一种基于多晶硅膜的N沟道JFET管及制备方法与流程

本发明涉及高性能硅基半导体结型场效应器件，具体是一种基于多晶硅膜的n沟道jfet管及制备方法。

背景技术：

1、结型场效应管jfet是一种利用pn结电场效应来控制电流的一种半导体器件，它是通过改变垂直于导电沟道的电场强度e，来控制沟道的导电能力，从而调制通过沟道的电流id。由于场效应晶体管的工作电流仅由多数载流子输运，故又称之为单极型场效应晶体管。从参与导电的多数载流子来划分，分为电子作为载流子的n沟道器件和空穴作为载流子的p沟道器件。结型场效应管是一种电压控制器件，通过输入电压的改变控制输出电流，而双极型晶体管为电流控制器件。结型场效应管的直流输入阻抗很高，一般可达109-1015ω。结型场效应管噪声低，因而结型场效应管特别适合于要求高灵敏度、低噪声的场合，如检测各种微弱信号的仪器、仪表、医疗器械等。结型场效应管热稳定性好。因为结型场效应管是一种多子器件，且可有正的、负的及正负交叉的零温度系数工作点。只要在设计电路时使器件工作在零温度系数工作点附近，即可消除温度的影响。结型场效应管抗辐射能力强，这也因为结型场效应管是多子器件。这一特点使其持别适用于航天器等承受强烈核辐射、宇宙射线辐射的装备中。

2、现有的jfet管结构与制备方法，所制备的器件主要缺点是：1)器件栅区pn结电流漏电ig大；2)器件栅区电极电阻rg高；3)器件源端寄生串联电阻rs大。所制备的器件噪声大，器件特征频率ft、最高振荡fmax低，高频特性差，器件单位跨导小。

技术实现思路

1、对于现有存在的一些问题，本发明的目的在于提供一种基于多晶硅膜的n沟道jfet管及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种基于多晶硅膜的n沟道jfet管，包括原始硅片，所述原始硅片晶圆片表面上掺杂形成p型隐埋层；

4、原始硅片上外延生长掺磷的n型外延层；

5、n型外延层上掺杂形成p-型区；

6、p-型区内光刻掺杂形成n-型源漏区和n型沟道区；

7、n型外延层上光刻掺杂形成p型连接区；

8、p-型区内光刻刻蚀设有n型源漏区，p-型区内光刻掺杂设有多晶硅栅隐埋区；

9、n型外延层上表面依次沉积设置氧硅介质膜和多晶硅膜；

10、氧硅介质膜为热氧化与沉积的复合介质膜；

11、n型多晶硅杂质区光刻掺杂设有n型多晶硅膜，p型多晶硅杂质光刻掺杂设有p型多晶硅膜；

12、多晶硅膜上表面设有沉积氧化硅介质膜；

13、沉积氧化硅介质膜溅射沉积设有第一金属铝；

14、沉积氧化硅介质膜上表面沉积设有氧化硅-氮硅复合介质区；

15、氧化硅-氮硅复合介质区溅射沉积设有第二金属铝。

16、作为本发明进一步的方案：所述p型连接区设置在p-型区的外围。

17、作为本发明进一步的方案：所述n型多晶硅膜设置在n型源漏区上方。

18、作为本发明进一步的方案：所述p型多晶硅膜设置在多晶硅栅隐埋区上方。

19、第二方面，本发明还公开了一种基于多晶硅膜的n沟道jfet管的制备方法，其方法步骤如下：

20、s1、准备原始硅片衬底晶圆片；原始硅片的型号为n<100>，ρ：5～7ωcm，硅衬底片厚度：675±25μm；

21、s2、原始硅片表面高温生长热二氧化硅膜；

22、s3、在原始硅片的晶圆片表面选择性形成一定深度和杂质浓度分布的p型隐埋层；

23、s4、外延生长n型外延层；在具有p型杂质区的原始硅片硅晶圆表面，外延生长一定厚度和电阻率的掺磷n型外延层；

24、s5、在硅晶圆n型外延层表面高温热生长二氧化硅层；950度干氧氧化，在n型外延层表面生长一定厚度二氧化硅层；

25、s6、在硅晶圆的n型外延层形成p-型区；

26、s7、湿法腐蚀二氧化硅晶圆表面高温热生长二氧化硅层；湿法腐蚀二氧化硅，1020度干氧氧化，在硅晶圆表面生长一定厚度二氧化硅介质膜；

27、s8、n-型源漏区的形成；用n型管源/漏区光掩膜，通过光刻与磷杂质的注入，在p-型区内，形成n-型源漏区；

28、s9、n型沟道区的形成；用n型沟道区光掩膜，通过光刻与磷杂质的注入，在p-型区内，形成n型沟道区；

29、s10、隐埋层p型连接区的形成；用p型连接区光掩膜，通过光刻与硼杂质的注入，形成隐埋层p型连接区；

30、s11、lpcvd沉积氮硅膜；

31、s12、n-型源漏区、n型沟道区及隐埋层p型连接区的高温退火；在1130度氮气保护下，进行n-型源漏区、n型沟道区及隐埋层p型连接区高温退火与再分布；

32、s13、氮硅层的预去除；用氮硅预蚀光掩膜，去表面的氮硅膜层；

33、s14、多晶硅下的隐埋区形成；用n型源/漏隐埋接触区光掩膜，通过光刻与刻蚀，形成n型源漏区；用多晶硅栅隐埋区光掩膜，通过光刻与杂质注入，形成多晶硅栅隐埋区；

34、s15、lpcvd沉积氧硅介质膜和多晶硅膜；用lpcvd沉积氧硅介质膜和多晶硅膜，氧硅介质膜为热氧化与沉积的复合介质膜；

35、s16、多晶硅膜的掺杂、多晶硅膜的图形化、源的n杂质注入及氧硅介质膜的沉积与致密化；

36、s17、jfet管夹断电压vp测试与调节；基于jfet管vp测试，提取器件夹断电压vp初始数值，应用高温下栅掺杂区杂质前向扩散推进效应，调节器件n型有效沟道深度2a，逐次降低vp，达到vp设计值；

37、s18、多晶硅接触孔；用多晶硅接触孔区光掩膜，通过光刻、刻蚀与湿法腐蚀，去除多晶硅接触孔区介质层，形成与第一金属铝互连接触窗口；

38、s19、沉积第一金属铝、第一金属铝的图形化；溅射沉积第一金属铝；用第一金属铝光掩膜，通过光刻与金属刻蚀，实现第一金属铝图形化；

39、s20、沉积金属层间绝缘介质层、互连通孔；pecvd沉积金属层间二氧化硅/氮化硅/二氧化硅绝缘介质层，形成沉积的氧化硅-氮硅复合介质区；用金属层间互连通孔光掩膜，通过光刻与复合介质的等离子刻蚀，形成第一金属铝与第二金属铝间的互连孔；

40、s21、沉积第二金属铝以及第二金属铝的图形化。

41、作为本发明再进一步的方案：所述步骤s3具体为透过氧化的热二氧化硅膜，利用p型隐埋层光掩膜，通过光刻与杂质的注入，在n型衬底硅表面，选择性植入一层硼杂质；用lpcvd沉积二氧化硅膜，硅晶圆在1150度氮气保护下，进行退火与硼杂质的扩散和再分布，在硅晶圆表面形成一定深度和杂质分布的p型隐埋层。

42、作为本发明再进一步的方案：所述步骤s6具体为在硅晶圆n型外延层表面，用p型区光掩膜，通过光刻与杂质的注入，形成p-型区；在n型外延层表面，选择性植入一层硼杂质；用lpcvd沉积二氧化硅，硅晶圆在1180度氮气保护下，进行退火与硼杂质的扩散和再分布，实现硼杂质的扩散与推进并穿透n型外延层。

43、作为本发明再进一步的方案：所述步骤s16具体为n型多晶硅杂质区光刻、杂质注入，形成n型多晶硅膜；p型多晶硅杂质区光刻、杂质注入，p型多晶硅膜；用多晶硅光掩膜，通过光刻与多晶硅刻蚀，实现多晶硅膜的图形化；源端n+连接区光刻与杂质注入；lpcvd沉积二氧化硅膜并高温下致密形成沉积氧化硅介质膜。

44、作为本发明再进一步的方案：所述步骤s21具体为溅射沉积第二金属铝；用第二金属铝光掩膜，通过光刻与金属刻蚀，实现第二金属铝图形化；对其进行合金化。

45、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

46、本发明的器件的设计参数gm，对器件的相关噪声有不同的影响，提高跨导gm，可降低等效输入噪声电压en，跨导gm增大，又将使噪声优值f0增大。

47、本发明设计高频、低噪声、高输入阻抗和高单位跨导的jfet管，就是在满足器件单位跨导及基础工艺能力的条件下，通过器件有源区版图布局、器件掺杂纵向结深与杂质浓度纵向分布、器件源/漏和器件的栅金属电极的布局布线，有效降低jeft管栅电极漏电流ig，减小栅极电极电阻rg和器件源端串联电阻rs。