一种晶体管结构及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体器件技术领域，特别涉及一种晶体管结构的制备方法，通过热感知设计构建垂直于氧化镓

【技术实现步骤摘要】
一种晶体管结构及其制备方法、记录媒体和系统


[0001]本专利技术属于半导体器件
，公开了一种晶体管结构及其制备方法
、
记录媒体和系统
。

技术介绍

[0002]β
相氧化镓具有
4.6eV—4.9eV
的超宽带隙，远大于宽带半导体
4H
相碳化硅和氮化镓，因此
β
相氧化镓晶体管相比于宽带半导体晶体管具有更高的临界电场强度，可以作为下一代功率半导体材料，应用于更高压的应用场合
。
再加上其单晶生长成本较低，氧化镓晶体管受到了行业内的广泛关注
。
[0003]然而，氧化镓晶体管的主要性能瓶颈在于其导热性能较差，由于
β
相氧化镓的热导率远低于宽带半导体
4H
相碳化硅和氮化镓，氧化镓晶体管的自发热问题较为严重，亟需采用一系列技术手段提升氧化镓晶体管的导热性能
。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种晶体管结构，一种晶体管结构，包括从下至上顺序叠置的多晶金刚石衬底，铁掺杂
β
相氧化镓层，硅掺杂
β
相氧化镓层，硅掺杂
β
相氧化镓层的下底面在铁掺杂
β
相氧化镓层的上表面内部，硅掺杂
β
相氧化镓层的上半层两侧部分为重掺杂
n++
区域，硅掺杂
β
相氧化镓层的上半层中间部分与下半层的掺杂浓度一致；两个重掺杂r/>n++
区域的质心连线穿过所述上半层中间部分的质心且与硅掺杂
β
相氧化镓层的
[201]晶向垂直；铁掺杂
β
相氧化镓层和硅掺杂
β
相氧化镓层的上方覆盖有导电导热层，所述导电导热层包括被绝缘导热材料隔开的漏极
、
栅极和源极
。
[0005]优选的，所述绝缘导热材料为多晶金刚石或氮化铝
。
[0006]为完成上述晶体管结构的制备，本专利技术还提供一种晶体管结构的制备方法，具体方案包括如下步骤：首先，通过低温键合方法将铁掺杂
β
相氧化镓层与多晶金刚石衬底相连结；再通过化学气相沉积法，在铁掺杂
β
相氧化镓层上表面生长出一层硅掺杂
β
相氧化镓；硅掺杂
β
相氧化镓层的下底面在铁掺杂
β
相氧化镓层的上表面内部；对硅掺杂
β
相氧化镓层的上半层两侧部分进行
n++
重掺杂，形成异质结，两个重掺杂
n++
区域的质心连线穿过上半层中间部分的质心且与硅掺杂
β
相氧化镓层的
[201]晶向垂直；通过化学气相沉积法在未被覆盖的在铁掺杂
β
相氧化镓层上表面
、
硅掺杂
β
相氧化镓层上表面生长多晶金刚石层；对多晶金刚石层刻蚀，使异质结半导体上表面源极
、
栅极和漏极的区域曝露，在曝露区域沉积源极
、
栅极和漏极导体，完成晶体管结构的制备
。
[0007]优选的，所述低温键合方法为：对
β
相氧化镓和金刚石表面分别通过氧等离子辐照和硫酸和双氧水清洁处理形成羟基，羟基表面接触经热脱水反应结合为界面
。
[0008]优选的，沉积源极
、
栅极和漏极导体的方法包括以下步骤：
钨金属层通过溅射并使用铬掩膜进行图案定义，采用
SF6等离子体反应离子刻蚀化学方法沉积；在氮气环境中使用快速热退火在
900
摄氏度下激活硅离子注入；通过蒸发法注入
Ti/Al/Ni/Au
金属叠层，随后在氮气环境中进行
470
摄氏度的快速热退火处理1分钟，在注入区域实现了欧姆接触
。
[0009]本专利技术的另一方案在于提供一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，当执行指令时，将致使处理电路执行上述的一种晶体管结构的制备方法
。
[0010]本专利技术的又一方案在于提供一种晶体管结构的制备系统，包括处理电路及与其电性耦接的存储器，所述存储器配置储存至少一程序，所述程序包含多个指令，所述处理电路运行所述程序，能执行上述一种晶体管结构的制备方法
。
[0011]相对于现有技术，本专利技术产生以下有益效果：首先，本专利技术通过热感知设计构建垂直于氧化镓
[201]晶向生长的金刚石导热层，使得晶体管异质结集聚的热量通过金刚石较快导出；其次在氧化镓晶体管上层直接外延生长大晶粒度的多晶金刚石，减少金刚石内的晶界散射，实现良好的表面热蔓延性能；另外，在氧化镓晶体管下层通过低温键合的方式加工复合晶圆结构，通过氧化镓与单晶金刚石较低的层间界面热阻，实现向下的良好导热性能
。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例中晶体管结构示意图；图2为本专利技术实施例中晶体管底部散热层键合工艺示意图；图3为本专利技术实施例中晶体管基材制造工艺完成示意图；图4为本专利技术实施例中基材之上沉积金刚石散热层工艺完成示意图；图5为本专利技术实施例中在金刚石散热层中刻蚀出电极区域示意图；图
6 为本专利技术实施例中注入电极工艺完成示意图；图中，
1.
金刚石衬底；
2.
铁掺杂
β
相氧化镓层；
3.
硅掺杂
β
相氧化镓层；
4.
重掺杂
n++
区域；
5.
漏极；
6.
外延生长金刚石层；
7.
栅极；
8.
源极；
×
代表
[201]晶向为垂直射向纸面内
。
具体实施方式
[0013]为使本专利技术实施例的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例
。
基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创新劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0014]本专利技术提供的一种晶体管结构的实施例如下：如图1所示，本申请中涉及的金刚石材料均为多晶金刚石，晶体管的结构包括金刚石衬底
1、
铁掺杂
β
相氧化镓层
2、
硅掺杂
β
相氧化镓层
3、
重掺杂
n++
区域
4、
漏极
5、
外延生长金刚石层
6、
栅极
7、
源极8；其中金刚石衬底1与铁掺杂
β
相氧化镓层2之间具有良好的界面结构，因此界面热阻较低，具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种晶体管结构，包括从下至上顺序叠置的多晶金刚石衬底，铁掺杂
β
相氧化镓层，硅掺杂
β
相氧化镓层，其特征在于，硅掺杂
β
相氧化镓层的下底面在铁掺杂
β
相氧化镓层的上表面内部，硅掺杂
β
相氧化镓层的上半层两侧部分为重掺杂
n++
区域，硅掺杂
β
相氧化镓层的上半层中间部分与下半层的掺杂浓度一致；两个重掺杂
n++
区域的质心连线穿过所述上半层中间部分的质心且与硅掺杂
β
相氧化镓层的
[201]
晶向垂直；铁掺杂
β
相氧化镓层和硅掺杂
β
相氧化镓层的上方覆盖有导电导热层，所述导电导热层包括被绝缘导热材料隔开的漏极
、
栅极和源极
。2.
根据权利要求1所述的一种晶体管结构，其特征在于，所述绝缘导热材料为多晶金刚石或氮化铝
。3.
一种晶体管结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：首先，通过低温键合方法将铁掺杂
β
相氧化镓层与多晶金刚石衬底相连结；再通过化学气相沉积法，在铁掺杂
β
相氧化镓层上表面生长出一层硅掺杂
β
相氧化镓；硅掺杂
β
相氧化镓层的下底面在铁掺杂
β
相氧化镓层的上表面内部；对硅掺杂
β
相氧化镓层的上半层两侧部分进行
n++
重掺杂，形成异质结，两个重掺杂
n++
区域的质心连线穿过上半层中间部分的质心且与硅掺杂
β
相...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡跃，周超辉，刘育策，王梦，金和平，罗惠恒，
申请(专利权)人：三峡智能工程有限公司，
类型：发明
国别省市：