具有γ柵和凹陷緩沖層的場效應晶體管及其制備方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于場效應晶體管技術領域，特別是涉及一種具有Γ柵和凹陷緩沖層的場效應晶體管及其制備方法。
【背景技術】
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[0002]SiC材料具有寬帶隙、高擊穿電場、高的飽和電子迀移速度、高熱導率等突出的材料和電學特性，使其在高頻高功率器件應用中，尤其是高溫、高壓、航天、衛星等嚴苛環境下的高頻高功率器件應用中具有很大的潛力。在SiC同質異形體中，六角密堆積的纖鋅礦結構的4H-SiC的電子迀移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高頻高功率器件，尤其是金屬半導體場效應晶體管(MESFET)應用中占有主要地位。
[0003]目前，大多數文獻致力于雙凹陷4H-SiC MESFET結構的研宄及在此結構的基礎上進行改進。該結構從下至上由4H-SiC半絕緣襯底、P型緩沖層、N型溝道層和N+帽層堆疊而成，以該堆疊層為基礎，刻蝕N+帽層后形成凹陷的N型溝道層，柵的源側一半長度向N型溝道層內凹陷形成凹柵結構，凹陷的N型溝道層可通過反應離子刻蝕RIE技術完成。
[0004]雖然上述雙凹陷結構4H-SiC MESFET的擊穿電壓因柵的源側一半長度向N型溝道層內凹陷而增加，但飽和漏電流卻沒有得到實質性提升。并且在實際情況下，反應離子刻蝕RIE的過程會在器件漂移區表面形成晶格損傷，導致N型溝道層中載流子有效迀移率下降，進而降低漏極電流，在電流輸出特性上表現為飽和電流的退化。
【發明內容】
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[0005]本發明克服現有技術存在的不足，解決了現有技術存在的問題，旨在提供一種具有寬溝道深凹陷且能夠提高輸出電流和擊穿電壓，改善頻率特性的一種具有Γ柵和凹陷緩沖層的場效應晶體管及其制備方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:具有Γ柵和凹陷緩沖層的場效應晶體管，自上而下設置有4H-SiC半絕緣襯底、P型緩沖層、N型溝道層，N型溝道層的兩側分別設置有源極帽層和漏極帽層，所述源極帽層和漏極帽層的表面分別設置有源電極和漏電極，N型溝道層中部且靠近源極帽層的一側設置有階梯狀的柵電極，柵電極和N型溝道層兩側形成左側溝道和右側溝道，柵電極的低柵面與N型溝道層表面平齊，柵電極低柵面正下方的P型緩沖層上設置有凹槽。
[0007]進一步地，所述柵電極為二層階梯由低柵和高柵組成，所述低柵和高柵的高度差為 0.05 μπι。
[0008]進一步地，P型緩沖層上凹槽的長度為0.3 μ m-0.4 μ m，高度為0.05 μ m。
[0009]具有Γ柵和凹陷緩沖層的場效應晶體管及其制備方法，按照以下步驟進行:
[0010]步驟I)對4H_SiC半絕緣襯底進行清洗，以去除襯底表面污物；
[0011]步驟2)在4H-SiC半絕緣襯底上外延生長0.5 μπι厚的SiC層，同時經乙硼烷B2H6原位摻雜，形成濃度為1.4X 115cnT3的P型緩沖層；
[0012]步驟3)在P型緩沖層上外延生長0.3 μπι厚的SiC層，同時經隊原位摻雜，形成濃度為3 X 117CnT3的N型溝道層；
[0013]步驟4)在N型溝道層上外延生長0.2 μπι厚的SiC層，同時經隊原位摻雜，形成濃度為1.0X 120cm-3的N +型帽層；
[0014]步驟5)在N+型帽層上依次進行光刻和隔離注入，形成隔離區和有源區；
[0015]步驟6)對有源區依次進行源漏光刻、磁控濺射、金屬剝離和高溫合金，形成0.5 μ m長的源電極和漏電極；
[0016]步驟7)對源電極和漏電極之間的N+型帽層進行兩次次光刻、刻蝕，第一次刻蝕厚度為0.2 μm，形成刻蝕深度和長度分別為0.2 μπι和2.2 μπι的凹溝道；第二次刻蝕厚度為0.05 μ m，刻蝕長度以源極帽層和漏極帽層里側為起點分別為0.85 μ m和I μ m，形成具有長度為0.85 μ m，高度為0.05 μ m的左側溝道凹陷區和長度為I μ m，高度為0.05 μ m右側溝道凹陷區；
[0017]步驟8)對N型溝道層進行一次光刻和離子注入，形成具有厚度為0.05 μπι,以源極帽層里側0.5 ym處為起點，長度為0.35 μ m的凹陷緩沖層；
[0018]步驟9)在溝道上方且靠近源極帽層一側的凹溝道進行光刻、磁控濺射和金屬剝離，形成0.7 μ??長的柵電極；
[0019]步驟10)對所形成的4H_SiC金屬半導體場效應晶體管表面進行鈍化、反刻，形成電極壓焊點，完成器件的制作。
[0020]進一步地，所述步驟7)中柵電極的制備過程為:
[0021]a、采用正性光刻膠，涂膠速度:3000R/min，膠厚> 2 μ m保證在后續刻蝕時膠的刻蝕掩蔽作用；
[0022]b、涂膠完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹溝道光刻板進行約35秒紫外曝光后在專用顯影液中顯影60秒，專用顯影液的配方:四甲基氫氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分鐘；
[0023]c、采用ICP感應耦合等離子體刻蝕系統進行N+刻蝕，刻蝕條件為刻蝕功率375W、偏置功率60W、工作壓力9Pa，刻蝕氣體選擇流量為32sccm的CFjP 8sccm的Ar，刻蝕后形成長度為2.2 μm、高度為0.2 μπι的凹溝道區域，刻蝕后用丙酮和超聲去除刻蝕掩蔽膠。
[0024]d、重復a、b、c步驟光刻、刻蝕形成具有長度為0.85 μm，高度為0.05 μπι的左側溝道凹陷區和具有長度為I ym，高度為0.05 μπι的右側溝道凹陷區；
[0025]進一步地，所述步驟8)中凹槽的制備過程為:
[0026]a、采用正性光刻膠，涂膠速度:3000R/min，膠厚> 2 μ m保證在后續隔離注入時能夠起到良好的阻擋作用；
[0027]b、涂膠完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹陷緩沖層光刻板進行約35秒紫外曝光后專用顯影液中顯影60秒，專用顯影液的配方:四甲基氫氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分鐘；
[0028]C、進行硼離子注入，注入條件為300keV/2X1012cm-2，溫度為400°C。注入完成后用丙酮和超聲去膠，再用等離子去膠3分鐘；形成具有厚度為0.05 μπι,以源極帽層里側0.5 μπι處為起點，長度為0.3 μ??-0.4 μπι的凹槽；
[0029]d、將上述4H-SiC外延片置于1600°C感應加熱爐退火10分鐘激活雜質，Ar氣流量為20ml/min，完成凹槽的制作。
[0030]本發明與現有技術相比具有以下有益效果。
[0031]第一，漏極電流提高。4H-SiC MESFE器件最大輸出功率密度正比于漏極飽和電流、擊穿電壓以及膝點電壓。通過抬高柵相對于溝道表面的位置，使柵下方溝道厚度增大，耗盡區在溝道減少，流過源漏區的溝道總電荷會增加，并且柵下的溝道厚度對漏極電流有著重要的影響，所以該器件的飽和漏電流得到大幅度提高。
[0032]第二，擊穿電壓提高。MESFET器件的擊穿發生在柵的漏側邊緣，而通過抬高柵相對于溝道表面的位置，緩解了柵的漏側邊緣電場強度集中現象，調整了溝道表面的電場分布，使擊穿電壓提尚。
[0033]第三，頻率特性改善。通過引入凹槽，使低柵下溝道的厚度不變，確保漏電流能被柵電壓有效控制，并且阻止耗盡區向源區/漏區擴展，使柵下的耗盡區變小，從而使柵源、柵漏電容減少。減小的柵源電容改善了 MESFET器件的頻率特性。
【附圖說明】
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[0034]下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明
[0035]圖1為本發明的結構示意圖。
[0036]圖中:1為4H-SiC半絕緣襯底，2為P型緩沖層，3為N型溝道層，4為源極帽層，5為漏極帽層，6為源電極，7為漏電極，8為左側溝道，9為右側溝道，10為柵電極，11為凹槽。
【具體實施方式】
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[0037]如圖1所示，具有Γ柵和凹陷緩沖層的場效應晶體管，自上而下設置有4H_SiC半絕緣襯底1、P型緩沖層2、N型溝道層3，N型溝道層3的兩側分別設置有源極帽層4和漏極帽層5，所述源極帽層4和漏極帽層5的表面分別設置有源電極6和漏電極7，其特征在于:N型溝道層3中部且靠近源極帽層4的一側設置有階梯狀的柵電極10，柵電極10和N型溝道層3兩側形成左側溝道8和右側溝道9，柵電極10的低柵面與N型溝道層3表面平齊，柵電極10低柵面正下方的P型緩沖層2上設置有凹槽11。
[0038]所述柵電極10為二層階梯由低柵和高柵組成，所述低柵和高柵的高度差為0.05 μ mD
[0039]P型緩沖層2上凹槽11的長度為0.3 μ m-0.4 μ m，高度為0.05 μ m。
[0040]實施例一
[0041]制備凹槽11的高度和長度為0.05 ym和0.35 ym的具有Γ柵和凹陷緩沖層的場效應晶體管。
[0042]按照以下步驟進行:
[0043]步驟I)對4H_SiC半絕緣襯底I進行清洗，以去除襯底表面污物；
[0044]a、用蘸有甲醇的棉球將襯底仔細清洗兩、