一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有部分高浓度掺杂沟道4H‑SiC金半场效应管的制备方法；旨在提供能够提高输出电流和器件跨导，改善频率特性的一种具有部分高浓度掺杂沟道的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管；采用的技术方案为：在4H‑SiC半绝缘衬底上形成P型缓冲层；在P型缓冲层上形成N型沟道层；N型沟道层形成N+型帽层；在N+型帽层上形成隔离区和有源区；对有源区加工形成源电极和漏电极；对源电极和漏电极之间的N+型帽层进行加工，形成凹沟道区域；对凹沟道区域正下方区域进行重掺杂；对源电极和漏电极之间的凹沟道进行加工，形成栅区域；对栅区域进行加工，形成栅区域；对所形成的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管表面进行加工，形成电极压焊点，完成器件的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于场效应晶体管
，具体涉及一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管的制备方法。
技术介绍
SiC材料具有宽带隙、高击穿电场、高的饱和电子迁移速度、高热导率等突出的材料和电学特性，使其在高频高功率器件应用中，尤其是高温、高压、航天、卫星等严苛环境下的高频高功率器件应用中具有很大的潜力。在SiC同质异形体中，六角密堆积的纤锌矿结构的4H-SiC的电子迁移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高频高功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)应用中占有主要地位。目前，大多数文献致力于双凹陷4H-SiCMESFET结构的研究及在此结构的基础上进行改进。该结构从下至上由4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层堆叠而成，以该堆叠层为基础，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层，栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷形成凹栅结构，凹陷的N型沟道层可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。虽然上述双凹陷结构4H-SiCMESFET的击穿电压因栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷而增加，但饱和漏电流却没有得到实质性提升。并且在实际情况下，反应离子刻蚀RIE的过程会在器件漂移区表面形成晶格损伤，导致N型沟道层中载流子有效迁移率下降，进而降低漏极电流，在电流输出特性上表现为饱和电流的退化。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，解决了现有技术存在的问题，旨在提供一种制作工艺简单且能够提高输出电流和击穿电压，改善频率特性的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管的制备方法。为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管的制备方法，包括如下步骤：步骤1)对4H-SiC半绝缘衬底(1)进行清洗，以去除衬底表面污物；步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底(1)上外延生长0.5μm厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4×1015cm-3的P型缓冲层(2)；步骤3)在P型缓冲层(2)上外延生长0.4μm-0.5μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm-3的N型沟道层(3)；步骤4)在N型沟道层(3)上外延生长0.2μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为2.0×1019cm-3的N+型帽层；步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区；步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5μm长的源电极(6)和漏电极(7)；步骤7)对源电极(6)和漏电极(7)之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，形成凹沟道区域，即左侧沟道(8)和右侧沟道(9)；步骤8)在凹沟道上依次进行光刻和隔离注入，对凹沟道区域正下方N型沟道区域进行重掺杂，形成沟道重掺杂区域(11)；步骤9)对源电极(6)和漏电极(7)之间距离源极帽层内侧0.5μm的凹沟道进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.05μm，刻蚀长度为0.35μm，形成栅区域；步骤10)对栅区域进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的栅区域(10)；步骤11)对所形成的4H-SiC金属半导体场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。进一步的，所述步骤1)中的清洗过程为：a、用蘸有甲醇的棉球将衬底仔细清洗两、三次，以除去表面各种尺寸的SiC颗粒；b、将4H-SiC半绝缘衬底(1)在H2SO4:HNO3＝1:1中超声5分钟；c、将4H-SiC半绝缘衬底(1)在1#清洗液中煮沸5分钟，1#清洗液为NaOH:H2O2:H2O＝1:2:5，然后去离子水冲洗5分钟后再放入2#清洗液中煮沸5分钟，2#清洗液为HCl:H2O2:H2O＝1:2:7，最后用去离子水冲洗干净并用N2吹干备用。进一步的，所述步骤2)中P型缓冲层(2)制备过程为：将4H-SiC半绝缘衬底(1)放入生长室中，然后向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的B2H6，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续6min，完成掺杂浓度和厚度分别为1.4×1015cm-3和0.5μm的P型缓冲层(2)制作。进一步的，所述步骤3)中N型沟道层(3)的制备过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续5min，完成掺杂浓度和厚度分别为3×1017cm-3和0.4μm-0.5μm的N型沟道层(3)制作。进一步的，所述步骤4)中N+型帽层的制备过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入20ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续2min，制作掺杂浓度和厚度分别为2.0×1019cm-3和0.2μm的N+帽层。进一步的，所述步骤5)中隔离区和有源区的制作过程：a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2μm保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用隔离注入光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，露出4H-SiC，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；c、进行两次硼离子注入，注入条件为130keV/6×1012cm-2，50keV/2×1012cm-2，注入完成后用丙酮+超声去胶，再用等离子去胶3分钟，完成有源区以外的隔离注入；d、将上述4H-SiC外延片置于1600℃感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min。进一步的，所述步骤6)中源电极(6)和漏电极(7)制备过程：a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2μm，片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用源漏光刻板进行15秒紫外曝光后，用专用显影液显影50秒去掉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有部分高掺杂沟道4H‑SiC金半场效应管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)对4H‑SiC半绝缘衬底(1)进行清洗，以去除衬底表面污物；步骤2)在4H‑SiC半绝缘衬底(1)上外延生长0.5μm厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4×1015cm‑3的P型缓冲层(2)；步骤3)在P型缓冲层(2)上外延生长0.4μm‑0.5μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm‑3的N型沟道层(3)；步骤4)在N型沟道层(3)上外延生长0.2μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为2.0×1019cm‑3的N+型帽层；步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区；步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5μm长的源电极(6)和漏电极(7)；步骤7)对源电极(6)和漏电极(7)之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，形成凹沟道区域，即左侧沟道(8)和右侧沟道(9)；步骤8)在凹沟道上依次进行光刻和隔离注入，对凹沟道区域正下方N型沟道区域进行重掺杂，形成沟道重掺杂区域(11)；步骤9)对源电极(6)和漏电极(7)之间距离源极帽层内侧0.5μm的凹沟道进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.05μm，刻蚀长度为0.35μm，形成栅区域；步骤10)对栅区域进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的栅区域(10)；步骤11)对所形成的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。...

【技术特征摘要】
1.一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管的制备方法，
其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)对4H-SiC半绝缘衬底(1)进行清洗，以去除衬底表面
污物；
步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底(1)上外延生长0.5μm厚的SiC
层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4×1015cm-3的P型缓
冲层(2)；
步骤3)在P型缓冲层(2)上外延生长0.4μm-0.5μm厚的SiC
层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm-3的N型沟道层(3)；
步骤4)在N型沟道层(3)上外延生长0.2μm厚的SiC层，同
时经N2原位掺杂，形成浓度为2.0×1019cm-3的N+型帽层；
步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和
有源区；
步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高
温合金，形成0.5μm长的源电极(6)和漏电极(7)；
步骤7)对源电极(6)和漏电极(7)之间的N+型帽层进行光刻、
刻蚀，形成凹沟道区域，即左侧沟道(8)和右侧沟道(9)；
步骤8)在凹沟道上依次进行光刻和隔离注入，对凹沟道区域正
下方N型沟道区域进行重掺杂，形成沟道重掺杂区域(11)；
步骤9)对源电极(6)和漏电极(7)之间距离源极帽层内侧0.5μm
的凹沟道进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.05μm，刻蚀长度为0.35μm，
形成栅区域；
步骤10)对栅区域进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm
长的栅区域(10)；
步骤11)对所形成的4H-SiC金属半导体场效应晶体管表面进行
钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。
2.根据权利要求1所述的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半
场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的清洗过程为：
a、用蘸有甲醇的棉球将衬底仔细清洗两、三次，以除去表面各
种尺寸的SiC颗粒；
b、将4H-SiC半绝缘衬底(1)在H2SO4:HNO3＝1:1中超声5分钟；
c、将4H-SiC半绝缘衬底(1)在1#清洗液中煮沸5分钟，1#清
洗液为NaOH:H2O2:H2O＝1:2:5，然后去离子水冲洗5分钟后再放入2#
清洗液中煮沸5分钟，2#清洗液为HCl:H2O2:H2O＝1:2:7，最后用去离
子水冲洗干净并用N2吹干备用。
3.根据权利要求1所述的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半
场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中P型缓冲层(2)
制备过程为：将4H-SiC半绝缘衬底(1)放入生长室中，然后向生长
室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min
的高纯氢气，同时通入2ml/min的B2H6，生长温度为1550℃，压强
为105Pa，持续6min，完成掺杂浓度和厚度分别为1.4×1015cm-3和
0.5μm的P型缓冲层(2)制作。
4.根据权利要求1所述的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半
场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中N型沟道层(3)

\t的制备过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量
为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，
同时通入2ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续
5min，完成掺杂浓度和厚度分别为3×1017cm-3和0.4μm-0.5μm的N
型沟道层(3)制作。
5.根据权利要求1所述的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半
场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中N+型帽层的制备
过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20
ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通
入20ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续2min，
制作掺杂浓度和厚度分别为2.0×1019cm-3和0.2μm的N+帽层。
6.根据权利要求1所述的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半
场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中隔离区和有源区
的制作过程：
a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2μm保证
在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用隔离注入光刻板
进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，露出4H-SiC，
然后在100℃烘箱中后烘3分钟，所述专用显影液的配方比为四甲基
氢氧化氨:水＝1:3；
c、进行两次硼离子注入，注入条件为130keV/6×1012cm-2，
50keV/2×1012cm-2，注入完成后用丙酮+超声去胶，再用等离子去胶3

\t分钟，完成有源区以外的隔离注入；
d、将上述4H-SiC外延片置于1600℃感应加热炉退火10分钟激
活杂质，Ar气流量为20ml/min。
7.根据权利要求1所述的一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半
场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中源电极(6)和
漏电极(7)制备过程：
a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2μm，
片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然
后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；
b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用源漏光刻板进行15秒紫外曝
光后，用专用显影液显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行
泛曝光，再用甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾护军，杨志辉，马培苗，杨银堂，
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