專利名稱：漏極和/或源極上帶改進的植入物的結型場效應晶體管的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及場效應晶體管(FET)，更具體地說，是涉及結型場 效應晶體管(JFET)。
背景技術：
結型場效應晶體管(JFET)有著許多的應用，如用于電子開關和壓控電 阻中。通常的JFET的結構如圖l所示。這種P型JFET包括一N型底柵層IO， 凹入N型層10的P+源區14和P+漏區16; —P型層18，其凹入源區和漏區之 間的N層的表面中；以及一N型頂柵層20，其凹入源區與漏區之間的P型層的 表面中。源區和漏區上設有接點，柵極層則設有裝置的源極(S)、漏極(D) 和柵極(G)端子。層18作為P溝道，其在源區和漏區之間形成一電流通道。
由于未在柵極端子G上施加電壓，當給源極和漏極端子之間施加電壓 時，電流較容易流動。在柵極端子G和源極端子S之間施加電壓(Vss)可調節 電流的流動。Vgs的極性使得它反向偏置柵極和溝道之間的p-n結。這樣就形成 一耗盡區，其延伸進入溝道。耗盡區的寬度隨L而變化，反向偏置增加，耗盡 區的寬度也增加，因此，夾斷溝道并減少裝置的漏極電流。L電壓以這種方式 控制溝道的電導。
JFET的一個固有的優點是它的非零柵極電流。施加到JFET漏極端子的 電壓在它的漏極/P溝道的接合處產生一電場(e-field)。所述的電場會在接 合處產生碰撞電離，導致被掃描進入柵極的載流子的產生，因此，形成了柵極 電流，當漏極電壓不斷升高，所述的柵極電流會增加到一不可接受的高位。
在漏極/溝道(或源極/溝道)的接合處的電場也會導致裝置是有擊穿
電壓這樣的不良特征。當電場達到一個臨界值，碰撞電離化的電流基本上會很 高，以致于漏極電流幾乎會獨立于漏極電壓而增加。這個臨界值限定了裝置的 擊穿電壓，對某些JFET來說，擊穿電壓會低到讓人不能接受。
發明內容
本發明提供一種JFET，其在制作過程中接納一附加的植入物，所述的植 入物使JFET的漏區朝它的源區延伸，禾n/或使它的源區朝漏區延伸。所述的植 入物的作用是減小電場強度，而在給定漏極和/或源極電壓的情況下，電場強 度又在漏極/溝道(和/或源極/溝道)的接合處上升，因此，減小了柵極電流 和與電場相關的擊穿問題的嚴重程度。
本發明的JFET可以是P型或N型的JFET。 P型JFET包括一 N型底柵 層， 一凹入N層表面中的P型源區和漏區， 一凹入源區和漏區之間的N層的表 面中的P型層，以及一凹入源區和漏區之間的P層的表面中的N型頂柵層。這 種結構在源區和漏區之間提供了一P溝道，其位于頂柵層的正下方。
本發明的P型JFET還包括一設置的P型植入物，植入后使植入物與漏 區接觸并使漏區朝源區延伸，禾P/或與源區接觸并使源區朝漏區延伸。植入物 這樣設置，以至于它減小了電場強度，而在給定漏極(和/或源極)電壓的情 況下，電場強度又在漏極/溝道(和/或源極/溝道)的接合處上升。因此，改 善了裝置的柵極電流和擊穿特性。
本發明的JFET的柵極層的寬度尺寸較佳地制作成在柵極層的側邊界與 漏區和/或源區之間為每個植入物分別留有一間隙，每個所述的植入物植入各 自的一個間隙中。植入物的厚度應該等于或大于溝道的深度。
參考以下的附圖、說明書和權利要求書，將會更好地理解本發明所有 的特征、層面及其優點。
圖l是公知的JFET的剖面圖。
圖2是根據本發明的P型JFET的一個可能的實施例的剖面圖。 圖3是根據本發明的P型JFET的另一個可能的實施例的剖面圖。 圖4是根據本發明的P型JFET的又一個可能的實施例的剖面圖。 圖5是根據本發明的P型JFET的再一個可能的實施例的剖面圖。
圖6是根據本發明的N型JFET的一個可能的實施例的剖面圖。 圖7是根據本發明的P型JFET和NPN超0雙極晶體管的一個可能的實施例 的剖面圖。
具體實施例方式
圖2所示為根據本發明的一 JFET。圖示的是P型JFET，然而，本發明 還等同地適用于N型JFET。
在圖2所示的示范性的實施例中，JFET由一N型底柵層100制成，一 P+源區104和一 P+漏區106凹入所述的N型層100的表面中，并且相互隔開； 一 P型層108凹入源區和漏區之間的N型層100的表面中；以及一 N型頂柵層 110凹入源區和漏區之間的P型層108的表面中。P型層108設在頂柵層110 的正下方，并作為一P型溝道，電流穿過該溝道在源區和漏區之間流動。源極 和漏極端子('S'和'D')分別連接到源區和漏區，柵極端子('G')與N 型頂柵層110和N型底柵層100兩者都連接。在傳統的JFET中，給柵極端子 施加電壓，以反向偏置在柵極和溝道之間的p-n結，從而形成一耗盡區，該耗 盡區延伸進入溝道。耗盡區的寬度隨JFET的柵極-源極電壓L而變化，反向偏 置增加，耗盡區就會增加，因此，夾斷了溝道并減小裝置的漏極電流。
如前文所述，當給漏極和/或源極端子施加電壓時，在JFET的漏極/溝 道和/或源極/溝道的接合處會形成電場。這些電場在接合處導致碰撞離子化的 出現，從而產生載流子，其被掃描進入柵極，因此，形成了柵極電流，當施加 的電壓增加時，該柵極電流會升高到不能接受的高值。
本發明使用一個或多個植入物來解決這個問題，所述的植入物可以是 靠近漏區、也可以是靠近源區或者可以是同時靠近漏區和源區。在圖2中所示 的示范性的P型JFET中，植入一 P型植入物112，以致于使植入物接觸漏區 106并使漏區106朝源區104延伸。植入物112的作用是減小電場強度，而在 給定漏極電壓的情況下，電場強度又在漏區106和P型溝道108的接合處上升， 因此，減少了碰撞離子化和隨之由電場產生的柵極電流。
以這種方式減小電場強度還有利于改善JFET的擊穿電壓特性。由于最 大的電場出現在P溝道108和漏區106的接合處，植入物112的厚度最好是等 于或大于溝道108的深度，以對所述的接合處的電場強度的減小產生最大的影
響。應該注意，其它因素也會影響裝置的擊穿電壓特性，這些因素包括柵極、 溝道和漏區的摻雜濃度、漏區的形狀/外形。
頂柵層的寬度尺寸較佳的是要制作成能在最靠近漏區的頂柵層的側邊 界與漏區(和/或最靠近源區的頂柵層的側邊界與源區)之間留一間隙，且植 入物植入所述的間隙中。這樣做增加了植入物的有效性。
圖3中示出了這種技術。最靠近漏區106的頂柵層110的側邊界120 從漏極被拉回，以形成間隙122。植入物112植入間隙122中。雖然通過本發 明的植入物使得擊穿特性得到一些改善，但如圖3所示，形成間隙并把植入物 植入該間隙內才會得到最佳的效果。間隙的合適寬度約為l-3pm。在所述的間 隙內的植入物一般把漏(源)區的寬度延伸約lpm。
如上所述，本發明的植入物使漏區朝源區延伸、使源區朝漏區延伸， 或者同時使漏區和源區延伸，而植入物最佳地用來使最高電壓存在的區域延 伸。在如圖4所示的一示范性的實施例中，源區被延伸。在此，植入一P型植 入物130，以致于使該植入物與源區104接觸并使源區104朝漏區106的延伸。 植入物130的作用是減小了電場強度，而在給定源極電壓的情況下，電場強度 又在源區104和P型溝道108的接合處上升，因此，減小碰撞離子化和隨之由 電場產生的柵極電流。在上述關于圖3的描述中，最靠近源區104的頂柵層110 的側邊界132最好是被拉回，以形成間隙134，把植入物130植入所述的間隙 134中。
如圖5所示，也可以植入植入物，以使漏區和源區都延伸。在此，頂柵層110 的寬度尺寸要制作成在頂柵層的側邊界144和146與源區和漏區之間分別形成間隙 140和142。在分別給定漏極和源極電壓的情況下，這種設置分別減小了漏極/溝道和 源極/溝道的接合處的電場的電場強度，因此，減小了兩個接合處的碰撞離子化，以 及隨后由電場產生的柵極電流。
盡管在圖2-圖5中示出了 P型JFET，本發明還等同地適用于N型JFET。 圖6所示為本發明的N型JFET的一個可能的實施例。在此，所述的JFET由一 P型底柵層150制成，一N+源區154和一N+漏區156凹入P型層150的表面中。 一N型層158凹入源區與漏區之間的P型層150的表面中，以及一P型頂柵層 160凹入在源區與漏區之間的N型層158的表面中。N型層158設在頂柵層160
的正下方，并作為一N型溝道，穿過該溝道，電流在源區和漏區之間流動。把
最靠近漏區156的頂柵層160的側邊界162從漏極拉回，以形成間隙164。 N 型植入物166植入間隙164中，以致于使它與漏區156接觸并使漏區156朝源 區154延伸。如上所述，為得到最佳的效果，植入物166的厚度最好是等于或 大于溝道158的深度。
植入物的摻雜濃度會影響電場，因此，優化了摻雜濃度的柵極電流將 得到降低強度的電場。對于P型植入物，合適的慘雜物包括硼(Bll或BF。、 鋁或者銦；而對N型植入物，合適的慘雜物包括磷、砷或者銻。
帶有本文所描述的植入物的JFET能用熟悉IC加工技術的技術人員公 知的方式來制作，而對于植入物，需要另外執行一個附加的掩蔽步驟和一個附 加的植入步驟。
把植入物植入的另一種可能是植入物與用于形成超P雙極晶體管的基 區植入物合并，所述基區植入物使用的是基區植入物需要的摻雜濃度。在此， 掩模可用來打開本發明的植入物的間隙，接著使用一個步驟將基區植入物和本 發明的植入物植入所述的間隙中。
圖7所示為IC的一個可能的實施例，其中，使用了一個步驟把基區的 植入物和本發明的植入物都植入。如圖所示，一 JFET170由一N型底柵層172 形成，源區173和漏區174凹入層172中，一P型溝道層175凹入源區和漏區 之間的層172中，以及一頂柵層176凹入源極和漏極之間的層175中。根據本 發明，還提供了如上所述的一P型植入物177，它使漏區174朝源區173延伸。
在同一基質上制成NPN超P晶體管182， 一P型基區184植入N型層 172中，一 N+發射區186凹入基區184中，以及一 N+集電區188凹入N型層 172中。由于JFET的P型植入物177和超P晶體管的基區兩個都是P型植入 物，故它們兩個都可以用相同的植入步驟來植入。
需要注意的是，盡管合并制作JFET和超P晶體管是有利的，但植入 超e晶體管所要求的不同的摻雜濃度的本發明的植入物能得到更佳的柵極電 流和擊穿電壓特性。
本文中所描述的本發明的實施例都是示范性的，還能輕易構思并得到 本發明的多種改型、變化和重排，以實現與本發明基本等同的效果，但是，所
有上述這些都涵蓋在本發明隨附的權利要求書中所限定的精神和范圍之內。
權利要求
1、一種結型場效應晶體管(JFET)，其包括一摻雜以具有第一極性的底柵層；一摻雜以具有與所述底柵層的極性相反的第二極性的源區，其凹入所述底柵層的頂面中；一所述第二極性的漏區，其凹入所述的底柵層的頂面中并與所述的源區隔開；一所述第二極性的溝道層，其凹入在所述的源區與漏區之間的所述底柵層的頂面中；一所述第一極性的頂柵層，其凹入在所述源區與漏區之間的所述溝道層的頂面中；一所述第二極性的植入物，植入所述的植入物，以致于使所述的植入物與所述的漏區和/或源區接觸并分別使所述的漏區和/或源區朝所述的源區和/或漏區延伸，這樣，所述的植入物減小了電場強度，而在給定漏極和/或源極電壓的情況下，電場強度又在所述的漏區和/或源區與所述的溝道層的接合處上升。
2、 如權利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的頂柵層的寬度尺寸要 制作成為每一植入物提供各自在頂柵層的側邊界與所述的漏區和/或源區之間 的間隙，而每一植入物分別植入各自的一間隙。
3、 如權利要求l所述的JFET，其特征在于，所述的JFET這樣配置，以致 于所述的植入物的厚度等于或大于所述的溝道層的深度。
4、 如權利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的頂柵層的寬度尺寸要 制作成在最靠近所述漏區的所述頂柵層的側邊界與所述的漏區之間留一間隙， 且所述的植入物植入所述的間隙中，以致于使所述的植入物與所述的漏區接觸 并使所述的漏區朝所述源區延伸，這樣，所述的的植入物減小了電場強度，而 在給定漏極電壓的情況下，電場強度又在所述漏極與所述溝道層的接合處上 升。
5、 如權利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的頂柵層的寬度尺寸要 制作成在最靠近所述源區的所述頂柵層的側邊界與所述的源區之間留一間隙， 且所述的植入物植入所述的間隙中，以致于使所述的植入物與所述的源區接觸 并使所述的源區朝所述的漏區延伸，這樣，所述的植入物減小了電場強度，而 在給定源極電壓的情況下，電場強度又在所述源極和所述溝道層的接合處上 升。
6、 如權利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的頂柵層的寬度尺寸要 制作成在最靠近所述源區的所述頂柵層的側邊界與所述的源區之間留有一第 一間隙，以及在最靠近所述的漏區的頂柵層的側邊界與所述的漏區之間留有一 第二間隙，且所述的第一植入物和第二植入物分別植入所述的第一和第二間隙 中，以致于使所述的第一植入物與所述的源區接觸并使所述的源區朝著所述的 漏區延伸，而所述的第二植入物與所述的漏區接觸并使所述的漏區朝著所述的 源區延伸，這樣，所述的植入物減小了電場強度，而在給定漏極電壓的情況下， 電場強度又在所述的漏極和所述的溝道層的接合處上升，而在給定源極電壓的 情況下，電場強度又在所述源極和所述溝道層的接合處上升。
7、 如權利要求l所述的JFET，其特征在于，所述的JFET進一步包括 至少一個在所述的底柵層上制成的超P雙極晶體管，所述的超P雙極晶體管包括一具有給定的摻雜濃度的基區植入物；第二極性的所述的植入物具有與所述的基區植入物相同的摻雜濃度，因 此，所述的基區植入物和所述的第二極性的植入物能夠用一個植入步驟植入。
8、 如權利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的JFET是一P型JFET， 其中-所述的底柵層是一N型層； 所述的源區和漏區是P+區； 所述的頂柵層是一N型層； 所述的溝道層是一P型層；以及所述的植入物是一 p型植入物。
9、 如權利要求8所述的JFET，其特征在于，所述的P型植入物包括硼、 鋁或銦。
10、 如權利要求1所述的JFET，其特征在于，所述的JFET是一N型JFET， 其中，所述的底柵層是一P型層； 所述的源區和漏區是N+區；所述的頂柵層是一P型層； 所述的溝道層是一N型層；以及 所述的植入物是一 N型植入物。
11、 如權利要求IO所述的JFET，其特征在于，所述的N型植入物包括磷、 砷或銻。
12、 如權利要求l所述的JFET，其特征在于，所述的每一植入物分別使所 述的漏區和/或所述的源區朝所述的源區和/或所述的漏區延伸約1 4 m。
13、 一種P型結場效應晶體管(JFET)，其包括 一N型底柵層；一P+源區，其凹入所述的N型層的頂面中；一P+漏區，其凹入所述的N型層的頂面中，并與所述的源區隔開； 一P型溝道層，其凹入在所述的源區和漏區之間的所述的N型層的頂面中；一 N型頂柵層，其凹入所述的源區和漏區之間的所述的P型溝道層的頂面中，以及頂柵層的寬度尺寸制成在最靠近所述漏區的所述的頂柵層的側邊界與所述的漏區之間留一間隙；以及一P型植入物，其植入所述的間隙內，以致于使所述的植入物與所述的漏 區接觸并使所述的漏區朝所述的源區延伸，而植入物的厚度等于或大于所述的 P型溝道層的深度，這樣，所述的植入物減小了電場強度，而在給定漏極電壓 的情況下，電場強度又在所述的漏極與所述P型溝道的接合處上升。
14、 一種N型結場效應晶體管(JFET)，其包括一P型底柵層；一N+源區，其凹入所述的P型層的頂面；一 N+漏區，其凹入所述的P型層的頂面并與所述的源區隔開； 一 N型溝道層，其凹入在所述源區和漏區之間的所述P型層的頂面； 一 P型頂柵層，其凹入在所述的源區和漏區之間的所述的N型溝道層的頂 面中，以及P型頂柵層的寬度尺寸制成在最靠近所述漏區的所述頂柵層的側邊界與所述的漏區之間留一間隙；以及一N型植入物，其植入所述的間隙中，以致于使所述的植入物與所述的漏 區接觸并使所述的漏區朝著所述的源區延伸，而所述的植入物的厚度等于或大 于所述的P型溝道層的深度，這樣，所述的植入物減小了電場強度，而在給定 漏極電壓的情況下，電場強度又在所述的漏極和所述N型溝道層的接合處上升。
15、 一種結型場效應管(JFET)的生產方法，該方法包括以下步驟 提供一摻雜以具有第一極性的底柵層；形成一摻雜以具有與所述的底柵層的極性相反的第二極性的源區，其凹入 所述底柵層的頂面中；形成一所述第二極性的漏區，其凹入在所述源區和漏區之間的所述的底柵 層的頂面中，并與所述的源區隔開；形成一第二極性的溝道層，其凹入在所述源區與漏區之間的所述底柵層的 頂面中；提供一所述第一極性的頂柵層，其凹入在所述的源區和漏區之間的所述溝 道層的頂面中；以及植入所述的第二極性的區，以致于所述的被植入的區與所述的漏區和/或 所述的源區接觸并使所述的漏區和/或源區朝所述的源區和/或漏區延伸，這 樣，所述的植入區減小了電場強度，而在給定漏極和/或源極電壓情況下，電 場強度又在所述的漏區和/或源區與所述的溝道層的接合處上升。
16、 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述的方法進一步包括以 下步驟-將所述的頂柵層的寬度尺寸制作成在頂柵層的側邊界與所述的漏區和/或 源區之間分別為每個所述的植入物留有間隙，每個所述的植入物植入各自的一 個間隙中。
17、 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述的植入物的厚度等于 或大于所述的溝道層的深度。
18、 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述的方法進一步包括以 下步驟在所述的底柵層上制成至少一個超P雙極晶體管；以及 植入超P晶體管的基區和所述的第二極性的植入物以一個步驟植入。
19、 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述的JFET是P型JFET，其中所述的底柵層是一N型層；所述的源區和漏區是P+區；所述的頂柵層是一N型層；所述的溝道層是一P型層；以及所述的植入物是一 p型植入物。
20、 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述的JFET是N型JFET，其中所述的底柵層是一P型層； 所述的源區和漏極區是N+區； 所述的頂柵層是一P型層； 所述的溝道層是一N型層；以及 所述的植入物是一 N型植入物。
全文摘要
本發明提供一種JFET，其在制作過程中接納一附加的植入物，所述的植入物使JFET的漏極朝它的源區延伸，和/或使它的源極朝它的漏區延伸。這樣，所述的植入物減小了電場強度，而在給定漏極和/或源極電壓的情況下，電場強度又在漏極/溝道(和/或源極/溝道)的接合處上升，因此，減小了柵極電流和與電場有關的擊穿問題的嚴重性。JFET的柵極層的寬度尺寸最好是制成分別為每個植入物在柵極層的側邊界與漏區和/或源區之間留有間隙，每個植入物分別植入各自的間隙中。
文檔編號H01L29/08GK101366123SQ200680051942
公開日2009年2月11日 申請日期2006年12月18日 優先權日2005年12月22日
發明者C·威爾遜, D·鮑爾斯, G·K·塞斯特拉 申請人:模擬設備股份有限公司