恒流二极管结构及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种恒流二极管结构及其形成方法。
【背景技术】
[0002]恒流二极管是一种硅材料制造的两端恒流器件。恒流二极管按极性接入电路回路中，正向恒电流导通，反向截止，输出恒定电流，应用简单。目前，恒流二极管广泛使用于交直流放大器、直流稳压电源、波形发生器以及保护电路等电子线路中。
[0003]传统的恒流二极管通常采用平面沟道结型场效应晶体管(Junct1nField-Effect Transistor，JFET)结构，JFET是在同一块N形半导体上制作两个高掺杂的P区，所引出的电极称为栅极G，并形成高掺杂的N区，所引出的电极称为漏极D、源极S，恒流二极管通过将JFET的栅极G和源极S短接形成恒流特性。具体的，如图1所示，恒流二极管包括:P型衬底10、N型外延层11、？型栅极区12&4型源区1213 4型漏区12(3、？型隔离12(1以及正面电极13，所述P型栅极区12a、N型源区12b通过正面电极13相连，P型隔离12d穿透P型外延层11与P型衬底10相连。然而，发明人发现，传统的恒流二极管存在如下问题:
[0004]—、传统的恒流二极管的恒定电流大小对P型外延层110厚度、P型外延层110电阻率及P型栅极区121的结深很敏感，导致最终恒定电流值均匀性很差，成品率较低；
[0005]二、平面沟道JFET结构的电流能力主要取决于沟道宽度，而沟道宽度受正面电极图形限制，单位面积的沟道宽度较小，进而导致单位面积电流较小，成本较高；
[0006]三、常规的恒流二极管具有很大的负温度系数，高温恒流性能不佳。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于解决现有的恒流二极管的恒定电流值均匀性差的问题。
[0008]本发明的另一目的在于解决现有的恒流二极管的单位面积电流较小的问题。
[0009]本发明的又一目的在于解决现有的恒流二极管的高温恒流性能不佳的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供一种恒流二极管结构，包括:
[0011]P型衬底；
[0012]形成于所述P型衬底正面上的P型外延层；
[0013]形成于所述P型外延层中的N型基区；
[0014]形成于所述N型基区中的P型栅极区、N型源区、N型漏区、P型发射区以及包围所述N型基区的P型隔离；
[0015]形成于所述P型栅极区、N型源区以及P型发射区上的正面电极；
[0016]其中，所述P型衬底、P型外延层、N型基区和P型发射区组成PNP三极管，所述N型源区^型栅极区、N型基区4型漏区组成恒流二极管。
[0017]可选的，在所述的恒流二极管结构中，还包括形成于所述N型基区中的P环，所述P环包围所述N型漏区。所述P环的数量为一个或多个。
[0018]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述P型栅极区、N型源区、N型漏区、P型发射区以及P型隔离的掺杂浓度大于所述P型外延层的掺杂浓度。
[0019]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述P型栅极区、P型发射区、P型隔离和P型衬底均为P型重掺杂，所述N型源区和N型漏区均为N型重掺杂。
[0020]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述N型源区和N型漏区的深度小于所述P型栅极区和P型发射区的深度。
[0021]可选的，在所述的恒流二极管结构中，还包括形成于所述P型衬底背面上的背面电极。
[0022]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述P型发射区和P型栅极区同时扩散形成。
[0023]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述P型发射区为条形或工字型结构，所述N型漏区为环形结构，且所述N型漏区包围所述P型发射区。
[0024]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述恒流二极管结构包括两个P型栅极区和两个N型源区，所述两个P型栅极区和所述两个N型源区均为条形结构，且所述两个P型栅极区位于所述N型漏区的两侧，所述两个N型源区位于所述两个P型栅极区的两侧。
[0025]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述P型隔离为环形结构，且所述P型隔离包围所述N型基区。
[0026]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述P型衬底作为所述PNP三极管的集电极，所述N型基区作为所述PNP三极管的基极，所述P型发射区作为所述PNP三极管的发射极。
[0027]可选的，在所述的恒流二极管结构中，所述PNP三极管的基极电流经过所述P型发射区后，依次流经所述N型漏区、N型基区、N型源区，最后经由所述P型隔离、P型外延层从所述P型衬底的背面流出；所述PNP三极管的集电极电流经过所述P型发射区后，流经所述N型基区4型外延层从所述P型衬底的背面流出。
[0028]相应的，本发明还提供一种恒流二极管结构的形成方法，包括:
[0029]提供一P型衬底；
[0030]在所述P型衬底正面上形成P型外延层；
[0031 ]在所述P型外延层中形成N型基区；
[0032]在所述N型基区中形成P型栅极区、N型源区、N型漏区和P型发射区，并形成包围所述N型基区的P型隔离；以及
[0033]在所述P型栅极区、N型源区以及P型发射区上形成正面电极；
[0034]其中，所述P型衬底、P型外延层、N型基区和P型发射区组成PNP三极管，所述N型源区^型栅极区、N型基区4型漏区组成恒流二极管。
[0035]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述P型发射区和P型栅极区同时扩散形成。
[0036]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述P型栅极区、N型源区、N型漏区、P型发射区以及P型隔离的掺杂浓度大于所述P型外延层的掺杂浓度。
[0037]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述P型栅极区、P型发射区、P型隔离和P型衬底均为P型重掺杂，所述N型源区和N型漏区均为N型重掺杂。
[0038]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述N型源区和N型漏区的深度小于所述P型栅极区和P型发射区的深度。
[0039]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，还包括:在所述N型基区中形成P环，所述P环包围所述N型漏区。
[0040]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，在所述P型栅极区、N型源区以及P型发射区上形成正面电极的步骤包括:
[0041 ]在所述P型外延层上形成绝缘层；
[0042]通过光刻和刻蚀工艺在所述绝缘层中形成引线孔；
[0043]通过溅射工艺形成正面金属层；
[0044]通过光刻和刻蚀工艺图形化所述正面金属层形成所述正面电极。
[0045]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，在所述P型栅极区、N型源区以及P型发射区上形成正面电极之后，还包括:在所述P型衬底的背面上形成背面电极。
[0046]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述P型发射区为条形或工字型结构，所述N型漏区为环形结构，且所述N型漏区包围所述P型发射区。
[0047]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述恒流二极管结构包括两个P型栅极区和两个N型源区，所述两个P型栅极区和所述两个N型源区均为条形结构，且所述两个P型栅极区位于所述N型漏区的两侧，所述两个N型源区位于所述两个P型栅极区的两侧。
[0048]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述P型隔离为环形结构，且所述P型隔离包围所述N型源区。
[0049]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述P型衬底作为所述PNP三极管的集电极，所述N型基区作为所述PNP三极管的基极，所述P型发射区作为所述PNP三极管的发射极。
[0050]可选的，在所述的恒流二极管结构形成方法中，所述PNP三极管的基极电流经过所述P型发射区后，依次流经所述N型漏区、N型基区、N型源区，最后经由所述P型隔离、P型外延层从所述P型衬底的背面流出；所述PNP三极管的集电极电流经过所述P型发射区后，流经所述N型基区4型外延层从所述P型衬底的背面流出。
[0051]在本发明提供的恒流二极管结构及其形成方法中，在P型衬底正面上形成P型外延层，在P型外延层中形成N型基区，在N型基区中形成P型栅极区、N型源区、N型漏区、P型发射区，并形成包围所述N型基区的P型隔离，由所述P型衬底、P型外延层、N型基区和P型发射区组成PNP三极管，由所述N型源区、P型栅极区、N型基区、N型漏区组成恒流二极管。因此，恒流二极管的恒定电流经过PNP三极管电流放大后输出，单位面积电流大幅提高;并且，PNP三极管放大倍数β具有正温度系数，而恒流二极管恒定电流是负温度系数，器件的温度稳定性较好。另外，PNP三极管与恒流二极管的结深同向波动变化时，PNP三极管放大倍数β与恒流二极管的恒定电流Id相反变化方向，整个器件总输出电流比较稳定，均匀性较好。此外，由于增加了 P型外延层，耐压性能较好。
【附图说明】
[0052]图1是传统的恒流二极管结构的剖面结构示意图；
[0053]图2是本发明一实施例的恒流二极管结构的剖面结构示意图；