[發明專利]結型場效應晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201711394889.6
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108091575B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 眉山國芯科技有限公司
• 主分類號: H01L21/337
• 分類號: H01L21/337;H01L29/808;H01L29/423
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 趙愛婷

本發明涉及一種結型場效應晶體管及其制作方法。上述制作方法獲得結型場效應晶體管包括：N型襯底、N型外延層、在N型外延層中形成的埋層式的P型柵極區域、氧化層、貫穿氧化層并延伸至P型柵極區域的柵溝槽、形成于柵溝槽內壁且與P型柵極區域連接的P型擴散區域、形成于柵溝槽中的多晶硅、形成于N型外延層表面的N型區域、貫穿氧化層且對應N型區域的開口、在氧化層及柵溝槽上形成的連接多晶硅的柵極金屬、源極金屬、及漏極金屬，P型柵極區域包括多個相互平行的第一條形部及多個與第一條形部垂直相交的第二條形部，最外側的第二條形部與柵溝槽及P型擴散區相接，最外側的第二條形部一側的第一條形部與第二條形部位于N型區域的下方。

【技術領域】

本發明涉及半導體制造工藝技術領域，特別地，涉及一種結型場效應晶體管及其制作方法。

【背景技術】

結型場效應晶體管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)是由p-n結柵極(G)與源極(S)和漏極(D)構成的一種具有放大功能的三端有源器件。其工作原理就是通過電壓改變溝道的導電性來實現對輸出電流的控制。

對于結型場效應晶體管，按照工作原理來劃分，(JFET)主要可分為增強型和耗盡型兩種類型的JFET器件，但最常見到的是耗盡型JFET(D-JFET)，即在0柵偏壓時就存在有溝道的JFET。

JFET導電的溝道在體內。耗盡型和增強型這兩種晶體管在工藝和結構上的差別主要在于其溝道區的摻雜濃度和厚度。耗盡型JFET的溝道的摻雜濃度較高、厚度較大，以致于柵pn結的內建電壓不能把溝道完全耗盡；而增強型JFET的溝道的摻雜濃度較低、厚度較小，則柵pn結的內建電壓即可把溝道完全耗盡。

對于耗盡型的JFET，在平衡時(不加電壓)時，溝道電阻最小；電壓Vds和Vgs都可改變柵p-n結勢壘的寬度，并因此改變溝道的長度和厚度(柵極電壓使溝道厚度均勻變化，源漏電壓使溝道厚度不均勻變化)，使溝道電阻變化，從而導致Ids變化，以實現對輸入信號的放大。

而按照器件的結構來劃分，可以分為水平型JFET和垂直型JFET。顧名思義水平型JFET，其導電溝道是平行于硅片表面的，源漏都在硅片的同一面引出。這種結構的JFET可以制作成分立的器件，也可以集成在集成CMOS電路中去，其工作電壓通常較低。而垂直型結構的JFET，其導電溝道垂直于硅片表面，源極和漏極分別處在wafer的正面和背面。通常這種結構的器件都是分立型的器件，其工作電壓可根據外延的厚度以及摻雜濃度靈活調節。

一種典型的水平型JFET的制作工藝流程為：在N型襯底上生長一定厚度的N型外延層，進行P型柵極的光刻、注入和驅入，驅入溫度通常在1100C以上，時間在1小時以上，最終P型柵極的結深通常大于2um，然后進行源極N型區域的光刻、注入和驅入，驅入時間相對較短，溫度相對較低，使得最終源極N型區域深遠小于P型柵極的結深，進一步生長層間介質層，然后進行接觸孔的光刻和刻蝕，以及生長金屬，然后進行金屬的光刻和刻蝕，形成源極金屬及柵極金屬，然后對N型襯底背面進行減薄，背面生長金屬，形成漏極金屬。

所述水平型JFET中，在器件需要夾斷時，將需要對Gate施加一個負電壓，則N型外延層與P型柵極結反偏，N型外延層被兩側P型柵極逐漸耗盡，當P型柵極之間的N型外延層溝道被完全耗盡時，JFET器件被夾斷。從器件的制作過程中克制，P型柵極的結深很深，則在其驅入的過程中，雜質會發生橫向擴散，P型柵極橫向尺寸也會很大，這將導致N型外延層的溝道受到擠壓，JFET的飽和電流將會很低，并且由于擴散的高斯分布特性，P型柵極的濃度從上到下呈現從濃到淡的分布，P型柵極結的實際寬度從上到下也是逐漸減小。即JFET導電溝道從上到下逐漸變大。因此，在P型柵極外壓負壓時，JFET器件表面將首先耗盡，底部最后耗盡，在這個過程中，器件電流的變化也是非理想的。然而，對于現有結型場效應晶體管，如何使得器件的有效溝道區域面積較大，源極面積更大，器件飽和電流更大以及如何增加器件的靈敏度及柵極可靠性，從而提升器件性能，是一個非常重要的技術問題。

【發明內容】