一種基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體器件，特別是涉及一種基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管。
【背景技術】
[0002]在目前較普及的晶體管中，不論是使用硅(Si)，碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)等材料作為開關器件，其因在高電流與高電壓的狀態下操作，如何抑制柵極旁因高電壓產生的強電場導致的崩壓現象眾多研究單位所研究的主題。
[0003]金氧半場效晶體管(M0SFET)是一種廣泛應用于模擬電路與數字電路的場效晶體管，依照通道的極性不同，分為N通道和P通道兩種類型。以P基N通道增強型為例，是以一 P型硅半導體作為襯底，在其面上擴散兩個N+區，然后再在上方覆蓋一氧化硅絕緣層，絕緣層于兩N+區上方分別穿孔并沉積金屬形成源極和漏極，于兩者之間的絕緣層上方形成一柵極，則柵極與源極及漏極是絕緣的，源極與漏極之間形成兩個PN結，通過對三個電極間施加電壓進行工作控制。N基P通道M0SFET則是以N型硅半導體作為襯底并擴散P+區以形成P溝道。
[0004]目前對于一個平面結構的M0SFET而言，能承受的電流以及崩潰電壓的多寡都和其通道的長寬大小有關，所以在電路的設計上，通常會將柵極與漏極的距離拉長，來增加崩潰電壓，但其工作電流也會相對減少，難以滿足實際使用需求。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現有技術之不足，提供一種基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管。
[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，包括一 N基P通道或P基N通道的襯底，且N基P通道襯底的兩P+區或P基N通道襯底的兩N+區上方分別引出有源極和漏極，其特征在于:于襯底上方所述源極和漏極之間設有氧化層，氧化層上方設置若干子柵極，該些子柵極由所述源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結構，其中各子柵極分別包括多晶硅層及設于多晶硅層上方的電極層；所述襯底還包括若干設置于兩P+區或兩N+區之間且與通道同等類型的摻雜區，所述各摻雜區一一對應于相鄰子柵極的間隙下方。
[0007]優選的，該些子柵極于所述源極和漏極之間等距離間隔的平行排布。
[0008]優選的，由所述源極向所述漏極方向該些子柵極的長度依次遞增。
[0009]優選的，該些子柵極的長度由0.1?5 μπι遞增至0.5?10 μm，且各子柵極依次比前一子柵極的長度增加10?100%。
[0010]優選的，還包括一設置于所述源極和漏極之間并至少覆蓋所述襯底、源極、漏極和各子柵極部分表面的鈍化層，所述鈍化層是Si02、SiN、A1203或Hf 20，厚度為400?500nm。
[0011]優選的，所述電極層選自Ti/Cu、TiN/Cu、TaN/Cu或Ti/Al的多金屬層。
[0012]優選的，所述氧化層是與各子柵極一一對應的分立間隔結構。
[0013]優選的，所述氧化層的厚度為1.2?2nm。
[0014]優選的，所述襯底上方于源極和漏極之外側設置有絕緣層，絕緣層的厚度為30?50nmo
[0015]本實用新型的有益效果是:
[0016]1.將單一柵極設計成分立間隔分布的多個子柵極形成的多重柵極結構，多個子柵極并聯后外接電路，與現有技術相比，加入反向偏壓后可使p-n結的空乏區得以延伸，電位線密度因此下降，有效的分散電場，抑制柵極旁產生的強電場導致的崩壓現象，而達到提高漏源擊穿電壓同時保持工作電流的目的；順向偏壓方面，在襯底上對應于相鄰子柵極間隙的區域作摻雜，柵極一加入正向偏壓形成溝道后，漏極與源極之間的電子就能大量往高電位流動。
[0017]2.電場作用下電力線分布往往是越靠近漏極的方向越密，由源極向漏極方向子柵極的長度依次遞增后，可以有效將原本集中于柵極旁集中之電力線平均分散，使材料內部電場分布較為均勻，可承受較大的崩潰電壓。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型第一實施例之結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型第二實施例之結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明。本實用新型的各附圖僅為示意以更容易了解本實用新型，其具體比例可依照設計需求進行調整。文中所描述的圖形中相對元件的上下關系，在本領域技術人員應能理解是指構件的相對位置而言，因此皆可以翻轉而呈現相同的構件，此皆應同屬本說明書所揭露的范圍。
[0021]實施例1
[0022]參考圖1，本實施例的金氧半場效晶體管100，包括一 P基N通道的襯底110，該襯底110是P型硅半導體，通過N型重摻雜形成兩個N+區111及位于兩N+區111之間的若干N型摻雜區112。兩N+區111上方分別引出源極120及130，源極120及漏極130之間分立間隔排布有若干氧化層140，氧化層140上方一一對應設置子柵極150，即該些子柵極150由源極120向漏極130方向分立間隔排布以形成多重柵極結構，相鄰子柵極150的間隙與N型摻雜區112 對應。各子柵極150分別包括多晶娃層151及設于多晶娃層151上方的電極層152。一鈍化層160覆蓋于源極120、漏極130及兩者之間的區域上方，并在源極120、漏極130及各子柵極電極層152的頂端開口以使其裸露并用于外接電路。襯底110上方源極120和漏極130之外側區域設置有絕緣層170。
[0023]多個分立間隔排布的子柵極150構成多重結構的柵極。具體的，這些子柵極150在源極120和漏極130之間等距離間隔的平行排布，且由源極120向漏極130方向其長度依次遞增，每一子柵極比前一子柵極的長度增加10?100%，其長度由0.1?5 μπι遞增至
0.5?10 μπι。該多重柵極的結構使p-n結的空乏區得以延伸，電位線密集度因此下降，可以有效的分散電場，從而有效抑制柵極旁產生的強電場導致的崩壓現象。作為示例，圖1中僅顯示出長度依次遞增的3個子柵極150，其后的部分依此規律變化，為使圖示清晰簡略，以省略號替代，本領域技術人員應能明白其意義。
[0024]氧化層140具體的可以由絕緣的二氧化硅形成，厚度為1.2?2nm ;絕緣層170具體亦可以由二氧化硅形成，厚度為30?50nm ;鈍化層可以是Si02、SiN, A1203或Hf 20，厚度為400?500nm。源極120和漏極130是習知的導電金屬層，各子柵極的電極層152選自Ti/Cu, TiN/Cu, TaN/Cu或Ti/Al的多金屬層。借由本實施例的結構設置，各子柵極150形成的多重柵極與源極120及漏極130是絕緣的，源極120與漏極130之間形成兩個PN結，通過對三個電極間施加電壓進行工作控制，在提高漏源擊穿電壓同時不會造成工作電流的減少。
[0025]實施例2
[0026]參考圖2，本實施例的金氧半場效晶體管200，包括一 P基N通道的襯底210，該襯底210是P型硅半導體，通過N型重摻雜形成兩個N+區211及位于兩N+區211之間的若干N型摻雜區212。兩N+區211上方分別引出源極220及230，源極220及漏極230之間形成有一氧化層240，氧化層240上方設置若干子柵極250，該些子柵極250由源極220向漏極230方向分立間隔排布以形成多重柵極結構，相鄰子柵極250的間隙與N型摻雜區212
對應。各子柵極250分別包括多晶娃層251及設于多晶娃層251上方的電極層252。一鈍化層260覆蓋于源極220、漏極230及兩者之間的區域上方，并在源極220、漏極230及各子柵極電極層252的頂端開口以使其裸露并用于外接電路。襯底210上方源極220和漏極230之外側區域設置有絕緣層270。
[0027]本實施例與實施例1的差別在于，氧化層240是整層結構，覆蓋于源極220和漏極230之間全部區域，其他結構及材料參考實施例1。
[0028]上述實施例是以P基N通道的多重柵極M0SFET為例進行說明，本領域技術人員應明白，N基P通道亦適用，在此不加以贅述。
[0029]上述實施例僅用來進一步說明本實用新型的一種基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，包括一 N基P通道或P基N通道的襯底，且N基P通道襯底的兩P+區或P基N通道襯底的兩N+區上方分別引出有源極和漏極，其特征在于:于襯底上方所述源極和漏極之間設有氧化層，氧化層上方設置若干子柵極，該些子柵極由所述源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結構，其中各子柵極分別包括多晶硅層及設于多晶硅層上方的電極層；所述襯底還包括若干設置于兩P+區或兩N+區之間且與通道同等類型的摻雜區，所述各摻雜區一一對應于相鄰子柵極的間隙下方。2.根據權利要求1所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:該些子柵極于所述源極和漏極之間等距離間隔的平行排布。3.根據權利要求1或2所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:由所述源極向所述漏極方向該些子柵極的長度依次遞增。4.根據權利要求3所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:該些子柵極的長度由0.1?5 μπι遞增至0.5?10 μm，且各子柵極依次比前一子柵極的長度增加 10 ?100%。5.根據權利要求1所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:還包括一設置于所述源極和漏極之間并至少覆蓋所述襯底、源極、漏極和各子柵極部分表面的鈍化層，所述鈍化層是Si02、SiN、A1203或Hf 20，厚度為400?500nm。6.根據權利要求1所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述電極層選自Ti/Cu、TiN/Cu、TaN/Cu或Ti/Al的多金屬層。7.根據權利要求1所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述氧化層是與各子柵極一一對應的分立間隔結構。8.根據權利要求1所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述氧化層的厚度為1.2?2nm。9.根據權利要求1或8所述的基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，其特征在于:所述襯底上方于源極和漏極之外側設置有絕緣層，絕緣層的厚度為30?50nm。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于多重柵極結構的金氧半場效晶體管，包括一N基P通道或P基N通道的襯底，且N基P通道襯底的兩P+區或P基N通道襯底的兩N+區上方分別引出有源極和漏極，于源極和漏極之間設有氧化層，氧化層上方設置若干子柵極，該些子柵極由源極向漏極方向分立間隔排布以形成多重柵極結構，其中各子柵極分別包括多晶硅層及設于多晶硅層上方的電極層。襯底還包括若干設置于兩P+區或兩N+區之間且與通道同等類型的摻雜區，各摻雜區一一對應于相鄰子柵極的間隙下方。相較于傳統單一柵極的結構，上述多重柵極可以有效的分散電場，從而抑制柵極旁產生的強電場導致的崩壓現象。
【IPC分類】H01L29/78, H01L29/423
【公開號】CN205016533
【申請號】CN201520752627
【發明人】莊秉翰, 葉念慈
【申請人】廈門市三安集成電路有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月25日