結場效晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是有關于一種半導體結構，且特別是有關于一種結場效晶體管。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的發展，一種結場效晶體管(Junct1n Field EffectTransistor, JFET)已廣泛應用于各式電子產品中。
[0003]在結場效晶體管中，漏極與源極之間形成一通道。柵極位于通道的兩側。透過柵極的電壓來控制空乏區的大小，以使通道產生夾止現象(Pitch off)，進而控制通道的開關。
[0004]結場效晶體管可以用來作為恒流二極管或者定值電阻。或者，結場效晶體管也可在低頻和高頻中被用來調節訊號電壓。
[0005]由于高壓半導體技術的發展，更發展出一種高壓結場效晶體管。目前研究人員努力改善高壓結場效晶體管的效能。
【發明內容】
[0006]根據一實施例，公開一種結場效晶體管，其包括一第一摻雜區與一第二摻雜區。第一摻雜區包括一源極與一漏極。第二摻雜區包括一柵極，并與第一摻雜區之間具有一 U形的PN結位于源極與漏極之間。
[0007]根據另一實施例，公開一種結場效晶體管，其包括一第一摻雜區與一第二摻雜區。第一摻雜區包括一源極、一漏極、與源極與漏極之間的一通道區。第二摻雜區包括一柵極，且導電型相反于第一摻雜區。第二摻雜區與通道區之間的一 PN結是淺于源極的一下表面。
[0008]根據又另一實施例，公開一種結場效晶體管，其包括一第一阱、一漏極、一第二阱、一源極、與一通道區。漏極位于第一阱中。源極位于第二阱中。通道區位于第二阱中。厚度小于源極的通道區是鄰接在源極與第一阱之間。源極位于通道區與柵極之間。
【附圖說明】
[0009]圖1A繪示根據一實施例的結場效晶體管的剖面圖。
[0010]圖1B繪示根據一實施例中，結場效晶體管的通道區附近的放大圖。
[0011]圖2至圖4為根據一實施例的結場效晶體管的電性曲線。
[0012]圖5A至圖5J繪示根據一實施例的結場效晶體管的制造流程。
[0013]【符號說明】
[0014]102:第一摻雜區
[0015]104:第二摻雜區
[0016]106:第一阱
[0017]108:漏極
[0018]110:通道區
[0019]112:源極
[0020]114:第二阱
[0021]116:柵極
[0022]118:PN 結
[0023]120:PN 結
[0024]122:下表面
[0025]124:上表面
[0026]126:埋藏層
[0027]128:半導體基底
[0028]130:第三阱
[0029]132:重摻雜區
[0030]134:第一頂摻雜層
[0031]136:第二頂摻雜層
[0032]138:絕緣結構
[0033]140、142、144、146:導電接觸
[0034]148:基底
[0035]150:外延層
[0036]T1、T2:厚度
【具體實施方式】
[0037]圖1Α繪示根據一實施例的結場效晶體管(Junct1n Field Effect Transistor,JFET)的剖面圖，其包括第一摻雜區102與第二摻雜區104。第一摻雜區102包括第一阱106、第一阱106上的漏極108、鄰接第一阱106的通道區110、與鄰接通道區110的源極112，其皆具有第一導電型例如N導電型。第二摻雜區104包括第二阱114、與第二阱114上的柵極116，其皆具有相反于第一導電型的第二導電型例如P導電型。如圖所示，第一摻雜區102的源極112與通道區110位于第二摻雜區104的第二阱114上。
[0038]請參照圖1B，其繪示圖1A中通道區110附近的放大圖。實施例中，第一阱106、通道區110、源極112與第二阱114之間具有凹口向下的U形PN結118，其包括第二阱114與通道區110之間實質上水平的PN結120。其中PN結120是淺于源極112的下表面122。或者，第二阱114與通道區110之間的PN結120是介于源極112的下表面122與上表面124之間。通道區110的厚度T1小于源極112的厚度T2。
[0039]請參照圖1A，埋藏層126可位第一阱106與半導體基底128之間。埋藏層126可具有第一導電型例如N導電型。第三阱130可位于半導體基底128上。重摻雜區132可位于第三阱130上。半導體基底128、第三阱130、與重摻雜區132可具有第二導電型例如P導電型。第一頂摻雜層134可位于漏極108與通道區110之間的第一阱106上。第二頂摻雜層136可位于導電型相反的第一頂摻雜層134上。一實施例中，第一頂摻雜層134具有第二導電型例如P導電型。第二頂摻雜層136具有第一導電型例如N導電型。絕緣結構138可位于漏極108與通道區110之間的第二頂摻雜層136上、源極112與柵極116之間的第二阱114上、與柵極116及重摻雜區132之間、或其他合適的區域。
[0040]結場效晶體管的操作方法可包括以下步驟。透過導電接觸140、142、144施加電壓至漏極108、源極112與柵極116，藉此在第二阱114與通道區110之間產生空乏區，而改變通道區110中能讓載子(例如電子)流通的厚度。舉例來說，施加的電壓是造成偏壓Vds與偏壓Vgd，并控制偏壓來夾止通道區110。基底偏壓亦可透過導電接觸146施加電壓予以控制。
[0041]圖2至圖4為根據一實施例的結場效晶體管的電性曲線。其中顯示結場效晶體管的夾止電壓(Vpinch)為IV(圖2);漏極電壓(Vd)為200V時，漏極電流(Id)為6mA(圖3);且崩潰電壓為590V。實施例中，結場效晶體管可應用至超高壓(300V?1000V)裝置。
[0042]圖5A至圖5J繪示根據一實施例，如圖1A所示的結場效晶體管的制造流程。
[0043]請參照圖5A，于基底148中形成埋藏層126。基底148可包括硅基底、絕緣層上覆硅、或其他適合的基底材料。埋藏層126可以摻雜基底148的方式形成，并可對埋藏層126進行熱擴散步驟。
[0044]請參照圖5B，形成外延層150于基底148與埋藏層126上。半導體基底128包括基底148與外延層150。
[0045]請參照圖5C，形成第一阱106在半導體基底128中。第一阱106可以摻雜的方式形成，并可對第一阱106進行熱擴散步驟。
[0046]請參照圖5D，形成第二阱114在第一阱106中。此外，形成第三阱130在半導體基底128中。第二阱114與第三阱130可以摻雜的方式形成，并可對其進行熱擴散步驟。一實施例中，相同第二導電型的第二阱114與第三阱130，其是通過黃光光刻工藝所形成的單一個光刻膠掩模同時形成。其他實施例中，第二講114與第三講130亦可以不同的摻雜工藝分開形成。
[0047]請參照圖5E，可以摻雜的方式形成第一頂摻雜層134于第一阱106中。
[0048]請參照圖5F，可以摻雜的方式形成第二頂摻雜層136于第一頂摻雜層134中。
[0049]請參照圖5G，可以摻雜的方式形成通道區110于第二阱114中。
[0050]請參照圖5H，形成絕緣結構138于半導體基底128上。一實施例中，絕緣結構138為場氧化物(F0X)。
[0051]請參照圖51，形成漏極108于第一阱106中。此外，形成源極112于第二阱114中。一實施例中，相同第一導電型的重摻雜漏極108與源極112,其是通過黃光光刻工藝所形成的單一個光刻膠掩模同時形成。
[0052]請參照圖5J，形成柵極116于第二阱114中。此外，形成重摻雜區132于第三阱130中。一實施例中，相同第二導電型的重摻雜柵極116與重摻雜區132，其是通過黃光光刻工藝所形成的單一個光刻膠掩模同時形成。其他實施例中，柵極116與重摻雜區132亦可以不同的摻雜工藝分開形成。
[0053]請參照圖1A，形成導電接觸140、142、144、146，其分別電性連接至摻雜元件包括漏極108、源極112、柵極116、與重摻雜區132。實施例中，導電接觸140、142、144、146為導電性佳，而能與漏極108、源極112、柵極116、與重摻雜區132之間形成歐姆接觸的導電元件，可包括金屬硅化物接觸、穿過層間介電層的金屬插塞、與形成在層間介電層上的各階層金屬層(例如第一階層金屬層Ml、第二階層金屬層M2等)，以使各摻雜元件電性連接至外部或其他裝置。
[0054]本公開并不限于以上利用圖示說明的實施方式，亦可根據實際需求或其他的設計適當地調變。一些實施例中，通道區110可在絕緣結構138之后形成，且通道區110亦可利用絕緣結構138作為摻雜掩模。各元件的摻雜步驟也可不限于上述公開的順序。舉例來說，源極112與漏極108可在柵極116與重摻雜區132之后形成。絕緣結構138亦可使用淺溝道、深溝道、或其他合適的介電結構。
[0055]以上雖以N型通道的結場效晶體管作為公開例，然其概念亦可應用至P型通道裝置。
[0056]綜上所述，雖然本發明已以實施例公開如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視隨附的權利要求范圍所界定的為準。
【主權項】
1.一種結場效晶體管(Junct1n Field Effect Transistor, JFET),包括: 一第一摻雜區，包括一源極與一漏極；以及 一第二摻雜區，包括一柵極，并與該第一摻雜區之間具有一 U形的PN結位于該源極與該漏極之間。2.根據權利要求1所述的結場效晶體管，其中該第一摻雜區與該第二摻雜區之間的該PN結具有凹口朝向該第二摻雜區的U形狀。3.根據權利要求1所述的結場效晶體管，其中該第一摻雜區更包括一第一阱與一通道區，該第二摻雜區更包括一第二阱，該U形的PN結為該第一阱、該通道區、該源極與該第二阱之間的界面。4.根據權利要求3所述的結場效晶體管，其中該漏極、該第一阱、該通道區與該源極具有一第一導電型，該柵極與該第二講具有相反于該第一導電型的一第二導電型，該漏極形成在該第一阱中，該柵極形成在該第二阱中。5.根據權利要求1所述的結場效晶體管，更包括: 一埋藏層，位于該第一摻雜區與該第二摻雜區的下方； 一絕緣結構，位于該源極與該漏極之間的該第一摻雜區上，及/或位于該源極與該柵極之間的該第二摻雜區上； 一第一頂摻雜層，位于該源極與該漏極之間；以及 一第二頂摻雜層，其位于導電型相反的該第一頂摻雜層上。6.—種結場效晶體管，包括: 一第一摻雜區，包括一源極、一漏極、與該源極與該漏極之間的一通道區；以及 一第二摻雜區，包括一柵極，且導電型相反于該第一摻雜區，該第二摻雜區與該通道區之間的一 PN結是淺于該源極的一下表面。7.根據權利要求6所述的結場效晶體管，其中該第二摻雜區與該通道區之間的該PN結是介于該源極的該下表面與一上表面之間。8.根據權利要求6所述的結場效晶體管，其中該第一摻雜區更包括該漏極形成于其中的一第一阱，該通道區鄰接在該第一阱與該源極之間，該第二摻雜區更包括該柵極形成于其中的一第二阱，該通道區位于該第二阱上。9.根據權利要求6所述的結場效晶體管，其中該PN結為該通道區與該第二阱之間的一界面。10.一種結場效晶體管，包括: 一第一阱； 一漏極，于該第一講中； 一第二阱； 一源極，于該第二阱中；以及 一通道區，于該第二阱中，其中厚度小于該源極的該通道區是鄰接在該源極與該第一阱之間，該源極位于該通道區與該柵極之間。
【專利摘要】本發明公開了一種結場效晶體管，其包括一第一摻雜區與一第二摻雜區。第一摻雜區包括一源極與一漏極。第二摻雜區包括一柵極，并與第一摻雜區之間具有一U形的PN結位于源極與漏極之間。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/808
【公開號】CN105322023
【申請號】CN201410255076
【發明人】詹景琳, 林正基
【申請人】旺宏電子股份有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年6月10日