一種恆流源器件的製作方法
2023-10-09 06:04:19 2
專利名稱：一種恆流源器件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種恆流源器件。
背景技術：
"MOSFET"是英文"metal-oxide-semiconductor field effecttransistor"的
縮寫，意即"金屬氧化物半導體場效應電晶體"，其原理是所有現代集成電 路晶片的基礎。 一個耗盡型MOSFET器件由三個基本部分構成源極(S)、 柵極(G)和漏極(D)。 一個N-通道耗盡型MOS場效應管在源極及漏極之 間接近柵極表面，有一個與源漏同極性的淺層摻雜層將源極與漏極相連接。 當柵極與源極電壓為正時，其飽和導通電流也隨電壓增高而增大，此點與增 強型MOS場效應管相同。但是當柵極與源極同電位時，當漏極施以正壓時， 耗儘管先是經過電流急速上升的線性區，然後就進入恆流導通的飽和區，此 時的漏極電壓被稱作飽和電壓，漏極導通電流之大小與淺層慘雜層的濃度與 深度有關， 一般濃度與深度越大則電流越大。當柵極與源極之間施以負電壓， 則通道可以被截止，導通電流為零，此時的柵極電壓被定義為開啟電壓，但 是如果通道濃度太濃、深度太深，則柵極將無法截斷通道電流。耗盡型MOS 管由於在柵極與源極電壓為零時，漏源極電流已呈恆流導通，這點導致其不 如增強型MOS管在邏輯應用上方便，所以迄未被工業界單獨做成器件來使 用。由於耗盡型MOS管在柵極電壓為零時已導通的特性及其在漏極電壓增加 時電流基本在飽和區直到漏極雪崩擊穿，故先天註定可作為一個恆流源。如 將耗儘管的工作電壓範圍即漏極雪崩電壓能予以提高至50伏以上，則耗盡型 MOS管可被廣泛應用，作為直接與經整流濾波後交流電源相連接的直流負載 的有過壓保護的恆流源；如果耗儘管漏極雪崩電壓在15伏以內，則耗儘管仍可作為直流電源的低壓恆流源如作為LED礦燈的恆流源之用。
在實際應用中，很多負載雖然功耗不大，但卻要求所提供的電源必須電 流、電壓在一定範圍內保持相對穩定，同時要求對負載內的部分元件有一定 的保護作用，解決這類負載的供電通常是採用恆流或穩壓電源，而且在電源 電路中還需要加入對負載中某些元件在異常情況下的過電流保護電路，這就 使得這類電源元件多、電路複雜、浪費的功率比例大。
目前，LED的應用越來越廣泛，用於日常室內和戶外照明的LED燈具也 正越來越普及。但是目前的LED驅動電路都需要設置穩流電路，這種電路外 圍元件多，雖然LED的照度穩定性較好，發光亮度變化小，但是其周邊外圍 電路成本過高，另外，其消耗在外圍電路上的功率相對於LED本身消耗的功 率比例較大，常常是損耗功率佔全部功率的20% 30%，使LED的節能省耗 的優點並未能完全發揮出來。如果設置一種與LED串聯的恆流源器件，則可 解決上述問題，但是，目前還沒有一種這樣的獨立的恆流源器件。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種可直 接應用於交流電源及直流電源的具有過流過壓保護功能的恆流源器件，所述 恆流源器件應用於LED發光電路中可節省整個電路的功耗。
本實用新型所採用的技術方案是本實用新型恆流源器件包括P型矽襯 底，形成於所述矽襯底正面的氧化層，位於所述氧化層正面的漏極金屬、源 極金屬、柵極金屬，植入到所述矽襯底中的P+保護環、N+漏區、N+源區， 位於所述N+源區內的P+襯底區，連接所述N+漏區與所述N+源區之間的N-通道區，所述氧化層上有若干個漏極通孔、源極N+通孔、源極P+襯底通孔， 所述漏極金屬填充若干個所述漏極通孔並與所述N+漏區相連接，所述源極金 屬分別填充若干個源極N+通孔、源極P+襯底通孔並分別與所述N+源區、所述P+襯底區相連接，所述源極金屬、所述柵極金屬通過連接金屬相電連接。
所述恆流源器件還包括植入到所述矽襯底中的N+保護環，所述N+保護 環位於所述P+保護環的內側，所述N+保護環將所述N+漏區包圍或將所述 N+漏區與所述N+源區包圍。
所述漏極金屬、所述源極金屬、所述柵極金屬為鋁或銅或矽鋁合金。
本實用新型的有益效果是由於本實用新型恆流源器件包括P型矽襯底，
形成於所述矽襯底正面的氧化層，位於所述氧化層正面的漏極金屬、源極金
屬、柵極金屬，植入到所述矽襯底中的P+保護環、N+漏區、N+源區，位於 所述N+源區內的P+襯底區，連接所述N+漏區與所述N+源區之間的N-通道 區，所述氧化層上有若干個漏極通孔、源極N+通孔、源極P+襯底通孔，所 述漏極金屬填充若干個所述漏極通孔並與所述N+漏區相連接，所述源極金屬 分別填充若干個源極N+通孔、源極P+襯底通孔並分別與所述N+源區、所述 P+襯底區相連接，所述源極金屬、所述柵極金屬通過連接金屬相電連接，即 本實用新型構成一個耗盡型場效應電晶體，在柵極不加電壓的情況下也保持 導通狀態，作為一個獨立的恆流源器件，方便替換現有的外圍穩壓及穩流電 路，使得電路元件少、電路簡單，故本實用新型的恆流源器件可直接應用於 交流電源及直流電源並且具有過流過壓保護功能，將其應用於LED發光電路 中可節省整個電路的功耗；
由於本實用新型所述恆流源器件還包括植入到所述矽襯底中的N+保護 環，所述N+保護環位於所述P+保護環的內側，所述N+保護環將所述N+漏 區包圍或將所述N+漏區與所述N+源區包圍，所述N+保護環能夠進一步提高 所述恆流源器件的耐壓值，故本實用新型的恆流源器件過壓保護性更好。
圖1是本實用新型恆流源器件的正面結構示意圖2是圖3所示本實用新型實施例一的恆流源器件的A—A斷面結構示意圖3是圖2所示本實用新型實施例一的恆流源器件的B—B斷面結構示 意圖4 圖12是本實用新型實施例一的恆流源器件的製造方法的各個步驟
狀態的斷面結構示意圖13是本實用新型恆流源器件的一個應用電路的示意圖14是本實用新型恆流源器件的另一個應用電路的示意圖15是圖16所示本實用新型實施例二的恆流源器件的C一C斷面結構
示意圖16是圖15所示本實用新型實施例二的恆流源器件的D—D斷面結構 示意圖17是圖18所示本實用新型實施例三的恆流源器件的E—E斷面結構 示意圖18是圖17所示本實用新型實施例三的恆流源器件的F—F斷面結構示 意圖。
具體實施方式
實施例一
如圖1 圖3所示，本實施例的恆流源器件包括P型矽襯底1，形成於所
述矽襯底1正面的氧化層6，位於所述氧化層6正面的漏極金屬2、源極金屬 3、柵極金屬4，植入到所述矽襯底1中的P+保護環50、 N+漏區52、 N+源區 53，位於所述N+源區53內的P+襯底區51 ，連接所述N+漏區52與所述N+ 源區53之間的N-通道區54，所述氧化層6上有若干個漏極通孔82、源極 N+通孔83、源極P+襯底通孔81，所述漏極金屬2填充若干個所述漏極通孔 82並與所述N+漏區52相連接，所述源極金屬3分別填充若干個源極N+通孔83、源極P+襯底通孔81並分別與所述N+源區53、所述P+襯底區51相
連接，所述源極金屬3、所述柵極金屬4通過連接金屬7相電連接。所述漏
極金屬2、所述源極金屬3、所述柵極金屬4為鋁，當然也可以採用銅或矽鋁
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本實用新型構成一個耗盡型場效應電晶體，在柵極不加電壓的情況下也 保持導通狀態，作為一個獨立的恆流源器件，方便替換現有的外圍穩壓及穩 流電路。
當然，所述矽襯底1也可以為N型，此時除了保護環50極性保持不變 仍為P+保護環外，其餘帶有極性的特徵均相反，如襯底區51改為N+襯底區 51，漏區52改為P+漏區，源區53改為P+源區，通道區54改為P-通道區 54。此種情況，理應是本發明權利要求的等同特徵。
如圖3 圖12所示，本實施例的恆流源器件的製造方法包括以下步驟
(a) 將所述P型矽襯底1的上表面在氧化爐管內熱氧化生長出厚度為 3000埃的氧化層保護膜，所述氧化層保護膜的厚度範圍可控制在1000 5000 埃，然後在光刻機上利用第一光刻版進行光刻，用含HF的腐蝕液對氧化層 保護膜蝕刻，此步驟如圖4、圖5所示；
(b) 將硼離子P型摻雜在50 200keV的能量下，以lxl014/cm2 5xl0"/cn^的劑量注入所述矽襯底1內，再在1000 1150'C的溫度下予以高 溫驅入30分鐘至10小時，形成厚度為1000 5000埃氧化層，形成所述P+ 保護環50、所述P+襯底區51，當然P型離子注入也可以採用二氟化硼注入， 此步驟如圖6、圖7所示；
(c) 在光刻機上利用第二光刻版進行光刻，再用幹法蝕刻工藝對氧化 層進行蝕刻，然後用離子注入機在50 100keV的能量下將lxl015 lxlO"/cn^劑量的砷離子注入所述矽襯底1，或者除上述砷離子外再在50 100keV的能量下，將1X10" lX10"/cn^劑量的磷離子也注入所述矽襯底 1，上述同時注入砷離子及磷離子，是利用磷離子的擴散速度較砷離子快，而劑量又較砷離子低，故可提高漏源極之間的耐壓，再在900 115(TC的溫度 下予以高溫驅入30分鐘 3小時，形成N+重摻雜區，即形成所述N+漏區52、 所述N+源區53，此步驟如圖8、圖9所示；
(d) 在光刻機上利用第三光刻版進行光刻，用含HF的腐蝕液對柵極阻 擋區的氧化層進行蝕刻，再以800 100(TC溼氧生成源漏區氧化層及柵極氧 化層，由於所述源區及所述漏區為N型重摻雜，所以源漏區的氧化層厚度比 柵極氧化層的厚度來的厚，然後再在50 200keV的能量下注入1X101Q 1 X10"/cn^劑量的磷離子，或除上述磷離子外再在80 200keV能量下注入1 X10" 1X10"劑量硼離子，上述硼離子的注入旨在增加通道內的襯底濃度， 以避免源漏極之間除了應只有表面通道導通外的穿通現象，再在1000 1150 'C的溫度下予以高溫驅入10分鐘 60分鐘，形成連接所述源區及所述漏區 之間的所述N-通道區54及所述氧化層6;
(e) 最終形成所述P+保護環50、所述P+襯底區51、所述N-通道區54 及所述氧化層6，此步驟如圖10、圖11所示；
(f) 在光刻機上利用第四光刻版進行光刻，再用蝕刻工藝對所述氧化 層6進行蝕刻，形成所述漏極通孔82、所述源極N+通孔83、所述源極P+襯 底通孔81，此步驟如圖12所示；
(g) 以濺射或蒸鍍的方法沉積厚度為10000埃的金屬層，所述金屬層 的厚度範圍可控制在5000 30000埃，然後在光刻機上利用金屬層光刻掩模 版進行光刻，再用幹法蝕刻工藝對金屬層進行蝕刻，當然也可以採用溼法蝕 刻工藝進行蝕刻，形成所述漏極金屬2、所述源極金屬3、所述柵極金屬4及 所述連接金屬7，此步驟最後形成的斷面圖如圖3所示。
如圖13所示，為本實用新型的恆流源器件的一個應用電路。該電路包括 整流電路IO、濾波電容20和負載30，同時還包括一個耗盡型場效應電晶體 40即本實用新型的恆流源器件，所述整流電路10的交流輸入端與交流電源 連接，所述整流電路10的直流輸出端並聯所述濾波電容20，所述耗盡型場效應電晶體40的漏極與所述整流電路10的直流輸出端的一端相連接，所述 耗盡型場效應電晶體40的源極與柵極並聯並與所述負載30的一端相連接， 所述負載30的另一端與所述整流電路10的直流輸出端的另一端相連接。所 述負載30是LED發光二極體組件或由若干LED發光二極體串聯或串並聯組 成的燈具，在實際應用中，可將系列LED相串聯，使其串聯後的總體耐壓接 近但是低於經過整流濾波後的直流電壓，再將串聯後的LED組件的正極端連 接本實用新型所述恆流源器件的源極/柵極端，而將本實用新型所述恆流源器 件的漏極連接整流及濾波後的正電壓端即可。本實用新型所述恆流源器件在 柵極、源極同電位時的飽和電流可視LED組件的電流需要而做調整，故可對 LED組件提供恆流供應，同時當交流電壓不穩定時，特別是高於常壓的情形 下，高出電壓部分將會加到本實用新型所述恆流源器件的漏極及源極之間而 不會影響LED組件，所以可以對LED組件達到穩壓保護的功能。如果交流電 壓低於常壓，則會將過低的電壓先降低耗儘管的漏極及源極之間的電壓，多 餘部分再平均分攤到每個串聯的LED上，其結果除了造成通過LED的電流減 小外，並不會對LED造成損傷，更不會造成無謂的能耗，故能使LED組件真 正達到節能省耗的目的。對於每個白光LED工作在3. 2伏/30毫安時，如果將 96個LED串聯在一起，其總體電壓約為307. 2伏，而220伏交流電壓經整流 濾波後其輸出端約為311伏，故如果將一個輸出電流為30毫安的所述恆流源 器件的漏極接於整流濾波輸出端而源極及柵極接於LED組件的正極端，則所 述恆流源器件的漏極/源極之間將負荷約3.88伏電壓，而整個電路的功耗約 為9.33瓦(96X3.2X0.03+3.88X0.03)，而所述恆流源器件的損耗僅為 0. 116瓦(3.88X0.03)，損耗僅佔全部功耗的1.2%。由於交流電壓波動一般 在士30伏之間，經過整流濾波後波動在士45伏之間，如果所述恆流源器件的 耐壓能達到50伏以上，則所述恆流源器件將對LED組件起到在交流電源電壓 不穩定時過壓保護的功能，將其應用於LED發光電路中更可節省整個電路的 功耗。當然，所述負載30也可以是工作電壓高的其他電子電路或是高工作電壓的直流電動機或是高阻性電熱負載等，在應用於這些電路時，本實用新型 的恆流源器件同樣具有上述優點。
如圖14所示，為本實用新型所述恆流源器件的另一個應用電路，該電路
包括一個可波動直流電源50， LED組件構成的負載30，同時還包括一個耗盡 型場效應電晶體40即本實用新型的恆流源器件，所述可波動直流電源50的 正極輸出端與本實用新型的恆流源器件的漏極相連接，本實用新型的恆流源 器件的源極及柵極與所述負載30的正極相連接，所述負載30的負極與所述 直流電源50的負極相連接。由於一般N-型耗儘管的飽和電壓約在1 3伏之 間，而本實用新型的恆流源器件在所述直流電源50的輸出電壓在(1.0+V。) 及(O. 8XV B腕壓+V。)之間波動時可起到保護LED負載的功能。
實施例二
如圖1、圖15、圖16所示，本實施例的恆流源器件與實施例一的區別在 於本實施例的恆流源器件還包括植入到所述矽襯底l中的N+保護環55，所 述N+保護環55位於所述P+保護環50的內側，所述N+保護環55將所述N+ 漏區52與所述N+源區53包圍。所述N+保護環55能夠進一步提高所述恆流 源器件的耐壓值，使得所述恆流源器件的過壓保護性更好。
本實施例的恆流源器件的製造方法與實施例一的區別在於所述步驟(c) 中在高溫驅入後同時形成所述N+保護環55。
本實施例其餘特徵同實施例一。
實施例三
如圖l、圖17、圖18所示，本實施例與實施例二的區別在於本實施例 的恆流源器件的所述N+保護環55的環繞位置不同，本實施例所述N+保護環 55僅將所述N+漏區52包圍，其作用同實施例二。
本實施例其餘特徵同實施例二。本實用新型恆流源器件的所述P+保護環50及所述N+保護環55的數量可 以有若干個，不限於以上實施例中的數量。
本實用新型可廣泛應用於電子器件領域。
權利要求1、一種恆流源器件，包括P型矽襯底(1)，形成於所述矽襯底(1)正面的氧化層(6)，位於所述氧化層(6)正面的漏極金屬(2)、源極金屬(3)、柵極金屬(4)，其特徵在於所述恆流源器件還包括植入到所述矽襯底(1)中的P+保護環(50)、N+漏區(52)、N+源區(53)，位於所述N+源區(53)內的P+襯底區(51)，連接所述N+漏區(52)與所述N+源區(53)之間的N-通道區(54)，所述氧化層(6)上有若干個漏極通孔(82)、源極N+通孔(83)、源極P+襯底通孔(81)，所述漏極金屬(2)填充若干個所述漏極通孔(82)並與所述N+漏區(52)相連接，所述源極金屬(3)分別填充若干個源極N+通孔(83)、源極P+襯底通孔(81)並分別與所述N+源區(53)、所述P+襯底區(51)相連接，所述源極金屬(3)、所述柵極金屬(4)通過連接金屬(7)相電連接。
2、 根據權利要求1所述的恆流源器件，其特徵在於所述恆流源器件還包括 植入到所述矽襯底(1)中的N+保護環(55)，所述N+保護環(55)位於 所述P+保護環(50)的內側，所述N+保護環(55)將所述N+漏區(52) 包圍或將所述N+漏區(52)與所述N+源區(53)包圍。
3、 根據權利要求1所述的恆流源器件，其特徵在於所述漏極金屬(2)、所 述源極金屬(3)、所述柵極金屬(4)為鋁或銅或矽鋁合金。
專利摘要本實用新型公開了一種可直接應用於交流電源及直流電源的具有過流過壓保護功能的恆流源器件。本實用新型包括矽襯底(1)，形成於矽襯底(1)正面的氧化層(6)，位於氧化層(6)正面的漏極金屬(2)、源極金屬(3)、柵極金屬(4)，植入到矽襯底(1)中的P+保護環(50)、N+漏區(52)、N+源區(53)，位於N+源區(53)內的P+襯底區(51)，連接N+漏區(52)與N+源區(53)之間的N-通道區(54)，漏極金屬(2)、源極金屬(3)分別與N+漏區(52)、N+源區(53)、P+襯底區(51)相連接，源極金屬(3)、柵極金屬(4)通過連接金屬(7)相電連接。本實用新型可廣泛應用於電子器件領域。
文檔編號H01L29/02GK201134434SQ200720060269
公開日2008年10月15日 申請日期2007年11月28日 優先權日2007年11月28日
發明者吳緯國 申請人:廣州南科集成電子有限公司