[发明专利]结型场效应晶体管及其制作方法

说明书

一种结型场效应晶体管包括N型衬底、N型外延层、在N型外延层中形成的埋层式的P型栅极区域、介质层、栅极金属、源极金属、及漏极金属，P型栅极区域包括第一部分、第二部分及第三部分，第一部分的平面形状为矩形环图案，第一部分还贯穿N型外延层并延伸至P型外延层表面，第二部分的平面形状为位于第一部分的环形之中且沿矩形环的长度方向延伸的多个条状图案，第二部分还贯穿N型外延层并延伸至P型外延层表面，第三部分的平面形状为矩形图案，第三部分位于N型外延层表面及第二部分表面，矩形图案连接于第一部分的矩形环的两个长边之间且覆盖第二部分的中央区域及其第二部分的多个条形图案之间的N型外延层。

【技术领域】

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，特别地，涉及一种结型场效应晶体管及其制作方法。

【背景技术】

结型场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，JFET)是由p-n结栅极(G)与源极(S)和漏极(D)构成的一种具有放大功能的三端有源器件。其工作原理就是通过电压改变沟道的导电性来实现对输出电流的控制。

对于结型场效应晶体管，按照工作原理来划分，JFET主要可分为增强型和耗尽型两种类型的JFET器件，但最常见到的是耗尽型JFET(D-JFET)，即在0栅偏压时就存在有沟道的JFET。

JFET导电的沟道在体内。耗尽型和增强型这两种晶体管在工艺和结构上的差别主要在于其沟道区的掺杂浓度和厚度。耗尽型JFET的沟道的掺杂浓度较高、厚度较大，以致于栅pn结的内建电压不能把沟道完全耗尽；而增强型JFET的沟道的掺杂浓度较低、厚度较小，则栅pn结的内建电压即可把沟道完全耗尽。

对于耗尽型的JFET，在平衡时(不加电压)时，沟道电阻最小；电压Vds和Vgs都可改变栅p-n结势垒的宽度，并因此改变沟道的长度和厚度(栅极电压使沟道厚度均匀变化，源漏电压使沟道厚度不均匀变化)，使沟道电阻变化，从而导致Ids变化，以实现对输入信号的放大。

JFET主要有两个应用领域，一个是作为恒流源或者压控可变电阻，通常用在集成电路当中。而另外一个领域，它主要用来做信号的放大，如用于音频信号放大的JFET。其中，音频放大用的JFET的一个很重要的特征就是其放大能力，很小的栅压变化即可带来源漏电流的大幅变化。这种结构的JFET，其导电沟道极为狭窄，其典型的制作工艺流程依次为：P型硅衬底上进行N型光刻注入，N型炉管推进形成N型阱区、进行P型栅极区域的光刻注入，P型栅极区域的炉管推进。N型源漏区域光刻注入，P型高掺杂区光刻注入，介质层生长，接触孔光刻刻蚀，金属层淀积，金属层光刻刻蚀，背面减薄，背面金属化，完成器件制作。

然而，在上述制作流程中，下面的步骤对器件性能的影响最大：

在P型硅衬底上光刻注入形成N型阱区，炉管高温推进，推进完成后，N型阱区结深大约在2-5um左右。在N型阱区内注入P型杂质形成P型栅极区域，炉管高温推进，因为P型杂质浓度高于N型阱区杂质浓度，在推进过程中，P型栅极区域推进速度快于N型阱区。

推进完后，N型阱区结深大概在3-6um，而P型栅极区域结深大约在2.5-5.5um，中间仅仅留下0.5um左右的导电沟道。这个导电沟道的宽度直接决定了这个JFET器件的饱和电流(Gate电压为0V时)和夹断电压Vp。

沟道的有效宽度受多个因素决定：

1.P型衬底掺杂浓度影响N型阱区的结深；

2.N型阱区的注入剂量波动、N型阱区的推进温度波动影响N型阱区的结深；

3.P型栅极区域的注入剂量波动影响P型栅极区域结深；

4.P型栅极区域推进温度波动同时影响型阱区及P型栅极区域结深。