一種結(jié)型場效應(yīng)管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體器件領(lǐng)域，公開了一種結(jié)型場效應(yīng)管。其背柵形成在JFET的溝道和P型襯底之間，并與正柵的位置對應(yīng)，從而在柵極施加負電壓時，正柵和背柵PN結(jié)的耗盡區(qū)隨負壓的增大縱向延伸，而非橫向展寬，可以獲得較小的夾斷電壓。同時，由于主要由耗盡區(qū)的橫向擴展來承受漏源電壓，而且通過在JFET的溝道和P型襯底之間且靠近漏極形成P型輕摻雜區(qū)，使得JFET溝道中的電場分布更均勻，并在JFET的溝道和P型襯底之間且位于漏極下方形成N型輕摻雜區(qū)，防止JFET的溝道和P型襯底構(gòu)成的PN結(jié)在漏極端的底部發(fā)生擊穿，因此可以獲得較高的漏源擊穿電壓。緩解了夾斷電壓、漏源擊穿電壓和電流導通能力三個參數(shù)之間的矛盾。
【專利說明】一種結(jié)型場效應(yīng)管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)型場效應(yīng)管。

【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)型場效應(yīng)管(Junct1n Field Effect Transistor,縮寫為JFET)是最常見的半導體器件之一，包括N溝道結(jié)型場效應(yīng)管和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管，在實踐應(yīng)用中，常用的是N溝道JFET (下文中的JFET都是指N溝道JFET )。
[0003]N溝道JFET的基本結(jié)構(gòu)是在N型半導體的兩側(cè)擴散形成兩個P型摻雜區(qū)，構(gòu)成兩個PN結(jié)，這兩個P型摻雜區(qū)即JFET的柵極，在兩個P型摻雜區(qū)之間的N型半導體區(qū)即JFET的溝道，N型半導體的兩端分別為JFET的源極和漏極。圖1所示是常見的JFET結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在P型襯底15的上表層中形成N型輕摻雜區(qū)10，在N型輕摻雜區(qū)10的上表層中形成P型摻雜區(qū)14，在N型輕摻雜區(qū)10的兩端形成N型重摻雜區(qū)(N+) 11和12，11和12分別為JFET的漏極和源極；N型輕摻雜區(qū)10上表層中的P型摻雜區(qū)14和N型輕摻雜區(qū)10底部的P型襯底15即JFET的柵極，分別稱之為正柵和背柵；P型重摻雜區(qū)(P+) 13的作用僅在于減小P型襯底15從上表面引出時的接觸電阻。在源漏電極之間，以及源電極12和P型重摻雜區(qū)(P+) 13之間還形成有場氧化層16。
[0004]JFET器件的主要特性參數(shù)包括:夾斷電壓、漏源擊穿電壓、電流導通能力。簡述如下:
[0005]以圖1為例，N型輕摻雜區(qū)10與P型摻雜區(qū)14構(gòu)成一個正柵PN結(jié)，N型輕摻雜區(qū)10與P型襯底15構(gòu)成一個背柵PN結(jié)，在柵極施加負電壓，PN結(jié)的耗盡區(qū)隨負壓的增大而展寬，當正柵PN結(jié)的耗盡區(qū)和背柵PN結(jié)的耗盡區(qū)碰到一起時，對應(yīng)的柵極負壓值即JFET的夾斷電壓。夾斷電壓的絕對值越小，對JFET的控制也就越簡單。因此，夾斷電壓的絕對值越小越好。
[0006]當漏極11承受高電壓時，在N型輕摻雜區(qū)10中的電場增大，最終導致某個位置的電場強度達到雪崩擊穿的臨界電場，致使漏極電流急劇增大，對應(yīng)的漏極電壓即JFET的漏源擊穿電壓。漏源擊穿電壓越大，JFET可允許的工作電壓范圍也就越大。因此，漏源擊穿電壓越大越好。N型輕摻雜區(qū)10中的電場分布越均勻，可獲得的漏源擊穿電壓也就越大。
[0007]JFET的電流導通能力越大越好，其主要取決于N型輕摻雜區(qū)10的雜質(zhì)濃度。
[0008]在器件結(jié)構(gòu)不變的情況下，N型輕摻雜區(qū)10的摻雜濃度越大，其電流導通能力也就越大，但同時其夾斷電壓也越大、漏源擊穿電壓越小，即，三者參數(shù)之間存在矛盾關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種結(jié)型場效應(yīng)管，用以解決現(xiàn)有的JFET結(jié)構(gòu)通過增加溝道的摻雜濃度，提高電流導通能力時，器件的夾斷電壓也越大，漏源擊穿電壓卻越小，不能同時保證JFET具有較高的電流導通能力和漏源擊穿電壓、較小的夾斷電壓的問題。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供所述結(jié)型場效應(yīng)管包括:
[0011]P型襯底；
[0012]位于所述P型襯底上表層中的第一 N型輕摻雜區(qū)，位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)兩端的上表層中的第一 N型重摻雜區(qū)和第二 N型重摻雜區(qū)，所述第一 N型重摻雜區(qū)和所述第二 N型重摻雜區(qū)分別作為所述結(jié)型場效應(yīng)管的漏極和源極；
[0013]位于所述漏極和所述源極之間的第一場氧化層；
[0014]靠近所述源極的正柵；
[0015]位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)底部且位于所述漏極下方的第二 N型輕摻雜區(qū)；
[0016]位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)底部且位于所述正柵下方的第一 P型輕摻雜區(qū)，所述第一 P型輕摻雜區(qū)作為所述結(jié)型場效應(yīng)管的背柵；
[0017]位于所述第二 N型輕摻雜區(qū)和第一 P型輕摻雜區(qū)之間且靠近所述第二 N型輕摻雜區(qū)的第二 P型輕摻雜區(qū)。
[0018]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0019]上述技術(shù)方案中，JFET的背柵形成在JFET的溝道和P型襯底之間，并與正柵的位置對應(yīng)，從而在柵極施加負電壓時，正柵PN結(jié)的耗盡區(qū)和背柵PN結(jié)的耗盡區(qū)隨負壓的增大而縱向延伸，而非橫向展寬，可以獲得較小的夾斷電壓。同時，由于主要由耗盡區(qū)的橫向擴展來承受漏源電壓，而不是由常規(guī)的PN結(jié)直接承受高電壓；而且通過在JFET的溝道和P型襯底之間且靠近漏極形成P型輕摻雜區(qū)，使得JFET溝道中的電場分布更均勻；并在JFET的溝道和P型襯底之間且位于漏極下方形成N型輕摻雜區(qū)，防止JFET的溝道和P型襯底構(gòu)成的PN結(jié)在漏極端的底部發(fā)生擊穿，因此可以獲得更高的漏源擊穿電壓。從而大大緩解了夾斷電壓、漏源擊穿電壓和電流導通能力三個參數(shù)之間的矛盾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1表示現(xiàn)有JFET的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2表示本發(fā)明中JFET的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明實施例中提供一種結(jié)型場效應(yīng)管，其包括P型襯底601和位于P型襯底601上表層中的第一 N型輕摻雜區(qū)201。第一 N型輕摻雜區(qū)201作為結(jié)型場效應(yīng)管的溝道。具體可以設(shè)置第一 N型輕摻雜區(qū)201的摻雜濃度大于P型襯底601的摻雜濃度。在第一 N型輕摻雜區(qū)201兩端的上表層中形成有第一 N型重摻雜區(qū)301和第二 N型重摻雜區(qū)302，分別作為結(jié)型場效應(yīng)管的漏極和源極。在第一 N型輕摻雜區(qū)201的上表面還形成有第一場氧化層701，其中，第一場氧化層701位于漏極301和源極302之間。
[0024]結(jié)型場效應(yīng)管的正柵501形成在第一 N型輕摻雜區(qū)201遠離P型襯底601的一偵牝且靠近源極302設(shè)置。而結(jié)型場效應(yīng)管的背柵100為位于第一 N型輕摻雜區(qū)201的底部，且位于正柵501下方的第一 P型輕摻雜區(qū)，從而在正柵501和背柵100施加負電壓時，正柵PN結(jié)的耗盡區(qū)和背柵PN的耗盡區(qū)隨負壓的增大而縱向延伸，可獲得較小的夾斷電壓。同時，這樣的結(jié)構(gòu)還使得本發(fā)明中的JFET主要由耗盡區(qū)的橫向擴展來承受漏源電壓，而不是由常規(guī)的PN結(jié)直接承受漏源電壓，因此可以承受較高的漏源電壓，獲得較高的漏源擊穿電壓。
[0025]為了在較高的漏源電壓條件下，防止由第一 N型輕摻雜區(qū)201和P型襯底601構(gòu)成的PN結(jié)在漏極端的底部發(fā)生擊穿，需要在第一 N型輕摻雜區(qū)201的底部且位于漏極301下方形成第二 N型輕摻雜區(qū)202。具體可以設(shè)置第二 N型輕摻雜區(qū)202的摻雜濃度小于第一 N型輕摻雜區(qū)201的摻雜濃度。
[0026]本發(fā)明實施例中的結(jié)型場效應(yīng)管還包括位于第二 N型輕摻雜區(qū)202和背柵100之間且靠近第二 N型輕摻雜區(qū)202的第二 P型輕摻雜區(qū)，第二 P型輕摻雜區(qū)的設(shè)置可以使第一 N型輕摻雜區(qū)201中的電場分布更均勻，進一步提高漏源擊穿電壓。其中，第二 P型輕摻雜區(qū)可以包括多個島狀的P型輕摻雜單元，如圖2中的101、102、103，使得第一 N型輕摻雜區(qū)201中的電場分布更加均勻。從而緩解了通過增加JFET溝道的摻雜濃度，提高電流導通能力時，夾斷電壓、漏源擊穿電壓和電流導通能力三個參數(shù)之間的矛盾。具體可以設(shè)置P型輕摻雜單元的長、寬度尺寸為0.5?5微米，間隔距離為0.5?5微米。
[0027]優(yōu)選地，正柵501為形成在第一場氧化層701上表面且靠近源極302的多晶硅。當漏極301承受高電壓時，在多晶硅501下方的第一 N型輕摻雜區(qū)201的表面感應(yīng)空穴形成P型半導體，該P型半導體與第一 N型輕摻雜區(qū)201構(gòu)成反向偏置的PN結(jié)(稱之為正柵PN結(jié))，其耗盡區(qū)寬度隨漏極301電壓的增大而增大，從而能夠進一步提高結(jié)型場效應(yīng)管的漏源擊穿電壓。
[0028]當然，也可以對第一場氧化層701開窗，并在第一 N型輕摻雜區(qū)201的上表層中對應(yīng)于窗口所在的區(qū)域形成P型摻雜區(qū)，并將該P型摻雜區(qū)作為結(jié)型場效應(yīng)管的正柵501。
[0029]進一步地，設(shè)置背柵100的摻雜濃度大于第一 N型輕摻雜區(qū)201的摻雜濃度。當漏極301承受高電壓時，背柵PN結(jié)的耗盡區(qū)寬度隨漏極電壓的增大而增大。隨著漏極電壓的增大，正柵PN結(jié)的耗盡區(qū)和背柵PN結(jié)的耗盡區(qū)將碰到一起，溝道被夾斷。由PN結(jié)的常識可知，耗盡區(qū)主要向PN結(jié)中摻雜濃度更小的一側(cè)展開，由于第一 P型輕摻雜區(qū)100的摻雜濃度大于第一 N型輕摻雜區(qū)201的摻雜濃度，所以背柵PN結(jié)的耗盡區(qū)主要向第一 N型輕摻雜區(qū)201方向展開，能夠獲得更小的夾斷電壓。
[0030]本實施例中的結(jié)型場效應(yīng)管還可以包括位于P型襯底601上表層中的P型重摻雜區(qū)401，用于將背柵100從P型襯底601的上表面引出并減小引出時的接觸電阻。相應(yīng)地，在P型重摻雜區(qū)401和源極302之間還形成有第二場氧化層801，用于隔離P型重摻雜區(qū)401和源極302。
[0031]在一個具體的實施方式中:
[0032]P型襯底601的電阻率為60?100歐姆?厘米(對應(yīng)的摻雜濃度約為3E14?6E14原子/立方厘米)，摻雜元素為硼；
[0033]第一 N型輕摻雜區(qū)201的摻雜濃度為3E15?6E15原子/立方厘米，摻雜元素為磷；
[0034]第二 N型輕摻雜區(qū)202的摻雜濃度為1E15?3E15原子/立方厘米，摻雜元素為磷；
[0035]第一 P型輕摻雜區(qū)100和第二 P型輕摻雜區(qū)(包括圖2中的101、102、103)的摻雜濃度為8E15?1.5E16原子/立方厘米,摻雜元素為硼。
[0036]本發(fā)明的技術(shù)方案中，JFET的背柵形成在JFET的溝道和P型襯底之間，并與正柵的位置對應(yīng)，從而在柵極施加負電壓時，正柵PN結(jié)的耗盡區(qū)和背柵PN結(jié)的耗盡區(qū)隨負壓的增大而縱向延伸，而非橫向展寬，可以獲得較小的夾斷電壓。同時，由于主要由耗盡區(qū)的橫向擴展來承受漏源電壓，而不是由常規(guī)的PN結(jié)直接承受高電壓；而且通過在JFET的溝道和P型襯底之間且靠近漏極形成P型輕摻雜區(qū)，使得JFET溝道中的電場分布更均勻；并在JFET的溝道和P型襯底之間且位于漏極下方形成N型輕摻雜區(qū)，防止JFET的溝道和P型襯底構(gòu)成的PN結(jié)在漏極端的底部發(fā)生擊穿，因此可以獲得更高的漏源擊穿電壓。從而緩解了通過增加JFET溝道的摻雜濃度，提高電流導通能力時，夾斷電壓、漏源擊穿電壓和電流導通能力三個參數(shù)之間的矛盾。
[0037]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述結(jié)型場效應(yīng)管包括: P型襯底； 位于所述P型襯底上表層中的第一 N型輕摻雜區(qū)，位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)兩端的上表層中的第一 N型重摻雜區(qū)和第二 N型重摻雜區(qū)，所述第一 N型重摻雜區(qū)和所述第二 N型重摻雜區(qū)分別作為所述結(jié)型場效應(yīng)管的漏極和源極； 位于所述漏極和所述源極之間的第一場氧化層； 靠近所述源極的正柵； 位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)底部且位于所述漏極下方的第二 N型輕摻雜區(qū)； 位于所述第一 N型輕摻雜區(qū)底部且位于所述正柵下方的第一 P型輕摻雜區(qū)，所述第一P型輕摻雜區(qū)作為所述結(jié)型場效應(yīng)管的背柵； 位于所述第二 N型輕摻雜區(qū)和第一 P型輕摻雜區(qū)之間且靠近所述第二 N型輕摻雜區(qū)的第二 P型輕摻雜區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述結(jié)型場效應(yīng)管還包括: 位于所述P型襯底上表層中的P型重摻雜區(qū)，用于將所述背柵從所述P型襯底的上表面引出并減小引出時的接觸電阻； 位于所述P型重摻雜區(qū)和所述源極之間的第二場氧化層，用于隔離所述P型重摻雜區(qū)和所述源極。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述正柵為位于所述第一場氧化層上表面且靠近所述源極的多晶硅。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述第一N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度大于所述P型襯底的摻雜濃度。
5.如權(quán)利要求1所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述第二N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度小于所述第一 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度。
6.如權(quán)利要求1所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述第一P型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度大于所述第一 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度。
7.如權(quán)利要求1所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述第二P型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度大于所述第一 N型輕摻雜區(qū)的摻雜濃度。
8.如權(quán)利要求1所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述第二P型輕摻雜區(qū)包括若干個島狀P型輕摻雜單元。
9.如權(quán)利要求8所述的結(jié)型場效應(yīng)管，其特征在于，所述P型輕摻雜單元之間的間隔距離為0.5-5微米。
【文檔編號】H01L29/423GK104518008SQ201310455231
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】潘光燃, 石金成, 高振杰, 文燕, 王焜 申請人:北大方正集團有限公司, 深圳方正微電子有限公司