基于La基栅的LaAlO3/SrTiO3异质结场效应晶体管及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于La基栅结构的LaAlO3/SrTiO3异质结场效应晶体管及制作方法，主要解决现有技术中栅电容对器件沟道电荷控制能力弱的问题。其自下而上包括：SrTiO3晶体衬底(1)，LaAlO3薄膜(2)，LaAlO3薄膜(2)上设有源极(4)，漏极(5)和栅电极(6)；LaAlO3薄膜(2)与栅电极(6)之间设有栅介质材料层(3)，构成该晶体管的栅电容，该栅介质材料层(3)，采用由La2O3薄膜(301)和Al2O3保护层(302)构成的叠栅结构。本发明专利技术的栅介质材料性能稳定、介电常数高，热稳定性好，栅电容控制能力强，栅极击穿电压高，可用于制造高性能异质结场效应晶体管器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体材料与器件
，特别涉及一种LaA103/SrTi03异质结场效应晶体管，可用于作为透明显示器件和功率放大器件。
技术介绍
业内周知，具有强关联特性的LaA103/SrTi03过渡金属氧化物异质界面，可以用来制造纳米尺度场效应管、新型量子霍尔系统和高温超导体，具有应用到下一代电子器件上的潜力。由于过渡金属氧化物的强关联特性，该界面会呈现出与半导体界面不同的性质，在其界面处形成的二维电子气与传统的半导体界面不同。为了能将过渡金属氧化物异质结界面的这种性质应用于实际领域，需要将其制作为场效应晶体管器件。目前，常见的LaA103/SrTi03过渡金属氧化物异质结场效应晶体管在LaA103/SrTi03异质界面之上淀积A1203作为其栅介质结构，同时由于A1203具有弱的吸湿性，因此可以减小制备LaA103薄膜的过程中生成的La203与空气中水汽的反应速率，防止反应生成介电常数较低的La系化合物。由于Α?2θ3的介电常数较低，栅电容对器件沟道电荷的控制力较弱，对器件跨导的负面影响较强，亦不利于器件的等比例缩小与性能提升。另一方面，随着过渡金属氧化物异质结场效应晶体管应用领域的扩大，对于器件的关键参数，如平带电压，饱和漏电流等将有更多样的需求。当前，对于过渡金属氧化物异质结场效应晶体管栅介质结构平带电压的调制主要是通过改变Α1203介质层厚度来实现的，但这种方法的可调制范围较小，因为增大栅介质层厚度将导致栅电容对器件沟道电荷的控制力减弱，而减小栅介质层厚度则会导致栅极击穿电流的降低。综上，过渡金属氧化物异质结场效应晶体管当前所采用的栅介质材料的缺点为:介电常数较小，导致栅电容对器件沟道电荷的控制力较弱，为保证栅电容控制力而减薄栅介质厚度将导致器件的栅极击穿电压降低，对器件跨导的负面影响较强，而且很难从工艺制造上控制过渡金属氧化物异质结场效应晶体管栅介质结构关键参数的变化，因而导致器件的性能和可靠性难以满足需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于La基栅的LaA103/SrTi03，以从工艺制造上控制器件栅介质结构关键参数的变化，使氧化物异质结场效应晶体管的栅介质介电常数增大，增强栅电容对器件沟道电荷的控制力，提高器件的栅极击穿电压，降低栅介质对器件跨导的负面影响。实现本专利技术的技术方案如下:本专利技术基于La基栅的LaA103/SrTi03异质结场效应晶体管，自下而上包括:SrTi03晶体衬底l，LaA103薄膜2，该LaA103薄膜2上设有源极4，漏极5和栅电极6;LaA103薄膜2与栅电极6之间设有栅介质材料层3，构成该晶体管的栅电容，其特征在于:栅介质材料层3，采用由La203薄膜301和Α?2θ3保护层302构成的叠栅结构；该La2〇3薄膜301，位于LaA103薄膜2之上，其厚度为2-3nm;该A1203保护层302，位于La203薄膜301与栅电极6之间，其厚度为l-3nm，用以降低La203薄膜与空气中水汽的反应速度。本专利技术基于La基栅的LaA103/SrTi03异质结场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤:1)选择直径为1英寸的SrTi03晶体作为衬底，并对其进行预处理，得到(100)晶面，即Ti02面;2)采用原子层淀积方法在预处理过的SrTi03晶体衬底上淀积厚度为8-1 Onm的LaA103 薄膜； 3)采用原子层淀积方法在LaA103薄膜上淀积厚度为2-3nm的La203薄膜；4)采用原子层淀积方法在La203薄膜上淀积厚度为l_3nm的AI2O3保护层；5)将完成A1203保护层的衬底样件置于温度为750-850°C的氮气环境中，退火50-70s；6)通过光刻与刻蚀工艺，在A1203保护层上制作出LaA 103/Sr T i 03异质结晶体管的源区和漏区；7)采用电子束蒸发的方法在LaA103/SrTi03异质结晶体管的源区和漏区制作出源极和漏极；8)在A1203保护层上，采用电子束蒸发法淀积栅电极，制成器件。本专利技术具有如下优点: 1.本专利技术采用La203/Ah03叠栅结构作为栅介质的主体部分，由于La203薄膜具有禁带宽度大、电击穿强度高、介电常数高和热稳定性好等优点，因而对于氧化物异质结器件而言，可以提高其栅介质材料的介电常数和结晶温度，增强栅电容对器件沟道电荷的控制力，提高器件的栅极击穿电压，减小栅介质对器件跨导的负面影响。2.本专利技术采用A1203作为栅介质材料的保护层，由于A1203具有弱的吸湿性，因此可以减小La203薄膜与空气中水汽的反应速率，防止反应生成介电常数较低的La系化合物，稳定了栅介质的介电常数，提高了器件的可靠性。【附图说明】图1为传统的LaA103/SrTi03异质结场效应晶体管的结构示意图；图2为本专利技术的异质结场效应晶体管结构示意图；图3为本专利技术异质结场效应晶体管制作的总流程图；图4为本专利技术中制备LaA103薄膜的子流程图；图5为本专利技术中制备La203薄膜的子流程图；图6为本专利技术中制备A1203保护层的子流程图；图7为本专利技术中淀积一个循环La203的脉冲时间示意图；图8为本专利技术中淀积一个循环A1203的脉冲时间示意图。【具体实施方式】参照图1，传统的LaA103/SrTi03异质结场效应晶体管，自下而上包括:SrTi03晶体衬底l，LaA103薄膜2，该LaA103薄膜2上制作有源极4，漏极5和栅电极6;LaA103薄膜2与栅电极6之间设有栅介质材料层3，这三者构成氧化物异质结晶体管的栅电容，其中:SrTi03晶体衬底1直径为1英寸;栅介质材料层3采用A1203薄膜，厚度为3-6nm，源极4和漏极5采用Ti/Au多层金属;栅电极6采用Ni/Au多层金属。参照图2，本专利技术根据La203薄膜禁带宽度大、电击穿强度高、介电常数高和热稳定性好的特点，以及A1203保护层可以降低La203与空气中水汽的反应速度的性能，对图1所示的栅介质材料层进行改进，即将栅介质材料层3设为由La203薄膜301和A1203保护层302组成的叠栅结构。该La203薄膜301，位于LaA103薄膜2之上，其厚度为2_3nm;该A1203保护层302，位于La203薄膜301与栅电极6之间，其厚度为l-3nm;LaA103薄膜2、La203薄膜301、A1203保护层302和栅电极6共同形成本专利技术器件的栅电容。以下给出制备本专利技术基于La基栅的LaA103/SrTi03异质结场效应晶体管的三种实施例。实施例1:制作La203薄膜厚度为2nm、Al203保护层厚度为2nm的叠栅结构LaA103/SrTi03异质结晶体管。参照图3，本实例的制作步骤如下:步骤1，选择直径为1英寸的SrTi03晶体作为衬底，并对其进行预处理，得到(100)晶面，即Ti02面。la.将SrTi03晶体衬底置于去离子水中超声20min;lb.取出SrTi03晶体衬底，将其置于缓冲溶液中，该缓冲溶液是由浓度为49%的HF和浓度为40 %的NH4F混合而成，HF与NH4F的体积比为1: 5，PH值为4.7，浸泡处理30秒； lc.取出SrTi03晶体衬底，在02气氛下升温到950°C，进行退火处理lh;Id.将退火后的SrTi03晶体衬底置于丙酮溶液中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于La基栅的LaAlO3/SrTiO3异质结场效应晶体管，自下而上包括：SrTiO3晶体衬底(1)，LaAlO3薄膜(2)，该LaAlO3薄膜(2)上设有源极(4)，漏极(5)和栅电极(6)；LaAlO3薄膜(2)与栅电极(6)之间设有栅介质材料层(3)，构成该晶体管的栅电容，其特征在于：栅介质材料层(3)，采用由La2O3薄膜(301)和Al2O3保护层(302)构成的叠栅结构；该La2O3薄膜(301)，位于LaAlO3薄膜(2)之上，其厚度为2‑3nm；该Al2O3保护层(302)，位于La2O3薄膜(301)与栅电极(6)之间，其厚度为1‑3nm，用以降低La2O3薄膜与空气中水汽的反应速度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红侠，赵璐，陈煜海，冯兴尧，汪星，费晨曦，
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