一種jfet器件及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種JFET器件及其制造方法。本發(fā)明的JFET器件在柵區(qū)一端引入了淺槽輔助層13，淺槽輔助層13靠近源端一側(cè)，利用此淺槽輔助層13來(lái)減弱溝道調(diào)制效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)在寬電壓輸入范圍內(nèi)，輸出電流的變化率小。本發(fā)明的有益效果為，在制作工藝并不復(fù)雜的基礎(chǔ)上，器件的恒流特性較好，在寬電壓輸入范圍內(nèi)，輸出電流的變化率很小，能夠滿(mǎn)足更小恒流精度的需求，特別適合小功率LED燈恒流驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明尤其適用于小功率LED燈恒流用JFET器件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種JFET器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，具體的說(shuō)是涉及一種JFET器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著LED燈的廣泛使用，LED恒流驅(qū)動(dòng)也迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，恒流JFET器件是專(zhuān)為小功率LED設(shè)計(jì)的恒流驅(qū)動(dòng)器，它能在4V~150V的寬電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出，而且可以實(shí)現(xiàn)±15%的恒流精度，可與LED燈珠搭配，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)照明。圖1是恒流驅(qū)動(dòng)LED的一種方案，由于輸出電壓較高，該方案特別適合電流值為5mA~500mA的LED應(yīng)用，尤其適合高壓LED。該方案總共包括6個(gè)元器件，簡(jiǎn)單實(shí)用，且低成本。圖1中，交流市電通過(guò)Dl-D4和Cl構(gòu)成的全波整流電路后直接驅(qū)動(dòng)恒流器件和LED燈串。圖2是恒流驅(qū)動(dòng)LED的另外一種方案，新加入的電阻Radj可根據(jù)不同的LED適當(dāng)調(diào)節(jié)電流。其驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本極低，而提供恒流的核心就是一個(gè)常開(kāi)通的η溝道JFET器件，但是目前常規(guī)的JFET器件并不能很好的滿(mǎn)足恒流源電路的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的，就是針對(duì)上述JFET器件存在的精度問(wèn)題，提出一種JFET器件及其制造方法。
[0004]本發(fā)明解決上述 技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種JFET器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括P型襯底6和設(shè)置在P型襯底6上層的P型外延層5 ;所述P型外延層5上層設(shè)置有η型體溝道區(qū)4，P型外延層5的兩側(cè)分別設(shè)置有第一 P型隔離區(qū)7和第二 P型隔離區(qū)8 ;所述η型體溝道區(qū)4上層設(shè)置有相互獨(dú)立的P+柵極區(qū)1、N+漏極區(qū)2、N+源極區(qū)3，其中P+柵極區(qū)I位于N+漏極區(qū)2和N+源極區(qū)3之間，所述P+柵極區(qū)I的上表面設(shè)置有柵極金屬11，所述N+漏極區(qū)2的上表面設(shè)置有漏極金屬10，所述N+源極區(qū)3的上表面設(shè)置有源極金屬12 ;在第一 P型隔離區(qū)7和第二 P型隔離區(qū)8上表面、P型外延層5的上表面、P型外延層5與漏極金屬10之間的η型體溝道區(qū)4上表面、P型外延層5與源極金屬12之間的η型體溝道區(qū)4上表面、漏極金屬10、源極金屬12和柵極金屬11之間的η型體溝道區(qū)4的上表面設(shè)置有介質(zhì)層9 ;其特征在于，所述η型體溝道區(qū)4中設(shè)置有淺槽輔助層13，所述淺槽輔助層13與P+柵極區(qū)I連接并位于P+柵極區(qū)I靠近源極N+區(qū)3的一側(cè)。
[0005]本發(fā)明總的技術(shù)方案，在柵區(qū)靠近源極一側(cè)引入淺槽輔助層，淺槽輔助層13可采用挖槽工藝實(shí)現(xiàn)，利用淺槽輔助層13來(lái)減弱溝道調(diào)制效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)在寬電壓輸入范圍內(nèi)，輸出電流的變化率小。
[0006]一種JFET器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]第一步:選擇片厚約400 ~700 μ m，電阻率為 0.001 ~0.005 Ω.αι^9ΝΤ0〈111>
單晶娃片；
[0008]第二步:在硅片表面生長(zhǎng)P型外延層5，生長(zhǎng)條件為溫度1100°C~1150°C，所述P型外延層5的厚度為5~25 μ m，電阻率為8~12 Ω.cm；[0009]第三步:熱生長(zhǎng)氧化層，厚度為3000-Κ)000Α:
[0010]第四步:采用光刻和離子注入工藝在P型外延層5的兩側(cè)分別形成第一 P型隔離區(qū)7和第二 P型隔離區(qū)8，具體為:在離子注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8el5cm_2、能量40~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~115CTC、時(shí)間IOOmin~120min ；
[0011]第五步:采用光刻和離子注入工藝在P型外延層5上層第一 P型隔離區(qū)7和第二P型隔離區(qū)8之間形成η型體溝道區(qū)4，具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后離子注入，離子注入條件為:劑量lel2~5el2Cm_2、能量40~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~1150°C、時(shí)間230min~250min ；
[0012]第六步:場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)，厚度為3000-5000Α;
[0013]第七步:采用光刻工藝在η型體溝道區(qū)4上層刻蝕有源區(qū)；
[0014]第八步:采用光刻和離子注入工藝在η型體溝道區(qū)4中形成P+柵極區(qū)1，具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8el5cnT2、能量20~40KeV ;推阱再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度950~1000°C、時(shí)間 25min ~30min ；
[0015]第九步:采用光刻和離子注入工藝在η型體溝道區(qū)4中形成N+漏極區(qū)2和N+源極區(qū)3，P+柵極區(qū)I位于N+漏極區(qū)2和N+源極區(qū)3之間；具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8e15CnT2、能量60~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~1150°C、時(shí)間230min~250min ； [0016]第十步:采用光刻和等離子體干法刻蝕工藝在P+柵極區(qū)I靠近N+源極區(qū)3的一端刻蝕硅層產(chǎn)生淺槽，并填充二氧化硅或其他絕緣介質(zhì)形成淺槽輔助層13 ；
[0017]第H^一步:采用光刻工藝刻蝕出接觸孔；
[0018]第十二步:在P+柵極區(qū)I的上表面淀積柵極金屬11，在N+漏極區(qū)2的上表面淀積漏極金屬10，在N+源極區(qū)3的上表面淀積源極金屬12。
[0019]具體的，所述第十步中淺槽輔助層13位于柵極P+區(qū)I靠近源極3—側(cè)，其具體槽深及槽寬可以根據(jù)實(shí)際需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但需保證淺槽輔助層13不與柵電極金屬11接觸且與柵極P+區(qū)I靠近源極N+區(qū)3 —端緊接。
[0020]本發(fā)明的有益效果為，在制作工藝并不復(fù)雜的基礎(chǔ)上，器件的恒流特性較好，在寬電壓輸入范圍內(nèi)，輸出電流的變化率很小。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柵壓為-1V時(shí)，在漏源電壓10~80V范圍內(nèi)，電流變化率從普通JFET器件的38.68%降低為新結(jié)構(gòu)的21.74%，電流變化率比常規(guī)的JFET器件降低了，能夠滿(mǎn)足更小恒流精度的需求，特別適合小功率LED燈恒流驅(qū)動(dòng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是LED驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用電路示意圖；
[0022]圖2是另一種LED驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用電路不意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明的JFET與一般結(jié)構(gòu)JFET的恒流特性對(duì)比示意圖；[0025]圖5是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中材料P+襯底結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中外延P-結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中隔離區(qū)P+注入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中N阱溝道注入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖9是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中P+柵區(qū)注入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖10是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中源漏N+注入結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖11是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中淺槽輔助層的制作結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖12是本發(fā)明的恒流器件制造方法工藝步驟中刻蝕AL之后結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和 實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0034]如圖3所示，本發(fā)明的一種JFET器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括P型襯底6和設(shè)置在P型襯底6上端面的P型外延層5 ;所述P型外延層5上端面設(shè)置有介質(zhì)層9 ;所述P型外延層5上層設(shè)置有η型體溝道區(qū)4，P型外延層5的兩端分別設(shè)置有第一 P型隔離區(qū)7和第二 P型隔離區(qū)8 ;所述η型體溝道區(qū)4上層設(shè)置有相互獨(dú)立的P+柵極區(qū)1、Ν+漏極區(qū)2、Ν+源極區(qū)3，其中P+柵極區(qū)I位于N+漏極區(qū)2和N+源極區(qū)3之間，所述P+柵極區(qū)I的上端面設(shè)置有柵極金屬11，所述N+漏極區(qū)2的上端面設(shè)置有漏極金屬10，所述N+源極區(qū)3的上端面設(shè)置有源極金屬12 ;其特征在于，所述η型體溝道區(qū)4中設(shè)置有淺槽輔助層13，所述淺槽輔助層13緊接P+柵極區(qū)I靠近源極3—側(cè)，所述淺槽輔助層13可以是二氧化硅也可以是其他介質(zhì)材料層，其槽深與槽寬也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
[0035]本發(fā)明的工作原理為:該JFET器件屬于常開(kāi)器件，在漏源之間加上正向電壓，當(dāng)溝道出現(xiàn)夾斷后，隨著漏源電壓的增大，電流趨向于恒定。本發(fā)明在常規(guī)JFET的基礎(chǔ)之上額外地在柵區(qū)一端引入了一個(gè)淺槽輔助層，淺槽輔助層靠近源端一側(cè)，其優(yōu)點(diǎn)在于使器件恒流特性變得更好。原因是在漏端加上正電壓，當(dāng)溝道出現(xiàn)夾斷后，由于淺槽輔助層的作用，會(huì)使夾斷點(diǎn)更慢的向源端靠近，所以可以說(shuō)是溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)變小，也就使得器件的恒流特性變的更好，從而利用淺槽輔助層的引入來(lái)減弱溝道調(diào)制效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)在寬電壓輸入范圍內(nèi)，輸出電流的變化率很小。如圖4所示，為傳統(tǒng)的JFET器件和本發(fā)明的帶溝道淺槽輔助層的JFET器件在相同條件下的恒流特性對(duì)比示意圖，線(xiàn)條為實(shí)心的正方形、圓形、星型和三角形的代表傳統(tǒng)的JFET器件，線(xiàn)條為空心的正方形、圓形、星型和三角形的的代表本發(fā)明提出的NewJFET器件。通過(guò)對(duì)比可得出，當(dāng)柵壓為-1V時(shí)，在漏源電壓10~80V范圍內(nèi)，電流變化率從普通JFET器件的38.68 %降低為新結(jié)構(gòu)的21.74 %，可見(jiàn)本發(fā)明的恒流精度比常規(guī)的JFET器件提高很多。
[0036]本發(fā)明的器件主要通過(guò)硅片制備一外延生長(zhǎng)一P+型隔離區(qū)注入一N阱溝道區(qū)注入——柵極注入——源漏注入——淺槽輔助層形成——接觸孔刻蝕——金屬淀積、刻蝕——合金——鈍化——退火等工藝步驟制備。
[0037]實(shí)施例1:
[0038]本例采用挖槽并填充介質(zhì)材料層來(lái)形成淺槽輔助層，具體為:
[0039]第一步:選擇片厚約400 ~700 μ m，電阻率為 0.001 ~0.005 Ω.αι^9ΝΤ0〈111>
單晶娃片；[0040]第二步:在硅片表面生長(zhǎng)P型外延層5，生長(zhǎng)條件為溫度1100°C~1150°C，所述P型外延層5的厚度為5~25 μ m，電阻率為8~12 Ω.cm；
[0041]第三步:熱生長(zhǎng)氧化層，厚度為3000-10000Α;
[0042]第四步:采用光刻和離子注入工藝在P型外延層5的兩側(cè)分別形成第一 P型隔離區(qū)7和第二 P型隔離區(qū)8，具體為:在離子注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8el5cm_2、能量40~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~115CTC、時(shí)間IOOmin~120min ；
[0043]第五步:采用光刻和離子注入工藝在P型外延層5上層第一 P型隔離區(qū)7和第二P型隔離區(qū)8之間形成η型體溝道區(qū)4，具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后離子注入，離子注入條件為:劑量lel2~5el2Cm_2、能量40~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~1150°C、時(shí)間230min~250min ；
[0044]第六步:場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)，厚度為3000-5000Α;
[0045]第七步:采用光刻工藝在η型體溝道區(qū)4上層刻蝕有源區(qū)；
[0046]第八步:采用光刻和離子注入工藝在η型體溝道區(qū)4中形成P+柵極區(qū)1，具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8el5cnT2、能量20~40KeV ;推阱再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度950~1000°C、時(shí)間 25min ~30min ；
[0047]第九步:采用光刻和離子注入工藝在η型體溝道區(qū)4中形成N+漏極區(qū)2和N+源極區(qū)3，P+柵極區(qū)I位 于N+漏極區(qū)2和N+源極區(qū)3之間；具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8e15CnT2、能量60~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~1150°C、時(shí)間230min~250min ；
[0048]第十步:采用光刻和等離子體干法刻蝕工藝在P+柵極區(qū)I靠近N+源極區(qū)3的一端刻蝕硅層產(chǎn)生淺槽，并填充二氧化硅或其他絕緣介質(zhì)形成淺槽輔助層13 ；
[0049]第H^一步:采用光刻工藝刻蝕出接觸孔；
[0050]第十二步:在P+柵極區(qū)I的上表面淀積柵極金屬11，在N+漏極區(qū)2的上表面淀積漏極金屬10，在N+源極區(qū)3的上表面淀積源極金屬12。
【權(quán)利要求】
1.一種JFET器件，其元胞結(jié)構(gòu)包括P型襯底(6)和設(shè)置在P型襯底(6)上層的P型外延層(5);所述P型外延層(5)上層設(shè)置有η型體溝道區(qū)(4)，P型外延層5的兩側(cè)分別設(shè)置有第一 P型隔離區(qū)(7)和第二 P型隔離區(qū)(8);所述η型體溝道區(qū)(4)上層設(shè)置有相互獨(dú)立的P+柵極區(qū)(I)、N+漏極區(qū)(2)、N+源極區(qū)(3)，其中P+柵極區(qū)⑴位于N+漏極區(qū)(2)和N+源極區(qū)(3)之間，所述P+柵極區(qū)(I)的上表面設(shè)置有柵極金屬(11)，所述N+漏極區(qū)(2)的上表面設(shè)置有漏極金屬(10)，所述N+源極區(qū)(3)的上表面設(shè)置有源極金屬(12);在第一 P型隔離區(qū)(7)和第二 P型隔離區(qū)(8)上表面、P型外延層(5)的上表面、P型外延層(5)與漏極金屬(10)之間的η型體溝道區(qū)(4)上表面、P型外延層(5)與源極金屬(12)之間的η型體溝道區(qū)(4)上表面、漏極金屬(10)、源極金屬(12)和柵極金屬(11)之間的η型體溝道區(qū)(4)的上表面設(shè)置有介質(zhì)層(9);其特征在于，所述η型體溝道區(qū)(4)中設(shè)置有淺槽輔助層(13)，所述淺槽輔助層(13)與P+柵極區(qū)(I)連接并位于P+柵極區(qū)(I)靠近源極N+區(qū)(3)的一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種JFET器件，其特征在于，所述淺槽輔助層(13)為硅淺槽，其內(nèi)部填充絕緣介質(zhì)。
3.—種JFET器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:選擇片厚約400~700 μ m，電阻率為0.001~0.005 Ω.cm的NTD〈111>單晶娃片; 第二步:在硅片表面生長(zhǎng)P型外延層(5)，生長(zhǎng)條件為溫度1100°C~1150°C，所述P型外延層(5)的厚度為5~25 μ m,電阻率為8~12 Ω.cm ； 第三步:熱生長(zhǎng)氧化層，厚度為3000-10000Α; 第四步:采用光刻和離子注入工藝在P型外延層(5)的兩側(cè)分別形成第一 P型隔離區(qū)(7)和第二 P型隔離區(qū)(8)，具體為:在離子注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8el5cm_2、能量40~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~115CTC、時(shí)間IOOmin~120min ； 第五步:采用光刻和離子注入工藝在P型外延層(5)上層第一 P型隔離區(qū)(7)和第二P型隔離區(qū)(8)之間形成η型體溝道區(qū)(4)，具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后離子注入，離子注入條件為:劑量lel2~5el2Cm_2、能量40~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~1150°C、時(shí)間230min~250min ； 第六步:場(chǎng)氧化層生長(zhǎng)，厚度為3000-5000Α; 第七步:采用光刻工藝在η型體溝道區(qū)(4)上層刻蝕有源區(qū)； 第八步:采用光刻和離子注入工藝在η型體溝道區(qū)(4)中形成P+柵極區(qū)(1)，具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8el5cnT2、能量20~40KeV ;推阱再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度950~1000°C、時(shí)間 25min ~30min ； 第九步:采用光刻和離子注入工藝在η型體溝道區(qū)(4)中形成N+漏極區(qū)(2)和N+源極區(qū)(3)，Ρ+柵極區(qū)(I)位于N+漏極區(qū)(2)和N+源極區(qū)(3)之間；具體為:在注入之前生長(zhǎng)40~IOOnm厚的氧化層，光刻后進(jìn)行離子注入，離子注入條件為:劑量lel5~8e15cm_2、能量60~80KeV，再分布條件為:無(wú)氧條件，溫度1100~1150°C、時(shí)間230min~250min ；第十步:采用光刻和等離子體干法刻蝕工藝在P+柵極區(qū)(I)靠近N+源極區(qū)(3)的一端刻蝕硅層產(chǎn)生淺槽，并填充二氧化硅或其他絕緣介質(zhì)形成淺槽輔助層(13)； 第十一步:采用光刻工藝刻蝕出接觸孔； 第十二步:在P+柵極區(qū)(I)的上表面淀積柵極金屬(11)，在N+漏極區(qū)(2)的上表面淀積漏極金屬(10) ，在N+源極區(qū)(3)的上表面淀積源極金屬(12)。
【文檔編號(hào)】H01L21/337GK103972302SQ201410225045
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】李澤宏, 賴(lài)亞明, 劉建, 弋才敏, 吳玉舟, 伍濟(jì) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)