一种耐高击穿电压的垂直型恒流二极管器件的制作方法

本发明涉及了一种恒流二极管器件，尤其涉及了一种耐高击穿电压的垂直型恒流二极管器件。

背景技术：

恒流二极管（Current Regulator Diode，CRD）是一种半导体恒流器件，可以在一定的工作电压范围内保持一个恒定的电流值[1]。它具有很高的动态阻抗、很好的恒流性能，并且价格便宜、使用简便，因此被广泛应用到恒流源、稳压源、放大器以及电子仪器的保护电路中。恒流二极管的负温度特性很好地解决了LED驱动中由于电流急剧上升导致的结温升高、寿命缩短等问题。目前，恒流二极管的输出电流在几mA到几十mA之间，可直接驱动负载，且器件体积小、可靠性高。但是，恒流二极管的击穿电压较低，普遍为30~100V，能提供的恒定电流也较低。

可见，提高恒流二极管的击穿电压是关键技术，具有广泛的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种耐高击穿电压的垂直型恒流二极管器件，能够将恒流二极管的击穿电压提高到200V。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐高击穿电压的垂直型恒流二极管器件，包括：

通过耗尽沟道导电，耗尽沟道在热扩散形成P阱后，通过磷离子浅层注入实现；在元胞中扩散P型阱区表面注入磷离子，并与P型阱区补偿形成薄层沟道，调节沟道注入剂量和能量，可以实现较低的夹断电压和较好的恒流能力；通过调节调沟注入磷离子的剂量及扩散P型阱区之间的距离，可以使沟道区较JFET区先夹断，夹断电压控制在5V以下；沟道夹断后，载流子速度饱和，到达夹断点后被耗尽区的强电场扫入N型重掺杂区，电流不随电压增大而增大，可以实现较好的恒流能力。

可见，导电沟道的形成大大减小了恒流二极管的夹断电压，实现了耗尽型MOS 导电，以及较好的恒流能力和较高的击穿电压。器件电流大小可通过调整调沟注入磷离子剂量和沟道长度进行调节，器件击穿电压可以通过调整外延浓度和厚度进行调节。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：本发明提供了一种耐高击穿电压的垂直型恒流二极管器件，通过耗尽沟道导电，成功设计出一个夹断电压小于5V，击穿电压约为250V，电流约为1.5×10⁵ A/μm，恒流特性良好的恒流二极管。

附图说明

图1为本发明器件的结构示意图；

图2为不同外延厚度下器件I-V特性图；

图3为器件I-V特性图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

参考图1，一种耐高击穿电压的垂直型恒流二极管器件，包括：

通过耗尽沟道导电，耗尽沟道在热扩散形成P阱后，通过磷离子浅层注入实现；在元胞中扩散P型阱区表面注入磷离子，并与P型阱区补偿形成薄层沟道，调节沟道注入剂量和能量，可以实现较低的夹断电压和较好的恒流能力；通过调节调沟注入磷离子的剂量及扩散P型阱区之间的距离，可以使沟道区较JFET区先夹断，夹断电压控制在5V以下；沟道夹断后，载流子速度饱和，到达夹断点后被耗尽区的强电场扫入N型重掺杂区，电流不随电压增大而增大，可以实现较好的恒流能力。

可见，导电沟道的形成大大减小了恒流二极管的夹断电压，实现了耗尽型MOS 导电，以及较好的恒流能力和较高的击穿电压。器件电流大小可通过调整调沟注入磷离子剂量和沟道长度进行调节，器件击穿电压可以通过调整外延浓度和厚度进行调节。

借助TSUPREM4 及MEDICI 仿真软件，对如图1所示的垂直型恒流二极管元胞结构进行工艺和器件电学特性仿真。

外延浓度为8×10¹⁴ cm^-3 时，对不同外延厚度下器件的I-V 特性进行比较，结果如图2 所示。外延厚度依次为22，24，26μm，耐压依次为266，286，300V，电流大小为1.45×10^－5~1.5×10^－5A/μm。通常，在其他条件相同的情况下，外延增厚，耐压会有所增大，而外延厚度的增大对器件I-V 曲线线性区和恒流区特性几乎没有影响。

外延厚度为20μm时，对不同外延浓度下器件的I-V 特性进行比较，结果如图3所示。外延浓度依次为5×10¹⁴，8×10¹⁴，1×10¹⁵ cm^-3。可以看出，相同外延厚度下，外延浓度越大，耐压越小；同时，随着外延浓度增大，漂移区的电阻减小，恒流电流值增大，并且线性区电阻的减小导致夹断电压也随之降低。因此，对外延浓度的选择应综合考虑耐压、恒流特性及夹断电压3方面因素。

本实施例中，所述一种耐高击穿电压的垂直型恒流二极管器件，可以通过耗尽沟道导电提高恒流二极管的击穿电压。

以上所述，仅为本发明较佳实施例，不以此限定本发明实施的范围，依本发明的技术方案及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应属于本发明涵盖的范围。