一种结型场效应管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及半导体器件领域，公开了一种结型场效应管。其背栅形成在JFET的沟道和P型衬底之间，并与正栅的位置对应，从而在栅极施加负电压时，正栅和背栅PN结的耗尽区随负压的增大纵向延伸，而非横向展宽，可以获得较小的夹断电压。同时，由于主要由耗尽区的横向扩展来承受漏源电压，而且通过在JFET的沟道和P型衬底之间且靠近漏极形成P型轻掺杂区，使得JFET沟道中的电场分布更均匀，并在JFET的沟道和P型衬底之间且位于漏极下方形成N型轻掺杂区，防止JFET的沟道和P型衬底构成的PN结在漏极端的底部发生击穿，因此可以获得较高的漏源击穿电压。缓解了夹断电压、漏源击穿电压和电流导通能力三个参数之间的矛盾。
【专利说明】一种结型场效应管
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种结型场效应管。
【背景技术】
[0002]结型场效应管(Junct1n Field Effect Transistor,缩写为JFET)是最常见的半导体器件之一，包括N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管，在实践应用中，常用的是N沟道JFET (下文中的JFET都是指N沟道JFET )。
[0003]N沟道JFET的基本结构是在N型半导体的两侧扩散形成两个P型掺杂区，构成两个PN结，这两个P型掺杂区即JFET的栅极，在两个P型掺杂区之间的N型半导体区即JFET的沟道，N型半导体的两端分别为JFET的源极和漏极。图1所示是常见的JFET结构，如图1所示，在P型衬底15的上表层中形成N型轻掺杂区10，在N型轻掺杂区10的上表层中形成P型掺杂区14，在N型轻掺杂区10的两端形成N型重掺杂区(N+) 11和12，11和12分别为JFET的漏极和源极；N型轻掺杂区10上表层中的P型掺杂区14和N型轻掺杂区10底部的P型衬底15即JFET的栅极，分别称之为正栅和背栅；P型重掺杂区(P+) 13的作用仅在于减小P型衬底15从上表面引出时的接触电阻。在源漏电极之间，以及源电极12和P型重掺杂区(P+) 13之间还形成有场氧化层16。
[0004]JFET器件的主要特性参数包括:夹断电压、漏源击穿电压、电流导通能力。简述如下:
[0005]以图1为例，N型轻掺杂区10与P型掺杂区14构成一个正栅PN结，N型轻掺杂区10与P型衬底15构成一个背栅PN结，在栅极施加负电压，PN结的耗尽区随负压的增大而展宽，当正栅PN结的耗尽区和背栅PN结的耗尽区碰到一起时，对应的栅极负压值即JFET的夹断电压。夹断电压的绝对值越小，对JFET的控制也就越简单。因此，夹断电压的绝对值越小越好。
[0006]当漏极11承受高电压时，在N型轻掺杂区10中的电场增大，最终导致某个位置的电场强度达到雪崩击穿的临界电场，致使漏极电流急剧增大，对应的漏极电压即JFET的漏源击穿电压。漏源击穿电压越大，JFET可允许的工作电压范围也就越大。因此，漏源击穿电压越大越好。N型轻掺杂区10中的电场分布越均匀，可获得的漏源击穿电压也就越大。
[0007]JFET的电流导通能力越大越好，其主要取决于N型轻掺杂区10的杂质浓度。
[0008]在器件结构不变的情况下，N型轻掺杂区10的掺杂浓度越大，其电流导通能力也就越大，但同时其夹断电压也越大、漏源击穿电压越小，即，三者参数之间存在矛盾关系。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种结型场效应管，用以解决现有的JFET结构通过增加沟道的掺杂浓度，提高电流导通能力时，器件的夹断电压也越大，漏源击穿电压却越小，不能同时保证JFET具有较高的电流导通能力和漏源击穿电压、较小的夹断电压的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供所述结型场效应管包括:
[0011]P型衬底；
[0012]位于所述P型衬底上表层中的第一 N型轻掺杂区，位于所述第一 N型轻掺杂区两端的上表层中的第一 N型重掺杂区和第二 N型重掺杂区，所述第一 N型重掺杂区和所述第二 N型重掺杂区分别作为所述结型场效应管的漏极和源极；
[0013]位于所述漏极和所述源极之间的第一场氧化层；
[0014]靠近所述源极的正栅；
[0015]位于所述第一 N型轻掺杂区底部且位于所述漏极下方的第二 N型轻掺杂区；
[0016]位于所述第一 N型轻掺杂区底部且位于所述正栅下方的第一 P型轻掺杂区，所述第一 P型轻掺杂区作为所述结型场效应管的背栅；
[0017]位于所述第二 N型轻掺杂区和第一 P型轻掺杂区之间且靠近所述第二 N型轻掺杂区的第二 P型轻掺杂区。
[0018]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0019]上述技术方案中，JFET的背栅形成在JFET的沟道和P型衬底之间，并与正栅的位置对应，从而在栅极施加负电压时，正栅PN结的耗尽区和背栅PN结的耗尽区随负压的增大而纵向延伸，而非横向展宽，可以获得较小的夹断电压。同时，由于主要由耗尽区的横向扩展来承受漏源电压，而不是由常规的PN结直接承受高电压；而且通过在JFET的沟道和P型衬底之间且靠近漏极形成P型轻掺杂区，使得JFET沟道中的电场分布更均匀；并在JFET的沟道和P型衬底之间且位于漏极下方形成N型轻掺杂区，防止JFET的沟道和P型衬底构成的PN结在漏极端的底部发生击穿，因此可以获得更高的漏源击穿电压。从而大大缓解了夹断电压、漏源击穿电压和电流导通能力三个参数之间的矛盾。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1表示现有JFET的结构示意图；
[0021]图2表示本发明中JFET的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0023]如图2所示，本发明实施例中提供一种结型场效应管，其包括P型衬底601和位于P型衬底601上表层中的第一 N型轻掺杂区201。第一 N型轻掺杂区201作为结型场效应管的沟道。具体可以设置第一 N型轻掺杂区201的掺杂浓度大于P型衬底601的掺杂浓度。在第一 N型轻掺杂区201两端的上表层中形成有第一 N型重掺杂区301和第二 N型重掺杂区302，分别作为结型场效应管的漏极和源极。在第一 N型轻掺杂区201的上表面还形成有第一场氧化层701，其中，第一场氧化层701位于漏极301和源极302之间。
[0024]结型场效应管的正栅501形成在第一 N型轻掺杂区201远离P型衬底601的一侦牝且靠近源极302设置。而结型场效应管的背栅100为位于第一 N型轻掺杂区201的底部，且位于正栅501下方的第一 P型轻掺杂区，从而在正栅501和背栅100施加负电压时，正栅PN结的耗尽区和背栅PN的耗尽区随负压的增大而纵向延伸，可获得较小的夹断电压。同时，这样的结构还使得本发明中的JFET主要由耗尽区的横向扩展来承受漏源电压，而不是由常规的PN结直接承受漏源电压，因此可以承受较高的漏源电压，获得较高的漏源击穿电压。
[0025]为了在较高的漏源电压条件下，防止由第一 N型轻掺杂区201和P型衬底601构成的PN结在漏极端的底部发生击穿，需要在第一 N型轻掺杂区201的底部且位于漏极301下方形成第二 N型轻掺杂区202。具体可以设置第二 N型轻掺杂区202的掺杂浓度小于第一 N型轻掺杂区201的掺杂浓度。
[0026]本发明实施例中的结型场效应管还包括位于第二 N型轻掺杂区202和背栅100之间且靠近第二 N型轻掺杂区202的第二 P型轻掺杂区，第二 P型轻掺杂区的设置可以使第一 N型轻掺杂区201中的电场分布更均匀，进一步提高漏源击穿电压。其中，第二 P型轻掺杂区可以包括多个岛状的P型轻掺杂单元，如图2中的101、102、103，使得第一 N型轻掺杂区201中的电场分布更加均匀。从而缓解了通过增加JFET沟道的掺杂浓度，提高电流导通能力时，夹断电压、漏源击穿电压和电流导通能力三个参数之间的矛盾。具体可以设置P型轻掺杂单元的长、宽度尺寸为0.5?5微米，间隔距离为0.5?5微米。
[0027]优选地，正栅501为形成在第一场氧化层701上表面且靠近源极302的多晶硅。当漏极301承受高电压时，在多晶硅501下方的第一 N型轻掺杂区201的表面感应空穴形成P型半导体，该P型半导体与第一 N型轻掺杂区201构成反向偏置的PN结(称之为正栅PN结)，其耗尽区宽度随漏极301电压的增大而增大，从而能够进一步提高结型场效应管的漏源击穿电压。
[0028]当然，也可以对第一场氧化层701开窗，并在第一 N型轻掺杂区201的上表层中对应于窗口所在的区域形成P型掺杂区，并将该P型掺杂区作为结型场效应管的正栅501。
[0029]进一步地，设置背栅100的掺杂浓度大于第一 N型轻掺杂区201的掺杂浓度。当漏极301承受高电压时，背栅PN结的耗尽区宽度随漏极电压的增大而增大。随着漏极电压的增大，正栅PN结的耗尽区和背栅PN结的耗尽区将碰到一起，沟道被夹断。由PN结的常识可知，耗尽区主要向PN结中掺杂浓度更小的一侧展开，由于第一 P型轻掺杂区100的掺杂浓度大于第一 N型轻掺杂区201的掺杂浓度，所以背栅PN结的耗尽区主要向第一 N型轻掺杂区201方向展开，能够获得更小的夹断电压。
[0030]本实施例中的结型场效应管还可以包括位于P型衬底601上表层中的P型重掺杂区401，用于将背栅100从P型衬底601的上表面引出并减小引出时的接触电阻。相应地，在P型重掺杂区401和源极302之间还形成有第二场氧化层801，用于隔离P型重掺杂区401和源极302。
[0031]在一个具体的实施方式中:
[0032]P型衬底601的电阻率为60?100欧姆?厘米(对应的掺杂浓度约为3E14?6E14原子/立方厘米)，掺杂元素为硼；
[0033]第一 N型轻掺杂区201的掺杂浓度为3E15?6E15原子/立方厘米，掺杂元素为磷；
[0034]第二 N型轻掺杂区202的掺杂浓度为1E15?3E15原子/立方厘米，掺杂元素为磷；
[0035]第一 P型轻掺杂区100和第二 P型轻掺杂区(包括图2中的101、102、103)的掺杂浓度为8E15?1.5E16原子/立方厘米,掺杂元素为硼。
[0036]本发明的技术方案中，JFET的背栅形成在JFET的沟道和P型衬底之间，并与正栅的位置对应，从而在栅极施加负电压时，正栅PN结的耗尽区和背栅PN结的耗尽区随负压的增大而纵向延伸，而非横向展宽，可以获得较小的夹断电压。同时，由于主要由耗尽区的横向扩展来承受漏源电压，而不是由常规的PN结直接承受高电压；而且通过在JFET的沟道和P型衬底之间且靠近漏极形成P型轻掺杂区，使得JFET沟道中的电场分布更均匀；并在JFET的沟道和P型衬底之间且位于漏极下方形成N型轻掺杂区，防止JFET的沟道和P型衬底构成的PN结在漏极端的底部发生击穿，因此可以获得更高的漏源击穿电压。从而缓解了通过增加JFET沟道的掺杂浓度，提高电流导通能力时，夹断电压、漏源击穿电压和电流导通能力三个参数之间的矛盾。
[0037]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种结型场效应管，其特征在于，所述结型场效应管包括: P型衬底； 位于所述P型衬底上表层中的第一 N型轻掺杂区，位于所述第一 N型轻掺杂区两端的上表层中的第一 N型重掺杂区和第二 N型重掺杂区，所述第一 N型重掺杂区和所述第二 N型重掺杂区分别作为所述结型场效应管的漏极和源极； 位于所述漏极和所述源极之间的第一场氧化层； 靠近所述源极的正栅； 位于所述第一 N型轻掺杂区底部且位于所述漏极下方的第二 N型轻掺杂区； 位于所述第一 N型轻掺杂区底部且位于所述正栅下方的第一 P型轻掺杂区，所述第一P型轻掺杂区作为所述结型场效应管的背栅； 位于所述第二 N型轻掺杂区和第一 P型轻掺杂区之间且靠近所述第二 N型轻掺杂区的第二 P型轻掺杂区。
2.如权利要求1所述的结型场效应管，其特征在于，所述结型场效应管还包括: 位于所述P型衬底上表层中的P型重掺杂区，用于将所述背栅从所述P型衬底的上表面引出并减小引出时的接触电阻； 位于所述P型重掺杂区和所述源极之间的第二场氧化层，用于隔离所述P型重掺杂区和所述源极。
3.如权利要求1所述的结型场效应管，其特征在于，所述正栅为位于所述第一场氧化层上表面且靠近所述源极的多晶硅。
4.如权利要求1所述的结型场效应管，其特征在于，所述第一N型轻掺杂区的掺杂浓度大于所述P型衬底的掺杂浓度。
5.如权利要求1所述的结型场效应管，其特征在于，所述第二N型轻掺杂区的掺杂浓度小于所述第一 N型轻掺杂区的掺杂浓度。
6.如权利要求1所述的结型场效应管，其特征在于，所述第一P型轻掺杂区的掺杂浓度大于所述第一 N型轻掺杂区的掺杂浓度。
7.如权利要求1所述的结型场效应管，其特征在于，所述第二P型轻掺杂区的掺杂浓度大于所述第一 N型轻掺杂区的掺杂浓度。
8.如权利要求1所述的结型场效应管，其特征在于，所述第二P型轻掺杂区包括若干个岛状P型轻掺杂单元。
9.如权利要求8所述的结型场效应管，其特征在于，所述P型轻掺杂单元之间的间隔距离为0.5-5微米。
【文档编号】H01L29/423GK104518008SQ201310455231
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】潘光燃, 石金成, 高振杰, 文燕, 王焜 申请人:北大方正集团有限公司, 深圳方正微电子有限公司