一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管及其制备方法，属于半导体器件技术领域。本发明专利技术所述晶体管，包括由下至上层叠的漏电极、n+‑Ga2O3衬底以及n‑‑Ga2O3耐压层，n‑‑Ga2O3耐压层上表面设置条状延伸的n‑‑Ga2O3沟道层，在所述n‑‑Ga2O3沟道层上表面向上依次设有n+‑Ga2O3接触层和源电极；在所述n‑‑Ga2O3沟道层和n+‑Ga2O3接触层侧面和n‑‑Ga2O3耐压层上表面设有栅介质层，栅介质层在n‑‑Ga2O3沟道层和n‑‑Ga2O3耐压层连接处相对应的另一表面设有栅电极；所述的n‑‑Ga2O3沟道层和n+‑Ga2O3接触层组成三维鳍片状结构，所述的三维鳍片状结构在n‑‑Ga2O3耐压层上表面平行设置两组或以上。本发明专利技术所述的氧化镓基垂直场效应晶体管通过三维鳍片状结构沟道实现对电流的控制，性能可靠，制备工艺简单。

A gallium based vertical field effect transistor with fin channel and its preparation method

The invention discloses a fin-channel gallium oxide-based vertical field effect transistor and a preparation method thereof, belonging to the technical field of semiconductor devices. The transistor comprises a drain electrode stacked from bottom to top, an N + Ga2O3 substrate and an n820 A gate dielectric layer is arranged on the side of the channel layer and the N + Ga2O3 contact layer, and on the surface of the n 8209 The fin structure is parallel to two or more groups on the upper surface of the n Ga2O3 pressure resistant layer. The GaO-based vertical field effect transistor realizes current control through a three-dimensional fin-like structure channel, has reliable performance and simple preparation process.

【技术实现步骤摘要】
一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
氧化镓(Ga2O3)半导体具有高达4.8eV的超宽禁带和8MV/cm的超大击穿场强，是制备超大功率电力电子器件的理想材料。此外，高质量的氧化镓单晶衬底可通过熔融生长法制得，可保证低制备成本低。现有的Ga2O3基场效应晶体管器件多采用横向结构(参见文献N.Moseretal.,Ge-Dopedβ-Ga2O3MOSFETs,IEEEElectronDeviceLetters,vol.38,no.6,pp.775-778,2017)，主要依靠器件栅极与源极之间的有源区承受电压，通过增加栅源距离提高耐压将导致大幅度增加芯片面积，且横向结构器件性能易受材料表面态的影响，并不能充分发挥Ga2O3材料高击穿的优势。而目前Ga2O3材料的p型掺杂尚无可靠方法实现，所以无法采用传统的结型结构制得垂直场效应晶体管。因此，如何实现垂直Ga2O3基场效应晶体管成为当前业界亟待解决的重点难题之一v
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术目的在于提供一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管及其制备方法。本专利技术的前一技术方案如下：一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，包括：由下至上层叠的漏电极、n+-Ga2O3衬底以及n--Ga2O3耐压层，所述的n--Ga2O3耐压层上表面设置条状延伸的n--Ga2O3沟道层，在所述n--Ga2O3沟道层上表面向上依次设有n+-Ga2O3接触层和源电极；在所述n--Ga2O3沟道层和n+-Ga2O3接触层侧面和n--Ga2O3耐压层上表面设有用于绝缘的栅介质层，所述栅介质层在n--Ga2O3沟道层和n--Ga2O3耐压层连接处相对应的另一表面设有栅电极；所述的n--Ga2O3沟道层和n+-Ga2O3接触层组成三维鳍片状结构，所述的三维鳍片状结构在n--Ga2O3耐压层上表面平行设置两组或以上。优选地，所述三维鳍片状结构的宽度为x，则x的范围为10nm≤x≤1μm。优选地，所述n--Ga2O3耐压层的掺杂浓度为5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度为2μm至5mm。优选地，所述n--Ga2O3沟道层的掺杂浓度为5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度为300nm至5μm。优选地，所述n+-Ga2O3衬底和n+-Ga2O3接触层的掺杂浓度为5×1017cm-3至1×1020cm-3。优选地，所述漏电极与n+-Ga2O3衬底表面为欧姆接触；所述源电极与n+-Ga2O3接触层表面为欧姆接触。优选地，所述栅电极通过所述栅介质层与所述三维鳍片状结构绝缘，所述栅电极设置在三维鳍片状结构左右两侧。本专利技术的后一技术方案如下：一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：(1)制备圆晶片:通过在所述n+-Ga2O3衬底上依次生长n--Ga2O3耐压层、n--Ga2O3沟道层、n+-Ga2O3接触层制得圆晶片；(2)形成条状的n--Ga2O3沟道层和n+-Ga2O3接触层：以一定间隔平行地刻蚀所述n--Ga2O3沟道层和n+-Ga2O3接触层直至露出n--Ga2O3耐压层，形成条状延伸的n--Ga2O3沟道层和n+-Ga2O3接触层；(3)制备栅介质层：在所述条状延伸的n--Ga2O3沟道层和n+-Ga2O3接触层侧面沉积单层或多层绝缘介质材料，制得栅介质层；(4)制备栅电极：在所述栅介质层上磁控溅射沉积金属，刻蚀去除位于所述n+-Ga2O3接触层顶部的金属，保留位于所述n--Ga2O3沟道层、n+-Ga2O3接触层侧面的金属，制得栅电极；(5)制备源电极：刻蚀去除位于n+-Ga2O3接触层顶部的绝缘介质层，暴露所述n+-Ga2O3接触层，采用磁控溅射或电子束蒸发的方法在所述n+-Ga2O3接触层上沉积金属，与所述n+-Ga2O3接触层表面形成欧姆接触，制得源电极；(6)制备漏电极：刻蚀或研磨减薄所述n+-Ga2O3衬底，采用磁控溅射或电子束蒸发的方法在所述n+-Ga2O3衬底下表面沉积金属，与所述n+-Ga2O3衬底表面形成欧姆接触，制得漏电极。本专利技术所述的一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管及其制备方法，其优点在于，通过采用鳍式沟道结构实现Ga2O3基垂直场效应晶体管，改良了传统横向结构器件性能易受材料表面态的影响的缺点，可充分发挥Ga2O3材料高击穿的优势。针对目前Ga2O3材料的p型掺杂尚无可靠方法实现，无法采用传统的结型结构制得垂直场效应晶体管的难题，本专利技术通过巧妙的构思设置了三维鳍片状沟道结构来实现Ga2O3基垂直场效应晶体管，规避了Ga2O3材料的p型掺杂难题。器件性能可靠，制备工艺简单。附图说明图1是本专利技术所述一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管的结构示意图；图2是制备本专利技术所述氧化镓基垂直场效应晶体管的流程示意图一；图3是制备本专利技术所述氧化镓基垂直场效应晶体管的流程示意图二；图4是制备本专利技术所述氧化镓基垂直场效应晶体管的流程示意图三；图5是制备本专利技术所述氧化镓基垂直场效应晶体管的流程示意图四；图6是制备本专利技术所述氧化镓基垂直场效应晶体管的流程示意图五；图7是制备本专利技术所述氧化镓基垂直场效应晶体管的流程示意图六。图中附图标记说明：101、漏电极；102、n+-Ga2O3衬底；103、n--Ga2O3耐压层；104、n--Ga2O3沟道层；105、n+-Ga2O3接触层；106、栅介质层；107、栅电极；108、源电极。具体实施方式如图1所示，本专利技术所述的一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管。包括由下而上逐层布置的漏电极101、n+-Ga2O3衬底102、n--Ga2O3耐压层103、n--Ga2O3沟道层104、n+-Ga2O3接触层105、源电极108；n+-Ga2O3接触层105和n--Ga2O3沟道层104层呈条状且以一定间隔平行排列在n--Ga2O3耐压层103上。在所述条状n+-Ga2O3接触层105和n--Ga2O3沟道层104层侧面布置有栅电极107。栅电极107用于调控鳍式通道中的电子浓度以控制晶体管的导通和关断。当栅电极107施加0V电压时，利用栅电极107金属的功函数实现鳍式通道中电子的耗尽，使得源电极108与漏电极101之间无法形成电流，进而关断晶体管；当开始增大栅电极107的电压时，电子在鳍式通道中逐渐积累，源电极108与漏电极101之间形成了通过鳍式通道的电流，进而使晶体管导通，且保证晶体管具有较小的导通电阻。以一定间隔平行排列的三维鳍片状结构包括n--Ga2O3沟道层104和n+-Ga2O3接触层105。三维鳍片状结构,规避了目前Ga2O3材料的p型掺杂尚无可靠方法实现的难题，巧妙的实现了氧化镓基垂直场效应晶体管。而氧化镓基垂直场效应晶体管改良了传统横向结构器件性能易受材料表面态的影响的缺点，可充分发挥Ga2O3材料高击穿的优势。三维鳍片状结构的宽度范围为10nm≤x≤1μm。n--Ga2O3耐压层103的掺杂浓度为5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度为2μm至5mm。本专利技术所述一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管的耐压特性由n--Ga2O3耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，其特征在于，包括：由下至上层叠的漏电极(101)、n+‑Ga2O3衬底(102)以及n‑‑Ga2O3耐压层(103)，所述的n‑‑Ga2O3耐压层(103)上表面设置条状延伸的n‑‑Ga2O3沟道层(104)，在所述n‑‑Ga2O3沟道层(104)上表面向上依次设有n+‑Ga2O3接触层(105)和源电极(108)；在所述n‑‑Ga2O3沟道层(104)、n+‑Ga2O3接触层(105)侧面和n‑‑Ga2O3耐压层(103)上表面设有用于绝缘的栅介质层(106)，所述栅介质层(106)在n‑‑Ga2O3沟道层(104)和n‑‑Ga2O3耐压层(103)连接处相对应的另一表面设有栅电极(107)；所述的n‑‑Ga2O3沟道层(104)和n+‑Ga2O3接触层(105)组成三维鳍片状结构，所述的三维鳍片状结构在n‑‑Ga2O3耐压层(103)上表面平行设置两组或以上。

【技术特征摘要】
1.一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，其特征在于，包括：由下至上层叠的漏电极(101)、n+-Ga2O3衬底(102)以及n--Ga2O3耐压层(103)，所述的n--Ga2O3耐压层(103)上表面设置条状延伸的n--Ga2O3沟道层(104)，在所述n--Ga2O3沟道层(104)上表面向上依次设有n+-Ga2O3接触层(105)和源电极(108)；在所述n--Ga2O3沟道层(104)、n+-Ga2O3接触层(105)侧面和n--Ga2O3耐压层(103)上表面设有用于绝缘的栅介质层(106)，所述栅介质层(106)在n--Ga2O3沟道层(104)和n--Ga2O3耐压层(103)连接处相对应的另一表面设有栅电极(107)；所述的n--Ga2O3沟道层(104)和n+-Ga2O3接触层(105)组成三维鳍片状结构，所述的三维鳍片状结构在n--Ga2O3耐压层(103)上表面平行设置两组或以上。2.根据权利要求1所述一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，其特征在于，所述三维鳍片状结构的宽度为x，则x的范围为10nm≤x≤1μm。3.根据权利要求1所述一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，其特征在于，所述n--Ga2O3耐压层(103)的掺杂浓度为5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度为2μm至5mm。4.根据权利要求1所述一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，其特征在于，所述n--Ga2O3沟道层(104)的掺杂浓度为5×1014cm-3至1×1018cm-3，厚度为300nm至5μm。5.根据权利要求1所述一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，其特征在于，所述n+-Ga2O3衬底(102)和n+-Ga2O3接触层(105)的掺杂浓度为5×1017cm-3至1×1020cm-3。6.根据权利要求1所述一种鳍式沟道的氧化镓基垂直场效应晶体管，其特征在于，所述漏电极(101)与n+-Ga2O3衬底(102)表面为欧姆接触；所述源电极(108)与n+-Ga2O3接触层(105)表面为欧姆...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢星，任远，陈志涛，刘晓燕，赵维，龚政，黎子兰，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44