[發明專利]結型場效應晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201711397389.8
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108054215B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 南京溧水高新創業投資管理有限公司
• 主分類號: H01L29/808
• 分類號: H01L29/808;H01L21/337;H01L21/265
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 李明香

一種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、介質層、柵極金屬、源極金屬、及漏極金屬，P型柵極區域包括第一部分、第二部分及第三部分，第一部分的平面形狀為矩形環圖案，第一部分還貫穿N型外延層并延伸至P型外延層表面，第二部分的平面形狀為位于第一部分的環形之中且沿矩形環的長度方向延伸的多個條狀圖案，第二部分還貫穿N型外延層并延伸至P型外延層表面，第三部分的平面形狀為矩形圖案，第三部分位于N型外延層表面及第二部分表面，矩形圖案連接于第一部分的矩形環的兩個長邊之間且覆蓋第二部分的中央區域及其第二部分的多個條形圖案之間的N型外延層。

【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。

JFET主要有兩個應用領域，一個是作為恒流源或者壓控可變電阻，通常用在集成電路當中。而另外一個領域，它主要用來做信號的放大，如用于音頻信號放大的JFET。其中，音頻放大用的JFET的一個很重要的特征就是其放大能力，很小的柵壓變化即可帶來源漏電流的大幅變化。這種結構的JFET，其導電溝道極為狹窄，其典型的制作工藝流程依次為：P型硅襯底上進行N型光刻注入，N型爐管推進形成N型阱區、進行P型柵極區域的光刻注入，P型柵極區域的爐管推進。N型源漏區域光刻注入，P型高摻雜區光刻注入，介質層生長，接觸孔光刻刻蝕，金屬層淀積，金屬層光刻刻蝕，背面減薄，背面金屬化，完成器件制作。

然而，在上述制作流程中，下面的步驟對器件性能的影響最大：

在P型硅襯底上光刻注入形成N型阱區，爐管高溫推進，推進完成后，N型阱區結深大約在2-5um左右。在N型阱區內注入P型雜質形成P型柵極區域，爐管高溫推進，因為P型雜質濃度高于N型阱區雜質濃度，在推進過程中，P型柵極區域推進速度快于N型阱區。

推進完后，N型阱區結深大概在3-6um，而P型柵極區域結深大約在2.5-5.5um，中間僅僅留下0.5um左右的導電溝道。這個導電溝道的寬度直接決定了這個JFET器件的飽和電流(Gate電壓為0V時)和夾斷電壓Vp。

溝道的有效寬度受多個因素決定：

1.P型襯底摻雜濃度影響N型阱區的結深；

2.N型阱區的注入劑量波動、N型阱區的推進溫度波動影響N型阱區的結深；

3.P型柵極區域的注入劑量波動影響P型柵極區域結深；

4.P型柵極區域推進溫度波動同時影響型阱區及P型柵極區域結深。