恒流二极管结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体技术领域，尤其涉及一种恒流二极管结构。
【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，实用新型发现，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。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型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]本实用新型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]本实用新型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，本实用新型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]在本实用新型提供的恒流二极管结构中，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】
[0029]图1是传统的恒流二极管结构的剖面结构示意图；
[0030]图2是本实用新型一实施例的恒流二极管结构的剖面结构示意图；
[0031]图3是本实用新型一实施例的恒流二极管结构的等效电路示意图；
[0032]图4a?4d是本实用新型一实施例的恒流二极管结构形成过程中的剖面结构示意图；
[0033]图5是本实用新型一实施例的恒流二极管结构的俯视结构示意图；
[0034]图6是本实用新型另一实施例的恒流二极管结构的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的恒流二极管结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0036]如图2所示，本申请提供一种恒流二极管结构，包括:P型衬底100;形成于所述P型衬底100正面上的P型外延层110;形成于所述P型外延层110中的N型基区111;形成于所述N型基区111中的P型栅极区121、N型源区122、N型漏区123、P型发射区124;包围所述N型基区111的P型隔离125;以及形成于所述P型栅极区121、N型源区122以及P型发射区124上的正面电极130。
[0037]其中，所述P型栅极区1214型源区122 4型漏区1231型发射区124以及？型隔离125的掺杂浓度大于所述P型外延层110的掺杂浓度，所述P型栅极区121、N型源区122通过所述正面电极130相连，所述P型隔离125包围所述N型基区111。
[0038]优选的，所述恒流二极管结构还包括形成于所述N型基区111中且包围所述N型漏区123的P环126。本实施例中仅形成一个P环126，但应理解，在其它实施例中，也可设置多个P环126以提高耐压效果。
[0039]所述恒流二极管结构的等效电路结构如图3所示，并结合图2所示，所述P型衬底100、P型外延层110、N型基区111和P型发射区124组成PNP三极管，其中，P型衬底100作为纵向PNP三极管的集电极，N型基区111作为PNP三极管的基极，P型发射区124作为PNP三极管的发射极。同时，所述N型源区122、P型栅极区121、P环126、N型基区111、N型漏区123组成恒流二极管。PNP三极管的基极电流经过P型发射区124后，依次流经N型漏区123、N型基区111、N型源区122，最后经由P型隔离125、P型外延层110从P型衬底100的背面流出，PNP三极管的基极电流大小由恒流二极管的恒定电流I d决定;PNP三极管的集电极电流经过P型发射区124后，流经N型基区111、P型外延层110从P型衬底100的背面流出，该集电极电流大小等于基极电流的β倍，即恒流二极管的恒定电流Id的β倍。
[0040]本实用新型的恒流二极管采用平面沟道结型场效应晶体管(Junct1nField-Effect Transistor，JFET)结构，通过增设P型发射区124，由此形成了PNP三极管，恒流二极管的恒定电流Id经过PNP三极管电流放大β倍后输出，整个器件结构最终输出的总电流I等于恒流二极管的恒定电流Id的(l+β)倍，单位面积电流大幅提高，成本较低。另外，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Id是负温度系数，如此，本实用新型的器件结构的温度稳定性比较好。此外，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，整个器件总电流I比较稳定(N型基区111的宽度越小、电阻率越高，恒流二极管的电流越小，而PNP三极管放大倍数β则越大，如此可以抵消一部分波动)，其电流均匀性较好。尤其是PNP三极管的P型发射区124与JFET结构的P型栅极区121采用相同工艺、同时扩散形成，更有利于提高整个器件最终输出的总电流I的稳定性。此外，所述恒流二极管结构增加P型外延层110，以提高耐压性能。优选的，所述恒流二极管机构还增加了P环126，以进一步提高耐压性能。
[0041]本实施例中，所述P型栅极区121、Ρ型发射区124、Ρ型隔离125均为P型重掺杂(P+)，所述N型源区122、N型漏区123均为N型重掺杂(N+)，所述P型衬底亦为P型重掺杂(P+)。
[0042]如图2所示，所述恒流二极管结构还