具有多凹陷缓冲层的4H‑SiC金属半导体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多凹陷缓冲层的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管的制备方法，目的在于提高场效应晶体管的击穿电压和跨导参数，改善直流特性。采用的技术方案为：对4H‑SiC半绝缘衬底进行清洗；外延生长SiC层并原位掺杂乙硼烷形成P型缓冲层；P型缓冲层上外延生长SiC层并原位掺杂形成N型沟道层；N型沟道层外延生长SiC层并原位掺杂形成N+帽层；N+帽层上制作隔离区和有源区；制作源电极和漏电极；对P型缓冲层进行一次光刻和离子注入，形成多凹陷缓冲层；在沟道上方且靠近源极帽层一侧的沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成栅电极；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。

【技术实现步骤摘要】
具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管的制备方法
本专利技术属于场效应晶体管
，具体涉及一种具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管的制备方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)由于其具有的宽禁带宽度、高临界电场、高饱和漂移速度和高热导率等优良的电学性能吸引了人们的注意，成为第三代半导体材料。这些优良特性使碳化硅(SiC)常常应用于高压、高温、高频、大功率等工作条件下。SiC在微波功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)的应用中占有主要地位，已成为近年来微波功率器件领域内研究的热点。在微波频段的功率器件中，4H-SiCMESFET有着极大的饱和漏极输出电流和击穿电压。目前，针对4H-SiCMESFET器件进行的改进主要是在传统4H-SiCMESFET的几何形状上，对栅、沟道区、漂移区等进行结构改进。但由于传统器件结构的局限性，器件受到饱和漏电流和击穿电压均衡的限制，在保证器件电流较大的条件下，则必须牺牲器件相关的击穿特性换取更大的饱和漏极电流。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-本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有多凹陷缓冲层的4H‑SiC金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：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半绝缘衬底上外延生长0.65μm厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4×10

【技术特征摘要】
1.具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：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半绝缘衬底上外延生长0.65μm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0.1μm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1.0×1020cm-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，形成刻蚀深度和长度分别为0.2μm和2.2μm的凹沟道；步骤8)对P型缓冲层进行一次光刻和离子注入，形成具有深度为0.15μm，分别以源极帽层里侧、距源极帽层里侧1.4μm处和距源极帽层里侧1.7μm处为起点、长度分别为1.2μm、0.1μm和0.5μm的缓冲层凹陷区(9)、(10)、(11)；步骤9)在沟道上方且靠近源极帽层(4)一侧的沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的栅电极(8)；步骤10)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所述的具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的具体清洗过程为：(1)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；(2)将4H-SiC半绝缘衬底(1)在摩尔比H2SO4:HNO3＝1:1溶液中超声5分钟；(3)将4H-SiC半绝缘衬底(1)在1#清洗液中煮沸5分钟，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，最后用去离子水冲洗干净并用N2吹干备用；其中，1#清洗液为摩尔比NaOH:H2O2:H2O＝1:2:5溶液，2#清洗液为摩尔比HCl:H2O2:H2O＝1:2:7溶液。3.根据权利要求1所述的具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体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)的具体制备过程为：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，B2H6在H2中稀释到5％，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0.65μm的P型缓冲层(2)的制作。4.根据权利要求1所述的具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体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)的具体制备过程为：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0.1μm的N型沟道层(3)的制作。5.根据权利要求1所述的具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中N+帽层的具体制备过程为：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1.0×1020cm-3和0.2μm的N+帽层。6.根据权利要求1所述的具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中有源区和隔离区的具体制备过程为：(1)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；(2)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；其中，显影液中四甲基氢氧化氨和水的摩尔比为1:3；(3)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；(4)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所述的具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体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)的具体制备过程为：(1)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0.5μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾护军，吴秋媛，杨银堂，柴常春，
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