基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管及方法技术

本发明专利技术公开了一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管及方法，准垂直场效应晶体管包括：衬底层(1)、n+缓冲层(2)、n‑漂移层(3)、栅介质层(4)、两个漏极(5)、栅极(6)、两个源极(7)和四个金属加厚层(8)。本发明专利技术可以成功避免宽禁带半导体材料存在的P型掺杂剂激活率低以及P型材料层欧姆接触实现困难等问题。本发明专利技术利用栅电压控制肖特基源极隧穿电流的大小，可以实现高电流密度。

【技术实现步骤摘要】
基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管及方法
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管及方法。
技术介绍
随着人类可利用的环境资源日益减少，对应用于电力电子设备的电能转换和高压大电流密度下的高功率半导体器件性能要求越来越高，研发出新型优良性能、高转换效率的功率器件是解决能源和环境冲突的有效方案之一。对于高功率半导体器件，其功率品质因数主要取决于器件的击穿电压和特定导通电阻，但是两者往往需要综合考虑进行优化设计才能有效提升功率器件的性能。随着半导体功率器件领域的不断发展，应用于功率器件的材料从第一代的Si材料到第二代的GaAs材料，都使得功率器件的性能发生了根本性质的变化。但是到目前为止，传统两代材料制作的半导体功率器件性能已经接近了由材料性质决定的理论极限。以GaN为代表的第三代半导体宽禁带材料具有高频、高功率、抗辐射、高饱和电子迁移率等特性，在电力电子方面具有优良的潜力。目前GaN器件主要分为横向器件和垂直器件，以高电子迁移率晶体管HEMTs(high-elec-tronmobilitytransistor)为代表的横向器件在射频领域具有极大的优势，而垂直器件则更适合电力电子领域。相比于横向器件，垂直器件只需增加器件漂移区的厚度而不需要牺牲芯片的横向尺寸便可以提升器件的击穿特性，因此具有更高的功率密度。除此之外，垂直器件的导电沟道较宽，电流密度较大，而且垂直器件的导电沟道位于器件的内部，不易受到表面态的影响，动态特性好。上述的优点使得垂直器件在电力电子领域具有得天独厚的优势。目前GaN垂直器件主要包括CAVET(电流孔径垂直电子晶体管)、trenchMOSFET(沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管)、Fin(鳍)三种结构。对于CAVET结构，器件本身为耗尽型器件，且器件的制造工艺复杂，高压偏置下漏电大，可靠性差；trenchMOSFET虽然可以很容易实现增强型，但是器件的工艺复杂，尤其是P型GaN的欧姆接触实现困难，此外，由刻蚀工艺造成的材料损伤也会导致沟道电子迁移率的退化，影响器件的导通电阻；Fin结构虽然也可以实现增强型，但Fin结构的导电通道窄，电流密度很小，无法满足大功率的应用需求。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管及方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管，包括：衬底层；n+缓冲层，所述n+缓冲层设置于所述衬底层上；n-漂移层，所述n-漂移层设置于所述n+缓冲层上，且在所述n-漂移层两端设置有两个凹槽；两个源极，两个所述源极分别设置于所述n-漂移层两端的所述凹槽上，且所述源极的上表面与所述n-漂移层的上表面平齐；两个漏极，两个所述漏极分别设置于位于所述n-漂移层两侧的所述n+缓冲层上；栅介质层，所述栅介质层设置于所述n+缓冲层、所述n-漂移层、两个所述漏极和两个所述源极上，且两个所述漏极和两个所述源极上的所述栅介质层均设置有一通孔；栅极，所述栅极设置于所述栅介质层上，所述栅极处于两个所述源极之间；四个金属加厚层，一个所述金属加厚层设置于处于一端的所述漏极和所述栅介质层上，另一个所述金属加厚层设置于处于另一端的所述漏极和所述栅介质层上，又一个所述金属加厚层设置于处于一端的所述源极和所述栅介质层上，再一个所述金属加厚层设置于处于另一端的所述源极和所述栅介质层上，所述栅极和所述金属加厚层之间存在间隙。在本专利技术的一个实施例中，所述衬底层采用Si、GaN、AlN、SiC、GaO、蓝宝石、金刚石或BN材料。在本专利技术的一个实施例中，所述n+缓冲层和所述n-漂移层均采用GaN、AlN、SiC、GaO、金刚石或BN材料。在本专利技术的一个实施例中，所述n+缓冲层的掺杂浓度为1018cm-3～1020cm-3，所述n-漂移层的掺杂浓度为1015cm-3～1017cm-3。在本专利技术的一个实施例中，所述源极的材料为Ti/Au、W/Au、Mo/Au、Ni/Au、Pt/Au或Pd/Au，所述漏极的材料为Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ti/Al/Mo/Au、Ta/Al/Ta、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、W/Au或Ni/Au/Ni。在本专利技术的一个实施例中，所述栅极和所述金属加厚层的材料相同。在本专利技术的一个实施例中，所述栅极靠近所述源极的侧边的延长线与该源极的内部相交。本专利技术还提供一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管的制备方法，用于制备上述任一项实施例所述的准垂直场效应晶体管，所述制备方法包括：选取衬底层；在所述衬底层上生长n+缓冲层；在所述n+缓冲层上生长n-漂移层；刻蚀所述n-漂移层的两端至所述n+缓冲层的表面，以暴露所述n+缓冲层；在所暴露的所述n+缓冲层上制作两个漏极；在所述n-漂移层的两端刻蚀两个凹槽；在处于所述n-漂移层两端的两个所述凹槽上制作两个源极，且所述源极的上表面与所述n-漂移层的上表面平齐；在所述n+缓冲层、所述n-漂移层、两个所述漏极和两个所述源极上生长栅介质层；在所述栅介质层上制作栅极，同时在两个所述漏极、两个所述源极和所述栅介质层上分别制备金属加厚层。在本专利技术的一个实施例中，在所暴露的所述n+缓冲层上制作两个漏极之后，还包括：对所述漏极进行退火处理以形成欧姆接触。在本专利技术的一个实施例中，在所述栅介质层上制作栅极，同时在两个所述漏极、两个所述源极和所述栅介质层上分别制备金属加厚层，包括：在所述栅介质层上制作掩膜，在两个所述漏极上方的栅介质层和两个所述源极上方的栅介质层刻蚀金属加厚区窗口；在栅介质层上和金属加厚区窗口沉积栅极金属以形成栅极和四个金属加厚层。本专利技术的有益效果：1.本专利技术中的器件本身为增强型，提高了器件对于噪声的抑制以及电路的安全性，同时增强型器件与现有的栅极驱动电路具有良好的兼容性。2.本专利技术不需要P型材料层，该材料层可以为AlN、SiC、GaO、金刚石和BN，其中SiC材料不存在P型掺杂剂激活率低，因此本专利技术可以成功避免除SiC材料以外其它P型材料层存在的P型掺杂剂激活率低以及P型材料层欧姆接触实现困难等问题。3.本专利技术利用栅电压控制肖特基源极隧穿电流的大小，可以实现高电流密度。4.本专利技术器件结构简单，不需要复杂的工艺流程，节约成本，提高成品率。5.本专利技术中的器件不需要PN结，器件响应速度快，可作为高速器件。6.本专利技术由于独特的器件拓扑结构，不存在寄生三极管效应，消除了闩锁效应。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种基于横向肖特基源隧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管，其特征在于，包括：/n衬底层(1)；/nn+缓冲层(2)，所述n+缓冲层(2)设置于所述衬底层(1)上；/nn-漂移层(3)，所述n-漂移层(3)设置于所述n+缓冲层(2)上，且在所述n-漂移层(3)两端设置有两个凹槽；/n两个源极(7)，两个所述源极(7)分别设置于所述n-漂移层(3)两端的所述凹槽上，且所述源极(7)的上表面与所述n-漂移层(3)的上表面平齐；/n两个漏极(5)，两个所述漏极(5)分别设置于位于所述n-漂移层(3)两侧的所述n+缓冲层(2)上；/n栅介质层(4)，所述栅介质层(4)设置于所述n+缓冲层(2)、所述n-漂移层(3)、两个所述漏极(5)和两个所述源极(7)上，且两个所述漏极(5)和两个所述源极(7)上的所述栅介质层(4)均设置有一通孔；/n栅极(6)，所述栅极(6)设置于所述栅介质层(4)上，所述栅极(6)处于两个所述源极(7)之间；/n四个金属加厚层(8)，一个所述金属加厚层(8)设置于处于一端的所述漏极(5)和所述栅介质层(4)上，另一个所述金属加厚层(8)设置于处于另一端的所述漏极(5)和所述栅介质层(4)上，又一个所述金属加厚层(8)设置于处于一端的所述源极(7)和所述栅介质层(4)上，再一个所述金属加厚层(8)设置于处于另一端的所述源极(7)和所述栅介质层(4)上，所述栅极(6)和所述金属加厚层(8)之间存在间隙；/n其中，所述n+缓冲层(2)和所述n-漂移层(3)所采用的材料相同。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于横向肖特基源隧穿结的准垂直场效应晶体管，其特征在于，包括：
衬底层(1)；
n+缓冲层(2)，所述n+缓冲层(2)设置于所述衬底层(1)上；
n-漂移层(3)，所述n-漂移层(3)设置于所述n+缓冲层(2)上，且在所述n-漂移层(3)两端设置有两个凹槽；
两个源极(7)，两个所述源极(7)分别设置于所述n-漂移层(3)两端的所述凹槽上，且所述源极(7)的上表面与所述n-漂移层(3)的上表面平齐；
两个漏极(5)，两个所述漏极(5)分别设置于位于所述n-漂移层(3)两侧的所述n+缓冲层(2)上；
栅介质层(4)，所述栅介质层(4)设置于所述n+缓冲层(2)、所述n-漂移层(3)、两个所述漏极(5)和两个所述源极(7)上，且两个所述漏极(5)和两个所述源极(7)上的所述栅介质层(4)均设置有一通孔；
栅极(6)，所述栅极(6)设置于所述栅介质层(4)上，所述栅极(6)处于两个所述源极(7)之间；
四个金属加厚层(8)，一个所述金属加厚层(8)设置于处于一端的所述漏极(5)和所述栅介质层(4)上，另一个所述金属加厚层(8)设置于处于另一端的所述漏极(5)和所述栅介质层(4)上，又一个所述金属加厚层(8)设置于处于一端的所述源极(7)和所述栅介质层(4)上，再一个所述金属加厚层(8)设置于处于另一端的所述源极(7)和所述栅介质层(4)上，所述栅极(6)和所述金属加厚层(8)之间存在间隙；
其中，所述n+缓冲层(2)和所述n-漂移层(3)所采用的材料相同。


2.根据权利要求1所述的准垂直场效应晶体管，其特征在于，所述衬底层(1)采用Si、GaN、AlN、SiC、GaO、蓝宝石、金刚石或BN材料。


3.根据权利要求1所述的准垂直场效应晶体管，其特征在于，所述n+缓冲层(2)和所述n-漂移层(3)均采用GaN、AlN、SiC、GaO、金刚石或BN材料。


4.根据权利要求3所述的准垂直场效应晶体管，其特征在于，所述n+缓冲层(2)的掺杂浓度为1018cm-3～1020cm-3，所述n-漂移层(3)的掺杂浓度为1015cm-3～1017cm-3。


5.根据权利要求1所述的准垂直场效应晶体管，其特征在于，所述源极(7)的材料为Ti/Au、W/Au、Mo/Au、Ni/Au、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胜雷，宋秀峰，张进成，刘爽，吴银河，王中旭，陈大正，郝跃，
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