一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管制造技术

本发明专利技术系提供一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管，包括衬底，衬底上层叠有外延层、沟道掺杂层、源极层和源极金属层，衬底下设有漏极金属层，外延层中设有贯穿沟道掺杂层、源极层和源极金属层的凹槽；凹槽的底部设有位于外延层中的保护层，保护层呈U形包裹于凹槽的底部；凹槽中填充有栅极电介质层，栅极电介质层中设有栅极沉积层，栅极沉积层的底部设有抗击层，栅极沉积层中设有栅极金属层，栅极金属层、栅极沉积层和栅极电介质层的顶面共面。本发明专利技术栅极区域对导电沟道的调节迅速且可靠，具有低介电常数的抗击层具有良好的强电场抵抗能力，保护层与外延层之间形成的PN结可削弱抗击层处形成的电场，整体结构耐压性能好。整体结构耐压性能好。整体结构耐压性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管


[0001]本专利技术涉及场效应晶体管，具体公开了一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管。

技术介绍

[0002]场效应晶体管属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿、安全工作区域宽等优点，场效应晶体管可应用于开关器件。
[0003]如图1所示，传统的场效应晶体管为以下结构：在衬底中设置两个间隔的漏极和源极，栅极设置于漏极和源极之间的上方，栅极与衬底之间设置金属氧化物层以确保绝缘性能，衬底分别与漏极和源极的导电型极性相反，漏极和源极之间的衬底中可形成导电沟道，但这种结构的场效应晶体管阻抗较大，为降低阻抗，部分场效应晶体管设置栅极陷入到衬底中，但这种场效应晶体管的栅极容易被击穿而导致失效。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管，具有较高的抗击穿电压，整体结构稳定可靠，使用寿命长。
[0005]为解决现有技术问题，本专利技术公开一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管，包括衬底，衬底上依次层叠有外延层、沟道掺杂层、源极层和源极金属层，沟道掺杂层和源极层的厚度之和为D，衬底下设有漏极金属层，外延层中设有贯穿沟道掺杂层、源极层和源极金属层的凹槽；凹槽的底部设有位于外延层中的保护层，保护层呈U形包裹于凹槽的底部，保护层与沟道掺杂层之间形成有间隔；凹槽中填充有栅极电介质层，栅极电介质层中设有栅极沉积层，栅极沉积层的底部设有抗击层，栅极沉积层中设有栅极金属层，栅极金属层、栅极沉积层和栅极电介质层的顶面共面，栅极金属层的高度为H，H>D；栅极电介质层的介电常数大于10，抗击层的介电常数小于4；衬底、外延层和源极层均为掺杂有第一导电型离子的半导体材料层，沟道掺杂层和保护层均为掺杂有第二导电型离子的半导体材料层，第一导电型和第二导电型的极性相反。
[0006]进一步的，衬底、外延层和源极层均为掺杂有磷离子的单晶硅层，沟道掺杂层和保护层均为掺杂有硼离子的单晶硅层。
[0007]进一步的，保护层的宽度为R，凹槽的宽度为L，1.2L≤R≤1.8L。
[0008]进一步的，栅极电介质层为氧化镧层或二氧化钛层。
[0009]进一步的，栅极沉积层为氮化钛层或氮化钽层。
[0010]进一步的，栅极沉积层的底部为向下收窄的圆台状。
[0011]进一步的，抗击层为二氧化硅层或PTFE层。
[0012]进一步的，栅极金属层为钨层或铝层。
[0013]本专利技术的有益效果为：本专利技术公开一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管，通过将栅极区域设置在凹槽中，可有效降低场效应晶体管的阻抗，栅极区域对导电沟道的调节迅速且可靠，此外，具有低介电常数的抗击层具有良好的强电场抵抗能力，可有效提高抗击穿电压，保护层与外延层之间形成的PN结可削弱抗击层处形成的电场，能够进一步提高抗击穿电压，整体结构耐压性能好、稳定性强，使用寿命长。
附图说明
[0014]图1为传统场效应晶体管的结构示意图。
[0015]图2为本专利技术的结构示意图。
[0016]附图标记：衬底10、外延层11、沟道掺杂层12、源极层13、源极金属层14、漏极金属层15、凹槽20、保护层30、栅极电介质层40、栅极沉积层50、抗击层51、栅极金属层60。
具体实施方式
[0017]为能进一步了解本专利技术的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。
[0018]参考图2。
[0019]本专利技术实施例公开一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管，包括衬底10，衬底10上沿纵向依次层叠有外延层11、沟道掺杂层12、源极层13和源极金属层14，沟道掺杂层12的厚度和源极层13的厚度之和为D，衬底10下设有漏极金属层15，外延层11中设有依次贯穿沟道掺杂层12、源极层13和源极金属层14的凹槽20，凹槽20的开口向上；凹槽20的底部设有延展位于外延层11中的保护层30，保护层30呈U形包裹于凹槽20的底部，保护层30与沟道掺杂层12之间形成有间隔，能够避免保护层30对狗到处造成影响；凹槽20中的结构都属于栅极区域，凹槽20中填充有栅极电介质层40，栅极电介质层40中设有贯穿其顶面的栅极沉积层50，栅极沉积层50能够有效提高场效应晶体管中栅极区域的储电能力，从而提高场效应晶体管的性能，栅极沉积层50的底部设有抗击层51，抗击层51位于栅极沉积层50与栅极电介质层40之间，栅极沉积层50中设有贯穿其顶面的栅极金属层60，栅极金属层60的顶面、栅极沉积层50的顶面和栅极电介质层40的顶面共面，栅极金属层60的纵向高度为H，H>D，确保栅极金属层60能够配合栅极沉积层50对沟道掺杂层12中的导电沟道实现可靠的调节；栅极电介质层40的介电常数大于10，使用高介电常数的材料制作栅极电介质层40，能够提高对整体栅极区域对沟道掺杂层12中导电沟道调节的响应速度，栅极对导电沟道的调节效果好，且栅极金属层60分别与外延层11、沟道掺杂层12、源极层13的绝缘效果可靠，抗击层51的介电常数小于4，使用低介电常数的材料制作抗击层51，能够有效提高该区域的强电场抵抗能力，耐压性能好，抗击穿能力好，可有效提高场效应晶体管的可靠性；栅极沉积层50为功函数金属层，衬底10、外延层11和源极层13均为掺杂有第一导电型离子的半导体材料层，沟道掺杂层12和保护层30均为掺杂有第二导电型离子的半导体材料层，第一导电型和第二导电型的极性相反，即当第一导电型为p型时第二导电型则为n
型，当第一导电型为n型时第二导电型则为p型，保护层30与外延层11之间形成有PN结，能够有效削弱抗击层51区域的电场，从而有效提高场效应晶体管的抗击穿电压，能够有效避免场效应晶体管的栅极区域被击穿。优选地，外延层11的掺杂浓度大于衬底10的掺杂浓度。
[0020]本专利技术中沟道掺杂层12中能够形成纵向的导电沟道，从而令源极金属层14和漏极金属层15实现导通，而栅极沉积层50配合具有高介电常数的栅极电介质层40，能够有效提高对导电沟道的调节效果及调节的可靠性；栅极沉积层50末端的设置具有低介电常数的抗击层51，具有优异的强电场抵抗能力，场效应晶体管耐压性能好、抗击穿能力强；此外，具备相反极性的保护层30与外延层11之间形成有PN结，能够有效削弱抗击层51区域的电场，从而进一步提高场效应晶体管的抗击穿性能。
[0021]在本实施例中，衬底10、外延层11和源极层13均为掺杂有磷离子的单晶硅层，掺杂有磷离子的单晶硅层的导电型为n型，沟道掺杂层12和保护层30均为掺杂有硼离子的单晶硅层，掺杂硼离子的单晶硅层的导电型为p型；或衬底10、外延层11和源极层13均掺杂有硼离子的单晶硅层，沟道掺杂层12和保护层30均为掺杂有磷离子的单晶硅层。
[0022]在本实施例中，保护层30的横向宽度为R，凹槽20的横向宽度为L，1.2L≤R≤1.8L，能够有效确保保护层30对栅极电介质层40底部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有凹陷沟槽的场效应晶体管，其特征在于，包括衬底(10)，所述衬底(10)上依次层叠有外延层(11)、沟道掺杂层(12)、源极层(13)和源极金属层(14)，所述沟道掺杂层(12)和源极层(13)的厚度之和为D，所述衬底(10)下设有漏极金属层(15)，所述外延层(11)中设有贯穿所述沟道掺杂层(12)、所述源极层(13)和所述源极金属层(14)的凹槽(20)；所述凹槽(20)的底部设有位于所述外延层(11)中的保护层(30)，所述保护层(30)呈U形包裹于所述凹槽(20)的底部，所述保护层(30)与所述沟道掺杂层(12)之间形成有间隔；所述凹槽(20)中填充有栅极电介质层(40)，所述栅极电介质层(40)中设有栅极沉积层(50)，所述栅极沉积层(50)的底部设有抗击层(51)，所述栅极沉积层(50)中设有栅极金属层(60)，所述栅极金属层(60)、所述栅极沉积层(50)和所述栅极电介质层(40)的顶面共面，所述栅极金属层(60)的高度为H，H>D；所述栅极电介质层(40)的介电常数大于10，所述抗击层(51)的介电常数小于4；所述衬底(10)、所述外延层(11)和所述源极层(13)均为掺杂有第一导电型离子的半导体材料层，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴力，
申请(专利权)人：中之半导体科技东莞有限公司，
类型：发明
国别省市：