵極區(qū)121的兩側;所述P型隔離125為環(huán)形結構，且其包圍所述N型基區(qū)111。應當理解是，以上排布方式僅是舉例并不用以限定本發(fā)明的恒流二極管結構，例如，如圖6所示，在本發(fā)明另一實施例中，所述P型發(fā)射區(qū)124也可以是“工”字形結構，以增加PNP三極管的發(fā)射區(qū)周長，提高PNP三極管電流能力，相應的，所述N型漏區(qū)123為內凹的環(huán)形結構。同時，所述P型發(fā)射區(qū)124的數量可以是一個也可以是多個，若一個芯片包含多個P型發(fā)射區(qū)可相應的增加電流能力。總之，本發(fā)明并不限定P型發(fā)射區(qū)124的數量和形狀。
[0067]下面結合圖2以及圖4a至圖4d詳細介紹本發(fā)明的恒流二極管結構的形成過程。
[0068]如圖4a所示，首先，提供一P型襯底100。所述P型襯底100的材質可以是硅、鍺或者鍺硅化合物、有機化合物半導體材料中的一種。所述P型襯底100可以選用5英寸、6英寸、8英寸及更大尺寸硅片。所述P型襯底100的電阻率優(yōu)選是小于0.02Ω.cm。
[0069]繼續(xù)參考圖4a所示，接著，在所述P型襯底100正面上形成P型外延層110?？赏ㄟ^外延生長工藝在所述P型襯底100上形成P型外延層110。所述P型外延層110的厚度和電阻率可根據耐壓要求確定，例如P型外延層110的厚度是84!11?3(^1]1。
[0070 ] 如圖4b所示，接著，在P型外延層110中形成N型基區(qū)111。
[0071]作為一個非限制性的例子，形成所述N型基區(qū)111的具體步驟包括:首先，在P型外延層110上形成氧化硅層，在氧化硅層上旋涂光刻膠層;對該光刻膠層進行曝光顯影，在光刻膠層上形成N型基區(qū)窗口圖案;再以光刻膠層為掩膜，將N型基區(qū)窗口圖案轉移到氧化硅層上，使P型外延層110暴露在該N型基區(qū)窗口下；然后對該暴露的P型外延層110部分進行N型離子注入，注入能量例如是500?2000Kev，優(yōu)選是1500Kev，注入劑量例如是2E12?5E13cm—2，深度為1.5?3μπι，注入的N型離子例如為磷離子;注入完成后，去除光刻膠層和氧化硅層;最后，在氮氣(N2)氛圍下進行退火工藝，退火溫度例如是9000C?10500C，退火時間例如是30?240分鐘，形成所述N型基區(qū)111。上述的光刻膠層、氧化硅層的成膜工藝以及熱退火處理都是業(yè)界普遍采用的工藝，此處就不做贅述。
[0072]如圖4c所示，接著，在所述N型基區(qū)111中形成P型柵極區(qū)121、Ρ環(huán)126和P型發(fā)射區(qū)124，在所述N型基區(qū)111外側形成P型隔離125。所述P型柵極區(qū)121、Ρ環(huán)126和P型發(fā)射區(qū)124的深度小于N型基區(qū)111的厚度，所述P型隔離125包圍所述N型基區(qū)111。
[0073]作為一個非限制性的例子，形成所述P型柵極區(qū)121、Ρ環(huán)126、Ρ型發(fā)射區(qū)124和P型隔離125的具體步驟包括:
[0074]首先，在N型基區(qū)111上形成氧化硅層和光刻膠層;對該光刻膠層進行曝光顯影，在光刻膠層上形成P型柵極區(qū)窗口圖案;再以光刻膠層為掩膜，將P型柵極區(qū)窗口圖案轉移到氧化硅層上，使N型基區(qū)111暴露在該P型柵極區(qū)窗口圖案下;然后對該暴露的N型基區(qū)111部分進行P型離子注入，注入能量例如是40?80Kev，優(yōu)選是60Kev，注入劑量例如是1E13?5E14cm—2，注入的P型離子例如為硼離子;注入完成后，去除光刻膠層和氧化硅層；
[0075]接著，在N型基區(qū)111上形成氧化硅層，在氧化硅層上旋涂光刻膠層;對該光刻膠層進行曝光顯影，在光刻膠層上形成P環(huán)窗口圖案;再以光刻膠層為掩膜，將P環(huán)窗口圖案轉移到氧化硅層上，使N型基區(qū)111暴露在該P環(huán)窗口圖案下;然后對該暴露的N型基區(qū)111部分進行P型離子注入，注入能量例如是50?70Kev，優(yōu)選是60Kev，注入劑量例如是5E12?5E13cmΛ注入的P型離子例如為硼離子;注入完成后，去除光刻膠層和氧化硅層；
[0076]接著，再次在N型基區(qū)111和P型外延層110上形成氧化硅層，并在氧化硅層上旋涂光刻膠層;然后對該光刻膠層進行曝光顯影，在光刻膠層上同時形成P型發(fā)射區(qū)窗口圖案和P型隔離窗口圖案;再以光刻膠層為掩膜，將P型發(fā)射區(qū)窗口圖案和P型隔離窗口圖案轉移到氧化硅層上，使N型基區(qū)111暴露在該P型發(fā)射區(qū)窗口下，P型外延層110暴露在該P型隔離窗口下;對該暴露的N型基區(qū)111和P型外延層110部分進行P型離子注入，注入能量例如是50?70Kev，優(yōu)選是60Kev，注入劑量例如是1Ε14?2E16