n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法技术

本发明专利技术公开了n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法，在金刚石衬底上生长出n型掺杂单晶金刚石外延薄膜，然后将n型掺杂单晶金刚石外延薄膜刻蚀形成台面，在台面上沉积两个条形的介质层，沿介质层和台面的外沿分别形成漏极和源极，在两个介质层之间形成栅极形成场板结构，使用钝化层覆盖所有结构，去除源极、漏极和栅极上的部分钝化层形成通孔，最后沿通孔在源极、漏极和栅极上沉积源引出电极、漏引出电极和栅引出电极；本发明专利技术在金刚石MESFET的源栅漏电极边缘引入场板结构，增大器件的耐压特性，有效减弱器件源、栅、漏边缘的电场集中现象，提高器件击穿电压性能。

Fabrication of n-type Doped Single Crystal Diamond Field-effect Transistors

The invention discloses a preparation method of a field effect transistor with n-type doped single crystal diamond field plate structure. The n-type doped single crystal diamond epitaxy film is grown on a diamond substrate, then the n-type doped single crystal diamond epitaxy film is etched to form a mesa, two strip dielectric layers are deposited on the mesa, and drain and source poles are formed along the dielectric layer and the outer edge of the mesa respectively, and two dielectrics are formed along the dielectric layer and the outer edge of the mesa. The passivation layer is used to cover all the structures, remove the source, drain and part of the passivation layer on the grid to form through holes, and finally deposit the source, drain and gate lead electrodes along the through holes on the source, drain and gate. The invention introduces the field plate structure at the edge of the source and drain electrodes of the diamond MESFET to increase the voltage withstand of the device. It can effectively reduce the electric field concentration at the source, gate and drain edges of the device and improve the breakdown voltage performance of the device.

【技术实现步骤摘要】
n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法
本专利技术属于半导体器件领域，尤其涉及n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法。
技术介绍
金刚石作为超宽禁带半导体材料的代表之一，在热、电、声、光、机械等方面具有其他半导体材料不可比拟的优异性能。在热学方面，金刚石热导率高、热熔小、尤其是高温时的散热效能更为显著，是散热极好的热沉材料，近年来，高热导金刚石薄膜制备技术的发展，使金刚石热沉积在大功率激光器、微波器件和集成电路上的应用变成现实；在声学领域，金刚石具有低的密度和高的弹性模量，这些特点使得金刚石可以作为高保真扬声器高音单元的振膜，从而生产出高档音响扬声器，以及声表面波(SAW)器件的衬底材料；在光学领域，金刚石除大约在3～5um位置存在微小吸收峰(由声子震动引起)外，从紫外线(0.22um)到远红外(毫米波段)整个波段都具有高的透过率，这使得金刚石可以作为大功率红外激光器和探测器的理想窗口材料；在电学方面，金刚石具有较高的禁带宽度、超高的击穿电压、高的Johnson指数、高的Keyes指数、高的Baliga指数、较大的电子迁移率以及空穴迁移率，因此，使用金刚石材料可以制作超高频、超大功率电子器件。现代社会科技和经济的飞速发展离不开集成电路的发展，而作为集成电路中的最基本的单元——场效应晶体管更是具有举足轻重的作用。从器件结构上分类，场效应晶体管可以分为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和金属半导体场效应晶体管(MESFET)。前者在大功率领域应用较多，后者在高频领域应用较多，但是随着半导体技术的发展和电子电路的复杂性提高，高频器件同时也要具备大功率特性，即对高频器件耐压性能的要求也越来越高。目前，金刚石掺杂技术虽然不是十分的成熟，但是通过掺入常规掺杂剂，已经可以初步实现不同类型的掺杂，例如：硼元素和磷元素的掺入可以实现p和n型掺杂单晶金刚石。使用掺杂金刚石初步可以实现电子器件的制备。金刚石具有大的禁带宽度，高的电子空穴迁移率，高的热导率等优点，使得金刚石可以用在高频高功率领域。当使用MESFET结构时，由于电场集中效应使得源栅漏电极边缘具有高的电场，容易在这些部位产生硬击穿现象。MESFET的硬击穿是不可逆的，轻则损坏单个器件的正常功能，重则造成庞大的集成电路瘫痪。在半导体器件领域，通过场板结构可以有效的扩展电极边缘的耗尽区，减弱电极边缘电场集中效应，实现耐压值的增加。因此，在掺杂金刚石MESFET的源栅漏电极中使用场板结构可以有效的降低电场集中效应，增大器件的耐压特性，对于金刚石器件在高频高功率方面的应用十分的必用和紧迫。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法，以解决现有源栅漏电极边缘容易产生硬击穿的问题。本专利技术采用以下技术方案：n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法，在金刚石衬底上生长出n型掺杂单晶金刚石外延薄膜，然后将n型掺杂单晶金刚石外延薄膜刻蚀形成台面，在台面上沉积两个条形的介质层，沿介质层和台面的外沿分别形成漏极和源极，在两个介质层之间形成栅极形成场板结构，使用钝化层覆盖所有结构，去除源极、漏极和栅极上的部分钝化层形成通孔，最后沿通孔在源极、漏极和栅极上沉积源引出电极、漏引出电极和栅引出电极。进一步地，介质层采用光刻工艺和磁控溅射工艺，磁控溅射工艺参数为：功率为100W，靶材为氧化铝，厚度为30nm，氩气30sccm。进一步地，源极和漏极形成方法采用光刻工艺和电子束蒸发工艺，电子束蒸发工艺所选材质为钛/金，钛的厚度为20nm，金的厚度为100nm，电子束蒸发工艺工艺：腔压5×10-4Pa，室温。进一步地，栅极形成方法采用光刻工艺和电子束蒸发工艺，电子束蒸发工艺所选材质为铝，厚度为150nm。进一步地，钝化层形成方法采用磁控溅射工艺，所采用的参数为功率为120W，靶材为二氧化硅，氩气为50sccm，钝化层的厚度为200nm。进一步地，源引出电极、漏引出电极和栅引出电极采用的材质为铝，厚度为300nm。进一步地，n型掺杂单晶金刚石外延薄膜的生长条件为功率1KW，腔压为50Torr，气体总流量500sccm，磷烷20sccm，n型掺杂单晶金刚石外延薄膜的厚度为1μm。本专利技术的有益效果是：在金刚石MESFET的源栅漏电极边缘引入场板结构，有效的降低了电场集中效应，增大了器件的耐压特性，有效减弱器件源、栅、漏边缘的电场集中现象，提高了器件击穿电压性能；通过设置场板结构可以提高器件的击穿电压，因为场板结构可以将场板下方的电场分布均匀，使得电场集中现象消除，增加器件的击穿电压，使得源栅漏电极边缘不易产生硬击穿。【附图说明】图1为本专利技术中的晶体管结构示意图；图2为本专利技术中步骤1的俯视图和侧视图；图3为本专利技术中步骤2的俯视图和侧视图；图4为本专利技术中步骤3的俯视图和侧视图；图5为本专利技术中步骤4的俯视图和侧视图；图6为本专利技术中步骤5的俯视图和侧视图；图7为本专利技术中步骤6的俯视图和侧视图；图8为本专利技术中步骤7的俯视图和侧视图；图9为本专利技术中步骤8的俯视图和侧视图；图10为本专利技术中步骤9的俯视图和侧视图。其中：1.金刚石衬底；2.n型掺杂单晶金刚石外延薄膜；3.台面；4.场板结构；5.源极；6.漏极；7.栅极；8.钝化层；9.源引出电极；10.漏引出电极；11.栅引出电极。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术公开了n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法由以下步骤组成：步骤1：去除金刚石衬底1表面非金刚石相。步骤2：在金刚石衬底1上生长出一层n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2。步骤3：将n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2刻蚀形成台面3。步骤4：在台面3上沉积两个条形的介质层4。步骤5：沿各介质层4和台面的3的外沿分别形成漏极6和源极5。步骤6：在两个介质层4之间形成栅极7，最终形成场板结构。步骤7：使用钝化层8覆盖所有结构。步骤8：去除源极5、漏极6和栅极7上的部分钝化层8形成通孔。步骤9：沿通孔在源极5、漏极6和栅极7上沉积源引出电极9、漏引出电极10和栅引出电极11。其中，步骤1中金刚石衬底1为本征金刚石材料。其中，步骤2中的n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2为磷掺杂金刚石材料，导电特性表现为n型，n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2的厚度为0-100μm。其中，步骤3中的台面3的形成方法为去除部分n型掺杂单晶金刚石外延薄，即去除n型掺杂单晶金刚石外延薄的边缘部位形成台面3，台面3的表面积要小于步骤2中生长出的n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2的表面积，台面3的厚度大于步骤2中生长出的n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2的厚度。其中，步骤4中的介质层4采用光刻工艺和磁控溅射工艺，所选靶材的介电常数大于1，形成的介质层4的厚度大于30nm，介质层4的短边外沿均超出台面3的外沿。其中，步骤5中的源极5和漏极6形成方法采用光刻工艺和电子束蒸发工艺，源极5和漏极6的剖面成L形，源极5和漏极6均覆盖部分的介质层4和部分的台面3，源极5和漏极6的短边外沿均超出台面3的外沿，源极5和漏极6与台面3为欧姆接触。其中，步骤6中的栅极7形成方法采用光刻工艺和电子束蒸发工艺，栅极7覆盖部分的介质层4和部分的台面3，栅极7的短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在金刚石衬底(1)上生长出n型掺杂单晶金刚石外延薄膜(2)，然后将n型掺杂单晶金刚石外延薄膜(2)刻蚀形成台面(3)，在台面(3)上沉积两个条形的介质层(4)，沿介质层(4)和台面(3)的外沿分别形成漏极(6)和源极(5)，在两个介质层(4)之间形成栅极(7)形成场板结构，使用钝化层(8)覆盖所有结构，去除源极(5)、漏极(6)和栅极(7)上的部分钝化层(8)形成通孔，最后沿通孔在源极(5)、漏极(6)和栅极(7)上沉积源引出电极(9)、漏引出电极(10)和栅引出电极(11)。

【技术特征摘要】
1.n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在金刚石衬底(1)上生长出n型掺杂单晶金刚石外延薄膜(2)，然后将n型掺杂单晶金刚石外延薄膜(2)刻蚀形成台面(3)，在台面(3)上沉积两个条形的介质层(4)，沿介质层(4)和台面(3)的外沿分别形成漏极(6)和源极(5)，在两个介质层(4)之间形成栅极(7)形成场板结构，使用钝化层(8)覆盖所有结构，去除源极(5)、漏极(6)和栅极(7)上的部分钝化层(8)形成通孔，最后沿通孔在源极(5)、漏极(6)和栅极(7)上沉积源引出电极(9)、漏引出电极(10)和栅引出电极(11)。2.根据权利要求1所述的n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述介质层(4)采用光刻工艺和磁控溅射工艺，所述磁控溅射工艺参数为：功率为100W，靶材为氧化铝，厚度为30nm，氩气30sccm。3.根据权利要求1所述的n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述源极(5)和漏极(6)形成方法采用光刻工艺和电子束蒸发工艺，所述电子束蒸发工艺所选材质为钛/金，钛的厚度为20...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏兴，王艳丰，常晓慧，王玮，宋王振，赵丹，刘璋成，王若铮，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61