一种基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，包括一N基P通道或P基N通道的衬底，且N基P通道衬底的两P+区或P基N通道衬底的两N+区上方分别引出有源极和漏极，于源极和漏极之间设有氧化层，氧化层上方设置若干子栅极，该些子栅极由源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，其中各子栅极分别包括多晶硅层及设于多晶硅层上方的电极层。衬底还包括若干设置于两P+区或两N+区之间且与通道同等类型的掺杂区，各掺杂区一一对应于相邻子栅极的间隙下方。相较于传统单一栅极的结构，上述多重栅极可以有效的分散电场，从而抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象。本发明专利技术还提供了上述晶体管的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件，特别是涉及一种基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管及其制备方法。
技术介绍
在目前较普及的晶体管中，不论是使用硅(Si),碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)等材料作为开关器件，其因在高电流与高电压的状态下操作，如何抑制栅极旁因高电压产生的强电场导致的崩压现象众多研究单位所研究的主题。金氧半场效晶体管(MOSFET)是一种广泛应用于模拟电路与数字电路的场效晶体管，依照通道的极性不同，分为N通道和P通道两种类型。以P基N通道增强型为例，是以一P型硅半导体作为衬底，在其面上扩散两个N+区，然后再在上方覆盖一氧化硅绝缘层，绝缘层于两N+区上方分别穿孔并沉积金属形成源极和漏极，于两者之间的绝缘层上方形成一栅极，则栅极与源极及漏极是绝缘的，源极与漏极之间形成两个PN结，通过对三个电极间施加电压进行工作控制。N基P通道MOSFET则是以N型硅半导体作为衬底并扩散P+区以形成P沟道。目前对于一个平面结构的MOSFET而言，能承受的电流以及崩溃电压的多寡都和其通道的长宽大小有关，所以在电路的设计上，通常会将栅极与漏极的距离拉长，来增加崩溃电压，但其工作电流也会相对减少，难以满足实际使用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，包括一N基P通道或P基N通道的衬底，且N基P通道衬底的两P+区或P基N通道衬底的两N+区上方分别引出有源极和漏极，其特征在于：于衬底上方所述源极和漏极之间设有氧化层，氧化层上方设置若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，其中各子栅极分别包括多晶硅层及设于多晶硅层上方的电极层；所述衬底还包括若干设置于两P+区或两N+区之间且与通道同等类型的掺杂区，所述各掺杂区一一对应于相邻子栅极的间隙下方。优选的，该些子栅极于所述源极和漏极之间等距离间隔的平行排布。优选的，由所述源极向所述漏极方向该些子栅极的长度依次递增。优选的，该些子栅极的长度由0.1～5μm递增至0.5～10μm，且各子栅极依次比前一子栅极的长度增加10～100％。优选的，还包括一设置于所述源极和漏极之间并至少覆盖所述衬底、源极、漏极和各子栅极部分表面的钝化层，所述钝化层是SiO2、SiN、Al2O3或Hf2O，厚度为400～500nm。优选的，所述电极层选自Ti/Cu、TiN/Cu、TaN/Cu或Ti/Al的多金属层。优选的，所述氧化层是与各子栅极一一对应的分立间隔结构。优选的，所述氧化层的厚度为1.2～2nm。优选的，所述衬底上方于源极和漏极之外侧设置有绝缘层，绝缘层的厚度为30～50nm。一种上述基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管的制备方法包括以下步骤：(1)提供一P型衬底，以离子布植方式将五价元素植入形成两N+区及位于两N+区之间的若干N型掺杂区；或提供一N型衬底，以离子布植方式将三价元素植入形成两P+区及位于两P+区之间的若干P型掺杂区；衬底两N+区或两P+区上方分别定义为源极区及漏极区，之间的区域定义为栅极区；(2)于衬底上方源极区及漏极区外侧形成绝缘层；(3)于衬底上方所述栅极区形成氧化层；(4)于氧化层上方沉积多晶硅并通过蚀刻形成由源极区向漏极区方向分立间隔排布的多晶硅层，其中相邻多晶硅层的间隙与N型掺杂区或P型掺杂区一一对应；(5)于源极区和漏极区上形成源极和漏极；(6)沉积一钝化层，所述钝化层覆盖栅极区的结构上方并至少覆盖部分源极和漏极；(7)于各子栅极顶端开窗镀上电极层。优选的，步骤(5)具体包括以下子步骤：通过电子束蒸镀的方法于两个区域分别蒸镀上Ti/Al/Ni/Au多金属层，其中所述Ti/Al/Ni/Au的厚度分别是25/125/45/55nm；于800-950℃下退火5-45秒形成欧姆接触，形成所述源极和漏极。优选的，所述绝缘层是二氧化硅，通过高温化学气相沉积的方式形成于衬底上，厚度为30～50nm；所述氧化层时二氧化硅，通过高温氧化的方式形成于衬底上，厚度为1.2～2nm。本专利技术的有益效果是：1.将单一栅极设计成分立间隔分布的多个子栅极形成的多重栅极结构，多个子栅极并联后外接电路，与现有技术相比，加入反向偏压后可使p-n结的空乏区得以延伸，电位线密度因此下降，有效的分散电场，抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象，而达到提高漏源击穿电压同时保持工作电流的目的；顺向偏压方面，在衬底上对应于相邻子栅极间隙的区域作掺杂，栅极一加入正向偏压形成沟道后，漏极与源极之间的电子就能大量往高电位流动。2.电场作用下电力线分布往往是越靠近漏极的方向越密，由源极向漏极方向子栅极的长度依次递增后，可以有效将原本集中于栅极旁集中之电力线平均分散，使材料内部电场分布较为均匀，可承受较大的崩溃电压。3.制程简单，无特殊工艺要求，可控性强，适于实际生产应用。附图说明图1为本专利技术第一实施例之结构示意图；图2为本专利技术第二实施例之结构示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的各附图仅为示意以更容易了解本专利技术，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。实施例1参考图1，本实施例的金氧半场效晶体管100，包括一P基N通道的衬底110，该衬底110是P型硅半导体，通过N型重掺杂形成两个N+区111及位于两N+区111之间的若干N型掺杂区112。两N+区111上方分别引出源极120及130，源极120及漏极130之间分立间隔排布有若干氧化层140，氧化层140上方一一对应设置子栅极150，即该些子栅极150由源极120向漏极130方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，相邻子栅极150的间隙与N型掺杂区112一一对应。各子栅极150分别包括多晶硅层151及设于多晶硅层151上方的电极层152。一钝化层160覆盖于源极120、漏极130及两者之间的区域上方，并在源极120、漏极130及各子栅极电极层152的顶端开口以使其裸露并用于外接电路。衬底110上方源极120和漏极130之外侧区域设置有绝缘层170。多个分立间隔排布的子栅极150构成多重结构的栅极。具体的，这些子栅极150在源极120和漏极130之间等距离间隔的平行排布，且由源极120向漏极130方向其长度依次递增，每一子栅极比前一子栅极的长度增加10～100％，其长度由0.1～5μm递增至0.5～10μm。该多重栅极的结构使p-n结的空乏区得以延伸，电位线密集度因此下降，可以有效的分散电场，从而有效抑制栅极旁产生的强电场导致的崩压现象。作为示例，图1中仅显示出长度依次递增的3个子栅极150，其后的部分依此规律变化，为使图示清晰简略，以省略号替代，本领域技术人员应能明白其意义。氧化层140具体的可以由绝缘的二氧化硅形成，厚度为1.2～2nm；绝缘层170具体亦可以由二氧化硅形成，厚度为30～50nm；钝化层可以是SiO2、SiN、Al2O3或Hf2O，厚度为400～50本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，包括一N基P通道或P基N通道的衬底，且N基P通道衬底的两P+区或P基N通道衬底的两N+区上方分别引出有源极和漏极，其特征在于：于衬底上方所述源极和漏极之间设有氧化层，氧化层上方设置若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，其中各子栅极分别包括多晶硅层及设于多晶硅层上方的电极层；所述衬底还包括若干设置于两P+区或两N+区之间且与通道同等类型的掺杂区，所述各掺杂区一一对应于相邻子栅极的间隙下方。

【技术特征摘要】
1.一种基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，包括一N基P通道或P基N通道的衬底，且N基P通道衬底的两P+区或P基N通道衬底的两N+区上方分别引出有源极和漏极，其特征在于：于衬底上方所述源极和漏极之间设有氧化层，氧化层上方设置若干子栅极，该些子栅极由所述源极向漏极方向分立间隔排布以形成多重栅极结构，其中各子栅极分别包括多晶硅层及设于多晶硅层上方的电极层；所述衬底还包括若干设置于两P+区或两N+区之间且与通道同等类型的掺杂区，所述各掺杂区一一对应于相邻子栅极的间隙下方。2.根据权利要求1所述的基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，其特征在于：该些子栅极于所述源极和漏极之间等距离间隔的平行排布。3.根据权利要求1或2所述的基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，其特征在于：由所述源极向所述漏极方向该些子栅极的长度依次递增。4.根据权利要求3所述的基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，其特征在于：该些子栅极的长度由0.1～5μm递增至0.5～10μm，且各子栅极依次比前一子栅极的长度增加10～100％。5.根据权利要求1所述的基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，其特征在于：还包括一设置于所述源极和漏极之间并至少覆盖所述衬底、源极、漏极和各子栅极部分表面的钝化层，所述钝化层是SiO2、SiN、Al2O3或Hf2O，厚度为400～500nm。6.根据权利要求1所述的基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，其特征在于：所述电极层选自Ti/Cu、TiN/Cu、TaN/Cu或Ti/Al的多金属层。7.根据权利要求1所述的基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，其特征在于：所述氧化层是与各子栅极一一对应的分立间隔结构。8.根据权利要求1所述的基于多重栅极结构的金氧半场效晶体管，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄秉翰，叶念慈，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35