本发明专利技术公开了一种Ga2O3金属氧化物半导体场效应管及制备方法，主要解决现有MOSFET器件阈值电压低、击穿电压小及工艺复杂、制作难度大的问题。其自下而上包括衬底、缓冲层、外延层以及栅介质层，外延层上方的左右两侧分别为源、漏电极，绝缘栅介质层上方为栅电极。所述栅介质采用高k介质层与电荷存储层交替堆叠的结构，且电荷存储层的长度按照自下而上的顺序从靠近源极一侧到靠近漏极一侧逐渐减小。本发明专利技术通过采用上述栅介质层结构，使栅介质层电子在不同程度上耗尽沟道电子，不仅提高了阈值电压，而且能有效平滑沟道电场分布、抑制沟道尖峰电场强度，进一步提高器件击穿电压，且降低制作成本和难度，可用于功率器件和高压开关器件。件。件。
【技术实现步骤摘要】
一种Ga2O3金属氧化物半导体场效应管及制备方法
[0001]本专利技术属于微电子
，特别涉及一种Ga2O3的半导体器件，可用于功率器件和高压开关器件。
技术介绍
[0002]近些年来，在硅基材料制备的器件性能已经难以满足目前的大功率器件需求的背景下，以Ga2O3为代表的第三代宽禁带半导体已然成为大功率器件的重要发展领域，受到了广泛的关注。Ga2O3作为一种宽禁带半导体材料，它有五种同分异构体，其中单斜晶体β型Ga2O3稳定性最好，且β
‑
Ga2O3相较于另外两种性能优良的宽禁带半导体碳化硅和氮化镓材料更好，其禁带宽度约为4.8eV
‑
4.9eV，理论击穿电场可以达到8MV/cm，是碳化硅和氮化镓材料二倍，巴利加优值为3444，约为碳化硅的八倍、氮化镓的四倍。这表明β
‑
Ga2O3功率器件与碳化硅和氮化镓器件中在相同的耐压情况下，导通电阻更低，功耗更小，性能更优越。因此β
‑
Ga2O3是一种性能更为优越的大功率开关器件制备材料。
[0003]目前制备的Ga2O3金属氧化物半导体场效应管，不仅由于p型掺杂的缺乏而导致增强型Ga2O
3 MOSFET难以实现以及β
‑
Ga2O3自身材料特性而导致的导热率低，而且击穿电压小，不利于制备高压和大功率器件。为此，研究者们采用了各种方法去解决这个问题，从通过采用栅极场板的结构，制备出了击穿电压达750V的Ga2O
3 MOSFET器件到采用栅源复合场板结构，在器件特征导通电阻几乎不变的情况下，将器件击穿电压提高至2430V；再到采用聚合物钝化液隔绝器件的方法，使Ga2O3器件的击穿特性有了巨大的提升，其击穿电压达到了8000V。但是，其工艺难度和制造成本较高，在实际应用上有难度，且相对于Ga2O3材料特性其击穿电压还远低于预期的击穿电压值。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种Ga2O3金属氧化物半导体场效应管及制备方法，通过高k介质层和电荷存储层交替堆叠的栅介质结构进一步提高器件的击穿电压，并有效降低工艺难度和制造成本。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的一种Ga2O3金属氧化物半导体场效应管，自下而上包括衬底、缓冲层、外延层以及栅介质层，外延层上方的栅介质层的左右两侧分别是源电极和漏电极，栅介质层上方是栅电极，其特征在于：
[0006]所述栅介质层，采用高k介质层与电荷存储层交替堆叠的结构，且电荷存储层的长度按照自下而上的顺序从靠近源极一侧到靠近漏极一侧逐渐减小。
[0007]进一步，组成栅介质层的高k介质层材料包括Si2O3、Al2O3、HfO2和ZrO2，每层高k 介质层的厚度为10
‑
50nm，且最上层的高k介质层最厚，其他高k介质层厚度相同。
[0008]进一步，组成栅介质层的电荷存储层材料包括Ni、Au、Pt、HfO2和AlN，其厚度为 1
‑
10nm，其长度为100nm
‑
10μm。
[0009]进一步，所述栅电极的长度为100nm
‑
10μm。
[0010]进一步，n型β
‑
Ga2O3外延层的电子浓度为10
16
cm
‑3‑
10
18
cm
‑3，厚度为50nm
‑
1μm。
[0011]进一步，所述衬底采用Fe掺杂的β
‑
Ga2O3半绝缘衬底或Mg掺杂的β
‑
Ga2O3半绝缘衬底。
[0012]为实现上述目的，本专利技术制备Ga2O3金属氧化物半导体场效应管的方法，其特征在于，包括如下:
[0013]1)对生长了UIDβ
‑
Ga2O3层的半绝缘衬底进行标准清洗，将完成标准清洗的样品放入 MBE设备中，用分子束外延的方法生长50nm
‑
1μm厚的β
‑
Ga2O3外延层；
[0014]2)在n型β
‑
Ga2O3外延层上依次进行清洗、光刻、RIE刻蚀和光刻胶去除，形成间隔相等的多个隔离小块；
[0015]3)在每个隔离小块上光刻出源漏区，再放入离子注入机中在光刻出的源漏区进行深度为50
‑
200nm的高掺杂n型离子注入，形成电子浓度为10
18
‑
10
20
cm
‑3的源漏区域，并进行清洗、退火；
[0016]4)在完成3)之后的样品上先光刻出源漏金属沉积区，将其放入电子束蒸发台中，再在样品表面依次蒸发金属厚度为20
‑
80nm的Ti和厚度为100
‑
200nm的Au，形成源电极和漏电极；
[0017]5)将完成金属沉积的样品使用丙酮剥离进行金属剥离，再在400
‑
500℃的氮气氛围下退火30s
‑
600s；
[0018]6)对完成5)的样品进行栅介质层沉积：
[0019]6a)在完成5)的样品上先用原子层沉积ALD进行10
‑
50nm厚的高k介质沉积，然后在高k介质层上进行电荷存储层沉积区光刻，再进行1
‑
10nm厚、100nm
‑
10μm长的电荷存储层沉积；
[0020]6b)重复步骤6a)，重复次数根据需要沉积的电荷存储层的层数确定，每次沉积的电荷存储层从靠近源极一侧到靠近漏极一侧的长度逐渐减小，即当前沉积的电荷存储层长度要比前一次的短50％；
[0021]6c)完成最后一层电荷存储层沉积后，进行最上层的高k介质层沉积，该层厚度比其他高k介质层厚；
[0022]7)对完成栅介质沉积的样品先进行栅极光刻，并依次进行厚度为20
‑
80nm的Ni和厚度为100
‑
200nm的Au的金属蒸发，再对完成金属蒸发的样品进行金属剥离，形成栅极，完成器件制作。
[0023]本明与现有技术相比具有如下优点：
[0024]1、本专利技术由于在结构上只对栅介质层做了改进，因此工艺难度和制造成本均不高。
[0025]2、本专利技术由于采用高k介质层/电荷存储层交替堆叠的结构作为栅介质层，使得栅介质层能够存储电荷，从而通过存储电荷耗尽外延层电子，可以起到提高阈值电压的作用。
[0026]3、本专利技术由于采用高k介质层/电荷存储层交替堆叠的结构作为栅介质层，且电荷存储层的长度按照自下而上的顺序从靠近源极一侧到靠近漏极一侧逐渐减小，使得栅介质层中存储的电子对沟道的耗尽程度从靠近源极到靠近漏极逐渐减小，因此能有效平滑沟道电场分布、抑制沟道尖峰电场强度，进而大幅改善器件的击穿电压。
附图说明
[0027]图1是本专利技术器件的剖面结构示意图；
[0028]图2是本专利技术制作图1器件的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种Ga2O3金属氧化物半导体场效应管，自下而上包括衬底(1)、缓冲层(2)、外延层(3)以及栅介质层(4)，外延层上方的栅介质层的左右两侧分别是源电极(5)和漏电极(6)，栅介质层上方是栅电极(7)，其特征在于：所述栅介质层(4)，采用高k介质层与电荷存储层交替堆叠的结构，且电荷存储层的长度按照自下而上的顺序从靠近源极一侧到靠近漏极一侧逐渐减小。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：组成栅介质层(4)的高k介质层材料包括Si2O3、Al2O3、HfO2和ZrO2，每层高k介质层的厚度为10
‑
50nm，且最上层的高k介质层最厚，其他高k介质层厚度相同。3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：组成栅介质层(4)的电荷存储层材料包括Ni、Au、Pt、HfO2和AlN，其厚度为1
‑
10nm，其长度为100nm
‑
10μm；n型β
‑
Ga2O3外延层(3)的电子浓度为10
16
cm
‑3‑
10
18
cm
‑3，厚度为50nm
‑
1μm。4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述栅电极(7)的长度为100nm
‑
10μm。5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述衬底(1)采用Fe掺杂的β
‑
Ga2O3半绝缘衬底或Mg掺杂的β
‑
Ga2O3半绝缘衬底。6.一种Ga2O3金属氧化物半导体场效应管及制备方法，其特征在于，包括如下:1)对生长了UIDβ
‑
Ga2O3层的半绝缘衬底进行标准清洗，将完成标准清洗的样品放入MBE设备中，用分子束外延的方法生长50nm
‑
1μm厚的β
‑
Ga2O3外延层；2)在n型β
‑
Ga2O3外延层上依次进行清洗、光刻、RIE刻蚀和光刻胶去除，形成间隔相等的多个隔离小块；3)在每个隔离小块上光刻出源漏区，再放入离子注入机中在光刻出的源漏区进行深度为50
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200nm的高掺杂n型离子注入，形成电子浓度为10
18
‑
10
20
cm
‑3的源漏区域，并进行清洗、退火；4)在完成3)之后的样品上先光刻出源漏金属沉积区，将其放入电子束蒸发台中，再在样品表面依次蒸发金属厚度为2...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯倩，王正兴，蔡云匆，田旭升，张春福，周弘，张进成，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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