专利名称：漏极和/或源极上带改进的植入物的结型场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及场效应晶体管(FET)，更具体地说，是涉及结型场 效应晶体管(JFET)。
背景技术：
结型场效应晶体管(JFET)有着许多的应用，如用于电子开关和压控电 阻中。通常的JFET的结构如图l所示。这种P型JFET包括一N型底栅层IO， 凹入N型层10的P+源区14和P+漏区16; —P型层18，其凹入源区和漏区之 间的N层的表面中；以及一N型顶栅层20，其凹入源区与漏区之间的P型层的 表面中。源区和漏区上设有接点，栅极层则设有装置的源极(S)、漏极(D) 和栅极(G)端子。层18作为P沟道，其在源区和漏区之间形成一电流通道。
由于未在栅极端子G上施加电压，当给源极和漏极端子之间施加电压 时，电流较容易流动。在栅极端子G和源极端子S之间施加电压(Vss)可调节 电流的流动。Vgs的极性使得它反向偏置栅极和沟道之间的p-n结。这样就形成 一耗尽区，其延伸进入沟道。耗尽区的宽度随L而变化，反向偏置增加，耗尽 区的宽度也增加，因此，夹断沟道并减少装置的漏极电流。L电压以这种方式 控制沟道的电导。
JFET的一个固有的优点是它的非零栅极电流。施加到JFET漏极端子的 电压在它的漏极/P沟道的接合处产生一电场(e-field)。所述的电场会在接 合处产生碰撞电离，导致被扫描进入栅极的载流子的产生，因此，形成了栅极 电流，当漏极电压不断升高，所述的栅极电流会增加到一不可接受的高位。
在漏极/沟道(或源极/沟道)的接合处的电场也会导致装置是有击穿
电压这样的不良特征。当电场达到一个临界值，碰撞电离化的电流基本上会很 高，以致于漏极电流几乎会独立于漏极电压而增加。这个临界值限定了装置的 击穿电压，对某些JFET来说，击穿电压会低到让人不能接受。
发明内容
本发明提供一种JFET，其在制作过程中接纳一附加的植入物，所述的植 入物使JFET的漏区朝它的源区延伸，禾n/或使它的源区朝漏区延伸。所述的植 入物的作用是减小电场强度，而在给定漏极和/或源极电压的情况下，电场强 度又在漏极/沟道(和/或源极/沟道)的接合处上升，因此，减小了栅极电流 和与电场相关的击穿问题的严重程度。
本发明的JFET可以是P型或N型的JFET。 P型JFET包括一 N型底栅 层， 一凹入N层表面中的P型源区和漏区， 一凹入源区和漏区之间的N层的表 面中的P型层，以及一凹入源区和漏区之间的P层的表面中的N型顶栅层。这 种结构在源区和漏区之间提供了一P沟道，其位于顶栅层的正下方。
本发明的P型JFET还包括一设置的P型植入物，植入后使植入物与漏 区接触并使漏区朝源区延伸，禾P/或与源区接触并使源区朝漏区延伸。植入物 这样设置，以至于它减小了电场强度，而在给定漏极(和/或源极)电压的情 况下，电场强度又在漏极/沟道(和/或源极/沟道)的接合处上升。因此，改 善了装置的栅极电流和击穿特性。
本发明的JFET的栅极层的宽度尺寸较佳地制作成在栅极层的侧边界与 漏区和/或源区之间为每个植入物分别留有一间隙，每个所述的植入物植入各 自的一个间隙中。植入物的厚度应该等于或大于沟道的深度。
参考以下的附图、说明书和权利要求书，将会更好地理解本发明所有 的特征、层面及其优点。
图l是公知的JFET的剖面图。
图2是根据本发明的P型JFET的一个可能的实施例的剖面图。 图3是根据本发明的P型JFET的另一个可能的实施例的剖面图。 图4是根据本发明的P型JFET的又一个可能的实施例的剖面图。 图5是根据本发明的P型JFET的再一个可能的实施例的剖面图。
图6是根据本发明的N型JFET的一个可能的实施例的剖面图。 图7是根据本发明的P型JFET和NPN超0双极晶体管的一个可能的实施例 的剖面图。
具体实施例方式
图2所示为根据本发明的一 JFET。图示的是P型JFET，然而，本发明 还等同地适用于N型JFET。
在图2所示的示范性的实施例中，JFET由一N型底栅层100制成，一 P+源区104和一 P+漏区106凹入所述的N型层100的表面中，并且相互隔开； 一 P型层108凹入源区和漏区之间的N型层100的表面中；以及一 N型顶栅层 110凹入源区和漏区之间的P型层108的表面中。P型层108设在顶栅层110 的正下方，并作为一P型沟道，电流穿过该沟道在源区和漏区之间流动。源极 和漏极端子('S'和'D')分别连接到源区和漏区，栅极端子('G')与N 型顶栅层110和N型底栅层100两者都连接。在传统的JFET中，给栅极端子 施加电压，以反向偏置在栅极和沟道之间的p-n结，从而形成一耗尽区，该耗 尽区延伸进入沟道。耗尽区的宽度随JFET的栅极-源极电压L而变化，反向偏 置增加，耗尽区就会增加，因此，夹断了沟道并减小装置的漏极电流。
如前文所述，当给漏极和/或源极端子施加电压时，在JFET的漏极/沟 道和/或源极/沟道的接合处会形成电场。这些电场在接合处导致碰撞离子化的 出现，从而产生载流子，其被扫描进入栅极，因此，形成了栅极电流，当施加 的电压增加时，该栅极电流会升高到不能接受的高值。
本发明使用一个或多个植入物来解决这个问题，所述的植入物可以是 靠近漏区、也可以是靠近源区或者可以是同时靠近漏区和源区。在图2中所示 的示范性的P型JFET中，植入一 P型植入物112，以致于使植入物接触漏区 106并使漏区106朝源区104延伸。植入物112的作用是减小电场强度，而在 给定漏极电压的情况下，电场强度又在漏区106和P型沟道108的接合处上升， 因此，减少了碰撞离子化和随之由电场产生的栅极电流。
以这种方式减小电场强度还有利于改善JFET的击穿电压特性。由于最 大的电场出现在P沟道108和漏区106的接合处，植入物112的厚度最好是等 于或大于沟道108的深度，以对所述的接合处的电场强度的减小产生最大的影
响。应该注意，其它因素也会影响装置的击穿电压特性，这些因素包括栅极、 沟道和漏区的掺杂浓度、漏区的形状/外形。
顶栅层的宽度尺寸较佳的是要制作成能在最靠近漏区的顶栅层的侧边 界与漏区(和/或最靠近源区的顶栅层的侧边界与源区)之间留一间隙，且植 入物植入所述的间隙中。这样做增加了植入物的有效性。
图3中示出了这种技术。最靠近漏区106的顶栅层110的侧边界120 从漏极被拉回，以形成间隙122。植入物112植入间隙122中。虽然通过本发 明的植入物使得击穿特性得到一些改善，但如图3所示，形成间隙并把植入物 植入该间隙内才会得到最佳的效果。间隙的合适宽度约为l-3pm。在所述的间 隙内的植入物一般把漏(源)区的宽度延伸约lpm。
如上所述，本发明的植入物使漏区朝源区延伸、使源区朝漏区延伸， 或者同时使漏区和源区延伸，而植入物最佳地用来使最高电压存在的区域延 伸。在如图4所示的一示范性的实施例中，源区被延伸。在此，植入一P型植 入物130，以致于使该植入物与源区104接触并使源区104朝漏区106的延伸。 植入物130的作用是减小了电场强度，而在给定源极电压的情况下，电场强度 又在源区104和P型沟道108的接合处上升，因此，减小碰撞离子化和随之由 电场产生的栅极电流。在上述关于图3的描述中，最靠近源区104的顶栅层110 的侧边界132最好是被拉回，以形成间隙134，把植入物130植入所述的间隙 134中。
如图5所示，也可以植入植入物，以使漏区和源区都延伸。在此，顶栅层110 的宽度尺寸要制作成在顶栅层的侧边界144和146与源区和漏区之间分别形成间隙 140和142。在分别给定漏极和源极电压的情况下，这种设置分别减小了漏极/沟道和 源极/沟道的接合处的电场的电场强度，因此，减小了两个接合处的碰撞离子化，以 及随后由电场产生的栅极电流。
尽管在图2-图5中示出了 P型JFET，本发明还等同地适用于N型JFET。 图6所示为本发明的N型JFET的一个可能的实施例。在此，所述的JFET由一 P型底栅层150制成，一N+源区154和一N+漏区156凹入P型层150的表面中。 一N型层158凹入源区与漏区之间的P型层150的表面中，以及一P型顶栅层 160凹入在源区与漏区之间的N型层158的表面中。N型层158设在顶栅层160
的正下方，并作为一N型沟道，穿过该沟道，电流在源区和漏区之间流动。把
最靠近漏区156的顶栅层160的侧边界162从漏极拉回，以形成间隙164。 N 型植入物166植入间隙164中，以致于使它与漏区156接触并使漏区156朝源 区154延伸。如上所述，为得到最佳的效果，植入物166的厚度最好是等于或 大于沟道158的深度。
植入物的掺杂浓度会影响电场，因此，优化了掺杂浓度的栅极电流将 得到降低强度的电场。对于P型植入物，合适的惨杂物包括硼(Bll或BF。、 铝或者铟；而对N型植入物，合适的惨杂物包括磷、砷或者锑。
带有本文所描述的植入物的JFET能用熟悉IC加工技术的技术人员公 知的方式来制作，而对于植入物，需要另外执行一个附加的掩蔽步骤和一个附 加的植入步骤。
把植入物植入的另一种可能是植入物与用于形成超P双极晶体管的基 区植入物合并，所述基区植入物使用的是基区植入物需要的掺杂浓度。在此， 掩模可用来打开本发明的植入物的间隙，接着使用一个步骤将基区植入物和本 发明的植入物植入所述的间隙中。
图7所示为IC的一个可能的实施例，其中，使用了一个步骤把基区的 植入物和本发明的植入物都植入。如图所示，一 JFET170由一N型底栅层172 形成，源区173和漏区174凹入层172中，一P型沟道层175凹入源区和漏区 之间的层172中，以及一顶栅层176凹入源极和漏极之间的层175中。根据本 发明，还提供了如上所述的一P型植入物177，它使漏区174朝源区173延伸。
在同一基质上制成NPN超P晶体管182， 一P型基区184植入N型层 172中，一 N+发射区186凹入基区184中，以及一 N+集电区188凹入N型层 172中。由于JFET的P型植入物177和超P晶体管的基区两个都是P型植入 物，故它们两个都可以用相同的植入步骤来植入。
需要注意的是，尽管合并制作JFET和超P晶体管是有利的，但植入 超e晶体管所要求的不同的掺杂浓度的本发明的植入物能得到更佳的栅极电 流和击穿电压特性。
本文中所描述的本发明的实施例都是示范性的，还能轻易构思并得到 本发明的多种改型、变化和重排，以实现与本发明基本等同的效果，但是，所
有上述这些都涵盖在本发明随附的权利要求书中所限定的精神和范围之内。
权利要求
1、一种结型场效应晶体管(JFET)，其包括一掺杂以具有第一极性的底栅层；一掺杂以具有与所述底栅层的极性相反的第二极性的源区，其凹入所述底栅层的顶面中；一所述第二极性的漏区，其凹入所述的底栅层的顶面中并与所述的源区隔开；一所述第二极性的沟道层，其凹入在所述的源区与漏区之间的所述底栅层的顶面中；一所述第一极性的顶栅层，其凹入在所述源区与漏区之间的所述沟道层的顶面中；一所述第二极性的植入物，植入所述的植入物，以致于使所述的植入物与所述的漏区和/或源区接触并分别使所述的漏区和/或源区朝所述的源区和/或漏区延伸，这样，所述的植入物减小了电场强度，而在给定漏极和/或源极电压的情况下，电场强度又在所述的漏区和/或源区与所述的沟道层的接合处上升。
2、 如权利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的顶栅层的宽度尺寸要 制作成为每一植入物提供各自在顶栅层的侧边界与所述的漏区和/或源区之间 的间隙，而每一植入物分别植入各自的一间隙。
3、 如权利要求l所述的JFET，其特征在于，所述的JFET这样配置，以致 于所述的植入物的厚度等于或大于所述的沟道层的深度。
4、 如权利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的顶栅层的宽度尺寸要 制作成在最靠近所述漏区的所述顶栅层的侧边界与所述的漏区之间留一间隙， 且所述的植入物植入所述的间隙中，以致于使所述的植入物与所述的漏区接触 并使所述的漏区朝所述源区延伸，这样，所述的的植入物减小了电场强度，而 在给定漏极电压的情况下，电场强度又在所述漏极与所述沟道层的接合处上 升。
5、 如权利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的顶栅层的宽度尺寸要 制作成在最靠近所述源区的所述顶栅层的侧边界与所述的源区之间留一间隙， 且所述的植入物植入所述的间隙中，以致于使所述的植入物与所述的源区接触 并使所述的源区朝所述的漏区延伸，这样，所述的植入物减小了电场强度，而 在给定源极电压的情况下，电场强度又在所述源极和所述沟道层的接合处上 升。
6、 如权利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的顶栅层的宽度尺寸要 制作成在最靠近所述源区的所述顶栅层的侧边界与所述的源区之间留有一第 一间隙，以及在最靠近所述的漏区的顶栅层的侧边界与所述的漏区之间留有一 第二间隙，且所述的第一植入物和第二植入物分别植入所述的第一和第二间隙 中，以致于使所述的第一植入物与所述的源区接触并使所述的源区朝着所述的 漏区延伸，而所述的第二植入物与所述的漏区接触并使所述的漏区朝着所述的 源区延伸，这样，所述的植入物减小了电场强度，而在给定漏极电压的情况下， 电场强度又在所述的漏极和所述的沟道层的接合处上升，而在给定源极电压的 情况下，电场强度又在所述源极和所述沟道层的接合处上升。
7、 如权利要求l所述的JFET，其特征在于，所述的JFET进一步包括 至少一个在所述的底栅层上制成的超P双极晶体管，所述的超P双极晶体管包括一具有给定的掺杂浓度的基区植入物；第二极性的所述的植入物具有与所述的基区植入物相同的掺杂浓度，因 此，所述的基区植入物和所述的第二极性的植入物能够用一个植入步骤植入。
8、 如权利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的JFET是一P型JFET， 其中-所述的底栅层是一N型层； 所述的源区和漏区是P+区； 所述的顶栅层是一N型层； 所述的沟道层是一P型层；以及所述的植入物是一 p型植入物。
9、 如权利要求8所述的JFET，其特征在于，所述的P型植入物包括硼、 铝或铟。
10、 如权利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的JFET是一N型JFET， 其中，所述的底栅层是一P型层； 所述的源区和漏区是N+区；所述的顶栅层是一P型层； 所述的沟道层是一N型层；以及 所述的植入物是一 N型植入物。
11、 如权利要求IO所述的JFET，其特征在于，所述的N型植入物包括磷、 砷或锑。
12、 如权利要求l所述的JFET，其特征在于，所述的每一植入物分别使所 述的漏区和/或所述的源区朝所述的源区和/或所述的漏区延伸约1 4 m。
13、 一种P型结场效应晶体管(JFET)，其包括 一N型底栅层；一P+源区，其凹入所述的N型层的顶面中；一P+漏区，其凹入所述的N型层的顶面中，并与所述的源区隔开； 一P型沟道层，其凹入在所述的源区和漏区之间的所述的N型层的顶面中；一 N型顶栅层，其凹入所述的源区和漏区之间的所述的P型沟道层的顶面中，以及顶栅层的宽度尺寸制成在最靠近所述漏区的所述的顶栅层的侧边界与所述的漏区之间留一间隙；以及一P型植入物，其植入所述的间隙内，以致于使所述的植入物与所述的漏 区接触并使所述的漏区朝所述的源区延伸，而植入物的厚度等于或大于所述的 P型沟道层的深度，这样，所述的植入物减小了电场强度，而在给定漏极电压 的情况下，电场强度又在所述的漏极与所述P型沟道的接合处上升。
14、 一种N型结场效应晶体管(JFET)，其包括一P型底栅层；一N+源区，其凹入所述的P型层的顶面；一 N+漏区，其凹入所述的P型层的顶面并与所述的源区隔开； 一 N型沟道层，其凹入在所述源区和漏区之间的所述P型层的顶面； 一 P型顶栅层，其凹入在所述的源区和漏区之间的所述的N型沟道层的顶 面中，以及P型顶栅层的宽度尺寸制成在最靠近所述漏区的所述顶栅层的侧边界与所述的漏区之间留一间隙；以及一N型植入物，其植入所述的间隙中，以致于使所述的植入物与所述的漏 区接触并使所述的漏区朝着所述的源区延伸，而所述的植入物的厚度等于或大 于所述的P型沟道层的深度，这样，所述的植入物减小了电场强度，而在给定 漏极电压的情况下，电场强度又在所述的漏极和所述N型沟道层的接合处上升。
15、 一种结型场效应管(JFET)的生产方法，该方法包括以下步骤 提供一掺杂以具有第一极性的底栅层；形成一掺杂以具有与所述的底栅层的极性相反的第二极性的源区，其凹入 所述底栅层的顶面中；形成一所述第二极性的漏区，其凹入在所述源区和漏区之间的所述的底栅 层的顶面中，并与所述的源区隔开；形成一第二极性的沟道层，其凹入在所述源区与漏区之间的所述底栅层的 顶面中；提供一所述第一极性的顶栅层，其凹入在所述的源区和漏区之间的所述沟 道层的顶面中；以及植入所述的第二极性的区，以致于所述的被植入的区与所述的漏区和/或 所述的源区接触并使所述的漏区和/或源区朝所述的源区和/或漏区延伸，这 样，所述的植入区减小了电场强度，而在给定漏极和/或源极电压情况下，电 场强度又在所述的漏区和/或源区与所述的沟道层的接合处上升。
16、 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的方法进一步包括以 下步骤-将所述的顶栅层的宽度尺寸制作成在顶栅层的侧边界与所述的漏区和/或 源区之间分别为每个所述的植入物留有间隙，每个所述的植入物植入各自的一 个间隙中。
17、 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的植入物的厚度等于 或大于所述的沟道层的深度。
18、 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的方法进一步包括以 下步骤在所述的底栅层上制成至少一个超P双极晶体管；以及 植入超P晶体管的基区和所述的第二极性的植入物以一个步骤植入。
19、 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的JFET是P型JFET，其中所述的底栅层是一N型层；所述的源区和漏区是P+区；所述的顶栅层是一N型层；所述的沟道层是一P型层；以及所述的植入物是一 p型植入物。
20、 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述的JFET是N型JFET，其中所述的底栅层是一P型层； 所述的源区和漏极区是N+区； 所述的顶栅层是一P型层； 所述的沟道层是一N型层；以及 所述的植入物是一 N型植入物。
全文摘要
本发明提供一种JFET，其在制作过程中接纳一附加的植入物，所述的植入物使JFET的漏极朝它的源区延伸，和/或使它的源极朝它的漏区延伸。这样，所述的植入物减小了电场强度，而在给定漏极和/或源极电压的情况下，电场强度又在漏极/沟道(和/或源极/沟道)的接合处上升，因此，减小了栅极电流和与电场有关的击穿问题的严重性。JFET的栅极层的宽度尺寸最好是制成分别为每个植入物在栅极层的侧边界与漏区和/或源区之间留有间隙，每个植入物分别植入各自的间隙中。
文档编号H01L29/08GK101366123SQ200680051942
公开日2009年2月11日 申请日期2006年12月18日 优先权日2005年12月22日
发明者C·威尔逊, D·鲍尔斯, G·K·塞斯特拉 申请人:模拟设备股份有限公司