專利名稱：橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，特別涉及一種在保持滿意的擊穿電壓特性同時(shí)，可使其導(dǎo)通電阻(ON resistance)減小的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(下稱JFET)具有pn結(jié)，該結(jié)設(shè)在載流子所通過之溝道區(qū)的任何一側(cè)，并從柵極加給反向偏壓，以使耗盡層從所述pn結(jié)延伸至所述溝道區(qū)，從而控制該溝道區(qū)的電導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)比如切換操作。特別是一種橫向JEFT，它涉及一種載流子與器件表面平行地通過溝道區(qū)移動(dòng)的JEFT。
溝道中的載流子可為電子(n-型)或空穴(p-型)。具有SiC半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的JEFT其溝道區(qū)通常為n-型摻雜區(qū)。因此，為了以下敘述的方便，假設(shè)溝道中的載流子是電子，相應(yīng)地，所述溝道區(qū)為n-型摻雜區(qū)。不過應(yīng)該理解，所述溝道區(qū)也可以是p-型摻雜區(qū)。
圖7表示一種普通JEFT的截面圖(題為“碳化硅中形成的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管”的美國(guó)專利US 5,264,713)。在p-型SiC基片110上，設(shè)有p+-型外延層112，該外延層上形成n--型溝道層114。在溝道層114上，設(shè)置n-型源區(qū)116和n-型漏區(qū)118，它們位于溝道124的兩側(cè)；所述源區(qū)和漏區(qū)上分別設(shè)有源極120和漏極122。在SiC基片110的背面上形成柵接觸層130，該層上設(shè)有柵極(未示出)。設(shè)置溝道124的深度通過源/漏區(qū)116和118延伸至整個(gè)溝道層114。在溝道124的底部與第一導(dǎo)電類型的外延層112之間，在第二導(dǎo)電類型的外延層114中形成溝道。
外延層112中的p-型雜質(zhì)濃度高于包含溝道之外延層114中n-型(雜質(zhì))的濃度，因而加給pn結(jié)的反向偏壓使耗盡層向著所述溝道延伸。然后，所述耗盡層占據(jù)所述溝道，以防止通過所述溝道而來的電流，因而產(chǎn)生OFF態(tài)。調(diào)節(jié)所述反向偏置電流的大小，從而使控制能夠引起或者不能引起所述溝道區(qū)為耗盡層所占據(jù)。于是，通過調(diào)節(jié)比如柵極與源極之間的反向偏壓，能夠控制電流的ON/OFF。
就大電流的ON/OFF控制而言，比如為了減少功率損耗而最好是減小導(dǎo)通電阻。但如果通過增大溝道的厚度或溝道層的雜質(zhì)濃度而減小所述導(dǎo)通電阻，就會(huì)產(chǎn)生擊穿電壓特性變差的問題。
圖8表示溝道、源極、漏極和柵極，用以說明橫向JEFT的擊穿電壓特性。圖9示出在擊穿電壓下，漏極與柵極之間的電場(chǎng)分布。圖9所示的電場(chǎng)分布涉及到自p-型外延層延伸到漏極之n-型外延層中的電場(chǎng)分布。圖9中的Emax表示耗盡層具有從漏極到pn結(jié)的距離為W時(shí)的擊穿電場(chǎng)。Emax可由下面的表示式(1)表示，其中q表示基本電荷，Nd表示從漏極到pn結(jié)區(qū)域內(nèi)n-型雜質(zhì)的濃度，而εs表示半導(dǎo)體的介電常數(shù)。
Emax＝q Nd W/εs...(1)由于源極接地，則在發(fā)生擊穿時(shí)，漏-柵電壓處于它的最大值。相應(yīng)地，擊穿電壓Vb，也即耐壓由下面的表示式(2)-(4)表示，其中Vdgmax表示可加給漏極與柵極之間區(qū)域的最大電壓，而Vgs表示為發(fā)生OFF態(tài)所需的柵-源電壓。
Vb＝Vdgmax-Vgs ...(2)Vdgmax＝q Nd W2/(2εs) ...(3)Vgs＝q Nd h2/(2εs) ...(4)有如下面所述那樣，有兩種直接減小導(dǎo)通電阻的方法。就這兩種方法的每一種而言，都將考慮是否會(huì)使擊穿電壓特性得到提高，也即是否使Vb增大。
(a)使溝道的厚度h增大(而不改變雜質(zhì)濃度)。
有如從(4)式所看到的，Vgs增大，并因此而如(2)式所確定的那樣Vb減小，這意味著使擊穿電壓特性受到損害。
(b)使含有溝道的n-型外延層內(nèi)的n-型雜質(zhì)濃度Nd增大(Vgs不變。換句話說，在溝道的厚度h減小的同時(shí)，n-型雜質(zhì)濃度增大)。
如表示式(1)所看到的那樣，改變n-型外延層內(nèi)的n-型雜質(zhì)濃度，以增大Emax，同時(shí)從一個(gè)表示式(上面未示出)可知，使得W被減小。雖然不能從上述各式直接得出耐壓Vdgmax與n-型雜質(zhì)濃度之間的關(guān)系，但可如圖10所示那樣確定這種關(guān)系。從圖10可以看出，隨著所示雜質(zhì)濃度的增大，耐壓Vdgnax減小。
從上面的討論可以理解，橫向JEFT之導(dǎo)通電阻的直接減小使其擊穿電壓特性變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種橫向JEFT，它被構(gòu)造成在保持其較高擊穿電壓特性的同時(shí)可減小其導(dǎo)通電阻。
按照本發(fā)明的一種方案，一種橫向JEFT包括被置于半導(dǎo)體基片上的第一半導(dǎo)體層，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；被置于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，該層含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；被置于所述第二半導(dǎo)體層上的第三半導(dǎo)體層，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；在第三半導(dǎo)體層中彼此分開預(yù)定距離的源/漏區(qū)層，它們含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在第三半導(dǎo)體層中的源/漏區(qū)層之間的柵區(qū)層，它的底部表面區(qū)域延伸到第二半導(dǎo)體層中，并含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
采用上述結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)分布為類似于平行板電容器的恒定電場(chǎng)，代替第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)與第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)之間的普通pn結(jié)的電場(chǎng)分布。于是，與普通結(jié)構(gòu)的橫向JEFT相比，隨著保持擊穿電壓特性而實(shí)現(xiàn)降低導(dǎo)通電阻。
按照本發(fā)明，所述第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度最好是基本上相同的。采用這種結(jié)構(gòu)，通過最大程度地保持所耐受的電壓而有效地降低所述導(dǎo)通電阻。
按照本發(fā)明的另一種方案，一種橫向JEFT包括被置于半導(dǎo)體基片上的第一半導(dǎo)體層，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；被置于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，該層含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；在第二半導(dǎo)體層中彼此分開預(yù)定距離的源/漏區(qū)層，它們含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在第二半導(dǎo)體層中的源/漏區(qū)層之間的柵區(qū)層，它們含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
采用上述結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)分布為類似于平行板電容器的恒定電場(chǎng)，代替第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)與第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)之間的普通pn結(jié)的電場(chǎng)分布。于是，與普通結(jié)構(gòu)的橫向JEFT相比，隨著保持擊穿電壓特性而實(shí)現(xiàn)降低導(dǎo)通電阻。
按照本發(fā)明，所述第一半導(dǎo)體層頂部與柵區(qū)層底部之間的距離最好小于在第二半導(dǎo)體層與柵區(qū)層之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)(built-inpotential)所延伸的耗盡層的距離。采用這種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)常開(normally-off)。
按照本發(fā)明，最好在第一半導(dǎo)體層頂部與柵區(qū)層之間的第二半導(dǎo)體層中設(shè)置雜質(zhì)注入?yún)^(qū)，所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)的雜質(zhì)濃度與柵區(qū)層的雜質(zhì)濃度基本相同，而且其電位也柵區(qū)層的基本相同。采用這種結(jié)構(gòu)，更為有效地進(jìn)一步減小溝道電阻。另外使導(dǎo)通電阻進(jìn)一步減小。
按照本發(fā)明，最好設(shè)置有如上述的一個(gè)雜質(zhì)注入?yún)^(qū)。采用這種結(jié)構(gòu)，使溝道的厚度有效地增大，因而進(jìn)一步有效地減小導(dǎo)通電阻。
按照本發(fā)明，所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)頂部與柵區(qū)層底部之間的距離最好小于在第二半導(dǎo)體層與柵區(qū)層之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)所延伸的耗盡層的距離兩倍，并且所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)底部與第一半導(dǎo)體層頂部之間的距離最好小于在第二半導(dǎo)體層與雜質(zhì)注入?yún)^(qū)之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)所延伸的耗盡層的距離。采用這種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)常開。
按照本發(fā)明，最好設(shè)置至少兩個(gè)有如上述的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)。采用這種結(jié)構(gòu)，使溝道電阻更為有效地進(jìn)一步減小。另外，也使所述導(dǎo)通電阻進(jìn)一步被減小。
按照本發(fā)明，所述各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)中間最靠近柵區(qū)層的各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)的頂部與柵區(qū)層底部之間的距離最好小于第二半導(dǎo)體層與柵區(qū)層之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)所延伸的耗盡層距離的兩倍；各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)之間的距離小于最好小于第二半導(dǎo)體層與柵區(qū)層之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)所延伸的耗盡層距離的兩倍；以及所述各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)中間最靠近第一半導(dǎo)體層的一個(gè)柵區(qū)層的底部與第一半導(dǎo)體層的頂部之間的距離最好小于第二半導(dǎo)體層與柵區(qū)層之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)所延伸的耗盡層距離。采用這種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)常開。
按照本發(fā)明的又一方案，一種橫向JEFT包括被置于半導(dǎo)體基片上的第一半導(dǎo)體層，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；被置于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，該層含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；被置于所述第二半導(dǎo)體層上的第三半導(dǎo)體層，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；在第三半導(dǎo)體層中彼此分開預(yù)定距離的源/漏區(qū)層，它們含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在第三半導(dǎo)體層中的源/漏區(qū)層之間的柵區(qū)層，它包含一個(gè)區(qū)域，其底部表面延伸到所述第一半導(dǎo)體層中，還包含一個(gè)區(qū)域，它的底部表面延伸到所述第二半導(dǎo)體層中，它們含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
按照本發(fā)明，所述第二半導(dǎo)體層與第三半導(dǎo)體層的厚度最好基本相同，并且所述第三半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度最好基本上是第二半導(dǎo)體層雜質(zhì)濃度之半。
按照本發(fā)明，所述第三半導(dǎo)體層的厚度最好基本上是第二半導(dǎo)體層厚度之半，并且第三半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度最好基本相同。
采用這種結(jié)構(gòu)，在加給預(yù)定的電壓時(shí)，位于柵區(qū)層與漏區(qū)層之間的第三半導(dǎo)體層，以及與第三半導(dǎo)體層接觸的部分第二半導(dǎo)體層都變成耗盡層。因此，容易實(shí)現(xiàn)所述橫向JEFT具有較高的耐受電壓，而無需增大第二半導(dǎo)體層的厚度以及增大電阻。
按照本發(fā)明的再一方案，一種橫向JEFT包括被置于半導(dǎo)體基片上的第一半導(dǎo)體層，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；被置于所述第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，該層含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；被置于所述第二半導(dǎo)體層上的第三半導(dǎo)體層，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；在第三半導(dǎo)體層中彼此分開預(yù)定距離的源區(qū)層和漏區(qū)層，它們含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在第三半導(dǎo)體層中的源區(qū)層和漏區(qū)層之間的柵區(qū)層。所述柵區(qū)層、第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層各自的厚度和各自的雜質(zhì)濃度都被確定成，使得在加給預(yù)定的電壓時(shí)，位于所述柵區(qū)層與漏區(qū)層之間的第三半導(dǎo)體層底以及與第三半導(dǎo)體層接觸的部分第二半導(dǎo)體層能夠變成耗盡層。
采用這種結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)所述橫向JEFT具有較高的耐受電壓，而無需增大第二半導(dǎo)體層的厚度以及增大電阻。


圖1是說明本發(fā)明一種橫向JEFT工作原理的示意圖；圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施例橫向JEFT結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3是表示本發(fā)明第二實(shí)施例橫向JEFT結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖4是表示本發(fā)明第三實(shí)施例橫向JEFT結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是表示本發(fā)明第四實(shí)施例橫向JEFT結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6是表示本發(fā)明第五實(shí)施例橫向JEFT結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖7是表示普通橫向JEFT結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖8以示意的方式表示普通橫向JEFT，用以評(píng)估它的耐壓；圖9表示在擊穿電壓下漏柵之間的電場(chǎng)分布；圖10表示加給源漏之間區(qū)域的最大電流Vdgmax與溝道區(qū)的雜質(zhì)濃度之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖1是用以從概念上說明本發(fā)明工作原理的示意圖。雖然參照?qǐng)D1將描述柵區(qū)與漏區(qū)之間的電場(chǎng)分布，但也可將同樣的描述應(yīng)用于柵區(qū)與源區(qū)之間的電場(chǎng)分布。按照本發(fā)明之橫向JEFT的基本結(jié)構(gòu)包括由n-型摻雜區(qū)形成的n-型半導(dǎo)體層3和由在n-型半導(dǎo)體層3上的p-型摻雜區(qū)形成的p-型半導(dǎo)體層8。另外，在這個(gè)p-型半導(dǎo)體層8中，設(shè)置p+-型柵區(qū)層7，它延伸到n-型半導(dǎo)體層3中，而且其p-型雜質(zhì)濃度高于n-型半導(dǎo)體層3的雜質(zhì)濃度；還設(shè)有n+-型漏區(qū)層9，它離p+-型柵區(qū)層7預(yù)定的距離，并且其n-型雜質(zhì)濃度高于n-型半導(dǎo)體層3的雜質(zhì)濃度。
以下描述這種結(jié)構(gòu)中所述p+-型柵區(qū)層7與n+-型漏區(qū)層9之間的電場(chǎng)分布。
n-型半導(dǎo)體層3的泊松方程由下式(5)表示Ex/x+Ey/y+Ez/z＝-ρ/ε ...(5)其中ρ表示空間電荷密度，ε表示介電常數(shù)。
若Ex等于0(Ex＝0)，則可將方程(5)表示成如下的(6)式，Ey/y＝-ρ/ε-Ez/z ...(6)然而，沿著y方向把外部電壓加給這種結(jié)構(gòu)，則耗盡層不僅沿著y方向延伸，還沿z方向延伸，而且實(shí)際上滿足(7)式，Ez/z＝-ρ/ε...(7)于是，基本滿足條件Ey/y＝0，也即Ez＝常數(shù)。采用上述結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)類似于平行板電容器的恒定電場(chǎng)分布。相應(yīng)地，與普通結(jié)構(gòu)的橫向JEFT相比，在保持耐壓特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電阻減小。以下各實(shí)施例描述關(guān)于采用上面討論之結(jié)構(gòu)的橫向JEFT特定結(jié)構(gòu)。
第一實(shí)施例參照?qǐng)D2，描述這種實(shí)施例的橫向JEFT結(jié)構(gòu)。這里所用的半導(dǎo)體基片是任何導(dǎo)電類型的單晶硅SiC。如圖2所示，在這種單晶硅SiC基片1上，設(shè)置p--型外延層2作為第一半導(dǎo)體層，它含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)。在這個(gè)p--型外延層2上，設(shè)置n-型外延層3，這是第二半導(dǎo)體層，它含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于p--型外延層2的雜質(zhì)濃度。在該n-型外延層3上，設(shè)有p-型外延層6，這是第三半導(dǎo)體層。
在這個(gè)p-型外延層6上，設(shè)有n+-型源區(qū)層5和n+-型漏區(qū)層9，其間有預(yù)定的距離，它們含有第二導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，雜質(zhì)濃度高于n-型外延層3的雜質(zhì)濃度。此外，在所述源區(qū)層5和漏區(qū)層9之間，設(shè)有p+-型柵區(qū)層7，它的底面延遲到n-型外延層3中，并含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，雜質(zhì)濃度高于n-型外延層3的雜質(zhì)濃度。
源極10、柵極11和漏極12分別設(shè)在所述n+-型源區(qū)層5、p+-型柵區(qū)層7和n+-型漏區(qū)層9的表面上。p+-型半導(dǎo)體層4設(shè)在源區(qū)層5的橫向的一側(cè)。
這里假設(shè)具有上述結(jié)構(gòu)之橫向JEFT的耐壓為500V，n-型外延層3的厚度為1.0μm，源區(qū)層5和漏區(qū)層9的厚度(d)為0.5μm，p-型外延層6和n-型外延層3的雜質(zhì)濃度同為1.2×1017cm-3，而p--型外延層2的厚度(h)為3.0μm，雜質(zhì)濃度為1.0×1016cm-3。于是“Lgd”是2.2μm。對(duì)于常開型而言，“Lgs”近似等于0，而“a”小于160nm(“a”＜160nm)。
本實(shí)施例結(jié)構(gòu)提供的電場(chǎng)分布是類似于平行板電容器的恒定電場(chǎng)，代替普通pn結(jié)的電場(chǎng)分布。因此，與普通結(jié)構(gòu)的橫向JEFT相比，在保持耐壓的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)減小導(dǎo)通電阻。
另外，使第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度等于p-型外延層6的雜質(zhì)濃度，以在保持耐壓的同時(shí)，最大程度地有效減小所述導(dǎo)通電阻。
第二實(shí)施例參照?qǐng)D3，現(xiàn)在描述本實(shí)施例橫向JEFT的結(jié)構(gòu)。上述第一實(shí)施例的橫向JEFT具有設(shè)在n-型外延層3上的p-型外延層6，并在該p-型外延層6中設(shè)置n+-型源區(qū)層5、n+-型漏區(qū)層9和p+-型柵區(qū)層7。按照第二實(shí)施例，橫向JEFT不包含n-型外延層3上的p-型外延層6，并且，它的n+-型源區(qū)層5、n+-型漏區(qū)層9和p+-型柵區(qū)層7形成于n-型外延層3中。除上述細(xì)節(jié)外，這種結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的相同。
有如上述的結(jié)構(gòu)也給出類似于平行板電容器之恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)分布，代替普通pn結(jié)的電場(chǎng)分布。相應(yīng)地，與普通結(jié)構(gòu)的橫向JEFT相比，在保持耐壓的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)減小導(dǎo)通電阻。
此外，使p--型外延層2的頂面與p+-型柵區(qū)層7的底面之間的距離(a)小于n-型外延層3與p+-型柵區(qū)層7之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層距離。當(dāng)柵極為0V時(shí)，由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層引起溝道的完全夾斷，并因此而實(shí)現(xiàn)常開型。
第三實(shí)施例參照?qǐng)D4描述第三實(shí)施例橫向JEFT的結(jié)構(gòu)。這種橫向JEFT具有與第一實(shí)施例相同的基本結(jié)構(gòu)，而第三實(shí)施例的一個(gè)特征在于，在p--型外延層2與p+-型柵區(qū)層7之間的n-型外延層3中設(shè)有一個(gè)雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17，該雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17具有與p+-型柵區(qū)層7幾乎同樣的雜質(zhì)濃度和幾乎同樣的電勢(shì)。
這種結(jié)構(gòu)也給出類似于平行板電容器之恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)分布，代替普通pn結(jié)的電場(chǎng)分布。相應(yīng)地，與普通結(jié)構(gòu)的橫向JEFT相比，在保持耐壓的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)減小導(dǎo)通電阻。
另外，使這種結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17的頂面與p+-型柵區(qū)層7的底面之間的距離(a1)小于n-型外延層3與p+-型柵區(qū)層7之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層距離的兩倍；并使雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17的底面與p--型外延層2的頂面之間的距離(a2)小于n-型外延層3與p+-型柵區(qū)層7之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層距離。于是，當(dāng)柵極為0V時(shí)，由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層實(shí)現(xiàn)溝道的夾斷，并因此而實(shí)現(xiàn)常開型。
第四實(shí)施例參照?qǐng)D5描述這種實(shí)施例橫向JEFT的結(jié)構(gòu)。這種實(shí)施例橫向JEFT具有與上述第三實(shí)施例橫向JEFT相同的基本結(jié)構(gòu)，而其特點(diǎn)在于，在p--型外延層2與p+-型柵區(qū)層7之間的n-型外延層3中設(shè)有多個(gè)雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17a和17b，并且雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17a和17b具有與p+-型柵區(qū)層7幾乎同樣的雜質(zhì)濃度和同樣的電勢(shì)。
上述這種結(jié)構(gòu)也給出類似于平行板電容器之恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)分布，代替普通pn結(jié)的電場(chǎng)分布。相應(yīng)地，與普通結(jié)構(gòu)的橫向JEFT相比，在保持耐壓的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)減小導(dǎo)通電阻。
另外，對(duì)于上述結(jié)構(gòu)而言，使各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)中間最接近p+-型柵區(qū)層7的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17a的頂面與p+-型柵區(qū)層7的底面之間的距離(a1)小于n-型外延層3與p+-型柵區(qū)層7之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層距離的兩倍；并使雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17a和17b中間的距離(d)小于n-型外延層3與p+-型柵區(qū)層7之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層距離的兩倍；還使各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)中間最接近p--型外延層2的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17b的底面與p--型外延層2的頂面之間的距離(a2)小于n-型外延層3與雜質(zhì)注入?yún)^(qū)17a和17b之間的pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層距離。于是，當(dāng)柵極為0V時(shí)，由內(nèi)建勢(shì)延伸的外延層實(shí)現(xiàn)溝道的夾斷，并因此而實(shí)現(xiàn)常開型。
第五實(shí)施例以下描述這種實(shí)施例橫向JEFT的結(jié)構(gòu)。對(duì)于上述各實(shí)施例每種結(jié)構(gòu)而言，為了提高器件的耐壓，必須減小n-型外延層3的雜質(zhì)濃度并增大它沿基片深度方向的厚度。于是，隨之而來的問題是，n-型外延層3的電阻的突然增大。另外，當(dāng)n-型外延層3沿基片深度方向的厚度增加時(shí)，進(jìn)一步的問題是難于控制溝道的厚度。
下面通過參照?qǐng)D7與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相比，描述這種實(shí)施例。這里要說明的是，各種與第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)相同的部件都用相同的參考符號(hào)表示，因此也就不再重復(fù)其詳細(xì)描述對(duì)于這種實(shí)施例的橫向JEFT而言，為了改變?yōu)楹谋M層，在加給預(yù)定的電壓時(shí)，選擇在p+-型柵區(qū)層7A和n+-型漏區(qū)層9之間的p-型外延層6A和部分與該p-型外延層6A接觸的n-型外延層3，以及各自的雜質(zhì)濃度和各自沿p+-型柵區(qū)層7A、n-型外延層3A及p-型外延層6A基片深度方向的厚度中的每一個(gè)。
特別是，按照本實(shí)施例，所述p+-型柵區(qū)層7A沿著使該p+-型柵區(qū)層7A延伸的方向(圖1中的X方向)包含設(shè)置成達(dá)到p--型外延層2的區(qū)域7L和設(shè)置成達(dá)到n-型外延層3A的區(qū)域7H。
另外，p-型外延層6A具有雜質(zhì)濃度(NA)和沿基片深度方向的厚度(dp)；n+-型外延層3A具有雜質(zhì)濃度(ND)和沿基片深度方向的厚度(dn)；并且這些濃度和厚度被確定成具有下述關(guān)系。如果這些厚度具有dp＝dn的關(guān)系，則濃度就具有2NA＝ND的關(guān)系。如果厚度具有2dp＝dn的關(guān)系，則濃度就具有NA＝ND的關(guān)系。
在預(yù)定的電壓加給位于p+-型柵區(qū)層7A與n+-型漏區(qū)層9之間的p-型外延層6A和部分與該p-型外延層6A接觸的n-型外延層3A，以及各自的雜質(zhì)濃度和各自沿p+-型柵區(qū)層7A、n-型外延層3A及p-型外延層6A基片深度方向的厚度中的每一個(gè)時(shí)，采用滿足以上關(guān)系的結(jié)構(gòu)，以改變成耗盡層。相應(yīng)地，無需增大n-型外延層3A的厚度和減小電阻，就能實(shí)現(xiàn)具有較高耐壓的橫向JEFT。
雖然已如上述描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但上述各實(shí)施例只是說明和示例的方式，本發(fā)明的范圍并不限于這些實(shí)施例。所附各權(quán)利要求闡明了本發(fā)明的范圍，這意味著同樣可以包括各種改型和等效變化，它們都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用按照本發(fā)明，提供一種橫向JEFT，它在保持較高擊穿電壓特性的同時(shí)，具有減小了的導(dǎo)通電阻。
權(quán)利要求
1.一種橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它包括被置于半導(dǎo)體基片(1)上的第一半導(dǎo)體層(2)，該層含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)；被置于所述第一半導(dǎo)體層(2)上的第二半導(dǎo)體層(3)，該層含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層(2)的雜質(zhì)濃度；被置于所述第二半導(dǎo)體層(3)上的第三半導(dǎo)體層(6)，該層含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)；在第三半導(dǎo)體層(6)中彼此分開預(yù)定距離的源/漏區(qū)層(5，9)，它們含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在第三半導(dǎo)體層(6)中的源/漏區(qū)層(5，9)之間的柵區(qū)層(7)，它的底部表面延伸到第二半導(dǎo)體層(3)中，并含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述第二半導(dǎo)體層(3)和第三半導(dǎo)體層(6)的雜質(zhì)濃度實(shí)際相同。
3.如權(quán)利要求1所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述第一半導(dǎo)體層(2)的頂面與所述柵區(qū)層底面之間的距離小于所述第二半導(dǎo)體層(3)與所述柵區(qū)層之間pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的耗盡層的距離。
4.如權(quán)利要求1所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，在所述第一半導(dǎo)體層(2)與所述柵區(qū)層(7)之間的第二半導(dǎo)體層(3)中設(shè)有雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17，17a，17b)，所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)具有與所述柵區(qū)層(7)基本相同的雜質(zhì)濃度和基本相同的電勢(shì)。
5.如權(quán)利要求4所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中設(shè)置一個(gè)所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17)。
6.如權(quán)利要求5所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述第一雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17)的頂面與所述柵區(qū)層(7)底面之間的距離小于所述第二半導(dǎo)體層(3)與所述柵區(qū)層(7)之間pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的耗盡層距離的兩倍；并且所述第一雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17)的底面與所述第一半導(dǎo)體層(2)的頂面之間的距離小于所述第二半導(dǎo)體層(3)與所述質(zhì)注入?yún)^(qū)(17，17a，17b)之間pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的耗盡層距離。
7.如權(quán)利要求4所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中設(shè)置至少兩個(gè)所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17a，17b)。
8.如權(quán)利要求7所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中在所述各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)中間最接近所述柵區(qū)層(7)的一個(gè)雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17a)的頂面與所述柵區(qū)層(7)底面之間的距離小于所述第二半導(dǎo)體層(3)與所述柵區(qū)層(7)之間pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的耗盡層距離的兩倍；所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17a，17b)之間的距離小于所述第二半導(dǎo)體層(3)與所述柵區(qū)層(7)之間pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的耗盡層距離的兩倍；并且在所述各雜質(zhì)注入?yún)^(qū)中間最接近所述第一半導(dǎo)體層(2)的一個(gè)雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17b)的底面與所述第一半導(dǎo)體層(2)頂面之間的距離小于所述第二半導(dǎo)體層(3)與所述雜質(zhì)注入?yún)^(qū)(17b)之間pn結(jié)處由內(nèi)建勢(shì)延伸的耗盡層距離。
9.如權(quán)利要求1所述的橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述第二半導(dǎo)體層(3)與所述第三半導(dǎo)體層(6)的厚度基本相同；并且所述第三半導(dǎo)體層(6)的雜質(zhì)濃度基本為所述第二半導(dǎo)體層(3)雜質(zhì)濃度之半。
10.如權(quán)利要求1所述的橫向場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述第三半導(dǎo)體層(6)的厚度基本為所述第二半導(dǎo)體層的厚度之半；并且所述第三半導(dǎo)體層(6)與所述第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度基本相同。
11.一種橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它包括被置于半導(dǎo)體基片(1)上的第一半導(dǎo)體層(2)，該層含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)；被置于所述第一半導(dǎo)體層(2)上的第二半導(dǎo)體層(3)，該層含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層(2)的雜質(zhì)濃度；在第二半導(dǎo)體層(3)中彼此分開預(yù)定距離的源/漏區(qū)層(5，9)，它們含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在所述第二半導(dǎo)體層(3)中的源/漏區(qū)層(5，9)之間的柵區(qū)層(7)，它們含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于所述第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度。
12.一種橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它包括被置于半導(dǎo)體基片(1)上的第一半導(dǎo)體層(2)，該層含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)；被置于所述第一半導(dǎo)體層(2)上的第二半導(dǎo)體層(3)，該層含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層(2)的雜質(zhì)濃度；被置于所述第二半導(dǎo)體層(3)上的第三半導(dǎo)體層(6)，該層含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)；在第三半導(dǎo)體層中(6)彼此分開預(yù)定距離的源/漏區(qū)層(5，9)，它們含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在第三半導(dǎo)體層(6)中的源/漏區(qū)層(5，9)之間的柵區(qū)層(7A)，它包含一個(gè)區(qū)域，其底部表面延伸到所述第一半導(dǎo)體層(2)中，還包含一個(gè)區(qū)域，它的底部表面延伸到所述第二半導(dǎo)體層(3)中，它們含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于所述第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度。
13.一種橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它包括被置于半導(dǎo)體基片(1)上的第一半導(dǎo)體層(2)，該層含有第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)(p)；被置于所述第一半導(dǎo)體層(2)上的第二半導(dǎo)體層(3)，該層含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，所述第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)的濃度高于第一半導(dǎo)體層(2)的雜質(zhì)濃度；被置于所述第二半導(dǎo)體層(3)上的第三半導(dǎo)體層(6)，該層含有第一導(dǎo)電類型(p)的雜質(zhì)；在第三半導(dǎo)體層(6)中彼此分開預(yù)定距離的源區(qū)層(5)和漏區(qū)層(9)，它們含有第二導(dǎo)電類型(n)的雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度高于第二半導(dǎo)體層(3)的雜質(zhì)濃度；以及設(shè)在第三半導(dǎo)體層(6)中的源區(qū)層(5)和漏區(qū)層(9)之間的柵區(qū)層(7)；其中所述柵區(qū)層(7)、所述第二半導(dǎo)體層(3)和所述第三半導(dǎo)體層(6)各自的厚度和各自的雜質(zhì)濃度被確定成，使得在加給預(yù)定的電壓時(shí)，位于所述柵區(qū)層(7)與漏區(qū)層(9)之間的第三半導(dǎo)體層(6)以及與第三半導(dǎo)體層(6)接觸的部分所述第二半導(dǎo)體層(3)能夠變成耗盡層。
全文摘要
一種橫向結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括由n－型摻雜區(qū)形成的n－型半導(dǎo)體層(3)和在n－型半導(dǎo)體層(3)上由p－型摻雜區(qū)形成的p－型半導(dǎo)體層。另外，在p－型半導(dǎo)體層中設(shè)置延伸到n－型半導(dǎo)體層(3)中的p
文檔編號(hào)H01L21/337GK1496587SQ02802129
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者原田真, 弘津研一, 松波弘之, 木本恒暢, 一, 之, 暢 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社