CN101442051B - 一种单晶型结型场效应管器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单晶型结型场效应管器件，其包括第一型杂质衬底及在第一型杂质衬底上形成的结型场效应管、泄漏电流补偿单元及正向箝位二极管单元，所述泄漏电流补偿单元及正向箝位二极管单元连接在结型场效应管的任意两极之间。为了使传声器管适应于特殊条件下的应用，还必须增添有正向箝位二极管和泄漏电流补偿器件，这样传声器才会有较好的线性度与减压特性。本发明在单晶衬底上实现结型场效应管、高阻多晶电阻、二极管的单片集成，由于没有采用外延工艺，因此芯片具有较低的成本。

Description

一种单晶型结型场效应管器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及场效应管器件，更具体地说，涉及一种单晶型结型场效应管器件及其制备方法。

背景技术

结型场效应晶体管JFET(Junction Field Effect Transistor)具有输入阻抗高、输出阻抗低、噪声小等特点，并且其属于电压控制器件，因此很适合在声电转换过程中使用，尤其在传声器领域有着广泛的应用。传声器是一种将声音信号转换成电信号的电声器件，它不仅体积小、重量轻，而且具有输出的音频信号强、等效噪声小、频响特性好、减电压特性佳的优点。传声器除了起阻抗变换作用之外，还必须有放大作用，这就要求其中的JFET具有满足放大需要的固定跨导。同时为了使传声器管适应于特殊条件下的应用，还必须增添有正向箝位二极管和泄漏电流补偿器件，这样传声器才会有较好的线性度与减压特性，从而防止寄生泄漏电流对于传声器寄生电容充放电引起工作点漂移。传统的传声器通常都采用外延技术，这样提高芯片的成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述传声器采用外延技术使芯片成本增加的缺陷，提供一种单晶型结型场效应管器件及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单晶型结型场效应管器件，其包括第一型单晶型杂质衬底及在第一型单晶型杂质衬底上形成的结型场效应管、泄漏电流补偿单元及正向箝位二极管单元，所述泄漏电流补偿单元及正向箝位二极管单元连接在结型场效应管的任意两极之间。

在本发明所述的单晶型结型场效应管器件中，所述泄漏电流补偿单元包括一高阻多晶电阻，所述正向箝位二极管单元包括一二极管。

在本发明所述的单晶型结型场效应管器件中，所述单晶型结型场效应管器件进一步包括：

第二型杂质一、二、三阱区，分别对应结型场效应管、高阻多晶电阻及二极管；

第一型杂质重掺杂二区，用于形成结型场效应管的栅极区；

第二型杂质重掺杂一、二区，分别用于形成结型场效应管的源漏区；

第一型杂质重掺杂五区，用于形成二极管的阳极区或阴极区；

第二型杂质重掺杂三区，用于形成二极管的阴极区或阳极区；

用于形成高阻多晶电阻的多晶硅，其两端具有N型或P型重掺杂一、二区，用于与金属形成良好的欧姆接触。

在本发明所述的单晶型结型场效应管器件中，所述单晶型结型场效应管器件进一步包括：

第一型杂质重掺杂位于第一型单晶型杂质衬底上的一、三、四、六区，用于形成防止第二型杂质一、二、三阱区场开启的场注区；

第一氧化层，用于所述第一型单晶型杂质衬底与多晶硅的隔离；

金属，分别连接结型场效应管栅源漏区、多晶硅的重掺杂一区和二区及二极管的阳极区和阴极区；

第二氧化层，用于金属与多晶硅的隔离。

在本发明所述的单晶型结型场效应管器件中，所述第二型杂质一、二、三阱区的深度为1μm-4μm，注入剂量为5e11cm^-2-5e12cm^-2；所述第一型重掺杂二、五区及第二型重掺杂一、二、三区的深度为0.3μm-2μm，掺杂剂量为1e14cm^-2-1e16cm^-2。

在本发明所述的单晶型结型场效应管器件中，所述第一型杂质重掺杂一、三、四、六区用于形成场注重掺杂区，对有源器件进行有效隔离，防止场开启；所述多晶硅为低掺杂的高阻多晶硅，两端有N型或P型重掺杂一、二区，用以与金属形成欧姆接触；所述高阻多晶硅电阻位于第二型杂质二阱区上。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单晶型结型场效应管器件的制备方法，包括在第一型单晶型杂质衬底上形成结型场效应管、泄漏电流补偿单元及正向箝位二极管单元，其中所述泄漏电流补偿单元及正向箝位二极管单元连接在结型场效应管的任意两极之间。

在本发明所述的制备方法中，所述制备方法进一步包括：在第一型单晶型杂质衬底上形成第二型杂质一、二、三阱区，其中所述第二型杂质一阱区对应结型场效应管，所述第二型杂质二阱区对应泄漏电流补偿单元，所述第二型杂质三阱区对应正向箝位二极管单元；在第一型单晶型杂质衬底上淀积第一氧化层并在其上形成多晶硅；在第一型杂质重掺杂区形成结型场效应管栅极区、二极管阳极区或阴极区及场注区，其中所述多晶硅用于形成泄漏电流补偿单元；在第二型杂质重掺杂区形成结型场效应管源漏区以及多晶硅的重掺杂一、二区；在第一型单晶型杂质衬底上低压化学气相淀积第二氧化层，并淀积形成金属层，其中所述金属对应结型场效应管的栅极区、结型场效应管的源极区和结型场效应管的漏极区，二极管的阳极区或阴极区，以及多晶硅的重掺杂一、二区。

在本发明所述的制备方法中，所述制备方法进一步包括：在第一型单晶型杂质衬底上进行一次薄层氧化，再淀积一层氮化硅，光刻出第二型杂质一、二、三阱区，阱刻蚀及阱区注入；氧气气氛中推结，刻蚀氮化硅和薄垫氧层形成对位台阶，低压化学气相淀积第一氧化层，其上淀积多晶硅，多晶硅注入掺杂；光刻第一型杂质重掺杂区并刻蚀氧化层，注入第一型重掺杂杂质，形成结型场效应管栅极区、二极管阳极区或阴极区及场注区；光刻第二型杂质重掺杂区并刻蚀氧化层，注入第二型重掺杂杂质，形成结型场效应管源漏区以及多晶硅的重掺杂一、二区；低压化学气相淀积氧化层，孔光刻并腐蚀，金属淀积、光刻、腐蚀及钝化淀积与腐蚀，形成单晶型结型场效应管器件。

在本发明所述的制备方法中，所述多晶硅掺杂剂量较低时形成高阻多晶，其两端具有掺杂类型与多晶硅掺杂类型相同的重掺杂一、二区；所述第一层氧化层和第二层氧化层通过淀积生成，无需热氧化形成。实施本发明的单晶型结型场效应管器件及其制备方法，具有以下有益效果：本发明在单晶衬底上实现结型场效应管、高阻多晶电阻、二极管的单片集成，由于没有采用外延工艺，因此芯片具有较低的成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的单晶型场效应管器件的剖视图；

图2是本发明的单晶型场效应管器件的一个实施例的电路示意图；

图3是第二型杂质阱区注入时的剖视图；

图4是多晶电阻刻蚀时的示意图；

图5是第一型杂质重掺杂区注入时的剖视图；

图6是第二型杂质重掺杂区注入时的剖视图。

附图标记如下：1为第一型杂质衬底，6为第一层氧化层，41-43分别为第二型杂质一、二、三阱区，81-86分别为第一型杂质重掺杂一、二、三、四、五、六区，91-93为第二型杂质重掺杂一、二、三区，7为多晶硅，71-72分别为N型或P型重掺杂一、二区，10为第二层氧化层，11为金属；20为N型结型场效应管，8为由高阻多晶实现的电阻，9为二极管；3为氮化硅，2为薄垫氧层，5为光刻胶，402为第二型杂质；801为第一型重掺杂杂质，902为第二型重掺杂杂质。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种单晶型结型场效应管器件及其制备方法，可以在单晶衬底上实现JFET器件、高阻多晶电阻、二极管单片集成，并对有源器件进行有效隔离。由于没有采用外延工艺，因此芯片具有较低的成本。所述JFET器件具有输入阻抗高，输出阻抗低，噪声小等特点，可用于声电转换的过程中，其构成的传声器可以用于通信、家电、声控等多种产品中。

如图1所示，本发明的单晶型结型场效应管器件包括第一型杂质衬底1及在第一型杂质衬底1上形成的结型场效应管20、泄漏电流补偿单元8及正向箝位二极管单元9，第一型杂质衬底1为N型或P型。参考图2所示的电路结构，泄漏电流补偿单元8及正向箝位二极管单元9可连接在结型场效应管20的任意两极之间，根据具体的传声器电路可以进行各种变换和调整。更具体地，泄漏电流补偿单元8包括一高阻多晶电阻，正向箝位二极管单元9包括一二极管，当然这仅仅是本发明的一个示例而已，像多个高阻多晶电阻并联或串联以及不止一个二极管的结构也应该在本发明涉及的范围之内。

从图中可以看出，本发明的单晶型结型场效应管器件进一步包括：第二型杂质一、二、三阱区41、42、43，分别对应结型场效应管、高阻多晶电阻及二极管，即在第二型杂质一区41上形成结型场效应管，在第二型杂质二区42上形成高阻多晶电阻，在第二型杂质三区43上形成二极管；第一型杂质重掺杂二区82，用于形成结型场效应管的栅极区；第二型杂质重掺杂一、二区91、92，分别用于形成结型场效应管的源漏区；第一型杂质重掺杂五区85，用于形成二极管的阳极区或阴极区(第一型掺杂为P型时形成阳极区，第一型掺杂为N型时形成阴极区)；第二型杂质重掺杂三区93，用于形成二极管的阴极区或阳极区(第二型掺杂为N型时形成阴极区，第二型掺杂为P型时形成阳极区)；多晶硅7，其两端具有N型或P型重掺杂一、二区71、72，用于与金属11形成良好的欧姆接触。

此外，本发明的单晶型结型场效应管器件进一步包括：第一型杂质重掺杂一、三、四、六区81、83、84、86，用于形成防止第二型杂质一、二、三阱区41、42、43场开启的场注区；第一氧化层6，用于单晶衬底结构与多晶硅7的隔离；金属11，分别连接结型场效应管栅源漏区、多晶硅7的重掺杂一区和二区71、72及二极管的阳极区和阴极区，金属11作为结型场效应管栅源漏极、高阻多晶电阻及二极管阴阳极的连接点，通过适当的调整以适合不同的传声器电路；第二氧化层10，用于金属11与多晶硅7的隔离。

根据本发明，第二型杂质一、二、三阱区41、42、43的深度为1μm-4μm，注入剂量为5e11cm^-2-5e12cm^-2。第一型重掺杂二、五区82、85及第二型重掺杂一、二、三区91、92、93的深度为0.3μm-2μm，掺杂剂量为1e14cm^-2-1e16cm^-2。

本发明的第一型杂质重掺杂一、三、四、六区81、83、84、86用于形成场注重掺杂区，对有源器件进行有效隔离，防止场开启，无需额外掩膜版，节约了工艺成本；多晶硅7为低掺杂的高阻多晶硅，两端有N型或P型重掺杂一、二区71、72，用以与金属11形成欧姆接触；高阻多晶硅电阻7位于第二型杂质二阱区42上；第一层氧化层6和第二层氧化层10通过淀积生成，无需热氧化形成。

如图2所示，本发明提供的JFET、多晶电阻和二极管可形成如图2所示电路结构，以满足传声器的应用要求，根据实际的传声器需要，可对本发明的JFET器件进行调整。其中附图标记20为N型JFET器件，8为由高阻多晶实现的电阻，9为二极管，本发明亦可实现P型JFET器件。

本发明还涉及一种单晶型结型场效应管器件的制备方法，包括在第一型杂质衬底1上形成结型场效应管20、泄漏电流补偿单元8及正向箝位二极管单元9，其中所述泄漏电流补偿单元8及正向箝位二极管单元9连接在结型场效应管20的任意两极之间。

如图3至图6所示，本发明的制备方法进一步包括：在第一型杂质衬底1上形成第二型杂质一、二、三阱区41、42、43；淀积第一氧化层6并在其上形成多晶硅7；形成结型场效应管栅极区82、二极管阳极区或阴极区85及场注区81、83、84、86；形成结型场效应管源漏区91、92以及多晶硅7的重掺杂一、二区71、72；低压化学气相淀积第二氧化层10，并淀积形成金属11。

更具体地，上述制备方法进一步包括：在第一型杂质衬底1上进行一次薄层氧化，再淀积一层氮化硅3，光刻出第二型杂质一、二、三阱区41、42、43，阱刻蚀及阱区注入，如图3所示；氧气气氛中推结，刻蚀氮化硅3和薄垫氧层2形成对位台阶，低压化学气相淀积第一氧化层6，其上淀积多晶硅7，多晶硅7注入掺杂，如图4所示；光刻第一型杂质重掺杂区并刻蚀氧化层6，注入第一型重掺杂杂质801，形成结型场效应管栅极区82、二极管阳极区或阴极区85及场注区81、83、84、86，如图5所示；光刻第二型杂质重掺杂区并刻蚀氧化层6，注入第二型重掺杂杂质902，形成结型场效应管源漏区91、92以及多晶硅7的重掺杂一、二区71、72，如图6所示；低压化学气相淀积氧化层10，孔光刻并腐蚀，金属淀积、光刻、腐蚀及钝化淀积与腐蚀，形成单晶型结型场效应管器件，仍如图6所示。

以上制备方法需要说明的是：多晶硅7掺杂剂量较低时形成高阻多晶，其两端具有掺杂类型与多晶硅7掺杂类型相同的重掺杂一、二区71、72；第一层氧化层6和第二层氧化层10通过淀积生成，无需热氧化形成；第一型杂质隔离区在第一型杂质重掺杂区注入时形成，节约掩膜版数目。

综上所述，本发明在单晶衬底上实现JFET器件、高阻多晶电阻、二极管的单片集成。由于没有采用外延工艺，因此芯片具有较低的成本。本发明的JFET器件具有输入阻抗高，输出阻抗低，噪声小等特点，可用于声电转换的过程中，其构成的传声器可以用于通信、家电、声控等多种产品中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单晶型结型场效应管器件，其特征在于，包括第一型单晶型杂质衬底(1)及在第一型单晶型杂质衬底(1)上形成的结型场效应管(20)、泄漏电流补偿单元(8)及正向箝位二极管单元(9)，所述泄漏电流补偿单元(8)及正向箝位二极管单元(9)连接在结型场效应管(20)的任意两极之间。

2.根据权利要求1所述的单晶型结型场效应管器件，其特征在于，所述泄漏电流补偿单元(8)包括一高阻多晶电阻，所述正向箝位二极管单元(9)包括一二极管。

3.根据权利要求2所述的单晶型结型场效应管器件，其特征在于，所述单晶型结型场效应管器件进一步包括：

第二型杂质一、二、三阱区(41、42、43)，分别对应结型场效应管、高阻多晶电阻及二极管；

第一型杂质重掺杂二区(82)，用于形成结型场效应管的栅极区；

第二型杂质重掺杂一、二区(91、92)，分别用于形成结型场效应管的源漏区；

第一型杂质重掺杂五区(85)，用于形成二极管的阳极区或阴极区；

第二型杂质重掺杂三区(93)，用于形成二极管的阴极区或阳极区；

用于形成高阻多晶电阻的多晶硅(7)，其两端具有N型或P型重掺杂一、二区(71、72)，用于与金属(11)形成良好的欧姆接触。

4.根据权利要求3所述的单晶型结型场效应管器件，其特征在于，所述单晶型结型场效应管器件进一步包括：

第一型杂质重掺杂位于第一型单晶型杂质衬底(1)上的一、三、四、六区(81、83、84、86)，用于形成防止第二型杂质一、二、三阱区(41、42、43)场开启的场注区；

第一氧化层(6)，用于所述第一型单晶型杂质衬底(1)与多晶硅(7)的隔离；

金属(11)，分别连接结型场效应管栅源漏区、多晶硅(7)的重掺杂一区和二区(71、72)及二极管的阳极区和阴极区；

第二氧化层(10)，用于金属(11)与多晶硅(7)的隔离。

5.根据权利要求4所述的单晶型结型场效应管器件，其特征在于，所述第二型杂质一、二、三阱区(41、42、43)的深度为1μm-4μm，注入剂量为5e11cm^-2-5e12cm^-2；所述第一型重掺杂二、五区(82、85)及第二型重掺杂一、二、三区(91、92、93)的深度为0.3μm-2μm，掺杂剂量为1e14cm^-2-1e16cm^-2。

6.根据权利要求5所述的单晶型结型场效应管器件，其特征在于，所述第一型杂质重掺杂一、三、四、六区(81、83、84、86)用于形成场注重掺杂区，对有源器件进行有效隔离，防止场开启；所述多晶硅(7)为低掺杂的高阻多晶硅，两端有N型或P型重掺杂一、二区(71、72)，用以与金属(11)形成欧姆接触；所述高阻多晶硅电阻(7)位于第二型杂质二阱区(42)上。

7.一种单晶型结型场效应管器件的制备方法，其特征在于，包括在第一型单晶型杂质衬底(1)上形成结型场效应管(20)、泄漏电流补偿单元(8)及正向箝位二极管单元(9)，其中所述泄漏电流补偿单元(8)及正向箝位二极管单元(9)连接在结型场效应管(20)的任意两极之间。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括：

在第一型单晶型杂质衬底(1)上形成第二型杂质一、二、三阱区(41、42、43)，其中所述第二型杂质一阱区(41)对应结型场效应管(20)，所述第二型杂质二阱区(42)对应泄漏电流补偿单元(8)，所述第二型杂质三阱区(43)对应正向箝位二极管单元(9)；

在第一型单晶型杂质衬底(1)上淀积第一氧化层(6)并在其上形成多晶硅(7)，其中所述多晶硅(7)用于形成泄漏电流补偿单元(8)；

在第一型杂质重掺杂区形成结型场效应管栅极区(82)、二极管阳极区或阴极区(85)及场注区(81、83、84、86)；

在第二型杂质重掺杂区形成结型场效应管源漏区(91、92)以及多晶硅(7)的重掺杂一、二区(71、72)；

在第一型单晶型杂质衬底(1)上低压化学气相淀积第二氧化层(10)，并淀积形成金属(11)，其中所述金属(11)对应结型场效应管的栅极区(82)、结型场效应管的源极区(91)和结型场效应管的漏极区(92)，二极管的阳极区或阴极区(85)，以及多晶硅的重掺杂一、二区(71、72)。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括：

在第一型单晶型杂质衬底(1)上进行一次薄层氧化，再淀积一层氮化硅(3)，光刻出第二型杂质一、二、三阱区(41、42、43)，阱刻蚀及阱区注入；

氧气气氛中推结，刻蚀氮化硅(3)和薄垫氧层(2)形成对位台阶，低压化学气相淀积第一氧化层(6)，其上淀积多晶硅(7)，多晶硅(7)注入掺杂；

光刻第一型杂质重掺杂区并刻蚀氧化层(6)，注入第一型重掺杂杂质(801)，形成结型场效应管栅极区(82)、二极管阳极区或阴极区(85)及场注区(81、83、84、86)；

光刻第二型杂质重掺杂区并刻蚀氧化层(6)，注入第二型重掺杂杂质(902)，形成结型场效应管源漏区(91、92)以及多晶硅(7)的重掺杂一、二区(71、72)；

低压化学气相淀积氧化层(10)，孔光刻并腐蚀，金属淀积、光刻、腐蚀及钝化淀积与腐蚀，形成单晶型结型场效应管器件。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述多晶硅(7)掺杂剂量较低时形成高阻多晶，其两端具有掺杂类型与多晶硅(7)掺杂类型相同的重掺杂一、二区(71、72)；所述第一层氧化层(6)和第二层氧化层(10)通过淀积生成，无需热氧化形成。

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