高擊穿電壓場效應晶體管及其制作方法技術

本發明專利技術公開了一種高擊穿電壓場效應晶體管及其制作方法，其自下而上包括襯底(1)、Ga

【技術實現步驟摘要】
高擊穿電壓場效應晶體管及其制作方法
本專利技術屬于半導體新材料器件，具體涉及一種場效應晶體管，可用于作為功率器件和高壓開關器件。
技術介紹
隨著MOSFET器件尺寸不斷減小，傳統硅MOS器件遭遇到了諸多挑戰，其中擊穿電壓難以滿足要求日益增長的需求，成為影響進一步提升器件性能的關鍵因素之一。Ga2O3與以SiC、GaN為代表的第三代半導體材料相比較，具有更寬的禁帶寬度，擊穿場強相當于Si的20倍以上，SiC和GaN的2倍以上，從理論上說，在制造相同耐壓的金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET功率器件時，器件的導通電阻可降為SiC的1/10、GaN的1/3，Ga2O3材料的巴利伽優值是SiC的18倍、GaN材料的4倍以上，因此Ga2O3是一種性能優異的適于功率器件和高壓開關器件制備的寬禁帶半導體材料。為了提高Ga2O3金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET功率器件的性能，就必須提高器件在耗盡狀態下的擊穿電壓，而Ga2O3金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET器件的擊穿主要發生在柵靠漏端，因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區域的電場重新分布，尤其是降低柵靠漏端的電場，為此，人們通過采用加入場板的方法將器件的擊穿電壓從415V提高至755V，同時器件的開關比仍然大于109。現有的金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET功率器件，如圖1所示。該器件是在半導體襯底上制作氧化層以及金屬柵，并在兩側注入形成溝道，在源漏兩側淀積SiO2,形成金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET器件。這種金屬-氧化物-半導體場效應晶體管器件的不足是:耐壓不高，通常低于200V，隨著工作電壓的升高,由于漏端接高電位，所以在漏端附近產生較高的電場,使電場中的電子被不斷加速而獲得能量。由于電子在半導體中運動會與晶格碰撞,當電子獲得的能量足夠大時,會對晶格造成損傷,形成大電流，將器件擊穿。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種高擊穿電壓場效應晶體管及其制作方法，以降低漏端的電場，提高器件的擊穿電壓。為實現上述目的，本專利技術的高擊穿電壓場效應晶體管，自下而上包括襯底、Ga2O3外延層和低摻雜n型Ga2O3薄膜，薄膜上設有高摻雜n型硅離子注入區和絕緣柵介質，在離子注入區上分別設有源電極和漏電極，其特征在于：所述絕緣柵介質上設有其厚度為300nm～500nm有機絕緣介質，該有機絕緣介質采用由P(VDF-TrFE)、Ag納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)、ZnS納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)和CCTO納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)構成的薄膜介質材料；所述有機絕緣介質中設有長度為1μm～3μm的柵場板，該柵場板上設置柵電極。為實現上述目的，本專利技術制作高擊穿電壓場效應晶體管的方法，包括如下步驟：1)對已在襯底上外延生長有Ga2O3薄膜的樣品進行有機清洗，用流動的去離子水清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中腐蝕30s～60s，再用流動的去離子水清洗，并用高純氮氣吹干；2)將清洗后的樣品放入PECVD設備中淀積厚度為50nm～70nm的SiO2掩膜；3)對完成SiO2掩膜淀積的樣品進行光刻，形成離子注入區，并進行Si離子注入，注入之后將樣品在氮氣氣氛中進行1000℃的熱退火30min，對注入的硅離子進行激活；4)將完成硅離子注入激活的樣品放入等離子體反應室中，通入流量為200sccm的氧氣，設置反應室壓力為30Pa～40Pa，射頻功率為300W，對樣品進行10min的刻蝕，以去除樣品表面的光刻膠掩膜；5)將去除過表面掩膜的樣品放入BOE溶液中，腐蝕5min，去除表面的SiO2掩膜；6)對腐蝕后的樣品進行光刻，形成源電極和漏電極區域，再放入電子束蒸發臺中蒸金屬Ti/Au，并依次進行金屬剝離和快速熱退火，形成歐姆接觸電極；7)對形成歐姆接觸電極的樣品進行清洗，再放入原子層淀積設備中在溫度為300℃、壓力為2000Pa、H2O和TMAl的流量均為150sccm的工藝條件下，淀積厚度為5nm～20nm的Al2O3絕緣柵介質；8)對完成Al2O3絕緣柵介質淀積的樣品進行光刻，形成有機絕緣介質P(VDF-TrFE)的淀積區域，再將其放入BOE溶液中腐蝕10s，以去除該淀積區域的Al2O3；9)將配置好的P(VDF-TrFE)溶液以3000rpm的轉速旋涂到樣品上，再將其放入烘箱中以130℃的溫度對樣品烘烤24小時；10)對完成P(VDF-TrFE)鐵電介質制備的樣品進行光刻，形成柵電極區域和柵場板區域，再將其放入電子束蒸發臺中蒸發Ni厚度為20nm～50nm，金屬Au厚度為100nm～200nm，的Ni/Au金屬，然后進行剝離，完成整個器件的制作。本專利技術具有如下優點：1.本專利技術采用有機鐵電介質替代場板下方的介質，不僅使得場板具有調節柵靠漏端電場的作用，而且當柵漏反偏、柵電極施加的負向偏置電壓不斷增加的情況下時在有機鐵電介質內部形成上表面為正電荷、下表面帶負電荷的偶極子，從而對半導體材料中的電子產生排斥的作用，使得柵靠漏端的載流子濃度減小，電場也隨之減小，進一步提高了器件的擊穿電壓；2.本專利技術僅僅通過旋涂和烘烤的方式即可獲得有機鐵電介質，與現技術相比制備工藝簡單。附圖說明圖1是現有的MOSFET器件結構示意圖；圖2是本專利技術的器件俯視圖；圖3是本專利技術的剖面結構示意圖；圖4是本專利技術器件工藝流程示意圖。具體實現方式以下結合附圖對本專利技術進行詳細描述。然而，本專利技術可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本專利技術的范圍充分地傳達給本領域技術人員參照圖2和圖3，本專利技術器件包括襯底1、Ga2O3外延層2、低摻雜n型Ga2O3薄膜3、離子注入區4、源電極5、漏電極6、絕緣柵介質7、有機絕緣介質8、柵電極以及柵場板9；其中襯底1、Ga2O3外延層2和低摻雜n型Ga2O3薄膜3自下而上排列，離子注入區4和絕緣柵介質7位于低摻雜n型Ga2O3薄膜3上，源電極5和漏電極6位于離子注入區4上，有機絕緣介質8位于絕緣柵介質7上，柵電極和柵場板9位于有機絕緣介質上。其中：有機絕緣介質8采用由P(VDF-TrFE)、Ag納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)、ZnS納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)和CCTO納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)構成的薄膜介質材料，其厚度為300nm～500nm；柵場板9的長度為1μm～3μm；襯底1采用藍寶石或MgO或MgAl2O4或Ga2O3；Ga2O3外延層2的電子濃度為1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm；低摻雜n型Ga2O3薄膜3的載流子濃度為1017cm-3～1018cm-3，厚度大于100nm；離子注入區4里注入的元素為Si、Ge或Sn中的一種或多種，注入濃度大于2×1019cm-3；絕緣柵介質7包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一種或多種，其厚度為20nm～30nm。參照圖4，本專利技術制作高擊穿電壓場效應晶體管方法給出如下三種實施例：實例1，制作襯底為藍寶石，注入Si離子，絕緣柵介質為Si3N4的高擊穿電壓場效應晶體管。步驟1：清洗樣品，如圖4(a)所示。先對已在襯底上外延生長有Ga2O3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高擊穿電壓場效應晶體管,自下而上包括襯底(1)、Ga

【技術特征摘要】
1.一種高擊穿電壓場效應晶體管,自下而上包括襯底(1)、Ga2O3外延層(2)和低摻雜n型Ga2O3薄膜(3)，薄膜上設有高摻雜n型離子注入區(4)和絕緣柵介質(7)，在離子注入區上分別設有源電極(5)和漏電極(6)，其特征在于：所述絕緣柵介質(7)上設有其厚度為300nm～500nm有機絕緣介質(8)，該有機絕緣介質(8)采用由P(VDF-TrFE)、Ag納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)、ZnS納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)和CCTO納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)構成的薄膜介質材料；所述有機絕緣介質(8)中設有長度為1μm～3μm的柵場板(9)，該柵場板上設置柵電極。2.根據權利要求書1所述的晶體管，其特征在于：襯底(1)的材料采用藍寶石或MgO或MgAl2O4或Ga2O3。3.根據權利要求書1所述的晶體管，其特征在于：Ga2O3外延層(2)的電子濃度為1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm。4.根據權利要求書1所述的晶體管，其特征在于：低摻雜n型Ga2O3薄膜(3)的載流子濃度1017cm-3～1018cm-3，厚度大于100nm。5.根據權利要求書1所述的晶體管，其特征在于：離子注入區(4)注入的元素分別為Si、Ge或Sn中的一種或多種，注入濃度大于2×1019cm-3。6.根據權利要求書1所述的晶體管，其特征在于：絕緣柵介質(7)包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一種或多種，其厚度為20nm～30nm。7.一種高擊穿電壓場效應晶體管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：1)對已在襯底上外延生長有Ga2O3的樣品進行有機清洗，用流動的去離子水清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中腐蝕30s～60s，再用流動的去離子水清洗并用高純氮氣吹干；2)將清洗后的樣品放入PECVD設備中淀積厚度為50nm～70nm的SiO2掩膜；3)對完成SiO2掩膜淀積的樣品進行光刻，形成離子注入區，并進行Si離子注入，注入之后將樣品在氮氣氣氛中進行1000℃的熱退火30min，對注入的硅離子進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮倩，方立偉，韓根全，李翔，邢翔宇，黃璐，張進成，郝躍，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61