氧化镓场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法。该方法包括：在衬底上外延n型氧化镓沟道层；在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层；将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；去除剩余的第一介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层；在栅区对应的第二介质层上制备栅极。上述方法可以改善器件的击穿特性，并保持器件的导通特性不变。

GaO field effect transistor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
氧化镓场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体领域，特别涉及一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
电力电子器件主要用于电力设备的电能变化和电路控制，是进行电能(功率)处理的核心器件。当前全球范围内环境资源问题面临严峻考验，各国相继颁布节能减排政策，作为工业设施、家用电器等设备电能控制与转换的核心器件，功率半导体产业将面临新的技术挑战与发展机遇。硅基半导体器件是目前电力系统最普遍使用的功率器件，其性能已相当完善并接近由其材料特性决定的理论极限，使得其功率密度的增长呈饱和趋势。以氧化镓为代表的超宽禁带电力电子器件近年来逐渐成为功率半导体器件的重要发展领域，并有望某些特定领域取代传统Si基功率器件。超宽禁带氧化镓作为一种新的半导体材料，在击穿场强、巴利加(Baliga)优值和成本等方面优势突出。国际上通常采用巴利加(Baliga)优值(～εμEb3)来表征材料适合功率器件的程度。β-Ga2O3材料巴利加优值是GaN材料的4倍，是SiC材料的10倍，是Si材料的3444倍。β-Ga2O3功率器件与GaN和SiC器件相同耐压情况下，导通电阻更低，功耗更小，能够极大地降低器件工作时的电能损耗。自从2013年日本信息通信研究机构(NICT)开发出首款氧化镓金属氧化物半导体场效应晶体管(Ga2O3MOSFET)器件以来，科研人员通过提高Ga2O3晶体材料质量、优化器件制作工艺，包括优化沟道层掺杂、欧姆接触和肖特基接触工艺以及栅场板结构等方法，不断提升Ga2O3MOSFET器件性能。2016年，NICT采用Al2O3作为栅下介质，并结合栅场板结构，制备的Ga2O3MOSFET器件击穿电压达到750V。2019年，ETRI采用源场板结构，同时测试过程中通过氟化液隔绝器件空气击穿，器件击穿电压达到2320V，为目前报道最高值。然而，目前已报道的Ga2O3场效应晶体管(FET)器件的击穿电压和导通特性还远低于材料预期值。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种氧化镓场效应晶体管的制备方法及其结构，以解决现有技术中Ga2O3场效应晶体管(FET)器件的击穿电压和导通特性远低于材料预期值的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，包括：在衬底上外延n型氧化镓沟道层；在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层；将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；去除剩余的第一介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层；在栅区对应的第二介质层上制备栅极。可选的，所述在衬底上外延n型氧化镓沟道层包括：在衬底上形成未掺杂的氧化镓层；在所述未掺杂的氧化镓层上形成n型氧化镓沟道层。可选的，所述衬底为高阻氧化镓衬底、半绝缘SiC衬底、氧化镁或蓝宝石衬底。可选的，所述n型氧化镓沟道层通过掺杂Si或Sn实现；所述n型氧化镓沟道层掺杂浓度为1.0×1015cm-3至1.0×1020cm-3；所述n型氧化镓沟道层厚度为10nm至1000nm。可选的，所述在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极，包括：通过高温合金工艺或离子注入工艺在所述n型氧化镓沟道层上与源区对应的区域覆盖金属层形成源极，在所述n型氧化镓沟道层上与漏区对应的区域覆盖金属层形成漏极。可选的，所述金属层为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金。可选的，所述在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层，包括：通过PECVD工艺或溅射工艺在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长SiO2介质层；其中，所述SiO2介质层厚度为50nm至3000nm。可选的，所述将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除包括：通过干法刻蚀工艺刻蚀或湿法腐蚀工艺腐蚀所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分，直至露出所述n型氧化镓沟道层。可选的，所述包含至少两种温度的高温退火处理的工艺条件包括：所述高温退火的温度范围为200℃至900℃；所述高温退火的时间范围为10秒至10分钟。可选的，所述包含至少两种温度的高温退火处理包括采用先低温后高温的退火方式，或先高温后低温的退火方式。可选的，经过包含至少两种温度的高温退火处理后，所述n型氧化镓沟道层与所述第一预设区域对应的裸露区域为低电子浓度区域，且电子浓度从所述n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低。本专利技术实施例的第二方面提供了一种氧化镓场效应晶体管，包括：衬底；n型氧化镓沟道层，形成在所述衬底上；其中，在所述n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应的区域形成有低电子浓度区域；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；源极和漏极，分别形成在所述n型氧化镓沟道层上的对应区域上；第二介质层，形成在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上；栅极，形成在所述第二介质层上与栅区对应的区域。可选的，所述的氧化镓场效应晶体管还包括：未掺杂的氧化镓层，形成在所述衬底和所述n型氧化镓沟道层之间。可选的，所述第二预设区域靠近源区一侧的边缘与栅区靠近漏区一侧的边缘重合，所述第二预设区域靠近漏区一侧的边缘距栅区靠近漏区一侧的边缘的距离为6um。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术实施例在制备氧化镓场效应晶体管时，通过将第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理，使n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应的裸露区域形成低电子浓度区域，且电子浓度从n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低。通过降低n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应区域的电子浓度可以改善器件的击穿特性，并保持器件的导通特性不变，且电子浓度从n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低可以进一步提升器件的击穿特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法对应的剖面结构示意图；图3是本专利技术一实施例提供的氧化镓场效应晶体管的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对照附图并结合实施例，对本专利技术做进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参照图1和图2，图1是本专利技术实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法流程示意图，图2是本专利技术实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法对应的剖面结构示意图。该氧化镓场效应晶体管的制备方法可以包括：步骤S101，在衬底上外延n型氧化镓沟道层。可选的，所述在衬底上外延n型氧化镓沟道层可以包括：在衬底201上形成未掺杂的氧化镓层；在所述未掺杂的氧化镓层上形成n型氧化镓沟道层202。可选的，所述衬底201为高阻氧化镓衬底、半绝缘SiC衬底、氧化镁或蓝宝石衬底。可选的，n本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化镓场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括：在衬底上外延n型氧化镓沟道层；在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层；将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；去除剩余的第一介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层；在栅区对应的第二介质层上制备栅极。

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括：在衬底上外延n型氧化镓沟道层；在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层；将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；去除剩余的第一介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层；在栅区对应的第二介质层上制备栅极。2.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述在衬底上外延n型氧化镓沟道层包括：在衬底上形成未掺杂的氧化镓层；在所述未掺杂的氧化镓层上形成n型氧化镓沟道层。3.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述衬底为高阻氧化镓衬底、半绝缘SiC衬底、氧化镁或蓝宝石衬底。4.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述n型氧化镓沟道层通过掺杂Si或Sn实现；所述n型氧化镓沟道层掺杂浓度为1.0×1015cm-3至1.0×1020cm-3；所述n型氧化镓沟道层厚度为10nm至1000nm。5.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极，包括：通过高温合金工艺或离子注入工艺在所述n型氧化镓沟道层上与源区对应的区域覆盖金属层形成源极，在所述n型氧化镓沟道层上与漏区对应的区域覆盖金属层形成漏极。6.如权利要求5所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述金属层为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金。7.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层，包括：通过PECVD工艺或溅射工艺在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长SiO2介质层；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕元杰，王元刚，周幸叶，付兴昌，宋旭波，田秀伟，梁士雄，冯志红，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13