一種低電容jfet器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種低電容JFET器件及其制造方法。本發(fā)明所述的低電容JFET器件，包括p型半導(dǎo)體材料襯底、覆蓋于襯底表面的n型外延層、外延層中的第一p區(qū)及第二p區(qū)、外延層中的第一n型半導(dǎo)體區(qū)、第二n型半導(dǎo)體區(qū)與第二p區(qū)之間的氧化層介質(zhì)槽以及器件表面的金屬柵電極、源電極、漏電極。本發(fā)明的有益效果為，可以明顯降低JFET器件的輸入電容從而提升探測(cè)器的靈敏度，同時(shí)還可以降低JFET器件的泄漏電流。本發(fā)明尤其適用于低電容JFET器件。
【專利說(shuō)明】一種低電容JFET器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種低電容JFET器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]JFET (junction field effect transistor,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)是通過(guò)外加?xùn)艠O電壓來(lái)改變柵Pn結(jié)空間電荷區(qū)的寬度，從而控制溝道導(dǎo)電能力的一種多子導(dǎo)電場(chǎng)效應(yīng)器件。因其導(dǎo)電過(guò)程發(fā)生在半導(dǎo)體材料的體內(nèi)，JFET具有噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而JFET廣泛應(yīng)用于小信號(hào)放大器中，尤其在檢測(cè)、探測(cè)領(lǐng)域中對(duì)微小信號(hào)的高精度放大發(fā)揮著重要作用。應(yīng)用在探測(cè)領(lǐng)域的JFET要求具有較低的柵-源電容，以便識(shí)別出微小信號(hào)(V=Q/C)，同時(shí)受米勒效應(yīng)的影響JFET的柵-漏電容將反饋到輸入端從而增大輸入電容，因而JFET的柵-漏電容也應(yīng)較小以使得JFET總的輸入電容最小化。常規(guī)JFET的輸入電容主要取決于其柵-源Pn結(jié)、柵-漏pn結(jié)的結(jié)電容，結(jié)電容通常較大，限制了 JFET對(duì)微小信號(hào)探測(cè)的分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)目前的JFET器件柵-源輸入電容較大的問(wèn)題，提出一種新型的低電容JFET及其制造方法。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種低電容JFET器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括依次層疊設(shè)置的備用柵電極12、p型半導(dǎo)體襯底l、n型外延層2和場(chǎng)氧化層3，所述η型外延層2的兩端設(shè)置有第一 P區(qū)4，在η型外延層2中設(shè)置有第二 ρ區(qū)5、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7，所述第二 ρ區(qū)5位于第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間，在場(chǎng)氧化層3的上表面分別設(shè)置有源極9、漏極10和柵極11，所述源極9通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的開(kāi)孔與第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6的上表面連接，所述漏極10通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的開(kāi)孔與第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7的上表面連接，所述柵極11通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的開(kāi)孔與第二 P區(qū)5的上表面連接；其特征在于，在第二 P區(qū)5、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間通過(guò)介質(zhì)8連接。
[0005]具體的，所述介質(zhì)8為二氧化硅。
[0006]一種低電容JFET器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]第一步:選擇片厚400?450 μ m，襯底電阻率0.5?1.5 Ω.αικ外延層厚度3.7?4.5 μ m、外延層方塊電阻的電阻率1500?2250 Ω / □的外延娃片,所述外延娃片為在ρ型半導(dǎo)體襯底I上表面外延η型外延層2，打標(biāo)清洗、烘干后待用；
[0008]第二步:將第一步中得到的硅片進(jìn)行硅片表面生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層3處理，進(jìn)行第一次光刻，具體為隔離區(qū)第一 P區(qū)4的光刻，所述第一 ρ區(qū)4位于η型外延層2的兩端，然后進(jìn)行隔離區(qū)的硼擴(kuò)散，擴(kuò)散條件為:預(yù)淀積溫度960°C?990°C、時(shí)間40?60min，再分布溫度1120。。?1180°C、時(shí)間干-濕-干 20min-45min-20min ；
[0009]第三步:進(jìn)行第二次光刻，然后在η型外延層2中進(jìn)行第二 ρ區(qū)5的硼擴(kuò)散，擴(kuò)散條件為:預(yù)淀積溫度950°C?975°C、時(shí)間20?30min，再分布溫度1030?1080°C、時(shí)間干 _ 濕 _ 干 10min-30min-10min、O2 流量為 700mL/min、N2 流量為 300mL/min ；
[0010]第四步:進(jìn)行第三次光刻，在硅片外延層中刻蝕槽，槽深0.8?1.5 μ m，并填充二氧化娃，娃片表面平坦化；
[0011]第五步:進(jìn)行第四次光刻，然后在η型外延層2中進(jìn)行第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7磷擴(kuò)散，第二 ρ區(qū)5位于第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間，第二 P區(qū)5、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間通過(guò)刻蝕槽中填充的二氧化娃連接，所述條件為:三氯氧磷預(yù)淀積溫度1000°C?1060°C, O2流量200mL/min, N2流量為700mL/min，時(shí)間20?30min，再分布條件為溫度1120°C?1180°C、時(shí)間干-濕-干10min-20min-10min、O2 流量為 SOOmT,/mi n.N2 流量為 700mT,/mi η ；
[0012]第六步:進(jìn)行第五次光刻，在場(chǎng)氧化層3上表面刻蝕出接觸孔，；
[0013]第七步:進(jìn)行金屬蒸發(fā)、第六次光刻和反刻鋁，在場(chǎng)氧化層3的上表面分別生成源極9、漏極10和柵極11，所述源極9通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的接觸孔與第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6的上表面連接，所述漏極10通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的接觸孔與第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7的上表面連接，所述柵極11通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的接觸孔與第二 ρ區(qū)5的上表面連接；
[0014]第八步:合金，條件:爐溫550°C、真空度10_3Pa、時(shí)間10?30min，鈍化；
[0015]第九步:進(jìn)行第七次光刻，刻蝕出壓焊點(diǎn)；
[0016]第十步:低溫退火，溫度500°C?510°C,恒溫IOmin ；
[0017]第十一步:硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測(cè)試。
[0018]本發(fā)明的有益效果為，可以明顯降低JFET器件的輸入電容從而提升探測(cè)器的靈敏度，同時(shí)還可以降低JFET器件的泄漏電流。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的低電容JFET器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的低電容JFET器件一次光刻掩模板示意圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明的低電容JFET器件二次光刻掩模板示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的低電容JFET器件三次光刻掩模板示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的低電容JFET器件四次光刻掩模板示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明的低容JFET器件五次光刻掩模板不意圖；
[0025]圖7是本發(fā)明的低電容JFET器件六次光刻掩模板示意圖；
[0026]圖8是本發(fā)明的低電容JFET器件七次光刻掩模板示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0028]JFET器件是通過(guò)柵極電壓控制器件導(dǎo)電溝道寬度從而控制漏極-源極電流的一種多子導(dǎo)電器件，使用時(shí)通常是在柵極-源極兩端輸入信號(hào)，在探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用中輸入信號(hào)通常是探測(cè)器上的電壓，為了實(shí)現(xiàn)較高的分辨率，JFET器件的輸入柵源電容需要盡可能的低以產(chǎn)生足夠大的輸入柵源電壓。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的一種低電容JFET器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括依次層疊設(shè)置的備用柵電極12、p型半導(dǎo)體襯底l、n型外延層2和場(chǎng)氧化層3，所述η型外延層2的兩端設(shè)置有第一 P區(qū)4，在η型外延層2中設(shè)置有第二 ρ區(qū)5、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7，所述第二 ρ區(qū)5位于第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間，在場(chǎng)氧化層3的上表面分別設(shè)置有源極9、漏極10和柵極11，所述源極9通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的開(kāi)孔與第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6的上表面連接，所述漏極10通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的開(kāi)孔與第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7的上表面連接，所述柵極11通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的開(kāi)孔與第二 ρ區(qū)5的上表面連接；其特征在于，在第二 P區(qū)5、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間通過(guò)介質(zhì)8連接。
[0030]本發(fā)明的工作原理為:常規(guī)JFET器件的輸入電容主要是柵極-源極之間的pn結(jié)勢(shì)壘電容以及由于米勒效應(yīng)反饋到輸入端的柵極-漏極pn結(jié)勢(shì)壘電容，因此想要降低JFET的輸入電容就需要降低其柵源、柵漏電容。本發(fā)明在JFET器件的源極與柵極之間、漏極與柵極之間的區(qū)域形成低k介質(zhì)槽，這樣JFET柵源、柵漏電容由pn結(jié)勢(shì)壘電容變?yōu)榈蚹介質(zhì)電容，低k介質(zhì)電容遠(yuǎn)小于pn結(jié)勢(shì)壘電容使得JFET器件的柵源、柵漏電容大大減小，從而減小JFET的輸入電容，提高了探測(cè)系統(tǒng)的靈敏度和分辨率。同時(shí)柵區(qū)與源區(qū)、漏區(qū)之間的介質(zhì)槽還能有效減小柵極與源極或漏極之間的反向漏電流。
[0031]該JFET器件既可以用ρ型半導(dǎo)體襯底、η型外延做成η溝道，也可使用η型襯底、P型外延做成P溝道。該JFET器件中形成的介質(zhì)槽中的介質(zhì)既可以是氧化層也可以是其他低k介質(zhì)材料。
[0032]一種低電容JFET器件的制造方法，包括以下步驟:
[0033]第一步:選擇片厚400?450 μ m，襯底電阻率0.5?1.5 Ω.αικ外延層厚度3.7?
4.5 μ m、外延層方塊電阻率1500?2250 Ω / □的外延娃片，所述外延娃片為在ρ型半導(dǎo)體襯底I上表面外延η型外延層2，打標(biāo)清洗、烘干后待用；
[0034]第二步:將第一步中得到的硅片進(jìn)行硅片表面生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層3處理，進(jìn)行第一次光刻，如圖2所示，具體為隔離區(qū)第一 ρ區(qū)4的光刻，所述第一 ρ區(qū)4位于η型外延層2的兩端，然后進(jìn)行隔離區(qū)的硼擴(kuò)散，擴(kuò)散條件為:預(yù)淀積溫度960°C?990°C、時(shí)間40?60min，再分布溫度1120°C?1180°C、時(shí)間干-濕-干20min-45min-20min;
[0035]第三步:進(jìn)行第二次光刻，如圖3所示，然后在η型外延層2中進(jìn)行第二 P區(qū)5的硼擴(kuò)散，擴(kuò)散條件為:預(yù)淀積溫度950°C?975°C、時(shí)間20?30min，再分布溫度1030?108CTC、時(shí)間干-濕-干 10min-30min-10min、O2 流量為 700mL/min、N2 流量為 300mL/min ；
[0036]第四步:進(jìn)行第三次光刻，如圖4所示，在硅片外延層中刻蝕槽，槽深0.8?
1.5 μ m,并填充二氧化娃,娃片表面平坦化；
[0037]第五步:進(jìn)行第四次光刻，如圖5所示，然后在η型外延層2中進(jìn)行第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7磷擴(kuò)散，第二 ρ區(qū)5位于第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間，第二 ρ區(qū)5、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7之間通過(guò)刻蝕槽中填充的二氧化硅漏極，所述條件為:三氯氧磷預(yù)淀積溫度1000°C?1060°C，02流量200mL/min，N2流量為700mL/min，時(shí)間20?30min，再分布條件為溫度11201:?11801:、時(shí)間干-濕-干10min-20min-10min、O2 流量為 SOOmT,/mi n.N2 流量為 700mT,/mi η ；
[0038]第六步:進(jìn)行第五次光刻，如圖6所示，在場(chǎng)氧化層3上表面刻蝕出接觸孔，；
[0039]第七步:進(jìn)行金屬蒸發(fā)、第六次光刻和反刻鋁，如圖7所示，在場(chǎng)氧化層3的上表面分別生成源極9、漏極10和柵極11，所述源極9通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的接觸孔與第一 η型半導(dǎo)體區(qū)6的上表面連接，所述漏極10通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的接觸孔與第二 η型半導(dǎo)體區(qū)7的上表面連接，所述柵極11通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層3的接觸孔與第二 ρ區(qū)5的上表面連接；
[0040]第八步:合金，條件:爐溫550°C、真空度10_3Pa、時(shí)間10?30min，鈍化；
[0041]第九步:進(jìn)行第七次光刻，如圖8所示，刻蝕出壓焊點(diǎn)；
[0042]第十步:低溫退火，溫度500°C?510°C，恒溫IOmin ；
[0043]第十一步:硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測(cè)試。
【權(quán)利要求】
1.一種低電容JFET器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括依次層疊設(shè)置的備用柵電極(12)、p型半導(dǎo)體襯底(I)、η型外延層(2)和場(chǎng)氧化層(3)，所述η型外延層(2)的兩端設(shè)置有第一 P區(qū)(4)，在η型外延層(2)中設(shè)置有第二 P區(qū)(5)、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)(7)，所述第二 P區(qū)(5)位于第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)(7)之間，在場(chǎng)氧化層(3)的上表面分別設(shè)置有源極(9)、漏極(10)和柵極(11)，所述源極(9)通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層(3)的開(kāi)孔與第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)的上表面連接，所述漏極(10)通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層(3)的開(kāi)孔與第二 η型半導(dǎo)體區(qū)(7)的上表面連接，所述柵極(11)通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層(3)的開(kāi)孔與第二 P區(qū)(5)的上表面連接；其特征在于，在第二 P區(qū)(5)、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)(7)之間通過(guò)介質(zhì)(8)連接。
2.一種低電容JFET器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:選擇片厚400~450 μ m，襯底電阻率0.5~1.5Ω.cm、外延層厚度3.7~`4.5 μ m、外延層方塊電阻的電阻率為1500~2250 Ω / □的外延娃片,所述外延娃片為在p型半導(dǎo)體襯底(I)上表面外延η型外延層(2)，打標(biāo)清洗、烘干后待用； 第二步:將第一步中得到的硅片進(jìn)行硅片表面生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層(3)處理，進(jìn)行第一次光亥IJ，具體為隔離區(qū)第一 P區(qū)(4)的光刻，所述第一 P區(qū)(4)位于η型外延層(2)的兩端，然后進(jìn)行隔離區(qū)的硼擴(kuò)散，擴(kuò)散條件為:預(yù)淀積溫度960°C~990°C、時(shí)間40~60min，再分布溫度 1120。。~1180°C、時(shí)間干-濕-干 20min-45min-20min ； 第三步:進(jìn)行第二次光刻，然后在η型外延層(2)中進(jìn)行第二 P區(qū)(5)的硼擴(kuò)散，擴(kuò)散條件為:預(yù)淀積溫度950°C~975°C、時(shí)間20~30min，再分布溫度1030~1080°C、時(shí)間干 _ 濕 _ 干 10min-30min-10min、O2 流量為 700mL/min、N2 流量為 300mL/min ； 第四步:進(jìn)行第三次光刻，`在硅片外延層中刻蝕槽，槽深0.8~1.5 μ m，并填充二氧化娃，娃片表面平坦化； 第五步:進(jìn)行第四次光刻，然后在η型外延層(2)中進(jìn)行第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)和第二η型半導(dǎo)體區(qū)(7)磷擴(kuò)散，第二 P區(qū)(5)位于第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)(7)之間，第二 P區(qū)(5)、第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)(7)之間通過(guò)刻蝕槽中填充的二氧化娃連接,所述條件為:三氯氧磷預(yù)淀積溫度100(TC~lOeOT^CVt^iSSOOmL/min,^流量為700mL/min，時(shí)間20~30min，再分布條件為溫度11201:~11801:、時(shí)間干-濕-干`10min-20min-10min、O2 流量為 SOOmT,/mi n.N2 流量為 700mT,/mi η ； 第六步:進(jìn)行第五次光刻，在場(chǎng)氧化層(3)上表面刻蝕出接觸孔，； 第七步:進(jìn)行金屬蒸發(fā)、第六次光刻和反刻鋁，在場(chǎng)氧化層(3)的上表面分別生成源極(9)、漏極(10)和柵極(11)，所述源極(9)通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層(3)的接觸孔與第一 η型半導(dǎo)體區(qū)(6)的上表面連接，所述漏極(10)通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層(3)的接觸孔與第二 η型半導(dǎo)體區(qū)(7)的上表面連接，所述柵極(11)通過(guò)貫穿場(chǎng)氧化層(3)的接觸孔與第二 P區(qū)(5)的上表面連接； 第八步:合金，條件:爐溫550°C、真空度10_3Pa、時(shí)間10~30min，鈍化； 第九步:進(jìn)行第七次光刻，刻蝕出壓焊點(diǎn)； 第十步:低溫退火，溫度500°C~510°C，恒溫IOmin ； 第H^一步:硅片初測(cè)、切割、裝架、燒結(jié)、封裝測(cè)試。
【文檔編號(hào)】H01L21/337GK103489924SQ201310421627
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】李澤宏, 鄒有彪, 宋文龍, 顧鴻鳴, 吳明進(jìn), 張金平, 任敏 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)