專利名稱：一種靜電感應(yīng)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電感應(yīng)器件及其制造方法，確切講是涉及一種新結(jié)構(gòu)的具有超高頻工作頻率或微波工作頻率的靜電感應(yīng)器件。本發(fā)明的器件是一種在其芯片的漏區(qū)之上有一高阻層，在所述的高阻層中有柵區(qū)，在柵區(qū)上有源區(qū)，所述的柵、漏、源區(qū)均設(shè)有引線的器件；本發(fā)明的方法是在單晶基片上以外延方法形成高阻層，再在所述的高阻層中以注入或擴(kuò)散雜質(zhì)形成柵區(qū)，然后在其上用外延方法形成第二高阻層，再在其第二高阻層上以注入或擴(kuò)散方式形成源區(qū)，然后開出引線孔并制做電極、封裝制成器件。
固體器件最早是表面柵型的器件，即采用表面工藝，在基片的表面開擴(kuò)散孔、進(jìn)行摻雜擴(kuò)散形成柵及源，最終形成器件。表面柵型器件雖具有結(jié)構(gòu)比較簡單，工作頻率易做到微波段，源、柵極引線容易等優(yōu)點(diǎn)，但是其柵-柵間距不易做小，套刻難度較大，而且欲使器件工作頻率更高時(shí)其柵—源間距將更小，這一方面要求有更高的光刻精度，另一方面更易造成柵、源間短路和低壓軟擊穿。這種器件還有功率無法做大的不足。
為克服表面柵型器件的不足產(chǎn)生了用埋柵工藝生產(chǎn)的埋柵型器件，例如中國專利88100546.0和8810046 6所公開的工藝及由此制成的器件，這種器件有工作電流可以做得較大，而且工藝精度要求較低的優(yōu)點(diǎn)，但這種工藝比較復(fù)雜，而且所制的器件柵源結(jié)電容較大，使器件的頻率提高受限制，因此不適合于生產(chǎn)高頻器件。
本發(fā)明的目的是提供一種可克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，可有較大的功率和高的工作頻率、能大大減小柵源間寄生電容的新結(jié)構(gòu)的靜電感應(yīng)器件及其制造方法。
本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)是在基片的高阻區(qū)內(nèi)所形成的柵條及柵墻之上形成絕緣層，在柵條間的溝道區(qū)之上形成源區(qū)，且所述的源區(qū)被位于柵條上的絕緣層隔開。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使柵源結(jié)間的面積大大減小，同時(shí)在柵源結(jié)寄生電容上串接了容量很小的介質(zhì)電容，因此柵源極之間的寄生電容大大降低，使器件可以有高的工作頻率，并且這種結(jié)構(gòu)本身又具有埋柵結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因此允許器件有較大的工作電流。
本發(fā)明的器件可在器件芯片的漏區(qū)采用多金屬合金燒結(jié)層形成的漏極引線，在柵墻和墻外的高阻層之上形成絕緣層，在位于柵墻處的絕緣層和位于源區(qū)的絕緣層上開有引線孔，其中均采用多層金屬復(fù)合的電極引線。
本發(fā)明器件中其柵條可以采用小節(jié)距、窄寬度和短長度的柵條。本發(fā)明的器件在其具體結(jié)構(gòu)中可以采用多個(gè)相互并聯(lián)的其內(nèi)各設(shè)有漏、柵、源區(qū)的單胞結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的器件中柵極以及源極引線可采用了雙橋引線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的器件在器件芯片的柵墻外設(shè)有切斷環(huán)。
本發(fā)明的實(shí)施例中給出采用n型材料的器件，該器件是在n+的襯底上有n-的高阻層，在n-的高阻層內(nèi)形成p+的柵條和柵墻，在柵墻和柵條之上有SiO2或Si3N4構(gòu)成的絕緣層，在所述的絕緣層之上有多晶硅區(qū)，在柵條間的溝道區(qū)之上有n+單晶源極區(qū)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的方法是在單晶基片上以外延方法形成高阻層，再在所述的高阻層中以注入或擴(kuò)散雜質(zhì)形成柵區(qū)，再通過氧化和沉積方法形成單晶一介質(zhì)相間的二元襯底表面，然后在其上用外延法形成第二高阻層，即在形成柵區(qū)后再在柵墻、柵條及溝道表面以外延方法同步生成二元外延層，其中在柵墻和柵條上方形成多晶層或非晶層，在溝道上方形成單晶層，然后再在單晶層中以注入或擴(kuò)散方式形成源區(qū)，最后再開出引線孔并制做電極、封裝制成器件。
在本發(fā)明所給出的實(shí)施例中是在n+單晶材料的基片上先形成一層n-的高阻外延層，在n-的高阻外延層內(nèi)以注入或擴(kuò)散方式進(jìn)行選擇性的柵區(qū)p+雜質(zhì)摻雜，形成柵條和柵墻，形成柵墻和柵條后再在柵墻和柵條之上形成由SiO2或Si3N4構(gòu)成的絕緣層，然后在溝道的n-單晶層和玻璃體絕緣層所組成的二元襯底上進(jìn)行二元同步外延，形成n-單晶層和多晶層的二元二次外延層，即在溝道區(qū)上形成單晶層，在柵條和柵墻上的玻璃體上形成多晶區(qū)，將大部分柵墻上及其以外的二外層除去，再在溝道區(qū)之上的各單晶層中以注入或擴(kuò)散方式進(jìn)行n+摻雜形成源極區(qū)，最后再開出引線孔并制做電極、封裝制成器件，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與現(xiàn)有的表面柵結(jié)構(gòu)和表面工藝相比降低了工藝精度要求和柵源套刻難度，并可克服現(xiàn)有技術(shù)中柵源短路和軟擊穿的弊病。
2、在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中其源區(qū)與柵條間被位于柵條上的絕緣層隔開，使柵源結(jié)間的面積大大減小，因此柵源結(jié)的寄生電容大大降低，使器件可以有高的工作頻率。
3、由于在器件的結(jié)構(gòu)中采用了在柵條和柵墻上設(shè)置絕緣介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)，給柵源結(jié)寄生電容串接了一個(gè)容量很小的介質(zhì)電容，大大減小了柵源極間的寄生電容，使器件的工作頻率可大大提高。
4、在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中可采用小節(jié)距窄寬度的柵條，這就進(jìn)一步減小了柵源結(jié)的面積，從而進(jìn)一步降低了柵源結(jié)間的寄生電容，因此本發(fā)明可以有更高的工作頻率。
5、因采用了短長度的柵條，減低了柵極的串聯(lián)電阻，以克服去偏效應(yīng)，既可提高器件的頻率，又可提高柵控靈敏度。
6、在本發(fā)明中采用多個(gè)并聯(lián)單胞結(jié)構(gòu)，既保證了器件的電流輸出，又使散熱更趨均勻，并可獲得大的器件功率。
7、在器件引線中采用了雙橋引線結(jié)構(gòu)，大大減小了源極或柵極寄生電感，更進(jìn)一步地提高了器件的頻率，并提高了器件在工作頻率高端的功率增益，使之頻帶更寬，線性更好。
8、在本發(fā)明中采用了切斷環(huán)結(jié)構(gòu)，減小了表面效應(yīng)對(duì)器件穩(wěn)定性的影響。
9、在器件的引線中還可采用多層金屬復(fù)合電極，提高了柵源電極的抗電遷移性和抗燒毀能力，提高了器件的可靠性與穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明的器件剖面示意2在單晶基片上形成外延層，選擇性形成柵墻和柵條后，在柵墻外和柵條上形成絕緣層后的剖面示意3是在圖2基礎(chǔ)上，在二元表面上同步二元外延后并在二外層上生成絕緣層后，經(jīng)刻蝕了臺(tái)面的剖面示意4是一個(gè)單胞的平面示意5是本發(fā)明的一種實(shí)施例的平面示意6是芯片燒結(jié)在管殼基座上之后，進(jìn)行多條雙橋焊線的平面示意圖以下結(jié)合附圖和本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解說本發(fā)明所提供的實(shí)施例是用n型單晶材料制成的器件，其工藝方法如下首先在n+硅單晶襯底上進(jìn)行薄層高阻一次外延，生成n-外延層，再在外延層上進(jìn)行一次氧化形成表面氧化層，然后在其上選擇性地光刻出柵區(qū)擴(kuò)散窗口，再經(jīng)擴(kuò)散窗口進(jìn)行p+擴(kuò)散形成柵區(qū)，再在表面進(jìn)行SiO2介質(zhì)生長和沉積，在表面生成SiO2介質(zhì)后去除溝道區(qū)上的介質(zhì)層，形成剖面如圖2所示的結(jié)構(gòu)，此時(shí)所形成的結(jié)構(gòu)中在柵條和柵墻上如同蓋有一層絕緣介質(zhì)，因此這種結(jié)構(gòu)也稱為介質(zhì)蓋柵型結(jié)構(gòu)，然后在二元表面上進(jìn)行單晶、多晶二次同步外延，即在SiO2介質(zhì)上方外延形成非晶層或多晶層，而在單晶的溝道區(qū)上方外延形成單晶層，然后進(jìn)行臺(tái)前氧化、臺(tái)面光刻、臺(tái)后氧化處理，此時(shí)芯片的剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示，再光刻出源區(qū)和切斷環(huán)的擴(kuò)散窗口，再進(jìn)行n+擴(kuò)散，然后進(jìn)行n+擴(kuò)散后氧化，使整個(gè)芯片表面被絕緣體所覆蓋，再進(jìn)行柵源引線孔光刻，再在引線孔中濺金屬Pt、進(jìn)行合金化，再在其上鍍金屬M(fèi)o或Ti和Al并進(jìn)行合金化，再進(jìn)行柵、源引線光刻、測(cè)試、劃片、在漏極區(qū)進(jìn)行Au.Sb合金燒結(jié)、焊接引線等工序，此時(shí)半成品器件剖面結(jié)構(gòu)示意如圖1，最后進(jìn)行內(nèi)涂料涂敷、烘干、封裝、老化、測(cè)試等常規(guī)工序，最終制得器件。
在圖1給出的本發(fā)明的器件剖面結(jié)構(gòu)中，(1)為n+的襯底基片，其上的(2)為n-一次外延層，在一次外延層(2)中有用選擇性擴(kuò)散所形成的柵墻和柵條(3)和夾于其中的溝道區(qū)(5)，在柵墻和柵條上方有SiO2的絕緣介質(zhì)層(4)，由圖可見SiO2的絕緣介質(zhì)層(4)如同“蓋”在柵墻和柵條(3)之上，在“蓋于”柵條和柵墻上的SiO2的絕緣介質(zhì)層上方有二次外延生成的多晶層或非晶層(8)，在各多晶層或非晶層(8)間有經(jīng)二次外延生成的單晶區(qū)(7)、在(7)上有經(jīng)n+擴(kuò)散后形成的源極(9)，圖中(6)為SiO2的鈍化層，(10)是與源區(qū)(9)同時(shí)擴(kuò)散形成的n+切斷環(huán)，(11)是多層金屬復(fù)合源極引線，(12)是多層金屬復(fù)合柵極引線，(13)是Au-Sb合金燒結(jié)層漏極引線。
本發(fā)明的器件中采用了小節(jié)距(4～10μm)、窄寬度(1～5μm)、短長度的柵條，以減小柵極間的串聯(lián)電阻，同時(shí)也更進(jìn)一步減小了柵源間寄生電容。本發(fā)明中還采用了多個(gè)互相并聯(lián)的單胞結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)單胞為一個(gè)完整的“小”器件，參見圖4及圖5，這種結(jié)構(gòu)既使器件的溝道面積增加，保證了功率參數(shù)，又使器件有良好的散熱特性。
本發(fā)明的器件對(duì)共源極電路應(yīng)用的器件采用了多條雙橋源極引線，對(duì)共柵極電路應(yīng)用的器件采用了多條雙橋柵極引線，有效地減小了對(duì)高頻輸出增益影響最大的柵、源寄生電感，提高了工作頻率高端的功率增益，使頻帶更寬、更平，線性更好。如圖6所示的共源極使用的器件中的焊接封裝實(shí)例的示意圖，其中(14)為芯片，(13-1)為漏極燒結(jié)芯片臺(tái)面，(13-2)為漏極外引線，(12)為柵極Al內(nèi)引線，(12-2)為柵極內(nèi)引線壓焊臺(tái)，位于(11-1)源極壓焊臺(tái)橋之下，(12-3)為柵極外引線，(12-1)為柵極內(nèi)引線Al-Si合金焊線，(11)為源極Al內(nèi)引線，(11-1)為源極第一壓焊臺(tái)橋，(11-2)為源極第二壓焊臺(tái)橋，漏極從其橋下通過，(11-3)為應(yīng)用時(shí)接地的源極引線，(11-4)為連接源極內(nèi)外引線的Al-Si合金焊線。由圖可見，雙橋的源極焊線增加了一倍，在長度不變的情況下，源極焊線的橫載面積增加了一倍，而源極寄生電感L3隨焊線橫截面積的增大而呈對(duì)數(shù)形式減小。
本發(fā)明的器件采用了40～200μm之間的短長度柵條結(jié)構(gòu)，有效地降低了柵體聯(lián)串電阻，克服了柵極訊號(hào)在柵電阻上的去偏效應(yīng)，從而進(jìn)一步提高了器件的工作頻率，并有效地提高了柵控靈敏度。
使用本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)及技術(shù)方法制得的器件有關(guān)實(shí)測(cè)參數(shù)如下柵源擊穿電壓BVGSO≥7V柵漏擊穿電壓BVGDO≥100V跨導(dǎo)qm≥150電壓放大系數(shù)μ 20～30輸 入 阻 抗RG30～50Ω輸 入 電 容Ci≤30pf最佳工作頻率f ＝400MHz＝700MHz最大輸出功率Po＝20W ＝7W功 率 增 益GP≥7 ≥5漏 極 效 率ηD≥70％ ≥50％
權(quán)利要求
1.一種靜電感應(yīng)器件，在其芯片的漏區(qū)之上有一高阻層，在所述的高阻層中有柵區(qū)，在柵區(qū)上有源區(qū)，所述的柵、漏、源區(qū)均設(shè)有引線，其特征在于在所述的高阻區(qū)內(nèi)形成的柵條及柵墻之上形成絕緣層，在柵條間的溝道區(qū)之上形成源區(qū)，且所述的源區(qū)被位于柵條上的絕緣層和多晶層隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于在器件芯片的漏區(qū)采用多金屬合金燒結(jié)層形成的漏極引線，在柵墻和高阻層之上形成絕緣層，在位于柵墻處的絕緣層和位于源區(qū)的絕緣層上開有引線孔，其中均有采用多層金屬復(fù)合的電極引線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于所述的器件中其柵條是小節(jié)距窄寬度、短長度的柵條。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其特征在于由數(shù)個(gè)并聯(lián)的其內(nèi)各設(shè)有漏、柵、源區(qū)的單胞構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于柵極或源極的焊接引線采用了雙橋多條引線結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其特征在于在器件芯片的柵墻外設(shè)有切斷環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的器件，其特征在于芯片的漏區(qū)為n+材料，其上設(shè)有n-的高阻層，在n-的高阻層內(nèi)形成p+的柵條和柵墻，在柵墻和柵條之上有SiO2或Si3N4構(gòu)成的絕緣層，在所述的絕緣層之上有多晶硅區(qū)，在柵條間的溝道區(qū)之上形成n+單晶區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任一種器件的制造方法，在單晶基片上以外延方法形成高阻層，再在所述的高阻層中以注入或擴(kuò)散雜質(zhì)形成柵區(qū)，然后在其上用外延形成第二高阻層，再在其第二高阻層上以注入或擴(kuò)散方式形成源區(qū)，然后再開出引線孔并制做電極、封裝制成器件，其特征在于形成柵區(qū)后在柵墻、柵條及溝道表面以外延方法同步生成二元外延層，其中在柵墻和柵條上方形成多晶層或非晶層，在溝道上方形成單晶層，然后再在單晶層中以注入或擴(kuò)散方式形成源區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的器件的制造方法，在n+單晶材料的基片上先形成一層n-的高阻外延層，在n-的高阻外延層內(nèi)以注入或擴(kuò)散方式進(jìn)行選擇性的柵區(qū)p+雜質(zhì)摻雜，形成柵條和柵墻，然后在其上用外延形成第二高阻層，再在其第二高阻層上以注入或擴(kuò)散方式進(jìn)行n+雜質(zhì)摻雜形成源區(qū)，然后再開出引線孔并制做電極、封裝制成器件，其特征在于在形成柵墻和柵條后在柵墻和柵條之上形成由SiO2或Si3N4構(gòu)成的絕緣層，然后在溝道的n-單晶層和玻璃體絕緣層的二元襯底上進(jìn)行二元同步外延，形成n-單晶層和多晶層的二元二次外延層，即在溝道區(qū)上形成單晶層，在柵條和柵墻上的玻璃體上形成多晶區(qū)，將大部分柵墻上及其以外的二外層除去并氧化，開出選擇性擴(kuò)散窗口，再在溝道區(qū)之上的各單晶層中以注入或擴(kuò)散方式進(jìn)行n+摻雜形成源極區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種靜電感應(yīng)器件及其制造方法。本發(fā)明的器件是在基片的高阻區(qū)內(nèi)所形成的柵條及柵墻之上形成絕緣層,在柵條間的溝道區(qū)之上形成源區(qū),且所述的源區(qū)被位于柵條上的絕緣層隔開。本發(fā)明的方法是在單晶基片上以外延方法形成高阻層,再在所述的高阻層中以注入或擴(kuò)散雜質(zhì)形成柵區(qū),再通過氧化和沉積方法形成單晶－介質(zhì)相間的二元襯底表面,然后在其上用外延形成第二高阻層,即在形成柵區(qū)后再在柵墻、柵條及溝道表面以外延方法同步生成二元外延層,其中在柵墻和柵條上方形成多晶層或非晶層,在溝道上方形成單晶層,然后再在單晶層中以注入或擴(kuò)散方式形成源區(qū),最后再開出引線孔并制做電極、封裝制成器件。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1192052SQ9711577
公開日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1997年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月11日
發(fā)明者李思淵, 何山虎, 李壽嵩, 唐金科, 張秀文, 張旗, 劉肅, 畢祥林, 盧小瑩, 田仁杰 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)