[發明專利]場效晶體管結構及其制造方法、芯片裝置

有效

• 申請號: 202110502422.9
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113113473B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 任煒強
• 申請（專利權）人: 深圳真茂佳半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/08;H01L29/417;H01L23/367;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 吳珊

本發明涉及一種場效晶體管結構及其制造方法、芯片裝置，晶體管包括位于底部的漏極外延層、位于頂部的源極層以及嵌入于漏極外延層內的源極延伸倒鰭與柵極;柵極排列在源極延伸倒鰭之間,柵極兩側形成有成對由源極層至漏極外延層內部并聯的對稱型溝道;優選示例中,柵極兩側的溝道上方還形成有成對由源極層至漏極外延層并聯的對稱型領域電阻;優選示例中,漏極外延層在對應柵極的底部部位形成柵下浮空反極型結;優選示例中,漏極外延層在對應源極延伸倒鰭的底部部位形成屏蔽柵底部浮空反極型柱底結。本發明首創了雙倒半鰭浮空超結柵式場效晶體管(DRFJ MOSFET)架構,具有襯底背面漏極與頂面源極電子流均勻化或幫助均勻化的增益效果。

本發明的優先權基礎包括：申請號202110414351.7、申請日2021.04.16、專利名稱為“場效晶體管結構及其制造方法、芯片裝置”的發明申請案。

技術領域

本發明涉及半導體晶體管的技術領域，尤其是涉及一種場效晶體管結構及其制造方法、芯片裝置。

背景技術

場效晶體管結構作為半導體芯片的關鍵重要器件,目前已有多種結構,主要包括有以下幾類:FinFET鰭式場效晶體管、JFET結型場效晶體管、面場效晶體管、穿隧式場效晶體管槽柵場效應管、分裂柵場效應管以及超級結場效應管。其中FinFET鰭式場效晶體管、JFET結型場效晶體管、面場效晶體管以及穿隧式場效晶體管結構都是將源極接點與漏極接點設計在半導體襯底的同一表面，隨著晶圓薄化與器件微小化的趨勢發展,由晶圓背面漏電流的問題會越來越是一個需要面對與克服的難題。其中,JFET結型場效應晶體管與穿隧式場效晶體管,由于將溝道層設計在半導體襯底的有源區內,漏電流的問題比較嚴重,FinFET鰭式晶體管是將溝道層以額外沉積的方式設計在突出鰭狀的柵極上,漏電流的問題相對較輕,但器件結構與工藝相對復雜。FinFET鰭式晶體管的溝道層以氧化層表面外延方式形成顯然不具有如內生方式形成溝道層的單晶結構,故其溝道層電性能穩定性不及JFET結型場效應晶體管、面場效晶體管與穿隧式場效晶體管。槽柵（trench gate）場效應管存在硅極限的限制，導致實現同樣導通電阻占用更大的晶圓面積器件的功率密度無法提升。分裂柵場效應管和超級結場效應管雖然可以突破硅極限但工藝制程復雜且工藝控制窗口窄；另外器件容易出現電流集中可靠性差的現象，使器件的性能和可靠性很難兼得。

現有技術中的FinFET鰭式晶體管可見于CN103985712A、CN106981517A、CN106887461A,都具有突出于襯底的柵極鰭。現有技術中的JFET結型場效應晶體管可見于CN1507070A、CN108257955A,不具有突出于襯底的柵極且溝道層以襯底內摻雜區圖案界定。現有技術中的面場效晶體管可見于CN107534060A,不具有突出于襯底的柵極,單元占據表面積較大。現有技術中的穿隧式場效晶體管可見于CN110797387A、CN110943121A,為FinFET鰭式晶體管的一種變種,兩鰭狀結構以外延方式形成圖案磊晶層,鰭狀結構側壁覆蓋柵極層并予以填埋,將原本鰭狀結構的柵極功能變化為溝道功能,同一表面上兩鰭狀結構的頂部分別作為源極與漏極。

發明內容

本發明的主要目的一是提供一種場效晶體管結構，主要進步在于以創新的晶體管架構解決場效晶體管的源極電子流分布不均、產品性能和可靠性不兼容、產品性能和加工難度不兼容的問題。對于該晶體管架構定名為雙倒半鰭浮空超結柵式場效晶體管(DoubleReverse-semi-fins Floating Junction MOSFET, DRFJ)。

本發明的主要目的二是提供一種場效晶體管結構的制造方法，用以實現極處電子流分布均勻場效晶體管結構的制作。

本發明的主要目的三是提供一種半導體芯片裝置，包括DRFJ架構的場效晶體管結構。

本發明的主要目的一是通過以下技術方案得以實現的：

提出一種場效晶體管結構，包括：