[发明专利]一种表面栅型静电感应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种小功率的常关型静电感应晶体管，特别是一种表面栅型静电感应晶体管。

背景技术

在专利U.S. Patent No.4326209中, Nishizawa等人提出，静电感应晶体管（SIT）是一种能够在较高频率和大功率条件下工作的场效应半导体器件。在沟道内载流子从源极越过一个由沟道静电感应的势垒注入到漏极，势垒高度可以随着施加于栅极的栅偏压和施加于漏极的漏偏压的改变而改变。影响SIT性能的关键在于可控制载流子耗尽的高阻外延层所形成的沟道。其具有的优点是电流 - 电压特性曲线在非常宽的漏电流的范围内接近线性，包括低漏电流的区域与真空三极管特性类似。其线性度高、且不饱和的电流电压特性，频率高，噪声低，热稳定性好等优点，在高保真设备中具有极大的应用价值。这类器件在YAMANAKAEIJI发明专利JP. Patent No. 59079574A中也有详细的描述。

表面栅结构的SIT以其功率小、频率高的特性而在一些领域中得到重视。在上世纪七八十年代有报道称已研制出工作频率为2.0GHz的器件，但由于其击穿电压一般在10V左右，并且跨导低，泄漏电流大，限制了其应用范围。在之后的研究中，虽然通过改变结构来弥补部分性能缺陷，但效果却微乎其微，在Sandeep Bahl等人发明专利U.S.12,959,736中有所提到。此外，还有通过改变半导体材料，如用砷化镓取代硅来制备SIT，但其性能尤其是栅的调控作用没有大的改善，这在Zaidan等人发明专利U.S.4470059中提到。

影响SIT的性能最重要的结构参数是栅条间距和沟道长度，而沟道长度直接影响栅区对器件性能调控的灵敏度。过去的工艺实践中一致认为SIT器件良好的性能需要保证有源区内沟道有足够的长度，并且采用扩散热退火推进的形式来完成，从而达到提高栅阴极电流的均匀性，保证器件各单元的工作稳定性，并且减少反向漏电流，这在李思渊等人发明的专利CN1168119C中提到。但是该发明采用的扩散高温退火推进形成的杂质浓度为高斯分布，有源区长沟道的设计使得栅体浓度变化非常大，并且栅体本身就会形成电势降落减弱外加栅压的调控，同时浓度大的降落使得有效沟道长度比实际表现的沟道长度要小得多，并且长时间的高温推进使得栅体浓度降低，这会大大减弱栅控灵敏度。此外，热扩散在硅中的推进速度十分缓慢，且各向扩散速度不同，易形成球形或椭圆等边缘为曲线的扩散结，边界处耗尽层发生弯曲，导致电场线弯曲畸变，使表面电场集中或发散，从而降低击穿电压。并且热退火推进导致有源区横向扩散严重，为防止栅源短路必须增大器件栅间距，从而增大器件尺寸，降低晶圆利用率，增加制造成本。

目前国外有几款已实现商业化的长沟道SIT，如日本SONY公司生产的2SK79 V FET，但其价格高昂并且在国内市场很难买到。此外，其性能上也有一些不足：栅源击穿电压低（BVgso=10V）,栅截止电流和漏截止电流大（Igso=200nA，Idgo=200nA），电压放大因子低（μ=30），跨导低（g_m=30mS），封装面积大（8.7mm×6.0mm）等。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术不足，可提高器件的栅源击穿电压和电流密度，以及具有高跨导特性的小功率的常关型静电感应晶体管（SIT），以及制备方法。

本发明的一种表面栅型静电感应晶体管，由：漏极、位于漏极之上的N⁺低阻单晶的衬底、位于N⁺低阻单晶的衬底之上的N^-高阻外延层和位于N^-高阻外延层内的相互并联的多个SIT单元并联而构成，其中每个SIT单元包括：位于栅区上的SiO₂层，各SiO₂层间的源区，和P⁺的栅区，至少有一个SIT单元的有源区上开设有引线孔并设置有与栅区电连通的引线，本发明的有源区采用与现有技术完全相反的短沟道设计，沟道长度＜5μm，栅区掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3~1×10²⁰cm^-3，源区掺杂浓度为1×10²⁰ cm^-3~5×10²⁰ cm^-3。

本发明的表面栅型静电感应晶体管， 单元重复周期为8~9μm，栅条长1.5μm，源条长1.5μm，栅源间距为2~3μm，外延层厚度为20~26μm。

本发明的表面栅型静电感应晶体管的制备方法是：