一種表面柵型靜電感應(yīng)晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種小功率的常關(guān)型靜電感應(yīng)晶體管，特別是一種表面柵型靜電感應(yīng) 晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002] 在專利U.S.PatentNo. 4326209中，Nishizawa等人提出，靜電感應(yīng)晶體管 (SIT)是一種能夠在較高頻率和大功率條件下工作的場效應(yīng)半導(dǎo)體器件。在溝道內(nèi)載流子 從源極越過一個由溝道靜電感應(yīng)的勢壘注入到漏極，勢壘高度可W隨著施加于柵極的柵偏 壓和施加于漏極的漏偏壓的改變而改變。影響SIT性能的關(guān)鍵在于可控制載流子耗盡的高 阻外延層所形成的溝道。其具有的優(yōu)點(diǎn)是電流-電壓特性曲線在非常寬的漏電流的范圍 內(nèi)接近線性，包括低漏電流的區(qū)域與真空=極管特性類似。其線性度高、且不飽和的電流電 壓特性，頻率高，噪聲低，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在高保真設(shè)備中具有極大的應(yīng)用價值。該類器 件在YAMANAKAEIJI發(fā)明專利JP.PatentNo. 59079574A中也有詳細(xì)的描述。
[0003] 表面柵結(jié)構(gòu)的SITW其功率小、頻率高的特性而在一些領(lǐng)域中得到重視。在上世 紀(jì)走八十年代有報道稱已研制出工作頻率為2.OGHz的器件，但由于其擊穿電壓一般在10V 左右，并且跨導(dǎo)低，泄漏電流大，限制了其應(yīng)用范圍。在之后的研究中，雖然通過改變結(jié)構(gòu)來 彌補(bǔ)部分性能缺陷，但效果卻微乎其微，在SandeepB址1等人發(fā)明專利U.S. 12, 959, 736中 有所提到。此外，還有通過改變半導(dǎo)體材料，如用神化嫁取代娃來制備SIT，但其性能尤其是 柵的調(diào)控作用沒有大的改善，該在Zaidan等人發(fā)明專利U.S. 4470059中提到。
[0004] 影響SIT的性能最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)是柵條間距和溝道長度，而溝道長度直接影響 柵區(qū)對器件性能調(diào)控的靈敏度。過去的工藝實(shí)踐中一致認(rèn)為SIT器件良好的性能需要保證 有源區(qū)內(nèi)溝道有足夠的長度，并且采用擴(kuò)散熱退火推進(jìn)的形式來完成，從而達(dá)到提高柵陰 極電流的均勻性，保證器件各單元的工作穩(wěn)定性，并且減少反向漏電流，該在李思淵等人發(fā) 明的專利CN1168119C中提到。但是該發(fā)明采用的擴(kuò)散高溫退火推進(jìn)形成的雜質(zhì)濃度為高 斯分布，有源區(qū)長溝道的設(shè)計使得柵體濃度變化非常大，并且柵體本身就會形成電勢降落 減弱外加?xùn)艍旱恼{(diào)控，同時濃度大的降落使得有效溝道長度比實(shí)際表現(xiàn)的溝道長度要小得 多，并且長時間的高溫推進(jìn)使得柵體濃度降低，該會大大減弱柵控靈敏度。此外，熱擴(kuò)散在 娃中的推進(jìn)速度十分緩慢，且各向擴(kuò)散速度不同，易形成球形或楠圓等邊緣為曲線的擴(kuò)散 結(jié)，邊界處耗盡層發(fā)生彎曲，導(dǎo)致電場線彎曲崎變，使表面電場集中或發(fā)散，從而降低擊穿 電壓。并且熱退火推進(jìn)導(dǎo)致有源區(qū)橫向擴(kuò)散嚴(yán)重，為防止柵源短路必須增大器件柵間距，從 而增大器件尺寸，降低晶圓利用率，增加制造成本。
[0005] 目前國外有幾款已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的長溝道SIT，如日本SONY公司生產(chǎn)的2SK79V FET，但其價格高昂并且在國內(nèi)市場很難買到。此外，其性能上也有一些不足；柵源擊穿電壓 低（BVgso=10V)，柵截止電流和漏截止電流大（Igso=200nA，Idgo=200nA)，電壓放大因子低 (y=30)，跨導(dǎo)低（gm=30mS)，封裝面積大（8. 7mmX6. 0mm)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種可克服現(xiàn)有技術(shù)不足，可提高器件的柵源擊穿電壓和電流密度， W及具有高跨導(dǎo)特性的小功率的常關(guān)型靜電感應(yīng)晶體管（SIT)，W及制備方法。
[0007] 本發(fā)明的一種表面柵型靜電感應(yīng)晶體管，由；漏極、位于漏極之上的N+低阻單晶的 襯底、位于N+低阻單晶的襯底之上的N-高阻外延層和位于N-高阻外延層內(nèi)的相互并聯(lián)的 多個SIT單元并聯(lián)而構(gòu)成，其中每個SIT單元包括；位于柵區(qū)上的Si化層，各SiO2層間的源 區(qū)，和P+的柵區(qū)，至少有一個SIT單元的有源區(qū)上開設(shè)有引線孔并設(shè)置有與柵區(qū)電連通的 引線，本發(fā)明的有源區(qū)采用與現(xiàn)有技術(shù)完全相反的短溝道設(shè)計，溝道長度< 5ym，柵區(qū)滲雜 濃度為 5Xl〇i9cm-3~1Xl〇2°cm-3,源區(qū)滲雜濃度為 1X1〇2°cm-3~5X1〇2°cm-3。
[0008] 本發(fā)明的表面柵型靜電感應(yīng)晶體管，單元重復(fù)周期為8~9ym，柵條長1.5ym，源 條長1. 5ym，柵源間距為2~3ym，外延層厚度為20~26ym。
[0009] 本發(fā)明的表面柵型靜電感應(yīng)晶體管的制備方法是： 1) 在微滲雜外延層表面生長一層Si化作為娃表面選擇性滲雜的有效掩蔽層； 2) 采用柵一源同刻版，將柵條、源條及柵墻上面的氧化層刻掉并將版圖上的圖形轉(zhuǎn)移 到娃片上，打開柵區(qū)、源區(qū)、柵墻注入窗口； 3) 涂膠，采用光刻膠作為掩蔽層； 4) 光刻膠保留，在柵區(qū)進(jìn)行棚離子滲雜，之后去膠； 5) -次退火，消除晶格損傷，實(shí)現(xiàn)棚雜質(zhì)再分布； 6) 涂膠，采用光刻膠（7)作為掩蔽層； 7) 光刻膠保留，在源區(qū)進(jìn)行神離子滲雜，之后去膠； 8) 采用快速退火工藝進(jìn)行二次退火，消除晶格損傷，實(shí)現(xiàn)神雜質(zhì)再分布； 9) 采用低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD)在娃片表面淀積均勻高純度的Si〇2層，為制作金屬 電極做準(zhǔn)備，再對氧化層進(jìn)行增密退火處理，在柵區(qū)和源區(qū)交界處的側(cè)壁形成氧化層側(cè)墻， 防止金屬進(jìn)入柵-源邊界； 10) 光刻歐姆接觸窗口，去除源區(qū)和柵墻上的氧化層； 11) 金屬化；在娃片表面淀積一層很薄的PtSi材料，瓣射多層金屬，之后在娃片表面大 面積電鍛導(dǎo)電金屬薄膜（8); 12) 將有源區(qū)(源區(qū)和柵區(qū)）與柵墻之間的金屬去除，實(shí)現(xiàn)柵區(qū)和源區(qū)的獨(dú)立電極； 13) 采用PECVD淀積大量復(fù)合介質(zhì)純化層（9)，對娃片進(jìn)行全覆蓋來抑制雜志和保護(hù)巧 片表面； 14) 刻蝕版圖上對應(yīng)位置的多層復(fù)合介質(zhì)，得到柵區(qū)和源區(qū)的引線孔； 15) 對管巧進(jìn)行第=次退火，背面減薄，背金，劃片，封裝。
[0010] 前述的本發(fā)明表面柵型靜電感應(yīng)晶體管的制備方法中，步驟4與7均采用離子注 入方式，且柵源窗口采用同時打開工藝。
[0011] 本發(fā)明的表面柵型靜電感應(yīng)晶體管的制備方法中：在N+型娃切片上生長一層r型 輕滲雜高阻外延層，在該一高阻外延層上制作SIT的有源區(qū)，即位于器件上層的N+源區(qū)和 P+柵區(qū)；中層為N-高阻輕滲雜外延層；下層為N+低阻重滲雜層娃襯底片W及與襯底片接觸 的漏電極。
[0012] 本發(fā)明在有源區(qū)內(nèi)采用短溝道設(shè)計，并通過相應(yīng)工藝的保障，使柵體雜質(zhì)濃度高 且雜質(zhì)分布更加均勻，降低了柵體自身的壓降，增加了柵控靈敏度，同時使柵源面積減小， 降低柵源寄生電容，增大SIT工作頻率。由于縮短了柵條間距，進(jìn)一步減小器件寄生電容， 同時縮短單元周期，減小巧片面積，降低成本。在零柵壓下溝道自然耗盡完全夾斷，表現(xiàn)為 常關(guān)型，非工作區(qū)較小，從而降低功率損耗。
[0013] 本發(fā)明采用表面柵結(jié)構(gòu)，在制備過程中將柵區(qū)、源區(qū)注入窗口同時打開，并采用離 子注入形式，該些技術(shù)手段可W精確控制雜質(zhì)含量和縱向注入深度，雜質(zhì)分布更均勻，器件 性能更加穩(wěn)定且優(yōu)良。在離子注入時采用光刻膠進(jìn)行掩蔽，可減少工藝步驟如氧化、淀積和 光刻等。之后對其進(jìn)行低溫退火工藝，減小晶格損傷。
[0014] 本發(fā)明可由1500~2000個SIT單元并聯(lián)而成，因此溝道總面積得到很大程度的提 高，增大了器件電流密度。
[0015] 本發(fā)明具有W下技術(shù)效果： 在有源區(qū)內(nèi)采用短溝道設(shè)計，同時在相應(yīng)的工藝支持下可使器件柵體雜質(zhì)濃度高且雜 質(zhì)分布更加均勻，降低了柵體自身的壓降，增加了柵控靈敏度，提高了器件跨導(dǎo)，同時柵源 面積減小，降低柵源寄生電容，增大SIT工作頻率。通過縮短了柵條間距，進(jìn)一步減小器件 寄生電容，同時縮短單元周期，減小巧片面積，降低成本。本發(fā)明在零柵壓下溝道自然耗盡 完全夾斷，表現(xiàn)為常關(guān)型，非工作區(qū)較小，從而功率損耗得W降低。本發(fā)明的短溝道設(shè)計與 現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)的設(shè)計思路相比是徹底的革命性的改進(jìn)。
[0016] 除結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)之外，在相應(yīng)的制備工藝中也進(jìn)行了不同于常規(guī)工藝的改進(jìn)： (1)采用了柵源窗口同時打開工藝，達(dá)到了自對準(zhǔn)目的。
[0017] (2)采用離子注入形式，精確控制雜質(zhì)含量和縱向注入深度，雜質(zhì)分布更均勻，并 可在簡化工藝的同時有效抑制橫向擴(kuò)散導(dǎo)致的邊緣彎曲效應(yīng)，提高了器件的柵源擊穿W及 跨導(dǎo)等特性，使器件性能更加穩(wěn)定且優(yōu)良。
[0018] (3)在滲雜時采用光刻膠進(jìn)行掩蔽，減少了工藝步驟如氧化、淀積和光刻等，加快 巧片制作速度，降低制造成本。
[0019] (4)離子注入后采用低溫退火工藝形成柵極，快速熱處理退火方式形成淺結(jié)源極， 并對柵區(qū)、源區(qū)做了增密退火工藝處理，在激活雜質(zhì)修復(fù)缺陷的