[發(fā)明專利]一種具有凹陷溝槽的場效應晶體管

在審

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• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN113035956A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柴力
• 申請（專利權(quán)）人: 中之半導體科技（東莞）有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/423
• 代理公司: 東莞市永橋知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 44400
• 代理人: 姜華

本發(fā)明系提供一種具有凹陷溝槽的場效應晶體管，包括襯底，襯底上層疊有外延層、溝道摻雜層、源極層和源極金屬層，襯底下設(shè)有漏極金屬層，外延層中設(shè)有貫穿溝道摻雜層、源極層和源極金屬層的凹槽；凹槽的底部設(shè)有位于外延層中的保護層，保護層呈U形包裹于凹槽的底部；凹槽中填充有柵極電介質(zhì)層，柵極電介質(zhì)層中設(shè)有柵極沉積層，柵極沉積層的底部設(shè)有抗擊層，柵極沉積層中設(shè)有柵極金屬層，柵極金屬層、柵極沉積層和柵極電介質(zhì)層的頂面共面。本發(fā)明柵極區(qū)域?qū)щ姕系赖恼{(diào)節(jié)迅速且可靠，具有低介電常數(shù)的抗擊層具有良好的強電場抵抗能力，保護層與外延層之間形成的PN結(jié)可削弱抗擊層處形成的電場，整體結(jié)構(gòu)耐壓性能好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及場效應晶體管，具體公開了一種具有凹陷溝槽的場效應晶體管。

背景技術(shù)

場效應晶體管屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點，場效應晶體管可應用于開關(guān)器件。

如圖1所示，傳統(tǒng)的場效應晶體管為以下結(jié)構(gòu)：在襯底中設(shè)置兩個間隔的漏極和源極，柵極設(shè)置于漏極和源極之間的上方，柵極與襯底之間設(shè)置金屬氧化物層以確保絕緣性能，襯底分別與漏極和源極的導電型極性相反，漏極和源極之間的襯底中可形成導電溝道，但這種結(jié)構(gòu)的場效應晶體管阻抗較大，為降低阻抗，部分場效應晶體管設(shè)置柵極陷入到襯底中，但這種場效應晶體管的柵極容易被擊穿而導致失效。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種具有凹陷溝槽的場效應晶體管，具有較高的抗擊穿電壓，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，使用壽命長。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明公開一種具有凹陷溝槽的場效應晶體管，包括襯底，襯底上依次層疊有外延層、溝道摻雜層、源極層和源極金屬層，溝道摻雜層和源極層的厚度之和為D，襯底下設(shè)有漏極金屬層，外延層中設(shè)有貫穿溝道摻雜層、源極層和源極金屬層的凹槽；

凹槽的底部設(shè)有位于外延層中的保護層，保護層呈U形包裹于凹槽的底部，保護層與溝道摻雜層之間形成有間隔；

凹槽中填充有柵極電介質(zhì)層，柵極電介質(zhì)層中設(shè)有柵極沉積層，柵極沉積層的底部設(shè)有抗擊層，柵極沉積層中設(shè)有柵極金屬層，柵極金屬層、柵極沉積層和柵極電介質(zhì)層的頂面共面，柵極金屬層的高度為H，HD；

柵極電介質(zhì)層的介電常數(shù)大于10，抗擊層的介電常數(shù)小于4；

襯底、外延層和源極層均為摻雜有第一導電型離子的半導體材料層，溝道摻雜層和保護層均為摻雜有第二導電型離子的半導體材料層，第一導電型和第二導電型的極性相反。

進一步的，襯底、外延層和源極層均為摻雜有磷離子的單晶硅層，溝道摻雜層和保護層均為摻雜有硼離子的單晶硅層。

進一步的，保護層的寬度為R，凹槽的寬度為L，1.2L≤R≤1.8L。

進一步的，柵極電介質(zhì)層為氧化鑭層或二氧化鈦層。

進一步的，柵極沉積層為氮化鈦層或氮化鉭層。

進一步的，柵極沉積層的底部為向下收窄的圓臺狀。

進一步的，抗擊層為二氧化硅層或PTFE層。

進一步的，柵極金屬層為鎢層或鋁層。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明公開一種具有凹陷溝槽的場效應晶體管，通過將柵極區(qū)域設(shè)置在凹槽中，可有效降低場效應晶體管的阻抗，柵極區(qū)域?qū)щ姕系赖恼{(diào)節(jié)迅速且可靠，此外，具有低介電常數(shù)的抗擊層具有良好的強電場抵抗能力，可有效提高抗擊穿電壓，保護層與外延層之間形成的PN結(jié)可削弱抗擊層處形成的電場，能夠進一步提高抗擊穿電壓，整體結(jié)構(gòu)耐壓性能好、穩(wěn)定性強，使用壽命長。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)場效應晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。