具有γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法

具有γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
:
[0001]本发明属于场效应晶体管技术领域，特别是涉及一种具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法。
【背景技术】
:
[0002]SiC材料具有宽带隙、高击穿电场、高的饱和电子迀移速度、高热导率等突出的材料和电学特性，使其在高频高功率器件应用中，尤其是高温、高压、航天、卫星等严苛环境下的高频高功率器件应用中具有很大的潜力。在SiC同质异形体中，六角密堆积的纤锌矿结构的4H-SiC的电子迀移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高频高功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)应用中占有主要地位。
[0003]目前，大多数文献致力于双凹陷4H-SiC MESFET结构的研宄及在此结构的基础上进行改进。该结构从下至上由4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层堆叠而成，以该堆叠层为基础，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层，栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷形成凹栅结构，凹陷的N型沟道层可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。
[0004]虽然上述双凹陷结构4H-SiC MESFET的击穿电压因栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷而增加，但饱和漏电流却没有得到实质性提升。并且在实际情况下，反应离子刻蚀RIE的过程会在器件漂移区表面形成晶格损伤，导致N型沟道层中载流子有效迀移率下降，进而降低漏极电流，在电流输出特性上表现为饱和电流的退化。

【发明内容】

:
[0005]本发明克服现有技术存在的不足，解决了现有技术存在的问题，旨在提供一种具有宽沟道深凹陷且能够提高输出电流和击穿电压，改善频率特性的一种具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管，自上而下设置有4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别设置有源极帽层和漏极帽层，所述源极帽层和漏极帽层的表面分别设置有源电极和漏电极，N型沟道层中部且靠近源极帽层的一侧设置有阶梯状的栅电极，栅电极和N型沟道层两侧形成左侧沟道和右侧沟道，栅电极的低栅面与N型沟道层表面平齐，栅电极低栅面正下方的P型缓冲层上设置有凹槽。
[0007]进一步地，所述栅电极为二层阶梯由低栅和高栅组成，所述低栅和高栅的高度差为 0.05 μπι。
[0008]进一步地，P型缓冲层上凹槽的长度为0.3 μ m-0.4 μ m，高度为0.05 μ m。
[0009]具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，按照以下步骤进行:
[0010]步骤I)对4H_SiC半绝缘衬底进行清洗，以去除衬底表面污物；
[0011]步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底上外延生长0.5 μπι厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4X 115cnT3的P型缓冲层；
[0012]步骤3)在P型缓冲层上外延生长0.3 μπι厚的SiC层，同时经队原位掺杂，形成浓度为3 X 117CnT3的N型沟道层；
[0013]步骤4)在N型沟道层上外延生长0.2 μπι厚的SiC层，同时经队原位掺杂，形成浓度为1.0X 120cm-3的N +型帽层；
[0014]步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区；
[0015]步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5 μ m长的源电极和漏电极；
[0016]步骤7)对源电极和漏电极之间的N+型帽层进行两次次光刻、刻蚀，第一次刻蚀厚度为0.2 μm，形成刻蚀深度和长度分别为0.2 μπι和2.2 μπι的凹沟道；第二次刻蚀厚度为0.05 μ m，刻蚀长度以源极帽层和漏极帽层里侧为起点分别为0.85 μ m和I μ m，形成具有长度为0.85 μ m，高度为0.05 μ m的左侧沟道凹陷区和长度为I μ m，高度为0.05 μ m右侧沟道凹陷区；
[0017]步骤8)对N型沟道层进行一次光刻和离子注入，形成具有厚度为0.05 μπι,以源极帽层里侧0.5 ym处为起点，长度为0.35 μ m的凹陷缓冲层；
[0018]步骤9)在沟道上方且靠近源极帽层一侧的凹沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7 μ??长的栅电极；
[0019]步骤10)对所形成的4H_SiC金属半导体场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。
[0020]进一步地，所述步骤7)中栅电极的制备过程为:
[0021]a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚> 2 μ m保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用；
[0022]b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分钟；
[0023]c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm的CFjP 8sccm的Ar，刻蚀后形成长度为2.2 μm、高度为0.2 μπι的凹沟道区域，刻蚀后用丙酮和超声去除刻蚀掩蔽胶。
[0024]d、重复a、b、c步骤光刻、刻蚀形成具有长度为0.85 μm，高度为0.05 μπι的左侧沟道凹陷区和具有长度为I ym，高度为0.05 μπι的右侧沟道凹陷区；
[0025]进一步地，所述步骤8)中凹槽的制备过程为:
[0026]a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚> 2 μ m保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
[0027]b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹陷缓冲层光刻板进行约35秒紫外曝光后专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分钟；
[0028]C、进行硼离子注入，注入条件为300keV/2X1012cm-2，温度为400°C。注入完成后用丙酮和超声去胶，再用等离子去胶3分钟；形成具有厚度为0.05 μπι,以源极帽层里侧0.5 μπι处为起点，长度为0.3 μ??-0.4 μπι的凹槽；
[0029]d、将上述4H-SiC外延片置于1600°C感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min，完成凹槽的制作。
[0030]本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
[0031]第一，漏极电流提高。4H-SiC MESFE器件最大输出功率密度正比于漏极饱和电流、击穿电压以及膝点电压。通过抬高栅相对于沟道表面的位置，使栅下方沟道厚度增大，耗尽区在沟道减少，流过源漏区的沟道总电荷会增加，并且栅下的沟道厚度对漏极电流有着重要的影响，所以该器件的饱和漏电流得到大幅度提高。
[0032]第二，击穿电压提高。MESFET器件的击穿发生在栅的漏侧边缘，而通过抬高栅相对于沟道表面的位置，缓解了栅的漏侧边缘电场强度集中现象，调整了沟道表面的电场分布，使击穿电压提尚。
[0033]第三，频率特性改善。通过引入凹槽，使低栅下沟道的厚度不变，确保漏电流能被栅电压有效控制，并且阻止耗尽区向源区/漏区扩展，使栅下的耗尽区变小，从而使栅源、栅漏电容减少。减小的栅源电容改善了 MESFET器件的频率特性。
【附图说明】
:
[0034]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明
[0035]图1为本发明的结构示意图。
[0036]图中:1为4H-SiC半绝缘衬底，2为P型缓冲层，3为N型沟道层，4为源极帽层，5为漏极帽层，6为源电极，7为漏电极，8为左侧沟道，9为右侧沟道，10为栅电极，11为凹槽。
【具体实施方式】
:
[0037]如图1所示，具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管，自上而下设置有4H_SiC半绝缘衬底1、P型缓冲层2、N型沟道层3，N型沟道层3的两侧分别设置有源极帽层4和漏极帽层5，所述源极帽层4和漏极帽层5的表面分别设置有源电极6和漏电极7，其特征在于:N型沟道层3中部且靠近源极帽层4的一侧设置有阶梯状的栅电极10，栅电极10和N型沟道层3两侧形成左侧沟道8和右侧沟道9，栅电极10的低栅面与N型沟道层3表面平齐，栅电极10低栅面正下方的P型缓冲层2上设置有凹槽11。
[0038]所述栅电极10为二层阶梯由低栅和高栅组成，所述低栅和高栅的高度差为0.05 μ mD
[0039]P型缓冲层2上凹槽11的长度为0.3 μ m-0.4 μ m，高度为0.05 μ m。
[0040]实施例一
[0041]制备凹槽11的高度和长度为0.05 ym和0.35 ym的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管。
[0042]按照以下步骤进行:
[0043]步骤I)对4H_SiC半绝缘衬底I进行清洗，以去除衬底表面污物；
[0044]a、用蘸有甲醇的棉球将衬底仔细清洗两、 三次，以除去表面各种尺寸的SiC颗粒；
[0045]b、将4H-SiC半绝缘衬底I在H2SO4 = HNO3= 1:1中超声5分钟；
[0046]c、将4H-SiC半绝缘衬底I在1#清洗液(NaOH: H2O2: H2O = 1:2:5)中煮沸5分钟，然后去离子水冲洗5分钟后再放入2#清洗液(HCl: H2O2: H2O = 1:2:7)中煮沸5分钟，最后用去离子水冲洗干净并用N2吹干备用。
[0047]步骤2)在4H_SiC半绝缘衬底I上外延生长0.5 μπι厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4X 10 15CnT3的P型缓冲层2 ；
[0048]具体操作过程为:将4H_SiC半绝缘衬底I放入生长室中，然后向生长室中通入流量为20ml/min的娃烧、10ml/min的丙烧和801/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的B2H6 (H2中稀释到5% )，生长温度为1550°C，压强为10 5Pa，持续6min，完成掺杂浓度和厚度分别为1.4 X 1015cm_3和0.4 μ m-0.5 μ m的P型缓冲层2制作。
[0049]步骤3)在P型缓冲层2上外延生长0.3 μπι厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3 X 117CnT3的N型沟道层3 ；
[0050]具体操作过程为:将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的娃烧、10ml/min的丙烧和801/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的N2，生长温度为15500C，压强为15Pa,持续3min，完成掺杂浓度和厚度分别为3 X 117CnT3和0.3 μ m的N型沟道层3制作。
[0051]步骤4)在N型沟道层3上外延生长0.2 μπι厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为1.0X 120cnT3的N +型帽层；
[0052]具体操作过程为:将4H_SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的娃烧、10ml/min的丙烧和801/min的高纯氢气，同时通入20ml/min的N2，生长温度为1550°C，压强为15Pa,持续2min，制作掺杂浓度和厚度分别为1.0X 102°cnT3和0.2 μπι的N +帽层。
[0053]步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区；
[0054]具体操作过程为:a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚> 2 μπι保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
[0055]b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用隔离注入光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，露出4H-SiC，然后在100°C烘箱中后烘3分钟，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水=1:3 ；
[0056]C、进行两次硼离子注入，注入条件为130keV/6X 1012cm-2, 50keV/2X 1012cnT2，注入完成后用丙酮+超声去胶，再用等离子去胶3分钟，完成有源区以外的隔离注入；
[0057]d、将上述4H_SiC外延片置于1600°C感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为 20ml/mino
[0058]步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5 μπι长的源电极6和漏电极7 ；
[0059]具体操作过程为:a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚> 1.2ym，片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5 μ m，然后在200°C烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8μπι;
[0060]b、在90°C烘箱中前烘90秒，采用源漏光刻板进行15秒紫外曝光后，用专用显影液显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100°C烘箱中后烘3分钟，完成源漏区金属化窗口，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水=1:4 ；
[0061]C、采用多革E磁控派射台，依次室温派射厚度为150nm的N1、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5 X 10?, Ar流量40sCCm ；
[0062]d、溅射完成后将片子放入150°C Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130°C Buty剥离液中，等温度降到80°C以下时，再将片子移入丙酮中，取出片子并用氮气吹干，最后等离子去胶2分钟；
[0063]e、将片子放入快速合金炉内，在氮氢气氛(N2 = H2= 9:1)保护下快速升温(970/lmin)到合金温度合金10分钟，形成源电极6和漏电极7。
[0064]步骤7)对源电极6和漏电极7之间的N+型帽层进行两次次光刻、刻蚀，第一次刻蚀厚度为0.2 μm，形成刻蚀深度和长度分别为0.2 μπι和2.2 μπι的凹沟道；第二次刻蚀厚度为0.05 μm，刻蚀长度以源极帽层4和漏极帽层5里侧为起点分别为0.85 μπι和I μπι，形成具有长度为0.85 μm,高度为0.05 μπι的左侧沟道8凹陷区和长度为I μπι，高度为0.05 μπι右侧沟道9凹陷区；
[0065]a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚> 2 μ m保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用；
[0066]b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分钟；
[0067]c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm的CFjP 8sccm的Ar，刻蚀后形成长度为2.2 μm、高度为0.2 μπι的凹沟道区域，刻蚀后用丙酮和超声去除刻蚀掩蔽胶。
[0068]d、重复a、b、c步骤光刻、刻蚀形成具有长度为0.85 μm，高度为0.05 μπι的左侧沟道8凹陷区和具有长度为I μm，高度为0.05 μπι的右侧沟道9凹陷区
[0069]步骤8)对N型沟道层(3)进行一次光刻和离子注入，形成具有厚度为0.05 μπι，以源极帽层(4)里侧0.5 μ m处为起点，长度为0.35 μ m的凹陷缓冲层；
[0070]a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚> 2 μ m保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
[0071]b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹陷缓冲层光刻板进行约35秒紫外曝光后专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分钟；
[0072]C、进行硼离子注入，注入条件为300keV/2X1012cm-2，温度为400°C。注入完成后用丙酮和超声去胶，再用等离子去胶3分钟；形成具有厚度为0.05 μπι,以源极帽层里侧0.5 ym处为起点，长度为0.35 μ m的凹槽；
[0073]d、将上述4H_SiC外延片置于1600°C感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min，完成凹槽11的制作。
[0074]步骤9)在沟道上方且靠近源极帽层4 一侧的凹沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7 μπι长的栅电极10 ；
[0075]具体操作过程为:a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚> 1.2μπι。片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5 μ m，然后在200°C烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8μπι;
[0076]b、在90°C烘箱中前烘90秒，采用栅光刻板进行15秒紫外曝光后用专用显影液(四甲基氢氧化氨:水=1:4)显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100°C烘箱中后烘3分钟；
[0077]C、采用多靶磁控溅射台，依次室温溅射厚度为150nm的N1、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5\10-午&^1'流量40%(^，溅射过程中将片子加热到150°C ;
[0078]d、溅射完成后将片子放入150°C Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130°C Buty剥离液中，等温度降到80°C以下时，再将片子移入丙酮中，最后取出片子并用小流量氮气慢慢吹干，最后用等离子去胶3分钟，完成栅电极10的制作。
[0079]步骤10)对所形成的场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。
[0080]具体操作过程为:a、在300°C下，向反应室中同时通入流量为300sccm的SiH4、323sccm的见13和330sccm的N 2，通过等离子体增强化学气相淀积工艺，在表面淀积0.5 μ m厚的Si3N4层作为钝化介质层；
[0081]b、钝化光刻采用正性光刻胶，涂胶速度3000R/mins，要求胶厚> 2 μπι，涂胶完成后在9 0°C烘箱中前烘90秒，然后采用反刻光刻板进行35秒紫外曝光，用专用显影液显影60秒，最后在100°C烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水=1:3；
[0082]c、Si3N4刻蚀采用RIE工艺，刻蚀气体选择流量为50sccm CHF#P流量为5sccm Ar,完成后再进行3分钟等离子体去胶，露出金属，形成源、漏和栅电极6、7、10压焊点，完成整个器件的制作。
[0083]实施例二
[0084]制备凹槽的高度和长度为0.05 ym和0.3 ym的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管。本实施例与实施例一的区别在于步骤8)
[0085]a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚> 2 μ m保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
[0086]b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹陷缓冲层光刻板进行约35秒紫外曝光后专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分钟；
[0087]C、进行硼离子注入，注入条件为300keV/2X1012cm-2，温度为400°C。注入完成后用丙酮和超声去胶，再用等离子去胶3分钟；形成具有厚度为0.05 μπι,以源极帽层里侧0.5 μπι处为起点，长度为0.3 μπι的凹槽；
[0088]d、将上述4H-SiC外延片置于1600°C感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min，完成凹槽11的制作。
[0089]实施例三
[0090]制备凹槽的高度和长度为0.05 ym和0.4 ym的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管。本实施例与实施例一的区别在于步骤8)
[0091]a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚> 2 μ m保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
[0092]b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹陷缓冲层光刻板进行约35秒紫外曝光后专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100 °C烘箱中后烘3分钟；
[0093]c、进行硼离子注入，注入条件为300keV/2X1012cm-2，温度为400°C。注入完成后用丙酮和超声去胶，再用等离子去胶3分钟；形成具有厚度为0.05 μπι,以源极帽层里侧0.5 μπι处为起点，长度为0.4 μπι的凹槽；
[0094]d、将上述4H-SiC外延片置于1600°C感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min，完成凹槽11的制作。
[0095]综述上所述，本发明4H_SiC金属半导体场效应晶体管的具有漏极电流和击穿电压提高、频率特性得到改善的效果。
[0096]以上内容结合了实施例附图对本发明的具体实施例做出了详细说明。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0097]上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管，自上而下设置有4H-SiC半绝缘衬底(1)、P型缓冲层(2)、N型沟道层(3)，N型沟道层(3)的两侧分别设置有源极帽层(4)和漏极帽层(5)，所述源极帽层(4)和漏极帽层(5)的表面分别设置有源电极(6)和漏电极(7)，其特征在于:N型沟道层(3)中部且靠近源极帽层(4)的一侧设置有阶梯状的栅电极(10)，栅电极(10)和N型沟道层(3)两侧形成左侧沟道(8)和右侧沟道(9)，栅电极(10)的低栅面与N型沟道层(3)表面平齐，栅电极(10)低栅面正下方的P型缓冲层(2)上设置有凹槽(Il)02.根据权利要求1所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管，其特征在于:所述栅电极(10)为二层阶梯由低栅和高栅组成，所述低栅和高栅的高度差为0.05 μπι。3.根据权利要求2所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管，其特征在于:Ρ型缓冲层(2)上凹槽(11)的长度为0.35 μ m，高度为0.05 μ m。4.根据权利要求3所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，其特征在于:按照以下步骤进行: 步骤I)对4H-SiC半绝缘衬底(I)进行清洗，以去除衬底表面污物； 步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底⑴上外延生长0.5 ym厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4X 115CnT3的P型缓冲层⑵； 步骤3)在P型缓冲层(2)上外延生长0.3μπι厚的SiC层，同时经队原位掺杂，形成浓度为3 X 117CnT3的N型沟道层(3)； 步骤4)在N型沟道层(3)上外延生长0.2 μπι厚的SiC层，同时经队原位掺杂，形成浓度为1.0X 120Cnr3的N +型帽层； 步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区； 步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5 μπι长的源电极(6)和漏电极(7)； 步骤7)对源电极(6)和漏电极(7)之间的N+型帽层进行两次次光刻、刻蚀，第一次刻蚀厚度为0.2 μπι，形成刻蚀深度和长度分别为0.2 μπι和2.2 μπι的凹沟道；第二次刻蚀厚度为0.05 μm，刻蚀长度以源极帽层(4)和漏极帽层(5)里侧为起点分别为0.85 μπι和I μm，形成具有长度为0.85 μm，高度为0.05 μπι的左侧沟道(8)凹陷区和长度为Ιμπι，高度为0.05 μπι右侧沟道(9)凹陷区； 步骤8)对N型沟道层(3)进行一次光刻和离子注入，形成具有厚度为0.05 μπι,以源极帽层(4)里侧0.5 ym处为起点，长度为0.35 μ m的凹陷缓冲层； 步骤9)在沟道上方且靠近源极帽层(4) 一侧的凹沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7 μπι长的栅电极(10)； 步骤10)对所形成的4H-SiC金属半导体场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。5.根据权利要求4所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，其特征在于:所述步骤7)中栅电极的制备过程为: a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚>2 μ m保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用； b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100°C烘箱中后烘3分钟； c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm的CFjP 8sccm的Ar，刻蚀后形成长度为2.2 μm、高度为0.2 μπι的凹沟道区域，刻蚀后用丙酮和超声去除刻蚀掩蔽胶； d、重复a、b、c步骤光刻、刻蚀形成具有长度为0.85 μm，高度为0.05 μπι的左侧沟道(8)凹陷区和具有长度为I μm，高度为0.05 μπι的右侧沟道(9)凹陷区。6.根据权利要求4所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，其特征在于:所述步骤8)中凹槽(11)的制备过程为: a、采用正性光刻胶，涂胶速度:3000R/min，胶厚>2 μ m保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用； b、涂胶完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用凹陷缓冲层光刻板进行约35秒紫外曝光后专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方:四甲基氢氧化氨:水=1:3，然后在100°C烘箱中后烘3分钟； c、进行硼离子注入，注入条件为300keV/2X1012Cm-2，温度为400°C，注入完成后用丙酮和超声去胶，再用等离子去胶3分钟；形成具有厚度为0.05 μπι,以源极帽层里侧0.5 μπι处为起点，长度为0.3 μ??-Ο.4 μπι的凹槽(11); d、将上述4H-SiC外延片置于1600°C感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min，完成凹槽(11)的制作。
【专利摘要】本发明属于场效应晶体管技术领域，旨在提供一种具有宽沟道深凹陷且能够提高输出电流和击穿电压，改善频率特性的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法；采用的技术方案为：自上而下设置有4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别设置有源极帽层和漏极帽层，所述源极帽层和漏极帽层的表面分别设置有源电极和漏电极，N型沟道层中部且靠近源极帽层的一侧设置有阶梯状的栅电极，栅电极和N型沟道层两侧形成左侧沟道和右侧沟道，栅电极的低栅面与N型沟道层表面平齐，栅电极低栅面正下方的P型缓冲层上设置有凹槽。
【IPC分类】H01L29/78, H01L29/423, H01L29/10, H01L29/66
【公开号】CN104882483
【申请号】CN201510223664
【发明人】贾护军, 张航, 邢鼎, 杨银堂
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月5日