金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种金属氧化物场效应晶体管的器件结构及制作方法,其自下而上包括衬底(1)、Ga

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法
本专利技术属于半导体器件
，特别涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管，可用于制作功率器件和高压开关器件。
技术介绍
金属氧化物半导体场效应管采用金属氧化物半导体结构制作，以其半导体材料不同而分为不同类型的金属氧化物半导体场效应管。Ga2O3是一种宽禁带半导体，它最稳定的结构是β型Ga2O3，属于单斜晶体，禁带宽度约为4.8eV～4.9eV。根据其他宽禁带半导体材料的击穿电场强度与其禁带宽度的关系，预计β-Ga2O3材料的击穿电场可以达到8MV/cm，是SiC和GaN材料的2倍以上。Ga2O3材料的巴利伽优值为SiC和GaN材料的4倍，这意味着采用Ga2O3材料制作的功率器件的性能高于采用SiC和GaN材料制作的功率器件。因此Ga2O3是一种性能优异的适于功率器件和高压开关器件制备的宽禁带半导体材料。为了提高Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET功率器件的性能，就必须提高器件在耗尽状态下的击穿电压，而Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET器件的击穿主要发生在栅靠漏端，因此要提高器件的击穿电压，必须使栅漏区域的电场重新分布，尤其是降低栅靠漏端的电场。目前所使用的金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的制作方法中并没有引入重新分布栅漏区域电场的结构，所以器件内部电场分布并不均匀，在栅靠漏端容易发生击穿，进而限制了现有结构的击穿场强，故无法满足当前对于高压器件的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法，以调节栅漏区域电场，降低漏端的电场，提高器件的击穿电压，满足高压器件的需求。为实现上述目的，本专利技术的金属氧化物半导体场效应晶体管，自下而上包括衬底、Ga2O3外延层和低掺杂n型Ga2O3薄膜，薄膜上设有高掺杂n型离子注入区和绝缘栅介质层，高掺杂n型离子注入区上分别设有源电极和漏电极，在绝缘栅介质层上设有栅电极，其特征在于：外延层中设有多个氢离子注入区，其位于栅电极与漏电极之间的低掺杂n型Ga2O3薄膜下部；所述的多个氢离子注入区，其深度为20nm～50nm，注入浓度大于5×1018cm-3，宽度随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而减小，相邻两个氢离子注入区之间的间距随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而增大。所述多个氢离子注入区的宽度随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而减小，是指将与栅电极最近的氢离子注入区作为第一氢离子注入区，将以最靠近源电极的氢离子注入区作为最后一个氢离子注入区；第一氢离子注入区位于栅电极靠近漏电极的正下方，宽度为3μm；最后一个氢离子注入区距离漏电极的距离大于1μm，宽度为2μm；第一氢离子注入区之后的多个氢离子注入区，其宽度由栅电极向漏电极依次减小，直到最后一个氢离子注入区的宽度为2μm。所述多个氢离子注入区的相邻两个氢离子注入区之间的间距随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而增大，是指第一离子注入区与第二个氢离子注入区之间的间距为0.3μm～0.5μm，第二个离子注入区与第三个氢离子注入区与之间的间距为0.8μm～1.5μm，以后的间距依次比前一个间距增加0.5μm～1.0μm，以此类推,直到最后一个氢离子注入区与漏电极的距离大于1μm。为实现上述目的，本专利技术制作金属氧化物半导体场效应晶体管的方法，包括如下步骤：1)将已在衬底上外延生长有Ga2O3的样品用流动的去离子水清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中腐蚀30s～60s，再用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；2)将清洗后的样品放入PECVD设备中淀积厚度为50nm的SiO2掩膜；3)对完成SiO2掩膜淀积的样品进行光刻，形成离子注入区，并进行硅离子注入；4)将完成硅离子注入的样品放入等离子体反应室中，通入流量为200sccm的氧气，设置反应室压力为30Pa～40Pa，射频功率为300W，对样品进行10min的刻蚀，以去除样品表面的光刻胶掩膜，再将样品在氮气气氛中进行1000℃的热退火30min，以对注入的硅离子进行激活；5)对完成硅离子激活的样品进行光刻，形成氢离子注入区，并进行氢离子注入；6)将完成氢离子注入的样品放入等离子体反应室中，通入流量为200sccm的氧气，设置反应室压力为30Pa～40Pa，射频功率为300W，对样品进行10min的刻蚀，以去除样品表面的光刻胶掩膜，再将样品在氮气气氛中进行400℃的热退火5min，消除注入对材料的损伤；7)将去除过表面掩膜的样品放入BOE溶液中，腐蚀5min，去除表面的SiO2掩膜；8)对腐蚀后的样品进行光刻，形成源电极和漏电极区域，再放入电子束蒸发台中蒸金属Ti/Au，并依次进行金属剥离，并在氮气气氛中进行550℃的快速热退火60s，形成欧姆接触电极；9)对形成欧姆接触电极的样品进行清洗，再放入原子层淀积设备中在温度为300℃、压力为2000Pa、H2O和TMAl的流量均为150sccm的工艺条件下，淀积厚度为20nm～30nm的Al2O3绝缘栅介质；10)对完成绝缘栅介质淀积的样品进行光刻，形成栅电极区域，再放入电子束蒸发台中蒸金属Ni/Au，并进行金属剥离，形成栅电极；11)对完成栅电极制作的样品进行光刻，形成源电极和漏电极腐蚀区域，再放入BOE溶液中，腐蚀30s，去除源漏电极区域的Al2O3，完成整个器件的制作。本专利技术由于在Ga2O3外延层中引入宽度依次减小、间距依次增大的氢离子注入区，当场效应晶体管处于截止状态而栅漏处于反偏状态时，氢离子对栅漏电极间电子的产生吸引，就可减弱电场在栅靠漏边缘的集聚，使得器件内部的电场大致相等，实现对电场的调制作用，提高了器件的反向击穿电压。附图说明图1是本专利技术器件的剖面结构示意图；图2是本专利技术制作器件的工艺流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行更充分地描述。本专利技术可通过许多不同的形式来实施，所给的实施例不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本专利技术的范围充分地传达给本领域技术人员。参照图1，本专利技术的器件包括衬底1、Ga2O3外延层2、低掺杂n型Ga2O3薄膜3、离子注入区4、源电极5、漏电极6、绝缘栅介质7、栅电极8和多个氢离子注入区9，其中：衬底1的材料采用蓝宝石或MgO或MgAl2O4或Ga2O3；Ga2O3外延层2的电子浓度为1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm，其位于衬底1之上；低掺杂n型Ga2O3薄膜3的载流子浓度为1017cm-3～1018cm-3，厚度大于100nm，其位于Ga2O3外延层2上；n型离子注入区4注入的元素分别为Si、Ge或Sn，注入浓度大于2×1019cm-3，其位于低掺杂n型Ga2O3薄膜3上；绝缘栅介质7包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一种或多种，其厚度为20nm～30nm，其位于低掺杂n型Ga2O3薄膜3之上；源电极5和漏电极6位于n型离子注入区4的两端,厚度为120nm～250nm,所蒸金属为Ti/Au；栅电极8位于绝缘栅介质7上，厚度为120nm～250nm,所蒸金属为Ni/Au；所述多个氢离子注入区9分布在Ga2O3外延层2上，且位于栅电极与漏电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物半导体场效应晶体管的器件结构，自下而上包括衬底(1)、Ga

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物半导体场效应晶体管的器件结构，自下而上包括衬底(1)、Ga2O3外延层(2)和低掺杂n型Ga2O3薄膜(3)，该低掺杂n型Ga2O3薄膜(3)薄膜上设有高掺杂n型离子注入区(4)和绝缘栅介质(7)，离子注入区上设有源电极(5)和漏电极(6)，绝缘栅介质层上设有栅电极(8)，其特征在于：外延层中设有多个氢离子注入区(9)，其位于栅电极与漏电极之间的低掺杂n型Ga2O3薄膜下部；所述的多个氢离子注入区，其深度为20nm～50nm，注入浓度大于5×1018cm-3，宽度随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而减小，相邻两个氢离子注入区之间的间距随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而增大。2.根据权利要求书1所述的晶体管，其特征在于：多个氢离子注入区(9)的宽度随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而减小，是指将与栅电极最近的氢离子注入区作为第一氢离子注入区，将以最靠近漏电极的氢离子注入区作为最后一个氢离子注入区；第一氢离子注入区位于栅电极靠近漏电极一端的正下方，宽度为3μm；最后一个氢离子注入区距离漏电极的距离大于1μm，宽度为2μm；第一氢离子注入区之后的多个氢离子注入区，其宽度由栅电极向漏电极依次减小，直到最后一个氢离子注入区的宽度为2μm。3.根据权利要求书1所述的晶体管，其特征在于：多个氢离子注入区(9)的相邻两个氢离子注入区之间的间距随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而增大，是指第一氢离子注入区与第二氢离子注入区之间的间距为0.3μm～0.5μm，第二个离子注入区与第三个氢离子注入区与之间的间距为0.8μm～1.5μm，以后的间距依次比前一个间距增加0.5μm～1.0μm，以此类推，直到最后一个氢离子注入区与漏电极的距离大于1μm。4.根据权利要求书1所述的晶体管，其特征在于：衬底(1)的材料采用蓝宝石或MgO或MgAl2O4或Ga2O3；Ga2O3外延层(2)的电子浓度为1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm；低掺杂n型Ga2O3薄膜(3)的载流子浓度1017cm-3～1018cm-3，厚度大于100nm；n型离子注入区(4)注入的元素分别为Si、Ge或Sn，注入浓度大于2×1019cm-3。5.根据权利要求书1所述的晶体管，其特征在于：绝缘栅介质(7)包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一种或多种，其厚度为20nm～30nm。6.一种金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将已在衬底上外延生长有Ga2O3的样品用流动的去离子水清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中腐蚀30s～60s...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯倩，谢文林，韩根全，方立伟，李翔，邢翔宇，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61