高击穿电压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高击穿电压场效应晶体管及其制作方法，其自下而上包括衬底(1)、Ga

【技术实现步骤摘要】
高击穿电压场效应晶体管及其制作方法
本专利技术属于半导体新材料器件，具体涉及一种场效应晶体管，可用于作为功率器件和高压开关器件。
技术介绍
随着MOSFET器件尺寸不断减小，传统硅MOS器件遭遇到了诸多挑战，其中击穿电压难以满足要求日益增长的需求，成为影响进一步提升器件性能的关键因素之一。Ga2O3与以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料相比较，具有更宽的禁带宽度，击穿场强相当于Si的20倍以上，SiC和GaN的2倍以上，从理论上说，在制造相同耐压的金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET功率器件时，器件的导通电阻可降为SiC的1/10、GaN的1/3，Ga2O3材料的巴利伽优值是SiC的18倍、GaN材料的4倍以上，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，为此，人们通过采用加入场板的方法将器件的击穿电压从415V提高至755V，同时器件的开关比仍然大于109。现有的金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET功率器件，如图1所示。该器件是在半导体衬底上制作氧化层以及金属栅，并在两侧注入形成沟道，在源漏两侧淀积SiO2,形成金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET器件。这种金属-氧化物-半导体场效应晶体管器件的不足是:耐压不高，通常低于200V，随着工作电压的升高,由于漏端接高电位，所以在漏端附近产生较高的电场,使电场中的电子被不断加速而获得能量。由于电子在半导体中运动会与晶格碰撞,当电子获得的能量足够大时,会对晶格造成损伤,形成大电流，将器件击穿。
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，提出一种高击穿电压场效应晶体管及其制作方法，以降低漏端的电场，提高器件的击穿电压。为实现上述目的，本专利技术的高击穿电压场效应晶体管，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型硅离子注入区和绝缘栅介质，在离子注入区上分别设有源电极和漏电极，其特征在于：所述绝缘栅介质上设有其厚度为300nm～500nm有机绝缘介质，该有机绝缘介质采用由P(VDF-TrFE)、Ag纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)、ZnS纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)和CCTO纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)构成的薄膜介质材料；所述有机绝缘介质中设有长度为1μm～3μm的栅场板，该栅场板上设置栅电极。为实现上述目的，本专利技术制作高击穿电压场效应晶体管的方法，包括如下步骤：1)对已在衬底上外延生长有Ga2O3薄膜的样品进行有机清洗，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～70nm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Si离子注入，注入之后将样品在氮气气氛中进行1000℃的热退火30min，对注入的硅离子进行激活；4)将完成硅离子注入激活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；5)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；6)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和快速热退火，形成欧姆接触电极；7)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5nm～20nm的Al2O3绝缘栅介质；8)对完成Al2O3绝缘栅介质淀积的样品进行光刻，形成有机绝缘介质P(VDF-TrFE)的淀积区域，再将其放入BOE溶液中腐蚀10s，以去除该淀积区域的Al2O3；9)将配置好的P(VDF-TrFE)溶液以3000rpm的转速旋涂到样品上，再将其放入烘箱中以130℃的温度对样品烘烤24小时；10)对完成P(VDF-TrFE)铁电介质制备的样品进行光刻，形成栅电极区域和栅场板区域，再将其放入电子束蒸发台中蒸发Ni厚度为20nm～50nm，金属Au厚度为100nm～200nm，的Ni/Au金属，然后进行剥离，完成整个器件的制作。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术采用有机铁电介质替代场板下方的介质，不仅使得场板具有调节栅靠漏端电场的作用，而且当栅漏反偏、栅电极施加的负向偏置电压不断增加的情况下时在有机铁电介质内部形成上表面为正电荷、下表面带负电荷的偶极子，从而对半导体材料中的电子产生排斥的作用，使得栅靠漏端的载流子浓度减小，电场也随之减小，进一步提高了器件的击穿电压；2.本专利技术仅仅通过旋涂和烘烤的方式即可获得有机铁电介质，与现技术相比制备工艺简单。附图说明图1是现有的MOSFET器件结构示意图；图2是本专利技术的器件俯视图；图3是本专利技术的剖面结构示意图；图4是本专利技术器件工艺流程示意图。具体实现方式以下结合附图对本专利技术进行详细描述。然而，本专利技术可以以许多不同的形式来实施，且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2和图3，本专利技术器件包括衬底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、有机绝缘介质8、栅电极以及栅场板9；其中衬底1、Ga2O3外延层2和低掺杂n型Ga2O3薄膜3自下而上排列，离子注入区4和绝缘栅介质7位于低掺杂n型Ga2O3薄膜3上，源电极5和漏电极6位于离子注入区4上，有机绝缘介质8位于绝缘栅介质7上，栅电极和栅场板9位于有机绝缘介质上。其中：有机绝缘介质8采用由P(VDF-TrFE)、Ag纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)、ZnS纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)和CCTO纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)构成的薄膜介质材料，其厚度为300nm～500nm；栅场板9的长度为1μm～3μm；衬底1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的载流子浓度为1017cm-3～1018cm-3，厚度大于100nm；离子注入区4里注入的元素为Si、Ge或Sn中的一种或多种，注入浓度大于2×1019cm-3；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。参照图4，本专利技术制作高击穿电压场效应晶体管方法给出如下三种实施例：实例1，制作衬底为蓝宝石，注入Si离子，绝缘栅介质为Si3N4的高击穿电压场效应晶体管。步骤1：清洗样品，如图4(a)所示。先对已在衬底上外延生长有Ga2O3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高击穿电压场效应晶体管,自下而上包括衬底(1)、Ga

【技术特征摘要】
1.一种高击穿电压场效应晶体管,自下而上包括衬底(1)、Ga2O3外延层(2)和低掺杂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)，在离子注入区上分别设有源电极(5)和漏电极(6)，其特征在于：所述绝缘栅介质(7)上设有其厚度为300nm～500nm有机绝缘介质(8)，该有机绝缘介质(8)采用由P(VDF-TrFE)、Ag纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)、ZnS纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)和CCTO纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)构成的薄膜介质材料；所述有机绝缘介质(8)中设有长度为1μm～3μm的栅场板(9)，该栅场板上设置栅电极。2.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。3.根据权利要求书1所述的晶体管，其特征在于：Ga2O3外延层(2)的电子浓度为1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm。4.根据权利要求书1所述的晶体管，其特征在于：低掺杂n型Ga2O3薄膜(3)的载流子浓度1017cm-3～1018cm-3，厚度大于100nm。5.根据权利要求书1所述的晶体管，其特征在于：离子注入区(4)注入的元素分别为Si、Ge或Sn中的一种或多种，注入浓度大于2×1019cm-3。6.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。7.一种高击穿电压场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1)对已在衬底上外延生长有Ga2O3的样品进行有机清洗，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～70nm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Si离子注入，注入之后将样品在氮气气氛中进行1000℃的热退火30min，对注入的硅离子进...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯倩，方立伟，韩根全，李翔，邢翔宇，黄璐，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