增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管及其制造方法，本发明专利技术首先在衬底上生长ｐ型导电性的碳化硅缓冲层，接着在缓冲层上生长ｎ型外延层，然后在ｎ型外延层中形成隔离区，再在隔离区两侧的ｎ型外延层上生成欧姆接触，最后在隔离区上生成肖特基接触，本发明专利技术应用在数字电路设计中，会大大简化了逻辑电路的设计，同时在数字电路中，增强型（Ｅ－Ｍｏｄｅ）和耗尽型（Ｄ－Ｍｏｄｅ）碳化硅场效应晶体管相结合，可以集成为直接耦合型场效应晶体管逻辑（ＤＣＦＬ）电路，增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管的应用可消除负偏压的电路设计，使得电路简单化，减少了电路设计的复杂性、减少电路的面积和制备的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子器件，尤其是一增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管 及其制造方法。
技术介绍
金属一半导体场效应晶体管在射频/微波系统中可完成功率产生、功率放 大、相移、混频、调制、解调以及开关等模拟和数字电路的所有功能。作为微波器件代表之一的MESFET (场效应晶体管) 一直受到人们的重视，在过去，由 于III-V族化合物的高电子迁移率，已经制造出了 n型ffl-V族化合物如砷化 镓(GaAs)的最高频率的MESFET。虽然提供的这些器件提高了工作频率并适当 的提高了功率处理能力，但是这些材料的相对低的击穿电压和较低的热导率就 限制了它们在大功率的应用。碳化硅(SiC)具有优良的物理特性和电特性，由于SiC材料禁带宽度宽， 室温下大约是硅的3倍，GaAs的两倍多，决定了 SiC器件具有更高的工作温度， 在强辐射环境下依然能够正常工作，使得其在战略核武器方面也可以应用。击 穿电场强度高，热导率大约是Si的3倍，GaAs的IO倍，使得碳化硅器件的工作 电压高、功率密度高、单元功率大。SiC具有很高的德拜温度，达到1200-1430K, 具有很强的的离子共价键，是一种能量稳定的结构，因此决定了 SiC材料对于 各种外界作用的稳定性，工作温度高，在力学、化学方面有优越的技术特性， 防护、散热所需要的体积都大大减小。SiC器件的输入输出阻抗都比较高，使得 SiC器件匹配简单，从某种程度而言，甚至可以不用内匹配，在增加了系统稳 定性的同时更加减小了器件的体积。SiC材料的本征载流子浓度大大低于其它常 用半导体，因此，碳化硅器件静态工作电流明显低于传统半导体器件，这使得 在相同条件下，能量的利用效率大大提高，电池供电时间更加长久。另外，碳化硅场效应器件的应用能够提高电子系统的效率，如用碳化硅功率场效应管代替现有的硅IGBT和PiN 二极管能够使发动机驱动器减少50%的损耗。采用碳化 硅器件还可以减小电子设备的体积和重量，从而使飞机等交通工具在相同的耗 油量下具有更高的有效运载能力。但是目前的研究都是针对于耗尽型的SiC MESFET器件。所谓耗尽型的 (D-Mode) SiC MESFET器件是指器件的阈值电压为负值，即栅上接足够大的负 压时，SiC MESFET栅下沟道层处于耗尽状态，器件^皮关断。但是传统的D-Mode SiC MESFET因为要使用负的开启电压，这在射频微波应用中，使电路结构显得 复杂化。因此有必要开展增强型(E-Mode) SiC MESFET器件的研究，即让器件 的阔值电压变为正值，实际应用中只需要加一个正的偏压即可以使其工作。这 样可以消除负偏压的电路设计，使得电路筒单化，减少了电路设计的复杂性、 减少电路的面积和制备的成本，对于大规模微波射频电路应用来说，其意义更 力口重大。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种能够使电路简单化，减少电路设计 的复杂性、减少电路的面积和制备成本的增强型碳化硅金属半导体场效应晶体 管及其制造方法。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是 一种增强型碳化硅金属半 导体场效应晶体管，其包括衬底、位于衬底上的n型外延层，在n型外延层中 形成的隔离区，在隔离区两侧的n型外延层上形成的欧姆4妄触，分别为源区和 漏区，在隔离区上形成的肖特基接触。本专利技术进一步还包括位于n型外延层上与n型外延层材料相同、掺杂浓度 不同的盖帽层，所述盖帽层为分布在隔离区、欧姆接触之外的n型外延层上。所述衬底为碳化硅衬底或者硅衬底，其中碳化硅衬底是4H、 6H、 3C或15R 碳化硅晶型中的一种。所述隔离区的宽度为0. Oliam到两欧姆接触之间的距离，深度为从n型外延层开始直至穿通n型外延层或者部分穿通n型外延层。所述隔离区为导电载流子浓度水平为1 x 10"cirf3—1 x 102°cm-4々p型隔离区或者本征外延层隔离区。所述欧姆接触直接位于n型外延层上或者位于在n型外延层上生成的n +区域上或者形成在盖帽层上。所述肖特基接触包括直接与隔离区接触的第一栅极层，其材料为钛或者铬。 所述肖特基接触进一步包括第 一栅极层的覆盖层，该覆盖层为铂层和金层。 所述肖特基接触直接位于隔离区上或者位于在隔离区上生成的凹槽上。 本专利技术进一步改进在于还包括緩冲层，緩沖层位于衬底和n型外延层之间。 所述緩沖层为未掺杂的碳化硅緩沖层、n型导电性的碳化硅緩冲层、p型导电性的碳化硅緩冲层中的一种。所述p型导电性的碳化硅緩冲层具有1 x 1015ciir3—l x 1019cm—3的载流子浓度，其为单层外延层或者两层外延层，两层外延层分别为第一 p型外延层和第二 p型外延层，其中第一 p型外延层的掺杂浓度高于第二 p型外延层的掺杂浓度或者第二 p型外延层的掺杂浓度高于第一 p型外延层的掺杂浓度。一种增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管的制造方法，其步骤如下1) 在衬底上生长n型外延层，2) 在n型外延层中生成隔离区，3) 在隔离区两侧的n型外延层上形成欧姆接触，4) 在隔离区上形成肖特基^f妄触。本方法改进在于步骤1)中在生长n型外延层之前先在衬底上生长緩沖层， n型外延层生长在緩沖层上。进一步改进在于在步骤1)的最后改变掺杂浓度在n型外延层上生长盖帽层。所述步骤2)中隔离区生成方法为离子注入方法或者二次外延方法。 其离子注入方法包括以下步骤① 在n型外延层中注入杂质离子，形成补偿掺杂，其中离子为铝离子或者 硼离子，② 进行高温退火。 其二次外延方法包括以下步骤① 在n型外延层上形成凹槽，② 在凹槽上生成二次外延层，其厚度为凹槽厚度，③ 去除凹槽以外的二次外延层，完成隔离区。 所述二次外延层材料为硅、二氧化硅、多晶硅、碳化硅中的一种。 所述步骤3)中欧姆接触直接形成在n型外延层上或者采用以下步骤形成① 在n型外延层中采用离子注入方法形成n +区域，② 在n +区域上形成欧姆^l妾触。所述步骤4)中肖特基接触直接形成在隔离区上或者采用以下步骤形成① 在隔离区上生成凹槽，② 在凹槽上形成肖特基欧姆接触。所述凹槽采用感应耦合等离子方法通过一次刻蚀只生成第三凹槽或者两次 刻蚀生成第三、第四凹槽，第三凹槽进入隔离区的深度为20nm—120nm，第四凹 槽在第三凹槽的彭出上进入隔离区的深度为20nm—120nm。采用上述技术方案所产生的有益效果在于采用本专利技术提供的方法制造的 增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管应用在在数字电路设计中，增强型和耗 尽型器件相结合会大大简化了逻辑电路的设计，使原来由单纯的耗尽型器件设 计的数字电路筒单化。同时在数字电路中，增强型(E-Mode )和耗尽型(D-Mode ) SiC MESFET相结合，可以集成为直接耦合型场效应晶体管逻辑(DCFL)电路， 这些单片集成的增强/耗尽型(E/D Mode) SiC MESFET逻辑单元也可以用在混 和信号电路和直流-直流(DC-DC)转换电路上，在反相器、环形振荡器的设计 中，增强型与耗尽型SiC MESFET的结合使用使电路设计更加简单。 附图说明图1是采用本专利技术方法制作的增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管的实施例l的结构示意图2是采用本专利技术方法制作的增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管的实 施例2的结构示意图3是采用本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型碳化硅金属半导体场效应晶体管，其特征在于：包括衬底（１）、位于衬底（１）上的ｎ型外延层（３），在ｎ型外延层（３）中形成的隔离区（４），在隔离区（４）两侧的ｎ型外延层（３）上形成的欧姆接触（５）、（６），分别为源区和漏区，在隔离区（４）上形成的肖特基接触（７）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯志宏，李佳，
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：13[中国|河北]