一種基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體器件，特別是涉及一種基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前較普及的晶體管中，不論是使用硅(Si)，碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)等材料作為開關(guān)器件，其因在高電流與高電壓的狀態(tài)下操作，如何抑制柵極旁因高電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象眾多研究單位所研究的主題。
[0003]金氧半場效晶體管(M0SFET)是一種廣泛應(yīng)用于模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管，依照通道的極性不同，分為N通道和P通道兩種類型。以P基N通道增強(qiáng)型為例，是以一 P型硅半導(dǎo)體作為襯底，在其面上擴(kuò)散兩個N+區(qū)，然后再在上方覆蓋一氧化硅絕緣層，絕緣層于兩N+區(qū)上方分別穿孔并沉積金屬形成源極和漏極，于兩者之間的絕緣層上方形成一柵極，則柵極與源極及漏極是絕緣的，源極與漏極之間形成兩個PN結(jié)，通過對三個電極間施加電壓進(jìn)行工作控制。N基P通道M0SFET則是以N型硅半導(dǎo)體作為襯底并擴(kuò)散P+區(qū)以形成P溝道。
[0004]目前對于一個平面結(jié)構(gòu)的M0SFET而言，能承受的電流以及崩潰電壓的多寡都和其通道的長寬大小有關(guān)，所以在電路的設(shè)計上，通常會將柵極與漏極的距離拉長，來增加崩潰電壓，但其工作電流也會相對減少，難以滿足實際使用需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，包括一 N基P通道或P基N通道的襯底，且N基P通道襯底的兩P+區(qū)或P基N通道襯底的兩N+區(qū)上方分別引出有源極和漏極，其特征在于:于襯底上方所述源極和漏極之間設(shè)有氧化層，氧化層上方設(shè)置若干子?xùn)艠O，該些子?xùn)艠O由所述源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，其中各子?xùn)艠O分別包括多晶硅層及設(shè)于多晶硅層上方的電極層；所述襯底還包括若干設(shè)置于兩P+區(qū)或兩N+區(qū)之間且與通道同等類型的摻雜區(qū)，所述各摻雜區(qū)一一對應(yīng)于相鄰子?xùn)艠O的間隙下方。
[0007]優(yōu)選的，該些子?xùn)艠O于所述源極和漏極之間等距離間隔的平行排布。
[0008]優(yōu)選的，由所述源極向所述漏極方向該些子?xùn)艠O的長度依次遞增。
[0009]優(yōu)選的，該些子?xùn)艠O的長度由0.1?5 μπι遞增至0.5?10 μm，且各子?xùn)艠O依次比前一子?xùn)艠O的長度增加10?100%。
[0010]優(yōu)選的，還包括一設(shè)置于所述源極和漏極之間并至少覆蓋所述襯底、源極、漏極和各子?xùn)艠O部分表面的鈍化層，所述鈍化層是Si02、SiN、A1203或Hf 20，厚度為400?500nm。
[0011]優(yōu)選的，所述電極層選自Ti/Cu、TiN/Cu、TaN/Cu或Ti/Al的多金屬層。
[0012]優(yōu)選的，所述氧化層是與各子?xùn)艠O一一對應(yīng)的分立間隔結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選的，所述氧化層的厚度為1.2?2nm。
[0014]優(yōu)選的，所述襯底上方于源極和漏極之外側(cè)設(shè)置有絕緣層，絕緣層的厚度為30?50nmo
[0015]本實用新型的有益效果是:
[0016]1.將單一柵極設(shè)計成分立間隔分布的多個子?xùn)艠O形成的多重柵極結(jié)構(gòu)，多個子?xùn)艠O并聯(lián)后外接電路，與現(xiàn)有技術(shù)相比，加入反向偏壓后可使p-n結(jié)的空乏區(qū)得以延伸，電位線密度因此下降，有效的分散電場，抑制柵極旁產(chǎn)生的強(qiáng)電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象，而達(dá)到提高漏源擊穿電壓同時保持工作電流的目的；順向偏壓方面，在襯底上對應(yīng)于相鄰子?xùn)艠O間隙的區(qū)域作摻雜，柵極一加入正向偏壓形成溝道后，漏極與源極之間的電子就能大量往高電位流動。
[0017]2.電場作用下電力線分布往往是越靠近漏極的方向越密，由源極向漏極方向子?xùn)艠O的長度依次遞增后，可以有效將原本集中于柵極旁集中之電力線平均分散，使材料內(nèi)部電場分布較為均勻，可承受較大的崩潰電壓。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型第一實施例之結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實用新型第二實施例之結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實用新型的各附圖僅為示意以更容易了解本實用新型，其具體比例可依照設(shè)計需求進(jìn)行調(diào)整。文中所描述的圖形中相對元件的上下關(guān)系，在本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解是指構(gòu)件的相對位置而言，因此皆可以翻轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)相同的構(gòu)件，此皆應(yīng)同屬本說明書所揭露的范圍。
[0021]實施例1
[0022]參考圖1，本實施例的金氧半場效晶體管100，包括一 P基N通道的襯底110，該襯底110是P型硅半導(dǎo)體，通過N型重?fù)诫s形成兩個N+區(qū)111及位于兩N+區(qū)111之間的若干N型摻雜區(qū)112。兩N+區(qū)111上方分別引出源極120及130，源極120及漏極130之間分立間隔排布有若干氧化層140，氧化層140上方一一對應(yīng)設(shè)置子?xùn)艠O150，即該些子?xùn)艠O150由源極120向漏極130方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，相鄰子?xùn)艠O150的間隙與N型摻雜區(qū)112 對應(yīng)。各子?xùn)艠O150分別包括多晶娃層151及設(shè)于多晶娃層151上方的電極層152。一鈍化層160覆蓋于源極120、漏極130及兩者之間的區(qū)域上方，并在源極120、漏極130及各子?xùn)艠O電極層152的頂端開口以使其裸露并用于外接電路。襯底110上方源極120和漏極130之外側(cè)區(qū)域設(shè)置有絕緣層170。
[0023]多個分立間隔排布的子?xùn)艠O150構(gòu)成多重結(jié)構(gòu)的柵極。具體的，這些子?xùn)艠O150在源極120和漏極130之間等距離間隔的平行排布，且由源極120向漏極130方向其長度依次遞增，每一子?xùn)艠O比前一子?xùn)艠O的長度增加10?100%，其長度由0.1?5 μπι遞增至
0.5?10 μπι。該多重柵極的結(jié)構(gòu)使p-n結(jié)的空乏區(qū)得以延伸，電位線密集度因此下降，可以有效的分散電場，從而有效抑制柵極旁產(chǎn)生的強(qiáng)電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象。作為示例，圖1中僅顯示出長度依次遞增的3個子?xùn)艠O150，其后的部分依此規(guī)律變化，為使圖示清晰簡略，以省略號替代，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能明白其意義。
[0024]氧化層140具體的可以由絕緣的二氧化硅形成，厚度為1.2?2nm ;絕緣層170具體亦可以由二氧化硅形成，厚度為30?50nm ;鈍化層可以是Si02、SiN, A1203或Hf 20，厚度為400?500nm。源極120和漏極130是習(xí)知的導(dǎo)電金屬層，各子?xùn)艠O的電極層152選自Ti/Cu, TiN/Cu, TaN/Cu或Ti/Al的多金屬層。借由本實施例的結(jié)構(gòu)設(shè)置，各子?xùn)艠O150形成的多重柵極與源極120及漏極130是絕緣的，源極120與漏極130之間形成兩個PN結(jié)，通過對三個電極間施加電壓進(jìn)行工作控制，在提高漏源擊穿電壓同時不會造成工作電流的減少。
[0025]實施例2
[0026]參考圖2，本實施例的金氧半場效晶體管200，包括一 P基N通道的襯底210，該襯底210是P型硅半導(dǎo)體，通過N型重?fù)诫s形成兩個N+區(qū)211及位于兩N+區(qū)211之間的若干N型摻雜區(qū)212。兩N+區(qū)211上方分別引出源極220及230，源極220及漏極230之間形成有一氧化層240，氧化層240上方設(shè)置若干子?xùn)艠O250，該些子?xùn)艠O250由源極220向漏極230方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，相鄰子?xùn)艠O250的間隙與N型摻雜區(qū)212
對應(yīng)。各子?xùn)艠O250分別包括多晶娃層251及設(shè)于多晶娃層251上方的電極層252。一鈍化層260覆蓋于源極220、漏極230及兩者之間的區(qū)域上方，并在源極220、漏極230及各子?xùn)艠O電極層252的頂端開口以使其裸露并用于外接電路。襯底210上方源極220和漏極230之外側(cè)區(qū)域設(shè)置有絕緣層270。
[0027]本實施例與實施例1的差別在于，氧化層240是整層結(jié)構(gòu)，覆蓋于源極220和漏極230之間全部區(qū)域，其他結(jié)構(gòu)及材料參考實施例1。
[0028]上述實施例是以P基N通道的多重柵極M0SFET為例進(jìn)行說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，N基P通道亦適用，在此不加以贅述。
[0029]上述實施例僅用來進(jìn)一步說明本實用新型的一種基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，包括一 N基P通道或P基N通道的襯底，且N基P通道襯底的兩P+區(qū)或P基N通道襯底的兩N+區(qū)上方分別引出有源極和漏極，其特征在于:于襯底上方所述源極和漏極之間設(shè)有氧化層，氧化層上方設(shè)置若干子?xùn)艠O，該些子?xùn)艠O由所述源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，其中各子?xùn)艠O分別包括多晶硅層及設(shè)于多晶硅層上方的電極層；所述襯底還包括若干設(shè)置于兩P+區(qū)或兩N+區(qū)之間且與通道同等類型的摻雜區(qū)，所述各摻雜區(qū)一一對應(yīng)于相鄰子?xùn)艠O的間隙下方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:該些子?xùn)艠O于所述源極和漏極之間等距離間隔的平行排布。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:由所述源極向所述漏極方向該些子?xùn)艠O的長度依次遞增。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:該些子?xùn)艠O的長度由0.1?5 μπι遞增至0.5?10 μm，且各子?xùn)艠O依次比前一子?xùn)艠O的長度增加 10 ?100%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:還包括一設(shè)置于所述源極和漏極之間并至少覆蓋所述襯底、源極、漏極和各子?xùn)艠O部分表面的鈍化層，所述鈍化層是Si02、SiN、A1203或Hf 20，厚度為400?500nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述電極層選自Ti/Cu、TiN/Cu、TaN/Cu或Ti/Al的多金屬層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述氧化層是與各子?xùn)艠O一一對應(yīng)的分立間隔結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述氧化層的厚度為1.2?2nm。9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述襯底上方于源極和漏極之外側(cè)設(shè)置有絕緣層，絕緣層的厚度為30?50nm。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于多重柵極結(jié)構(gòu)的金氧半場效晶體管，包括一N基P通道或P基N通道的襯底，且N基P通道襯底的兩P+區(qū)或P基N通道襯底的兩N+區(qū)上方分別引出有源極和漏極，于源極和漏極之間設(shè)有氧化層，氧化層上方設(shè)置若干子?xùn)艠O，該些子?xùn)艠O由源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結(jié)構(gòu)，其中各子?xùn)艠O分別包括多晶硅層及設(shè)于多晶硅層上方的電極層。襯底還包括若干設(shè)置于兩P+區(qū)或兩N+區(qū)之間且與通道同等類型的摻雜區(qū)，各摻雜區(qū)一一對應(yīng)于相鄰子?xùn)艠O的間隙下方。相較于傳統(tǒng)單一柵極的結(jié)構(gòu)，上述多重柵極可以有效的分散電場，從而抑制柵極旁產(chǎn)生的強(qiáng)電場導(dǎo)致的崩壓現(xiàn)象。
【IPC分類】H01L29/78, H01L29/423
【公開號】CN205016533
【申請?zhí)枴緾N201520752627
【發(fā)明人】莊秉翰, 葉念慈
【申請人】廈門市三安集成電路有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月25日