專利名稱：功率v型場效應(yīng)管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率場效應(yīng)管器件，尤其涉及功率場效應(yīng)管中的一種。
顯然，隨著超高速集成電路電子學(xué)的出現(xiàn)，在本領(lǐng)域中，電力分配的應(yīng)用及供電技術(shù)至今仍不足以為使用中的電路提供良好的穩(wěn)壓電源。而關(guān)于帶有去耦負載的中央供電概念尚未實現(xiàn)。當(dāng)我們進入砷化鎵時代時，電力分配的難題便由標準設(shè)計的技術(shù)轉(zhuǎn)移到了穩(wěn)壓電源的有效使用點上了。
砷化鎵V型場效應(yīng)管由于能夠高效率地轉(zhuǎn)換電源而受人注目，一些研究者已得出結(jié)論，這種器件與可用目前最先進工藝水平制成的DMOS或UMOS功率器件相比，其每單位面積的導(dǎo)通電阻要低5至8。此外，砷化鎵V型場效應(yīng)管還具有極快的開關(guān)速度，其數(shù)量級在1至2納秒。因此，使用此器件可使電源轉(zhuǎn)換的效率顯著提高。
在此我們需要一種更小更快速的功率器件，尤其需要改進其導(dǎo)通電阻、結(jié)電容、柵極電阻及柵極驅(qū)動電壓以提供一種低消耗、高效率的器件。本發(fā)明正是直接針對上述需求而產(chǎn)生的。
一般而言，作為本發(fā)明的一種形式，提供了一種形成縱向晶體管器件的方法。所述方法包括制成一n型源層;制成一P+摻碳的柵層;由柵層形成一柵結(jié)構(gòu);并在柵結(jié)構(gòu)上制成一n型漏層使之成為隱埋式摻碳柵結(jié)構(gòu)。所述隱埋式摻碳柵結(jié)構(gòu)可使制成的器件小型化且具有良好的導(dǎo)通電阻，結(jié)電容，柵阻和柵極驅(qū)動電壓。一種較好的方法是在一n+襯底上制成源層，在漏層上制成一n+覆蓋層，柵層通過ECR蝕刻法形成且源層，柵層和漏層均采用砷化鎵為材料以外延生長法制成。
作為本發(fā)明的另一種形式，提供了一種縱向晶體管器件，包括一n型源層，一個或多個P+摻碳的柵結(jié)構(gòu)和一n型漏層。較佳的方法是，在n+基層上制成源層，在漏層上制成一n+覆蓋層，且所述源層，柵層和漏層均以砷化鎵為材料制成。
作為本發(fā)明的又一種形式，提供了一種制造縱向晶體管器件的方法，其步驟包括在一n+襯底上制成n型源層;制成一P+摻碳的柵層;由柵層制成一柵結(jié)構(gòu);在柵結(jié)構(gòu)上制成一n型漏層;在漏層上制成一n+覆蓋層;注入一P+摻雜層使之連接?xùn)沤Y(jié)構(gòu);制成一與柵結(jié)構(gòu)的P型歐姆接觸;制成n型歐姆漏極接觸;且制成n型歐姆源接觸。較佳的注入材料為P+用鈹或鋅;P歐姆接觸采用AuZn;n歐姆接觸用鈀鍺銦;且源層、柵層和漏層均為砷化鎵。
以下結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。


圖1a-1e是本發(fā)明一較佳實施例在不同工藝階段的橫截面圖。
圖2a-2c是本發(fā)明形成接觸的較佳實施方法在不同工藝階段的橫截面圖。
除另加說明外，各圖中相應(yīng)的數(shù)字與符號對應(yīng)于相應(yīng)的部件。
以往對于砷化鎵功率V型場效應(yīng)管的描述，除了功率應(yīng)用中一般具有過低擊穿電壓的可滲透基層晶體管外，均使用兩種不同的結(jié)構(gòu)。一種途徑是隱埋柵結(jié)構(gòu)，此方法使用鈹注入制成柵電極，然后以外延生長形成器件的源端。另一種途徑是，首先形成器件所有的外延層，接著，用臺面蝕刻法來確定導(dǎo)電溝道，隨后在溝道兩邊蒸發(fā)肖特基金屬柵電極。雖然用這兩種方法都可成功地制成間距在4至8μm范圍內(nèi)的砷化鎵V型場效應(yīng)管，但是由于此后在隱埋柵結(jié)構(gòu)中P一型摻雜層諸如鋅、鈹和鎂的橫向擴散問題以及在臺面式/肖特基柵結(jié)構(gòu)中光刻的困難，欲將上述間距降至低于4μm是不可能的。以此方法制成的器件適用于高壓工作的場合但不適用于低壓高電流的場合，例如用于高效的整流器中。因而砷化鎵V型場效應(yīng)管的所有優(yōu)勢尚未被發(fā)掘出來。
用碳作為一種低擴散，高濃度的P型摻雜劑顯著地拓寬了砷化鎵V型場效應(yīng)管的使用可能。尤其是隱埋式的碳柵極可用來設(shè)計溝道空小于1.0μm的V型場效應(yīng)管。同時，高摻雜濃度(≈1020cm-3)使其柵層的薄層電阻可適用于逆變型(轉(zhuǎn)換頻率＜1MHZ)的整流器，與目前有所報道的最先進的UMOS功率晶體管相比，本發(fā)明的砷化鎵V型場效應(yīng)管在導(dǎo)通電阻、結(jié)電容、柵極電阻和柵驅(qū)動電壓四方面更勝一籌，而這四點對于設(shè)計一種低消耗，高效率的開關(guān)電源是很重要的。此外，這種新型的砷化鎵V型場效應(yīng)管可在少于2ns時間內(nèi)開關(guān)，而UMOS功率器件由于具有較高的柵極電阻，一般其開關(guān)時間至少需要50ns。
由本發(fā)明的工藝方法制成的砷化鎵V型場效應(yīng)管不僅在高頻高開關(guān)電源中占優(yōu)勢，而且還可用于其它場合如高功率微波放大器及高增益光探測器。
圖1a-1e示出了制造本發(fā)明器件的一種較佳實施例的步驟。表1解釋了圖中元件的標號。如圖1a所示，在n+襯底10上形成一n型外延生長的源層12，根據(jù)器件的特殊設(shè)計要求來決定源層12的厚度和摻雜濃度，而一般摻雜濃度設(shè)計為從n到n-。然后在所述源層12上制成一P+外延生長的柵層14，較好的方法是使所述柵層14摻雜的濃度較高，用碳來摻雜，其濃度達到≈1020cm-3或更高是較為可取的，但是濃度較低的摻雜如1018cm-3也是可行的。一般而言，摻雜濃度越高開關(guān)速度越快，且柵極電阻越低。柵層14制成約250nm厚或更厚則較好，可以降低柵極電阻。然后如圖1b所示，柵層14被蝕刻以形成柵結(jié)構(gòu)14。由于碳的雜質(zhì)擴散接近于0，柵極14之間距采用約為1μm較好。以此方法制成的器件將具有溝道空只有0.5μm的低阻的隱埋式柵結(jié)構(gòu)。為了完成此步驟，較好的光刻是用電子束直接寫的方法及一種基本上無損傷的電子回旋共振(ECR)蝕刻法來制成細小的柵結(jié)構(gòu)14。另外也可用步進Ⅰ型線條光刻法。RIE處理亦可用來蝕刻柵/溝道。
圖1C中，在柵結(jié)構(gòu)14上形成一n-型外延生長的漏層16，漏層16摻雜的濃度和厚度與源層12一樣均是取決于器件使用的特定場合。在漏極16上可有選擇地制成一n+覆蓋層18以改進歐姆接觸的性能。也可加上一n++銦鎵砷層以改進其接觸電阻。如圖1d所示，漏層16的金屬接觸20可由諸如非合金的鉛鍺銦制成。除此以外，接觸材料還可采用例如帶有鈦鉑金或鎢硅的金鍺鎳，鈀鍺，銦鎵砷。此時可將襯底10制薄并在此薄片的后部制出源層12的金屬接觸22。請注意，作為一種場效應(yīng)管，其源層12和漏層16的標號是任定的，如果需要可以互換。
用本發(fā)明制成的V型場效應(yīng)管的柵極薄層電阻大約僅有每方30歐姆，幾乎比采用已有的其它方法制成之砷化鎵V型場效應(yīng)管的柵極薄層電阻值低兩個數(shù)量級。
圖2a-2c揭示了制造本發(fā)明器件之柵層14，漏層16，和源層12的接觸的較佳實施方法。首先，制成源極12，制成柵極14并進行蝕刻，并以如上所述示于圖1a-1c的方法制成漏極16。如圖2a所示，最好用一P+注入層24來連接?xùn)艠O14。所述P+注入層最好采用鈹，但也可用一摻雜劑如鋅或鎂來代替。注入層24所形成的表面層提供了一基本平面并導(dǎo)致低的柵極電阻。然而，如果需要的話，可用臺面蝕刻工藝連接?xùn)艠O14。
漏極16的n型歐姆接觸28和柵極14的P型歐姆接觸26示于圖2a。n型歐姆接觸28最好采用鉛鍺銦制成，或采用帶有鈦鉑金或鎢硅的金鍺鎳，鈀鍺，銦鎵砷來代替。所述P型歐姆接觸26最好采用金鋅制成，或在鋅擴散區(qū)域內(nèi)采用鈦鉑金。圖2c所示的是歐姆覆蓋電蝕刻隔離，臺面器件隔離和后部漏極n型歐姆接觸30，由此可提供器件所需的電連接。
以上詳細描述了一種較佳實施例。可以想見，在權(quán)利要求范圍內(nèi)，與上述描述不同的實施例也應(yīng)落入本發(fā)明的范圍。例如，n型摻雜劑，最好采用硅，也可用其它材料如硫或硒。同樣地，砷化鎵可用例如銦鎵砷，磷化銦或鎵銦磷材料來代替。換句話說，可以采用砷化鎵制成源和柵層并結(jié)合以不同材料的漏極如銦鎵砷，磷化銦或鎵銦磷。采用不同的詞匯來進行推斷亦應(yīng)視作落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
當(dāng)結(jié)合圖示實施例對本發(fā)明進行描述時，應(yīng)認為并不僅限于這一種描述方法，對所述圖示的實施例進行不同的修改與組合，以及本發(fā)明的其它實施方法對所述領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都是顯而易見的。因而可以認為所述的修改及組合均落入權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
表1
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權(quán)利要求
1.一種制造縱向晶體管器件的方法，其特征在于，包括制造-n型源層；在所述源層上制造-P+摻碳的柵層；由所述柵層制造一柵結(jié)構(gòu)，在所述柵結(jié)構(gòu)上制造-n型漏層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述源極在一襯底上制成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述襯底為n+摻雜型的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述漏層上制成一覆蓋層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述覆蓋層是n+摻雜型的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述源層，柵層和漏層以砷化鎵為材料。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述源層、柵層和漏層是用外延生長法制成的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵極是用ECR蝕刻法制成的。
9.一種縱向晶體管器件，其特征在于，包括一n型源層;一個或多個P+摻碳的柵結(jié)構(gòu);一n型漏層。
10.如權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，所述源層制于一襯底上。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其特征在于，所述襯底為n+摻雜型的。
12.如權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，在所述漏層上有一覆蓋層。
13.如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于，所述覆蓋層是n+摻雜型的。
14.如權(quán)利要求9所述的器件，其特征在于，所述源層，柵結(jié)構(gòu)和漏層采用砷化鎵材料。
15.一種制造縱向晶體管器件的方法，其特征在于，包括在一n+襯底上制成一n型源層;在所述源層上制成一P+摻碳的柵層;由所述柵層制成一柵結(jié)構(gòu);在所述柵結(jié)構(gòu)上制成一n型漏層;在所述漏層上制造一n+覆蓋層;注入一P+摻雜層來連接所述柵結(jié)構(gòu);制成所述柵結(jié)構(gòu)的P型歐姆接觸;制成一n型歐姆源極接觸;制成一n型歐姆漏極接觸。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述注入的P+摻雜層以鈹為材料。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述注入的P+摻雜層以鋅為材料。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述n型歐姆接觸以金鋅為材料。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述n型歐姆接觸以鉑鍺銦為材料。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述漏層、柵層和源層均以鎵砷為材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造縱向晶體管器件的方法，所述方法包括制成-n型源層12；制成-P
文檔編號H01L29/80GK1092555SQ9310533
公開日1994年9月21日 申請日期1993年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月30日
發(fā)明者袁漢中, 唐納德·L·普魯頓, 泰·S·基姆, 弗朗西斯·J·莫里斯 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司