一種基于soi的橫向恒流二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于SOI的橫向恒流二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]恒流源是一種常用的電子設(shè)備和裝置，在電子線路中使用相當(dāng)廣泛。恒流源用于保護(hù)整個(gè)電路，即使出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定或負(fù)載電阻變化很大的情況，都能確保供電電流的穩(wěn)定。恒流二極管(CRD，Current Regulative D1de)是一種半導(dǎo)體恒流器件，S卩用二極管作為恒流源代替普通的由晶體管、穩(wěn)壓管和電阻等多個(gè)元件組成的恒流源，目前恒流二極管的輸出電流在幾毫安到幾十毫安之間，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了電路結(jié)構(gòu)簡單、器件體積小、器件可靠性高等目的。另外恒流二極管的外圍電路非常簡單，使用方便，已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、儀表儀器、保護(hù)電路等領(lǐng)域。但是，目前恒流二極管的擊穿電壓高位普遍為30?100V，因此存在擊穿電壓較低的問題，同時(shí)能提供的恒定電流也較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對恒流二極管夾斷電壓高、擊穿電壓低、恒流能力差等問題，提出了一種基于SOI的橫向恒流二極管及其制造方法。本發(fā)明提供的基于SOI的橫向恒流二極管采用PN結(jié)短接的結(jié)構(gòu)，可減小芯片面積，降低成本，在恒流大小相同的情況下縮小芯片面積等效于提高芯片的電流密度，從而使器件的恒流能力得到提高；本發(fā)明采用SOI (SiIicon-On-1nsulator,絕緣襯底上的娃)技術(shù)，可有效防止在集成系統(tǒng)中襯底漏電流帶來的不利影響，同時(shí)可以利用雙載流子導(dǎo)電，增加了器件的電流密度，使器件的線性區(qū)更加陡峭，夾斷電壓在5V以下。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種基于SOI的橫向恒流二極管，由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的元胞叉指連接形成，所述元胞包括襯底2，絕緣層上N型輕摻雜硅3、P型重?fù)诫s區(qū)4、N型重?fù)诫s區(qū)5、氧化介質(zhì)層6、金屬陰極7、金屬陽極8、P型摻雜區(qū)9、埋氧層10 ;所述埋氧層10位于襯底2之上，所述N型輕摻雜硅3位于埋氧層10之上，所述P型重?fù)诫s區(qū)4、N型重?fù)诫s區(qū)5和P型摻雜區(qū)9位于N型輕摻雜硅3之中，所述P型重?fù)诫s區(qū)4位于N型重?fù)诫s區(qū)5和P型摻雜區(qū)9之間，所述N型重?fù)诫s區(qū)5部分包含于P型重?fù)诫s區(qū)4之中，所述N型重?fù)诫s區(qū)5與P型重?fù)诫s區(qū)4短接并與金屬陰極7形成歐姆接觸，所述P型摻雜區(qū)9與金屬陽極8形成歐姆接觸。
[0006]進(jìn)一步地，元胞中所述N型重?fù)诫s區(qū)5還可以全部包含于P型重?fù)诫s區(qū)4之中。
[0007]進(jìn)一步地，所述元胞中的金屬陰極7和金屬陽極8可沿氧化介質(zhì)層6上表面延伸形成場板，場板的長度可調(diào)節(jié)，以使器件達(dá)到更好的恒流能力和更高的耐壓值。
[0008]進(jìn)一步地，所述N型重?fù)诫s區(qū)5和P型摻雜區(qū)9的結(jié)深相同。
[0009]進(jìn)一步地，所述N型重?fù)诫s區(qū)5、P型摻雜區(qū)9和P型重?fù)诫s區(qū)4的結(jié)深均相同。
[0010]進(jìn)一步地，所述基于SOI的橫向恒流二極管是由相同的元胞叉指連接形成，其中，相鄰的P型摻雜區(qū)9和金屬陽極8可共用，相鄰的N型重?fù)诫s區(qū)5和金屬陰極7可以共用或者不共用。
[0011]進(jìn)一步地，所述基于SOI的橫向恒流二極管所用半導(dǎo)體材料為硅或碳化硅等。
[0012]進(jìn)一步地，所述基于SOI的橫向恒流二極管中各摻雜類型可相應(yīng)變?yōu)橄喾吹膿诫s，即P型摻雜變?yōu)镹型摻雜的同時(shí)，N型摻雜變?yōu)镻型摻雜。
[0013]進(jìn)一步地，所述基于SOI的橫向恒流二極管P型重?fù)诫s區(qū)4的長度可以調(diào)節(jié)，以使器件的恒流能力和夾斷電壓得到優(yōu)化；所述P型重?fù)诫s區(qū)4與P型摻雜區(qū)9之間的距離可以調(diào)節(jié)，以使器件得到不同的耐壓值。
[0014]上述基于SOI的橫向恒流二極管的制造方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1:采用SOI硅片作為襯底，進(jìn)行P型重?fù)诫s區(qū)4注入前預(yù)氧，進(jìn)行窗口刻蝕；
[0016]步驟2:進(jìn)行P型重?fù)诫s區(qū)4注入，然后進(jìn)行P型重?fù)诫s區(qū)4推結(jié)，刻蝕多余的氧化層；
[0017]步驟3:進(jìn)行N型重?fù)诫s區(qū)5注入前預(yù)氧，進(jìn)行窗口刻蝕；
[0018]步驟4:進(jìn)行N型重?fù)诫s區(qū)5注入，刻蝕多余的氧化層；
[0019]步驟5:進(jìn)行P型摻雜區(qū)9注入前預(yù)氧，進(jìn)行窗口刻蝕；
[0020]步驟6:進(jìn)行P型摻雜區(qū)9注入，刻蝕多余的氧化層，所述P型重?fù)诫s區(qū)4位于N型重?fù)诫s區(qū)5和P型摻雜區(qū)9之間；
[0021 ] 步驟7:淀積前預(yù)氧，淀積氧化物，致密；
[0022]步驟8:光刻歐姆孔；
[0023]步驟9:淀積金屬層，刻蝕，形成金屬陰極8和金屬陽極9。
[0024]對于淺結(jié)P型重?fù)诫s區(qū)4，上述基于SOI的橫向恒流二極管的制造方法，包括以下步驟:
[0025]步驟1:采用SOI硅片作為襯底，進(jìn)行P型重?fù)诫s區(qū)4和P型摻雜區(qū)9注入前預(yù)氧，進(jìn)行窗口刻蝕；
[0026]步驟2:進(jìn)行P型重?fù)诫s區(qū)4和P型摻雜區(qū)9注入，刻蝕多余的氧化層；
[0027]步驟3:進(jìn)行N型重?fù)诫s區(qū)5注入前預(yù)氧，進(jìn)行窗口刻蝕；
[0028]步驟4:進(jìn)行N型重?fù)诫s區(qū)5注入，刻蝕多余的氧化層，所述P型重?fù)诫s區(qū)4位于N型重?fù)诫s區(qū)5和P型摻雜區(qū)9之間；
[0029]步驟5:淀積前預(yù)氧，淀積氧化物，致密，同時(shí)激活雜質(zhì)原子；
[0030]步驟6:光刻歐姆孔；
[0031]步驟7:淀積金屬層，刻蝕，形成金屬陰極8和金屬陽極9。
[0032]對于淺結(jié)P型重?fù)诫s區(qū)4并且P型重?fù)诫s區(qū)4和P型摻雜區(qū)9距離較長的器件，可以省略P型重?fù)诫s區(qū)4的推結(jié)過程，但是采取較大的注入能量，即便對于同樣的注入能量，注入硼的結(jié)深也要比注入磷的結(jié)深要深，P型雜質(zhì)原子的激活可以在步驟5致密的過程中和N型重?fù)诫s區(qū)的N型雜質(zhì)原子一起進(jìn)行激活，從而減少工序，節(jié)省芯片制造時(shí)間。
[0033]本發(fā)明的有益效果為:
[0034]1、本發(fā)明基于SOI的橫向恒流二極管中P型重?fù)诫s區(qū)4與N型重?fù)诫s區(qū)5短接形成了 PN結(jié)短路結(jié)構(gòu)，大大減小了同等恒流大小下器件的面積，提高了器件的電流密度，提升了器件的恒流能力。
[0035]2、本發(fā)明采用SOI (Silicon-On-1nsulator，絕緣襯底上的娃)技術(shù)，在襯底上設(shè)置埋氧層，可有效防止集成系統(tǒng)中襯底漏電流帶來的不利影響。
[0036]3、本發(fā)明基于SOI的橫向恒流二極管采用兩種載流子導(dǎo)電，增大了器件的電流密度，提高了器件的恒流能力；使器件的線性區(qū)更加陡峭，夾斷電壓在5V以下。
[0037]4、本發(fā)明基于SOI的橫向恒流二極管中的P型重?fù)诫s區(qū)4可以不推結(jié)，和P型摻雜區(qū)9 一起形成，簡化了芯片制造的工藝；采用的工藝與B⑶工藝相一致，有利于器件的集成，可用于大規(guī)模集成電路中。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明提供的基于SOI的橫向恒流二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為本發(fā)明提供的基于SOI的橫向恒流二極管的元胞的結(jié)構(gòu)示意圖；(a)為沒有金屬場板的結(jié)構(gòu)；(b)為有金屬場板的結(jié)構(gòu)。
[0040]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的元胞的工藝仿真示意圖；
[0041]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于SOI的橫向恒流二極管的電流電壓特性曲線圖；
[0042]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于SOI的橫向恒流二極管的制造方法的工藝流程示意圖；
[0043]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于SOI的橫向恒流二極管制造過程中對應(yīng)的工藝仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0045]一種基于SOI的橫向恒流二極管，由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的元胞I⑴、I⑵、I (3)…I (i)叉指連接形成，元胞的個(gè)數(shù)i可根據(jù)具體的電流能力要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述元胞包括襯底2，絕緣層上N型輕摻雜硅3、P型重?fù)诫s區(qū)4、N型重?fù)诫s區(qū)5、氧化介質(zhì)層6、金屬陰極7、金屬陽極8、P型摻雜區(qū)9、埋氧層10 ;所述埋氧層10位于襯底2之上，所述N型輕摻雜硅3位于埋氧層10之上，所述P型重?fù)诫s區(qū)4、N型重?fù)诫s區(qū)5和P型摻雜區(qū)9位于N型輕摻雜硅3之中，所述氧化介質(zhì)層6、金屬陰極7和金屬陽極8覆蓋所述元胞表面，所述P型重?fù)诫s區(qū)4位于N型重?fù)诫s區(qū)5和P型摻雜區(qū)9之間，所述N型重?fù)诫s區(qū)5部分包含于P型重?fù)诫s區(qū)4之中，所述N型重?fù)诫s區(qū)5與P型重?fù)诫s區(qū)4短接，所述N型重?fù)诫s區(qū)5、P型重?fù)诫s區(qū)4和金屬陰極7形成歐姆接觸，所述P型摻雜區(qū)9與金屬陽極8形成歐姆接觸，所述P型摻雜區(qū)9和P型重?fù)诫s區(qū)4之間有間距。
[0046]進(jìn)一步地，所述基于SOI的橫向恒流二極管P型重?fù)诫s區(qū)4和埋氧層10之間形成導(dǎo)電溝道，溝道的寬度可通過調(diào)整P型重?fù)诫s區(qū)4的結(jié)深進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使器件得到不同大小的恒流值和不同的飽和壓降；P型重?fù)诫s區(qū)4的長度可以調(diào)節(jié)，以使器件的恒流能力和夾斷電壓得到優(yōu)化；P型重?fù)诫s區(qū)4和P型摻雜區(qū)9的距離可以調(diào)節(jié)，以使器件獲得不同的耐壓值。
[0047]進(jìn)一步地，元胞中所述N型重?fù)诫s區(qū)5還可以全部包含于P型重?fù)诫s區(qū)4之中。