高压结场效晶体管的制作方法
高压结场效晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压结场效晶体管(High?Voltage?Junction?Field?Effect?Transistor，HV?JFET)。该高压结场效晶体管包括一衬底、一漏极、一源极及一P型顶层；漏极设置于衬底之上；源极设置于衬底之上；源极及漏极之间形成一通道；P型顶层设置于通道之上。
【专利说明】高压结场效晶体管
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种结场效晶体管，且特别是有关于一种高压结场效晶体管。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，一种结场效晶体管(Junction Field EffectTransistor, JFET)已广泛应用于各式电子产品中。
[0003]在结场效晶体管中，漏极与源极之间形成一通道。栅极位于通道的两侧。透过栅极的电压来控制空乏区的大小，以使通道产生夹止现象(pitchoff)，进而控制通道的开关。
[0004]结场效晶体管可以用来作为恒流二极管或者定值电阻。或者，结场效晶体管也可在低频和高频中被用来调节信号电压。
[0005]由于高压半导体技术的发展，更发展出一种高压结场效晶体管。目前研究人员努力改善高压结场效晶体管的效能。
【发明内容】
[0006]本发明是有关于一种高压结场效晶体管，其利用P型顶层的设计，以避免漏电流从表面穿越，进而有效降低高压结场效晶体管的阈值电压(breakdown voltage)。
[0007]根据本发明的一方面，提出一种高压结场效晶体管(High Voltage JunctionField Effect Transistor,HV JFET)。高压结场效晶体管包括一衬底、一漏极、一源极及一P型顶层。漏极设置于衬底之上。源极设置于衬底之上。源极及漏极之间形成一通道。P型顶层设置于通道之上。
[0008]为让本发明的上述内容`能更明显易懂，下文特举各种实施例，并配合所附图式，作详细说明如下:
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1绘示第一实施例的高压结场效晶体管(High Voltage Junction FieldEffectTransistor, HV JFET)的俯视图。
[0010]图2绘示图1的高压结场效晶体管的N型阱及P型阱的示意图。
[0011]图3绘示图1的高压结场效晶体管沿截面线3-3’的剖面图。
[0012]图4绘示图1的高压结场效晶体管沿截面线4-4’的剖面图。
[0013]图5绘示图1的高压结场效晶体管沿截面线5-5’的剖面图。
[0014]图6绘示第二实施例的高压结场效晶体管的俯视图。
[0015]图7绘示第三实施例的高压结场效晶体管的俯视图。
[0016]【主要元件符号说明】
[0017]100、200、300:高压结场效晶体管
[0018]110P:衬底
[0019]120N、220N、320N:漏极[0020]130N、230N、330N:源极
[0021]140P:P 型顶层
[0022]150,250,350:通道
[0023]160N:N 型阱
[0024]170P、270P、370P:P 型阱
[0025]171、271、371:缺口
[0026]180P:栅极
[0027]190,290,390:飘移区
[0028]191:场氧化层
[0029]192N:N型调整层
[0030]193P:P型调整层
[0031]194:绝缘层
【具体实施方式】
[0032]以下是提出各种实施例进行详细说明，其利用P型顶层的设计，以避免发生漏电流，进而有效降低高压结场效晶体管(High Voltage Junction Field Effect Transistor,HV JFET)的阈值电压(breakdown voltage)。然而,实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式是省略部份元件，以清楚显示本发明的技术特点。
[0033]第一实施例
[0034]请参照图1，其绘示第一实施例的高压结场效晶体管100的俯视图。高压结场效晶体管100包括一衬底110P (绘示于图5)、一漏极120N、一源极130N及一 P型顶层140P。漏极120N及源极130N设置于衬底110P之上。源极120N及漏极130N之间形成一通道150。P型顶层140P设置于通道150之上。在通道150关闭时，P型顶层140P可以避免漏电流从衬底110P的表面穿越。
[0035]请参照图1?图2，图2绘示图1的高压结场效晶体管100的N型阱160N及P型阱170P的示意图。高压结场效晶体管100更包括一 N型阱160N、二 P型阱170P及二栅极180P。从图2可以更清楚了解N型阱160N与P型阱170P的关系。P型阱170P及N型阱160N设置于衬底110P上。由于衬底110P位于N型阱160N及P型阱170P之下，故以虚线标示。在本实施例中，衬底110P及P型阱170P皆为P型，N型阱160N则为N型。
[0036]如图1所示，源极130N及漏极120N设置于N型阱160N内，通道150是形成于N型阱160N内。在本实施例中，源极130N及漏极120N为N型重掺杂层。栅极180P设置于P型阱170P内。在本实施例中，栅极180P为P型重掺杂层。
[0037]请参照图3，其绘示图1的高压结场效晶体管300沿截面线3-3’的剖面图。从图3来看，此二 P型阱170P设置于N型阱160N的两侧，使得N型阱160N在此处产生空乏区。空乏区宽度是逆向偏压的函数，空乏区的宽度到达一定程度时，可以使通道150(绘示于图1)被夹止(pinch off)。图3所绘示出的N型阱160N即为通道150的一部分。本实施例将P型顶层140P设置于通道150上，P型顶层140P可以避免漏电流从N型阱160N的表面穿越，进而有效降低高压结场效晶体管100的阈值电压(breakdown voltage)。[0038]请参照图2，P型阱170P沿一环状线排列，而相互连接成一 C字形结构。环状线环绕N型阱160N。如图1所示，漏极120N位于环状线的几何中心点，而源极130N位于环状线之外。P型阱170P所环绕的区域形成一飘移区(drift region) 190。飘移区190可以提供闻压结场效晶体管100的耐闻压的特性。
[0039]如图1所示，P型阱170P所连接的C字形结构具有一缺口 171，P型顶层140P位于缺口 171，源极130N位于缺口 171之外。在缺口 171处，P型阱170P位于通道150的两侦牝而使缺口 171处的通道150能够产生夹止现象。本实施例将P型顶层140P设置于缺口171处，当夹止现象发生时，可以有效地防止漏电流从缺口 171的表面穿越。
[0040]请参照图4，其绘示图1的高压结场效晶体管100沿截面线4-4’的剖面图。图1的截面线4-4’是从漏极120N切向源极130N，并穿越缺口 171。从图4来看，漏极120N及源极130N之间在N型阱160N中形成通道150。通道150的夹止现象将形成于缺口 171处。P型顶层140P设置于通道150上，可以避免夹止现象发生时，漏电流从缺口 171处的表面穿越。
[0041]此外，如图4所示，高压结场效晶体管100更包括多个场氧化层191、一 N型调整层192N及一 P型调整层193P。为避免俯视图过于复杂，图1并未绘示出此些场氧化层191。场氧化层191用以间隔漏极120N、P型顶层140P及源极130N。N型调整层192N及P型调整层193P设置N型阱160N内，并位于场氧化层191之下。P型调整层193P设置于N型调整层192N之下，使得通道150略为朝下偏移，以避免通道150过于接近表面。如此一来，更可改善高压结场效晶体管100的阈值电压。
[0042]请参照图5，其绘示图1的高压结场效晶体管100沿截面线5-5’的剖面图。图1的截面线5-5’是从漏极120N切向栅极180P，而没有穿越缺口 171。从图5来看，场氧化层191用以间隔漏极120N与栅极180P。N型调整层192N及P型调整层193P也设置N型阱160N内，并位于场氧化层191之下。在漏极120N与栅极180P之间，形成上述的飘移区190,以提供闻压结场效晶体管100的耐闻压的特性。
[0043]关于高压结场效晶体管100的制造方法，以下搭配图3?图4详细说明如下。如图3所示，首先，提供衬底110P。接着，于衬底110P内形成N型阱160N及P型阱170P。
[0044]然后，如图4所示，形成P型调整层193P及N型调整层192N于N型阱160N内。接着，形成场氧化层191。
[0045]接着，如图4所示，掺杂N型材料以形成漏极120N及源极130N。然后，如图4所示，掺杂P材料以形成栅极180P (绘示于图3)及P型顶层140P。其中掺杂N型材料及掺杂P型材料的步骤可以交换顺序，端视设计及工艺需求而定。
[0046]然后，如图3所示，形成绝缘层194覆盖N型阱160N及P型阱170P。至此即完成本实施例的高压结场效晶体管100。
[0047]此外，本实施例的高压结场效晶体管100不仅可以避免漏电流从衬底110P的表面穿越以及改善阈值电压，并且适用于区域性娃表面氧化隔离(local oxidation ofsilicon, LOCOS)技术、浅沟道隔离(shallow trench isolation, STI)技术、深沟道隔离(deep trench isolation, DTI)技术、绝缘层上覆娃(silicon-on insulator, SOI)技术及外延(EPI)技术。
[0048]第二实施例[0049]请参照图6，其绘示第二实施例的高压结场效晶体管200的俯视图。本实施例的高压结场效晶体管200与第一实施例的高压结场效晶体管100不同之处在于通道250的数量，其余相同之处不再重复叙述。
[0050]如图6所示，本实施例的六个P型阱270P被六个缺口 271所隔开。此些P型阱270P沿环状线对称地排列。此些缺口 271也沿环状线对称地排列。
[0051]此外六个源极230N设置于六个缺口 271之外，漏极220N与六个源极230N之间形成六个通道250。此些通道250均穿越飘移区290。六个通道250的阈值电压实质上相同。此些源极230N电性连接至同一端点，六个通道250的阈值电压的总和即为高压结场效晶体管200的阈值电压。
[0052]第三实施例
[0053]请参照图7，其绘示第三实施例的高压结场效晶体管300的俯视图。本实施例的高压结场效晶体管300与第二实施例的高压结场效晶体管200不同之处在于通道350的排列方式与数量，其余相同之处不再重复叙述。
[0054]如图7所示，本实施例的十二个P型阱370P被十二个缺口 371所隔开。此些P型阱370P沿环状线对称地排列。此些缺口 371也沿环状线对称地排列。在此实施例中，环状线实质上呈椭圆状。
[0055]此外十二个源极330N设置于十二个缺口 371之外，漏极320N与十二个源极330N之间形成十二个通道350。此些通道350均穿越飘移区390。此些源极330N电性连接至同一端点，十二个通道350的阈值电压的总和即为高压结场效晶体管300的阈值电压。
[0056]综上所述，虽然本发明已以各种实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视随附的权利要求范围所界定的为准。
【权利要求】
1.一种高压结场效晶体管，包括:一衬底；一漏极，设置于该衬底之上；一源极，设置于该衬底之上，该源极及该漏极之间形成一通道；以及一 P型顶层，设置于该通道之上。
2.根据权利要求1所述的高压结场效晶体管，更包括:二栅极，设置于该通道的两侧。
3.根据权利要求1所述的高压结场效晶体管，其中该衬底为P型，该高压晶体管更包括:一N型阱，设置于该衬底上，该源极及该漏极设置于该N型阱内；以及二P型阱，设置于该N型阱的两侧。
4.根据权利要求3所述的高压结场效晶体管，其中该P型顶层设置于该N型阱上。
5.根据权利要求3所述的高压结场效晶体管，其中该二P型阱相互连接。
6.根据权利要求3所述的高压结场效晶体管，其中该二P型阱沿一环状线排列，该环状线环绕该N型阱。
7.根据权利要求6所述的高压结场效晶体管，其中该漏极位于该环状线的几何中心点。
8.根据权利要求6所述的高压结场效晶体管，其中该源极位于该环状线之外。
9.根据权利要求6所述的高压结场效晶体管，其中该二P型阱沿该环状线排列且连接成一 C字形结构，该C字形结构具有一缺口，该P型顶层位于该缺口。
10.根据权利要求9所述的高压结场效晶体管，其中该源极位于该缺口之外。
【文档编号】H01L29/808GK103681876SQ201210334110
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月11日 优先权日:2012年9月11日
【发明者】陈立凡, 陈永初, 龚正 申请人:旺宏电子股份有限公司
【专利摘要】本发明公开了一种高压结场效晶体管(High?Voltage?Junction?Field?Effect?Transistor，HV?JFET)。该高压结场效晶体管包括一衬底、一漏极、一源极及一P型顶层；漏极设置于衬底之上；源极设置于衬底之上；源极及漏极之间形成一通道；P型顶层设置于通道之上。
【专利说明】高压结场效晶体管
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种结场效晶体管，且特别是有关于一种高压结场效晶体管。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，一种结场效晶体管(Junction Field EffectTransistor, JFET)已广泛应用于各式电子产品中。
[0003]在结场效晶体管中，漏极与源极之间形成一通道。栅极位于通道的两侧。透过栅极的电压来控制空乏区的大小，以使通道产生夹止现象(pitchoff)，进而控制通道的开关。
[0004]结场效晶体管可以用来作为恒流二极管或者定值电阻。或者，结场效晶体管也可在低频和高频中被用来调节信号电压。
[0005]由于高压半导体技术的发展，更发展出一种高压结场效晶体管。目前研究人员努力改善高压结场效晶体管的效能。
【发明内容】
[0006]本发明是有关于一种高压结场效晶体管，其利用P型顶层的设计，以避免漏电流从表面穿越，进而有效降低高压结场效晶体管的阈值电压(breakdown voltage)。
[0007]根据本发明的一方面，提出一种高压结场效晶体管(High Voltage JunctionField Effect Transistor,HV JFET)。高压结场效晶体管包括一衬底、一漏极、一源极及一P型顶层。漏极设置于衬底之上。源极设置于衬底之上。源极及漏极之间形成一通道。P型顶层设置于通道之上。
[0008]为让本发明的上述内容`能更明显易懂，下文特举各种实施例，并配合所附图式，作详细说明如下:
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1绘示第一实施例的高压结场效晶体管(High Voltage Junction FieldEffectTransistor, HV JFET)的俯视图。
[0010]图2绘示图1的高压结场效晶体管的N型阱及P型阱的示意图。
[0011]图3绘示图1的高压结场效晶体管沿截面线3-3’的剖面图。
[0012]图4绘示图1的高压结场效晶体管沿截面线4-4’的剖面图。
[0013]图5绘示图1的高压结场效晶体管沿截面线5-5’的剖面图。
[0014]图6绘示第二实施例的高压结场效晶体管的俯视图。
[0015]图7绘示第三实施例的高压结场效晶体管的俯视图。
[0016]【主要元件符号说明】
[0017]100、200、300:高压结场效晶体管
[0018]110P:衬底
[0019]120N、220N、320N:漏极[0020]130N、230N、330N:源极
[0021]140P:P 型顶层
[0022]150,250,350:通道
[0023]160N:N 型阱
[0024]170P、270P、370P:P 型阱
[0025]171、271、371:缺口
[0026]180P:栅极
[0027]190,290,390:飘移区
[0028]191:场氧化层
[0029]192N:N型调整层
[0030]193P:P型调整层
[0031]194:绝缘层
【具体实施方式】
[0032]以下是提出各种实施例进行详细说明，其利用P型顶层的设计，以避免发生漏电流，进而有效降低高压结场效晶体管(High Voltage Junction Field Effect Transistor,HV JFET)的阈值电压(breakdown voltage)。然而,实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式是省略部份元件，以清楚显示本发明的技术特点。
[0033]第一实施例
[0034]请参照图1，其绘示第一实施例的高压结场效晶体管100的俯视图。高压结场效晶体管100包括一衬底110P (绘示于图5)、一漏极120N、一源极130N及一 P型顶层140P。漏极120N及源极130N设置于衬底110P之上。源极120N及漏极130N之间形成一通道150。P型顶层140P设置于通道150之上。在通道150关闭时，P型顶层140P可以避免漏电流从衬底110P的表面穿越。
[0035]请参照图1?图2，图2绘示图1的高压结场效晶体管100的N型阱160N及P型阱170P的示意图。高压结场效晶体管100更包括一 N型阱160N、二 P型阱170P及二栅极180P。从图2可以更清楚了解N型阱160N与P型阱170P的关系。P型阱170P及N型阱160N设置于衬底110P上。由于衬底110P位于N型阱160N及P型阱170P之下，故以虚线标示。在本实施例中，衬底110P及P型阱170P皆为P型，N型阱160N则为N型。
[0036]如图1所示，源极130N及漏极120N设置于N型阱160N内，通道150是形成于N型阱160N内。在本实施例中，源极130N及漏极120N为N型重掺杂层。栅极180P设置于P型阱170P内。在本实施例中，栅极180P为P型重掺杂层。
[0037]请参照图3，其绘示图1的高压结场效晶体管300沿截面线3-3’的剖面图。从图3来看，此二 P型阱170P设置于N型阱160N的两侧，使得N型阱160N在此处产生空乏区。空乏区宽度是逆向偏压的函数，空乏区的宽度到达一定程度时，可以使通道150(绘示于图1)被夹止(pinch off)。图3所绘示出的N型阱160N即为通道150的一部分。本实施例将P型顶层140P设置于通道150上，P型顶层140P可以避免漏电流从N型阱160N的表面穿越，进而有效降低高压结场效晶体管100的阈值电压(breakdown voltage)。[0038]请参照图2，P型阱170P沿一环状线排列，而相互连接成一 C字形结构。环状线环绕N型阱160N。如图1所示，漏极120N位于环状线的几何中心点，而源极130N位于环状线之外。P型阱170P所环绕的区域形成一飘移区(drift region) 190。飘移区190可以提供闻压结场效晶体管100的耐闻压的特性。
[0039]如图1所示，P型阱170P所连接的C字形结构具有一缺口 171，P型顶层140P位于缺口 171，源极130N位于缺口 171之外。在缺口 171处，P型阱170P位于通道150的两侦牝而使缺口 171处的通道150能够产生夹止现象。本实施例将P型顶层140P设置于缺口171处，当夹止现象发生时，可以有效地防止漏电流从缺口 171的表面穿越。
[0040]请参照图4，其绘示图1的高压结场效晶体管100沿截面线4-4’的剖面图。图1的截面线4-4’是从漏极120N切向源极130N，并穿越缺口 171。从图4来看，漏极120N及源极130N之间在N型阱160N中形成通道150。通道150的夹止现象将形成于缺口 171处。P型顶层140P设置于通道150上，可以避免夹止现象发生时，漏电流从缺口 171处的表面穿越。
[0041]此外，如图4所示，高压结场效晶体管100更包括多个场氧化层191、一 N型调整层192N及一 P型调整层193P。为避免俯视图过于复杂，图1并未绘示出此些场氧化层191。场氧化层191用以间隔漏极120N、P型顶层140P及源极130N。N型调整层192N及P型调整层193P设置N型阱160N内，并位于场氧化层191之下。P型调整层193P设置于N型调整层192N之下，使得通道150略为朝下偏移，以避免通道150过于接近表面。如此一来，更可改善高压结场效晶体管100的阈值电压。
[0042]请参照图5，其绘示图1的高压结场效晶体管100沿截面线5-5’的剖面图。图1的截面线5-5’是从漏极120N切向栅极180P，而没有穿越缺口 171。从图5来看，场氧化层191用以间隔漏极120N与栅极180P。N型调整层192N及P型调整层193P也设置N型阱160N内，并位于场氧化层191之下。在漏极120N与栅极180P之间，形成上述的飘移区190,以提供闻压结场效晶体管100的耐闻压的特性。
[0043]关于高压结场效晶体管100的制造方法，以下搭配图3?图4详细说明如下。如图3所示，首先，提供衬底110P。接着，于衬底110P内形成N型阱160N及P型阱170P。
[0044]然后，如图4所示，形成P型调整层193P及N型调整层192N于N型阱160N内。接着，形成场氧化层191。
[0045]接着，如图4所示，掺杂N型材料以形成漏极120N及源极130N。然后，如图4所示，掺杂P材料以形成栅极180P (绘示于图3)及P型顶层140P。其中掺杂N型材料及掺杂P型材料的步骤可以交换顺序，端视设计及工艺需求而定。
[0046]然后，如图3所示，形成绝缘层194覆盖N型阱160N及P型阱170P。至此即完成本实施例的高压结场效晶体管100。
[0047]此外，本实施例的高压结场效晶体管100不仅可以避免漏电流从衬底110P的表面穿越以及改善阈值电压，并且适用于区域性娃表面氧化隔离(local oxidation ofsilicon, LOCOS)技术、浅沟道隔离(shallow trench isolation, STI)技术、深沟道隔离(deep trench isolation, DTI)技术、绝缘层上覆娃(silicon-on insulator, SOI)技术及外延(EPI)技术。
[0048]第二实施例[0049]请参照图6，其绘示第二实施例的高压结场效晶体管200的俯视图。本实施例的高压结场效晶体管200与第一实施例的高压结场效晶体管100不同之处在于通道250的数量，其余相同之处不再重复叙述。
[0050]如图6所示，本实施例的六个P型阱270P被六个缺口 271所隔开。此些P型阱270P沿环状线对称地排列。此些缺口 271也沿环状线对称地排列。
[0051]此外六个源极230N设置于六个缺口 271之外，漏极220N与六个源极230N之间形成六个通道250。此些通道250均穿越飘移区290。六个通道250的阈值电压实质上相同。此些源极230N电性连接至同一端点，六个通道250的阈值电压的总和即为高压结场效晶体管200的阈值电压。
[0052]第三实施例
[0053]请参照图7，其绘示第三实施例的高压结场效晶体管300的俯视图。本实施例的高压结场效晶体管300与第二实施例的高压结场效晶体管200不同之处在于通道350的排列方式与数量，其余相同之处不再重复叙述。
[0054]如图7所示，本实施例的十二个P型阱370P被十二个缺口 371所隔开。此些P型阱370P沿环状线对称地排列。此些缺口 371也沿环状线对称地排列。在此实施例中，环状线实质上呈椭圆状。
[0055]此外十二个源极330N设置于十二个缺口 371之外，漏极320N与十二个源极330N之间形成十二个通道350。此些通道350均穿越飘移区390。此些源极330N电性连接至同一端点，十二个通道350的阈值电压的总和即为高压结场效晶体管300的阈值电压。
[0056]综上所述，虽然本发明已以各种实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属【技术领域】中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视随附的权利要求范围所界定的为准。
【权利要求】
1.一种高压结场效晶体管，包括:一衬底；一漏极，设置于该衬底之上；一源极，设置于该衬底之上，该源极及该漏极之间形成一通道；以及一 P型顶层，设置于该通道之上。
2.根据权利要求1所述的高压结场效晶体管，更包括:二栅极，设置于该通道的两侧。
3.根据权利要求1所述的高压结场效晶体管，其中该衬底为P型，该高压晶体管更包括:一N型阱，设置于该衬底上，该源极及该漏极设置于该N型阱内；以及二P型阱，设置于该N型阱的两侧。
4.根据权利要求3所述的高压结场效晶体管，其中该P型顶层设置于该N型阱上。
5.根据权利要求3所述的高压结场效晶体管，其中该二P型阱相互连接。
6.根据权利要求3所述的高压结场效晶体管，其中该二P型阱沿一环状线排列，该环状线环绕该N型阱。
7.根据权利要求6所述的高压结场效晶体管，其中该漏极位于该环状线的几何中心点。
8.根据权利要求6所述的高压结场效晶体管，其中该源极位于该环状线之外。
9.根据权利要求6所述的高压结场效晶体管，其中该二P型阱沿该环状线排列且连接成一 C字形结构，该C字形结构具有一缺口，该P型顶层位于该缺口。
10.根据权利要求9所述的高压结场效晶体管，其中该源极位于该缺口之外。
【文档编号】H01L29/808GK103681876SQ201210334110
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月11日 优先权日:2012年9月11日
【发明者】陈立凡, 陈永初, 龚正 申请人:旺宏电子股份有限公司
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