CN207529938U - 场效应晶体管及集成电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种场效应晶体管及集成电路，涉及半导体技术领域。场效应晶体管包括第一导电类型重掺杂衬底和第一导电类型重掺杂衬底上形成的第一导电类型外延层。第一导电类型外延层的中间向上延伸形成有凸起区域，在凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域。在第一导电类型外延层上的预设中心区域设置有硅槽，在硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成有第二导电类型第一沟道阱区和在第二区域上形成有第二导电类型第二沟道阱区。第二导电类型第一沟道阱区内设置有注入第一导电类型后退火形成的第一源区。第二导电类型第二沟道阱区设置有注入第一导电类型后退火形成的第二源区。以提高场效应晶体管的雪崩耐量。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种场效应晶体管及集成电路。
背景技术
金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。现有的金氧半场效晶体管的雪崩耐量能力较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种场效应晶体管及集成电路，以改善上述问题。为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
第一方面，本实用新型实施例提供了一种场效应晶体管，包括第一导电类型重掺杂衬底和所述第一导电类型重掺杂衬底上形成的第一导电类型外延层。所述第一导电类型外延层的中间向上延伸形成有凸起区域，在所述凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域。在所述第一导电类型外延层上的预设中心区域设置有硅槽，在所述硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成有第二导电类型第一沟道阱区和在所述第二区域上形成有第二导电类型第二沟道阱区。所述第二导电类型第一沟道阱区内设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第一源区。所述第二导电类型第二沟道阱区设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第二源区。其中，当发生雪崩时，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区和所述第二源区的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区和所述第一源区形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区和所述第二源区形成第二压差，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，以提高所述场效应晶体管的雪崩耐量。
进一步地，上述硅槽为倒梯形硅槽。
进一步地，上述倒梯形硅槽的深度范围为0.2um～1um，角度范围为45度～70度。
进一步地，上述第二导电类型第一沟道阱区、所述凸起区域和第二导电类型第二沟道阱区上设置有栅氧化层及在沉积多晶硅后形成于所述栅氧化层上的栅极。
进一步地，上述第一源区、所述第二源区和所述栅极上设置有绝缘层。
进一步地，上述绝缘层为沉积氧化层后残留的氧化层。
进一步地，上述绝缘层、所述第二导电类型第一沟道阱区和第二导电类型第二沟道阱区上设置有沉积金属形成的源极。所述第一导电类型重掺杂衬底下设置有沉积金属形成的漏极。
进一步地，上述场效应晶体管为N型场效应晶体管，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。
进一步地，上述场效应晶体管为P型场效应晶体管，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种集成电路，包括上述的场效应晶体管和外围电路。所述场效应晶体管与所述外围电路电连接。
本实用新型实施例的有益效果是：场效应晶体管，包括第一导电类型重掺杂衬底和所述第一导电类型重掺杂衬底上形成的第一导电类型外延层。所述第一导电类型外延层的中间向上延伸形成有凸起区域，在所述凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域。在所述第一导电类型外延层上的预设中心区域设置有硅槽，在所述硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成有第二导电类型第一沟道阱区和在所述第二区域上形成有第二导电类型第二沟道阱区。所述第二导电类型第一沟道阱区内设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第一源区。所述第二导电类型第二沟道阱区设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第二源区。当发生雪崩时，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区和所述第二源区的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区和所述第一源区形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区和所述第二源区形成第二压差，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，以提高所述场效应晶体管的雪崩耐量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的传统金氧半场效晶体管的结构图；
图2为本实用新型实施例提供的场效应晶体管的制备方法的流程图；
图3为本实用新型实施例提供的场效应晶体管形成过程中的部分结构图；
图4为本实用新型实施例提供的场效应晶体管的结构图。
图中：200-场效应晶体管；210-第一导电类型重掺杂衬底；212-第一导电类型外延层；2120-硅槽；220-第二导电类型第一沟道阱区；222-第二导电类型第二沟道阱区；224-第一源区；226-第二源区；228-栅氧化层；230-栅极；232-绝缘层；234-源极；236-漏极。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“电连接”应做广义理解，例如可以是固定电连接，也可以是可拆卸电连接，或一体地电连接；可以是机械电连接，也可以是电电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本申请发明人提出本申请实施例中的技术方案之前，如图1所示，示出了传统金氧半场效晶体管100的结构，在衬底101上生长与衬底掺杂一致的第一类型杂质的外延层102，利用光刻，第二类型杂质离子注入和扩散方式形成沟道阱区103，然后生长栅氧化层104，然后淀积多晶硅，并利用光刻和蚀刻工艺，定义栅极105，接着通过光刻定义有源区，注入与第一类型杂质并退火形成源区106，然后淀积氧化层，并光刻和蚀刻形成接触控，残留的氧化层即多晶硅与金属的绝缘层107，正面淀积金属形成源极108，背面淀积金属形成漏极109。针对传统金氧半场效晶体管，实用新型人发现容易诱发器件雪崩发生在沟道阱区103的拐角处，雪崩发生后，大量的空穴电流从源区106下方经过，在沟道阱区103与源区106之间产生压降，该压降会诱发外延层102，沟道阱区103和源区106形成的寄生三极管开启，发生闩锁效应，使得金氧半场效晶体管失效，间接降低了金氧半场效晶体管的雪崩耐量能力。
针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本实用新型实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本实用新型过程中对本实用新型做出的贡献。
请参阅图2，本实用新型实施例提供了一种场效应晶体管的制备方法，所述方法可以包括步骤S200、步骤S210、步骤S220、步骤S230和步骤S240。
步骤S200：在第一导电类型重掺杂衬底上形成第一导电类型外延层。
如图3所示，在第一导电类型重掺杂衬底210上形成第一导电类型外延层212。第一导电类型外延层212的浓度满足预设浓度阈值和耐压满足预设耐压阈值。
步骤S210：所述第一导电类型外延层的中间向上延伸形成凸起区域，在所述凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域。
如图3所示，所述第一导电类型外延层212的中间向上延伸形成凸起区域，在所述凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域。
步骤S220：在所述第一导电类型外延层上的预设中心区域设置硅槽。
如图3所示，所述硅槽2120可以为倒梯形硅槽。所述倒梯形硅槽的深度范围为0.2um～1um，角度范围为45度～70度。在第一导电类型外延层212上通过光刻工艺，定义倒梯形硅槽区域，然后通过干法蚀刻工艺，形成深度约0.2um～1um、角度45度～70度的倒梯形硅槽。所述硅槽2120还可以为三角形、锯齿形等。
步骤S230：在所述硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成第二导电类型第一沟道阱区和在所述第二区域上形成第二导电类型第二沟道阱区。
进一步地，基于步骤S230，通过光刻定义沟道阱区，在所述硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成第二导电类型第一沟道阱区和在所述第二区域上形成第二导电类型第二沟道阱区。
请结合参阅图3和图4，通过光刻定义沟道阱区，在所述硅槽2120内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成第二导电类型第一沟道阱区220和在所述第二区域上形成第二导电类型第二沟道阱区222。第二导电类型第一沟道阱区220和第二导电类型第二沟道阱区222的深度和浓度由阈值电压和耐压决定。
在本实施例中，所述场效应晶体管为N型场效应晶体管，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。所述场效应晶体管为P型场效应晶体管，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
步骤S240：在所述第二导电类型第一沟道阱区内注入所述第一导电类型后退火形成第一源区，在所述第二导电类型第二沟道阱区注入所述第一导电类型退火后形成第二源区，当发生雪崩时，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区和所述第二源区的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区和所述第一源区形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区和所述第二源区形成第二压差，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，以提高所述场效应晶体管的雪崩耐量。所述第一压差和第二压差可以相等。
在步骤S230之后，在步骤S240之前，所述方法还可以包括：
在所述第二导电类型第一沟道阱区220、所述凸起区域和所述第二导电类型第二沟道阱区222上设置栅氧化层228；
沉积多晶硅后，在所述栅氧化层228上形成栅极230。
栅氧化层228的厚度范围可以为200A至1500A。接着沉积多晶硅。然后利用光刻工艺定义栅极多晶硅区域，基于定义的图形，使用干法腐蚀工艺蚀刻多晶硅，最后残留多晶硅即栅极230。
相应地，步骤S240可以包括：通过光刻工艺定义有源区，在所述第二导电类型第一沟道阱区内注入所述第一导电类型后退火形成第一源区，在所述第二导电类型第二沟道阱区注入所述第一导电类型退火后形成第二源区。
所述注入的所述第一导电类型的剂量范围可以为5eCM-2-1e16CM-2。
进一步地，步骤S240之后，所述方法还可以包括：
沉积氧化层，并利用光刻工艺定义接触控，通过腐蚀工艺蚀刻出接触控；残留的氧化层作为绝缘层；沉积金属形成源极；背部研磨至预设厚度并沉积金属形成漏极。
如图4所示，通过光刻工艺定义场效应晶体管200的有源区，然在所述第二导电类型第一沟道阱区220内注入所述第一导电类型后退火形成第一源区224，在所述第二导电类型第二沟道阱区222注入所述第一导电类型退火后形成第二源区226。所述注入的所述第一导电类型的剂量范围可以为5eCM-2-1e16CM-2。接着沉积金属与半导体之间的绝缘层232，利用光刻工艺定义接触控，然后通过腐蚀工艺蚀刻出接触控，残留的氧化层即绝缘层232作为栅极230和源极234的隔离层。沉积金属形成源极234，然后背部研磨至预设厚度，并沉积金属形成漏极236。
本实用新型实施例提供的一种场效应晶体管的制备方法，在第一导电类型重掺杂衬底上形成第一导电类型外延层；所述第一导电类型外延层的中间向上延伸形成凸起区域，在所述凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域；在所述第一导电类型外延层上的预设中心区域设置硅槽；在所述硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成第二导电类型第一沟道阱区和在所述第二区域上形成第二导电类型第二沟道阱区；在所述第二导电类型第一沟道阱区内注入所述第一导电类型后退火形成第一源区，在所述第二导电类型第二沟道阱区注入所述第一导电类型退火后形成第二源区，当发生雪崩时，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区和所述第二源区的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区和所述第一源区形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区和所述第二源区形成第二压差，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，以提高所述场效应晶体管的雪崩耐量。
请参阅图4，本实用新型实施例提供了一种场效应晶体管200，包括第一导电类型重掺杂衬底210和所述第一导电类型重掺杂衬底210上形成的第一导电类型外延层212。所述第一导电类型外延层212的中间向上延伸形成有凸起区域，在所述凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域。在所述第一导电类型外延层212上的预设中心区域设置有硅槽，在所述硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成有第二导电类型第一沟道阱区220和在所述第二区域上形成有第二导电类型第二沟道阱区222。所述第二导电类型第一沟道阱区220内设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第一源区224。所述第二导电类型第二沟道阱区222设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第二源区226。其中，当发生雪崩时，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区224和所述第二源区226的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区220和所述第一源区224形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区222和所述第二源区226形成第二压差，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，以提高所述场效应晶体管200的雪崩耐量。
进一步地，所述硅槽为倒梯形硅槽。倒梯形硅槽的深度范围为0.2um～1um，角度范围为45度～70度。
进一步地，所述第二导电类型第一沟道阱区220、所述凸起区域和第二导电类型第二沟道阱区222上设置有栅氧化层228及在沉积多晶硅后形成于所述栅氧化层228上的栅极230。
进一步地，所述第一源区224、所述第二源区226和所述栅极230上设置有绝缘层232。所述绝缘层232为沉积氧化层后残留的氧化层。
进一步地，所述绝缘层232、所述第二导电类型第一沟道阱区220和第二导电类型第二沟道阱区222上设置有沉积金属形成的源极234。所述第一导电类型重掺杂衬底210下设置有沉积金属形成的漏极236。
本实用新型实施例提供了一种场效应晶体管200的工作原理如下：
诱导雪崩发生在结较深的沟道阱区，即倒梯形硅槽区域，由此可以使得雪崩产生的空穴电流经过第二导电类型第一沟道阱区220、第二导电类型第二沟道阱区222、所述第一源区224和所述第二源区226时，因为大密度的空穴流会从发生雪崩的位置即第二导电类型第一沟道阱区220、第二导电类型第二沟道阱区222定义的区域底部，流向源极234，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区224和所述第二源区226的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区220和所述第一源区224形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区222和所述第二源区226形成第二压差，诱导PN结开启，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，由于通过改变沟道阱区的形貌，诱导了雪崩发生的位置，使得该处压降有效降低，避免由第一导电类型外延层212、沟道阱区即第二导电类型第一沟道阱区220和所述第二导电类型第二沟道阱区222和各自分别对应的第一源区224、第二源区226形成寄生三极管的误开启，大大提高了场效应晶体管200的抗闩锁能力，有效提高了场效应晶体管200的雪崩耐量。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的场效应晶体管的具体工作过程，可以参考前述场效应晶体管的制备方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本实用新型实施例提供了一种场效应晶体管200，当发生雪崩时，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区224和所述第二源区226的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区220和所述第一源区224形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区222和所述第二源区226形成第二压差，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，以提高所述场效应晶体管200的雪崩耐量。
本实用新型实施例提供了一种集成电路，包括上述的场效应晶体管和外围电路。所述场效应晶体管与所述外围电路电连接。进而提高集成电路的稳定性。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种场效应晶体管，其特征在于，包括第一导电类型重掺杂衬底和所述第一导电类型重掺杂衬底上形成的第一导电类型外延层，所述第一导电类型外延层的中间向上延伸形成有凸起区域，在所述凸起区域两侧分别为第一区域和第二区域，在所述第一导电类型外延层上的预设中心区域设置有硅槽，在所述硅槽内注入第二导电类型以使在所述第一区域上形成有第二导电类型第一沟道阱区和在所述第二区域上形成有第二导电类型第二沟道阱区，所述第二导电类型第一沟道阱区内设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第一源区，所述第二导电类型第二沟道阱区设置有注入所述第一导电类型后退火形成的第二源区，其中，当发生雪崩时，雪崩产生的一部分空穴电流流经所述第一源区和所述第二源区的下方，使得所述第二导电类型第一沟道阱区和所述第一源区形成第一压差，所述第二导电类型第二沟道阱区和所述第二源区形成第二压差，通过所述第一压差及所述第二压差诱导雪崩发生的位置，以提高所述场效应晶体管的雪崩耐量。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述硅槽为倒梯形硅槽。
3.根据权利要求2所述的场效应晶体管，其特征在于，所述倒梯形硅槽的深度范围为0.2um～1um，角度范围为45度～70度。
4.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述第二导电类型第一沟道阱区、所述凸起区域和第二导电类型第二沟道阱区上设置有栅氧化层及在沉积多晶硅后形成于所述栅氧化层上的栅极。
5.根据权利要求4所述的场效应晶体管，其特征在于，所述第一源区、所述第二源区和所述栅极上设置有绝缘层。
6.根据权利要求5所述的场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘层为沉积氧化层后残留的氧化层。
7.根据权利要求5所述的场效应晶体管，其特征在于，在所述绝缘层、所述第二导电类型第一沟道阱区和第二导电类型第二沟道阱区上设置有沉积金属形成的源极，所述第一导电类型重掺杂衬底下设置有沉积金属形成的漏极。
8.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管为N型场效应晶体管，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。
9.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管为P型场效应晶体管，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型。
10.一种集成电路，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的场效应晶体管和外围电路，所述场效应晶体管与所述外围电路电连接。
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Cited By (1)
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| CN108155243A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-12 | 南京方旭智芯微电子科技有限公司 | 场效应晶体管、集成电路及场效应晶体管的制备方法 |
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2017
- 2017-12-19 CN CN201721789379.4U patent/CN207529938U/zh active Active
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| CN108155243A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-06-12 | 南京方旭智芯微电子科技有限公司 | 场效应晶体管、集成电路及场效应晶体管的制备方法 |
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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