[发明专利]具有超突变结的结型场效应管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构，尤其是涉及具有超突变结的结型场效应管(JFET)及其制造方法和操作方法。

背景技术

本发明涉及半导体结构，尤其是涉及具有超突变结的结型场效应管(JFET)及其制造方法和操作方法。

固态功率放大器因尺寸紧凑且容易整合到半导体电路组件中而有其优势。不幸地，制造现今的半导体功率放大器的方法，除了用于典型的半导体互补金属氧化物半导体(CMOS)器件或其变体的常用半导体处理步骤外，还需要专属于功率放大器器件的半导体衬底或许多处理步骤。

举例而言，通过砷化镓(GaAs)技术构建高端功率放大器，其需要GaAs衬底以及与基于硅的CMOS技术不兼容的专属处理步骤。结果使得利用GaAs技术的功率放大器倾向于高成本。通过为高电压功率应用而开发的改良的硅锗双极互补金属氧化物半导体(SiGe BiCMOS)技术来构建中等范围的功率放大器构。即使是改良的SiGe BiCMOS技术也倾向于增加与启用功率放大器相关的成本。在标准CMOS技术中启用功率放大器还倾向于引入许多新的处理步骤及器件改良，以适应功率放大器所需的高电压，因此也增加了用于功率放大器的制造成本。

结型场效应管(JFET)是这样的半导体器件，其源极和漏极间的电流受施加到结栅极端子或“栅极”的电压控制。不像金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，结型场效应管JFET的栅极并未与源极和漏极绝缘。反而晶体管的主体和晶体管的栅极形成反偏pn结，其耗尽区位于栅极和主体两者中。因此，JFET是具有高输入阻抗的耗尽型器件。输入信号典型以电压输入的形式供应到栅极。输出为源极和漏极间的电流，其通过栅极处的输入电压来调制。

典型的JFET包括以第一导电类型(例如p型或n型)的掺杂剂重掺杂的源极和漏极，其峰值掺杂剂浓度典型在约1.0x10²⁰/cm³至约3.0x10²¹/cm³的范围内。JFET的主体也掺杂有第一导电类型的掺杂剂，其掺杂剂浓度典型在约1.0x10¹⁷/cm³至约1.0x10¹⁹/cm³的范围内。在主体内沿pn结边界形成沟道。位于主体上且与源极和漏极分隔的栅极，用与第一导电类型相反类型的第二导电类型的掺杂剂重掺杂，其峰值掺杂剂浓度典型在约1.0x10²⁰/cm³至约3.0x10²¹/cm³的范围内。电压偏置被施加到栅极接触和主体接触之间，以在栅极和主体间形成反偏pn结。栅极接触和主体接触分别直接接触栅极和主体，且典型为金属半导体合金。

在电路层级，JFET栅极呈现小的电流负载，其为栅极至沟道结的反偏漏电流。JFET的电流负载(即栅极电流)高于典型MOSFET的电流负载，因为MOSFET具有例如在微微安培(picoamperes)范围的极低的栅极电流，这是由于栅极和沟道间的绝缘体，即栅极电介质所引起。然而，典型JFET的栅极电流远低于典型双极结型晶体管(BJT)的基极电流，并且典型JFET的跨导高于典型MOSFET的跨导，使得可以处理较大的电流。因此，JFET用于高输入阻抗线性放大器电路中。还公知使用JFET作为功率半导体电路的开关。

虽然需要JFET的功率放大器特性，然而以类似于其它试图将功率放大器并入到标准半导体技术的方式将现有技术的JFET整合到标准CMOS工艺集成方案会添加许多处理步骤。

因此，需要这样的半导体结构，其提供功率放大，与标准CMOS技术相兼容，且需要最少数目的额外处理步骤，并需要上述结构的制造方法。

具体而言，需要与标准CMOS技术兼容的JFET结构和在增加最少的处理成本的情况下制造上述结构的方法。

发明内容

本发明通过利用其制造成本增加最少的常规CMOS处理步骤提供用 于提供功率放大的半导体结构而满足了上述需要。