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絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管的制作方法

文檔序號:7063010閱讀:160來源:國知局
絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管,主要解決現(xiàn)有場板技術(shù)在實現(xiàn)高擊穿電壓時工藝復(fù)雜的問題。其包括:襯底(1)、過渡層(2)、勢壘層(3)、源極(4)、漏極(5)、臺面(6)、絕緣介質(zhì)層(7)、絕緣柵極(8)、鈍化層(9)和保護層(13),鈍化層(9)內(nèi)刻有凹槽(10),凹槽(10)內(nèi)完全填充有高介電常數(shù)介質(zhì)(11),鈍化層(9)與保護層(13)之間淀積有一字形源場板(12),一字形源場板靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣對齊,并將一字形源場板與源極電氣連接;一字形源場板與高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合源場板。本發(fā)明具有工藝簡單、擊穿電壓高、可靠性高和成品率高的優(yōu)點。
【專利說明】絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及半導(dǎo)體器件,特別是絕緣柵型直角復(fù)合源場板 功率晶體管,可作為電力電子系統(tǒng)的基本器件。 技術(shù)背景
[0002] 功率半導(dǎo)體器件是電力電子系統(tǒng)的重要元件,是進行電能處理的有效工具。近年 來,隨著能源和環(huán)境問題的日益突出,研發(fā)新型高性能、低損耗功率器件已成為提高電能利 用率、節(jié)約能源、緩解能源危機的有效途徑之一。然而,在功率器件研究中,高速、高壓與低 導(dǎo)通電阻之間存在著嚴重的制約關(guān)系,合理、有效地改進這種制約關(guān)系是提高器件整體性 能的關(guān)鍵。隨著市場不斷對功率系統(tǒng)提出更高效率、更小體積、更高頻率的要求,傳統(tǒng)Si基 半導(dǎo)體功率器件性能已逼近其理論極限。為了能進一步減小芯片面積、提高工作頻率、提高 工作溫度、降低導(dǎo)通電阻、提高擊穿電壓、降低整機體積、提高整機效率,以氮化鎵為代表的 寬禁帶半導(dǎo)體材料,憑借其更大的禁帶寬度、更高的臨界擊穿電場和更高的電子飽和漂移 速度,且化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、抗輻射等突出優(yōu)點,在制備高性能功率器件方面脫穎而出, 應(yīng)用潛力巨大。特別是采用GaN基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的高電子遷移率晶體管,即GaN基HEMT器件, 更是因其低導(dǎo)通電阻、高工作頻率等特性,能滿足下一代電子裝備對功率器件更大功率、更 高頻率、更小體積和更惡劣高溫工作的要求,在經(jīng)濟和軍事領(lǐng)域具有廣闊和特殊的應(yīng)用前 旦 -5^ 〇
[0003] 然而,常規(guī)GaN基HEMT器件結(jié)構(gòu)上存在固有缺陷,會導(dǎo)致器件溝道電場強度呈畸 形分布,尤其是在器件絕緣柵極靠近漏極附近存在極高電場峰值。導(dǎo)致實際的GaN基HEMT 器件的擊穿電壓往往遠低于理論期望值,且存在電流崩塌、逆壓電效應(yīng)等可靠性問題,嚴 重制約了在電力電子領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展。為了解決以上問題,國內(nèi)外研究者們提出了 眾多方法,而場板結(jié)構(gòu)是其中效果最為顯著、應(yīng)用最為廣泛的一種。2000年美國UCSB的 N. Q. Zhang等人首次將場板結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于GaN基HEMT功率器件中,研制出交疊柵器件,飽 和輸出電流為500mA/mm,關(guān)態(tài)擊穿電壓可達570V,這是當時所報道擊穿電壓最高的GaN器 件,參見 High breakdown GaN HEMT with overlapping gate structure, IEEE Electron Device Letters, Vol. 21,No. 9, pp. 421-423, 2000。隨后,各國研究機構(gòu)紛紛展開了相關(guān)的 研究工作,而美國和日本是該領(lǐng)域中的主要領(lǐng)跑者。在美國,主要是UCSB、南卡大學(xué)、康奈爾 大學(xué)以及著名的電力電子器件制造商IR公司等從事該項研究。日本相對起步較晚,但他們 對這方面的工作非常重視,資金投入力度大,從事機構(gòu)眾多,包括:東芝、古河、松下、豐田和 富士等大公司。隨著研究的深入,研究者們發(fā)現(xiàn)相應(yīng)地增加場板長度,可以提高器件擊穿電 壓。但場板長度的增加會使場板效率,即擊穿電壓比場板長度,不斷減小,也就是場板提高 器件擊穿電壓的能力隨著場板長度的增加逐漸趨于飽和,參見Enhancement of breakdown voltage in AlGaN/GaN high electron mobility transistors using a field plate, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 48, No. 8, pp. 1515-1521,2001,以及Development and characteristic analysis of a field-plated Al2O3AlInN/GaN MOS HEMT, Chinese Physics B, VoL 20, No. 1,ρρ· 0172031-0172035, 2011。因此,為了進一步提高器件擊穿電 壓,同時兼顧場板效率,2008年日本東芝公司的Wataru Saito等人采用柵場板和源場板的 雙層場板結(jié)構(gòu)研制出了雙層場板絕緣柵型GaN基HEMT器件,該器件擊穿電壓高達940V,最 大輸出電流高達4· 4Α,參見A 130-W Boost Converter Operation Using a High-Voltage GaN-HEMT, IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, No. 1,pp. 8-10, 2008。這種雙層場板結(jié) 構(gòu)已成為當前國際上用來改善GaN基功率器件擊穿特性,提高器件整體性能的主流場板技 術(shù)。然而,GaN基雙層場板HEMT器件的工藝復(fù)雜,制造成本更高,每一層場板的制作都需要 光刻、淀積金屬、淀積鈍化介質(zhì)等工藝步驟。而且要優(yōu)化各層場板下介質(zhì)材料厚度以實現(xiàn)擊 穿電壓最大化,必須進行繁瑣的工藝調(diào)試和優(yōu)化,因此大大增加了器件制造的難度,降低了 器件的成品率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足,提供一種制造工藝簡單、擊穿電壓 高、場板效率高和可靠性高的絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管,以減小器件的制作難 度,改善器件的擊穿特性和可靠性,提高器件的成品率。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006] 一、器件結(jié)構(gòu)
[0007] 本發(fā)明提供的器件結(jié)構(gòu)采用GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),自下而 上包括:襯底、過渡層、勢壘層、絕緣介質(zhì)層、鈍化層和保護層,勢壘層的上面淀積有源極與 漏極,勢壘層的側(cè)面刻有臺面,且臺面深度大于勢壘層的厚度,絕緣介質(zhì)層上面淀積有絕緣 柵極,其特征在于,鈍化層內(nèi)刻有凹槽,凹槽內(nèi)完全填充有高介電常數(shù)介質(zhì),鈍化層與保護 層之間淀積有一字形源場板,一字形源場板靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與凹槽靠近絕緣柵極一 側(cè)邊緣對齊,該一字形源場板與高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合源場板,一字形源場板與源 極電氣連接。
[0008] 作為優(yōu)選,所述的凹槽深度s為0. 38?10. 9 μ m,寬度b為0. 77?9. 8 μ m。
[0009] 作為優(yōu)選,所述的凹槽底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離d為0. 094?I. 32 μ m。
[0010] 作為優(yōu)選,所述的絕緣介質(zhì)層的厚度e為1?75nm。 toon] 作為優(yōu)選,所述的一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間 的距離c為0· 94?11. 6 μ m。
[0012] 作為優(yōu)選,所述的凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與絕緣柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間 的距離a為sX (d+eX ε 2/ ε i+sX ε 2/ ε 3)°_5,其中s為凹槽深度,d為凹槽底部與絕緣介質(zhì) 層之間的距離,e為絕緣介質(zhì)層厚度,S 1為絕緣介質(zhì)層的相對介電常數(shù),ε2為鈍化層的相 對介電常數(shù),ε 3為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
[0013] 作為優(yōu)選,鈍化層的相對介電常數(shù)ε 2和高介電常數(shù)介質(zhì)的相對介電常數(shù)ε 3的取 值范圍為1. 5?2000,且ε 2〈 ε 3。
[0014] 二、制作方法
[0015] 本發(fā)明制作絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管的方法,包括如下過程:
[0016] (1)在襯底上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料,形成過渡層;
[0017] (2)在過渡層上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料,形成勢壘層;
[0018] (3)在勢壘層上第一次制作掩膜,利用該掩膜在勢壘層的兩端淀積金屬,再在N2氣 氛中進行快速熱退火,分別制作源極和漏極;
[0019] (4)在勢壘層上第二次制作掩膜,利用該掩膜在源極左側(cè)、漏極右側(cè)的勢壘層上進 行刻蝕,且刻蝕區(qū)深度大于勢壘層厚度,形成臺面;
[0020] (5)在源極上部、漏極上部以及源極與漏極之間的勢壘層上部淀積厚度e為1? 75nm的絕緣介質(zhì)材料,制作絕緣介質(zhì)層;
[0021] (6)在絕緣介質(zhì)層上第三次制作掩膜,利用該掩膜在源極和漏極之間的絕緣介質(zhì) 層上淀積金屬,制作絕緣柵極;
[0022] (7)分別在絕緣柵極上部與絕緣介質(zhì)層的其他區(qū)域上部淀積鈍化層;
[0023] (8)在鈍化層上第四次制作掩膜,利用該掩膜在絕緣柵極與漏極之間的鈍化層內(nèi) 進行刻蝕,以制作深度s為0. 38?10. 9 μ m,寬度b為0. 77?9. 8 μ m的凹槽,凹槽底部與 絕緣介質(zhì)層之間的距離d為0. 094?1. 32 μ m ;該凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與絕緣柵極 靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a為sX (d+eX ε 2/ ε fsX ε 2/ ε 3)°_5,其中s為凹槽深度,d 為凹槽底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離,e為絕緣介質(zhì)層厚度,ε i為絕緣介質(zhì)層的相對介電 常數(shù),ε2為鈍化層的相對介電常數(shù),83為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對介電常數(shù);
[0024] (9)在鈍化層上第五次制作掩膜,利用該掩膜在凹槽內(nèi)淀積高介電常數(shù)介質(zhì),所淀 積的高介電常數(shù)介質(zhì)要完全填充凹槽;
[0025] (10)在鈍化層上第六次制作掩膜,利用該掩膜在絕緣柵極與漏極之間的鈍化層上 部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬,該金屬靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與凹槽靠近絕緣柵極一 側(cè)邊緣對齊,以形成厚度為0. 43?3. 7 μ m的一字形源場板,凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣與一字 形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為0. 94?11. 6 μ m,并將一字形源場板與源極電 氣連接;
[0026] (11)在一字形源場板上部與鈍化層的其它區(qū)域上部淀積絕緣介質(zhì)材料,形成保護 層,完成整個器件的制作。
[0027] 本發(fā)明器件與采用傳統(tǒng)源場板的功率晶體管比較具有以下優(yōu)點:
[0028] 1.進一步提高了擊穿電壓。
[0029] 本發(fā)明由于采用直角復(fù)合源場板結(jié)構(gòu),使器件在處于工作狀態(tài)尤其是處于關(guān)態(tài)的 工作狀態(tài)時,勢壘層表面電勢從絕緣柵極到漏極逐漸升高,從而增加了勢壘層中耗盡區(qū),即 高阻區(qū),的面積,改善了耗盡區(qū)的分布,促使絕緣柵極與漏極之間勢壘層中的耗盡區(qū)承擔更 大的漏源電壓,從而大大提高了器件的擊穿電壓。
[0030] 2.進一步減小了絕緣柵極泄漏電流,提高了器件可靠性。
[0031] 本發(fā)明由于采用直角復(fù)合源場板結(jié)構(gòu),使器件勢壘層耗盡區(qū)中電場線的分布得到 了更有效的調(diào)制,器件中絕緣柵極靠近漏極一側(cè)邊緣、一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣以 及凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣都會產(chǎn)生一個電場峰值,而且通過調(diào)整一字形源場板下方鈍化層 的厚度、凹槽深度與寬度、高介電常數(shù)介質(zhì)的類型、一字形源場板靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與 絕緣柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離,以及凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣與一字形源場板靠近 漏極一側(cè)邊緣之間的距離,可以使得上述各個電場峰值相等且小于GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材 料的擊穿電場,從而最大限度地減少了絕緣柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣所收集的電場線,有 效地降低了該處的電場,大大減小了絕緣柵極泄漏電流,使得器件的可靠性和擊穿特性均 得到了顯著增強。
[0032] 3.工藝簡單,易于實現(xiàn),提高了成品率。
[0033] 本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)中一字形源場板的制作只需一步工藝便可完成,避免了傳統(tǒng)的堆 層場板結(jié)構(gòu)所帶來的工藝復(fù)雜化問題,大大提高了器件的成品率。
[0034] 仿真結(jié)果表明,本發(fā)明器件的擊穿電壓遠遠大于采用傳統(tǒng)源場板的功率晶體管的 擊穿電壓。
[0035] 以下結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1是采用傳統(tǒng)源場板的功率晶體管的結(jié)構(gòu)圖;
[0037] 圖2是本發(fā)明絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管的結(jié)構(gòu)圖;
[0038] 圖3是本發(fā)明制作絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管的流程圖;
[0039] 圖4是對傳統(tǒng)器件及本發(fā)明器件仿真所得的擊穿曲線圖。

【具體實施方式】
[0040] 參照圖2,本發(fā)明是基于GaN基寬禁帶半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),其包括:襯底1、過渡層 2、勢壘層3、源極4、漏極5、臺面6、絕緣介質(zhì)層7、絕緣柵極8、鈍化層9、凹槽10、高介電常 數(shù)介質(zhì)11、一字形源場板12與保護層13。襯底1、過渡層2與勢壘層3為自下而上分布,源 極4和漏極5淀積在勢壘層3上;臺面6制作在源極左側(cè)及漏極右側(cè),該臺面深度大于勢壘 層厚度;絕緣介質(zhì)層7分別覆蓋在源極上部、漏極上部以及源極與漏極之間的勢壘層上部, 絕緣介質(zhì)層的厚度e為1?75nm ;絕緣柵極8淀積在源極和漏極之間的絕緣介質(zhì)層上;鈍 化層9分別覆蓋在絕緣柵極上部與絕緣介質(zhì)層其他區(qū)域的上部。凹槽10位于鈍化層9內(nèi), 該凹槽深度s為0· 38?10. 9 μ m,寬度b為0· 77?9. 8 μ m,凹槽底部與絕緣介質(zhì)層之間的 距離d為0. 094?1. 32 μ m ;高介電常數(shù)介質(zhì)11完全填充凹槽,且高介電常數(shù)介質(zhì)的相對 介電常數(shù)大于鈍化層的相對介電常數(shù),凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與絕緣柵極靠近漏極一 側(cè)邊緣之間的距離a、凹槽深度s、凹槽底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離d以及絕緣介質(zhì)層厚 度e滿足關(guān)系a = sX (d+eX ε 2/ ε fsX ε 2/ ε 3)°_5,其中ε i為絕緣介質(zhì)層的相對介電常 數(shù),ε2為鈍化層的相對介電常數(shù),ε3為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對介電常數(shù)。鈍化層9與保 護層13之間淀積有一字形源場板12,該一字形源場板靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與凹槽靠近 絕緣柵極一側(cè)邊緣對齊,一字形源場板12與源極4電氣連接,一字形源場板12與高介電常 數(shù)介質(zhì)11構(gòu)成直角復(fù)合源場板。一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊 緣之間的距離c為0. 94?11. 6 μ m。保護層13位于一字形源場板12以及鈍化層9的其它 區(qū)域的上部。
[0041] 上述器件的襯底1采用藍寶石或碳化硅或硅材料;過渡層2由若干層相同或不同 的GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料組成,其厚度為1?5 μ m ;勢壘層3由若干層相同或不同的GaN 基寬禁帶半導(dǎo)體材料組成,其厚度為5?50nm ;絕緣介質(zhì)層7、鈍化層9及保護層13均可 以采用Si02、SiN、A120 3、Sc203、Hf02、TiO2中的一種或其它絕緣介質(zhì)材料;絕緣介質(zhì)層的厚 度e為1?75nm ;鈍化層9的厚度為凹槽深度s和凹槽底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離d之 和,即0. 474?12. 22 μ m ;保護層13的厚度為0. 46?7. 2 μ m ;高介電常數(shù)介質(zhì)11可采用 Al203、Hf02、La203、Ti0 2、SrTi03中的任意一種或其它高介電常數(shù)絕緣介質(zhì)材料;鈍化層9的 相對介電常數(shù)ε 2和高介電常數(shù)介質(zhì)11的相對介電常數(shù)ε 3的取值范圍為1. 5?2000,且 ε ε3 ;-字形源場板12米用三層不同金屬的組合構(gòu)成,其厚度為0. 43?3. 7 μ m。
[0042] 參照圖3,本發(fā)明制作絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管的過程,給出如下三種 實施例:
[0043] 實施例一:制作襯底為藍寶石,絕緣介質(zhì)層為SiO2,鈍化層為Al2O 3,保護層為SiN, 高介電常數(shù)介質(zhì)為HfO2,一字形源場板為Ti/Mo/Au金屬組合的絕緣柵型直角復(fù)合源場板功 率晶體管。
[0044] 步驟1.在藍寶石襯底1上自下而上外延GaN材料制作過渡層2,如圖3a。
[0045] 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在藍寶石襯底1上外延厚度為1 μ m的未摻雜 過渡層2,該過渡層自下而上由厚度分別為30nm和0. 97 μ m的GaN材料構(gòu)成。外延下層GaN 材料采用的工藝條件為:溫度為530°C,壓強為45T〇rr,氫氣流量為440〇SCCm,氨氣流量為 440〇 SCCm,鎵源流量為22 μ mol/min ;外延上層GaN材料采用的工藝條件為:溫度為960°C, 壓強為45Torr,氫氣流量為4400sccm,氨氣流量為4400sccm,鎵源流量為120ymol/min。
[0046] 步驟2.在GaN過渡層2上淀積未摻雜的Ala5Gaa5N制作勢壘層3,如圖3b。
[0047] 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在GaN過渡層2上淀積厚度為5nm,且鋁組分為 〇. 5的未摻雜Ala5Gaa5N勢壘層3,其采用的工藝條件為:溫度為980°C,壓強為45T 〇rr,氫 氣流量為4400sccm,氨氣流量為4400sccm,鎵源流量為35 μ mol/min,鋁源流量為7 μ mol/ min〇
[0048] 步驟3.在勢魚層3的兩端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4與漏極5,如圖3c。
[0049] 在Ala5Gaa5N勢壘層3上第一次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其兩 端淀積金屬,再在N 2氣氛中進行快速熱退火,制作源極4和漏極5,其中所淀積 的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合,即自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au,其厚度為 0. 018 μ m/0. 135 μ m/0. 046 μ m/0. 052 μ m。淀積金屬采用的工藝條件為:真空度小于 1.8父10,&,功率范圍為200?10001,蒸發(fā)速率小于31/8;快速熱退火采用的工藝條件為 : 溫度為850°C,時間為35s。
[0050] 步驟4.在源極左邊與漏極右邊的勢壘層上進行刻蝕制作臺面6,如圖3d。
[0051] 在Ala5Gaa5N勢壘層3上第二次制作掩膜,使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極左邊與 漏極右邊的勢壘層上進行刻蝕,形成臺面6,刻蝕深度為10nm??涛g采用的工藝條件為:Cl 2 流量為15sccm,壓強為IOmTorr,功率為100W。
[0052] 步驟5.在源極上部、漏極上部及源極與漏極之間的勢壘層上部淀積SiO2制作絕 緣介質(zhì)層7,如圖3e。
[0053] 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別覆蓋源極上部、漏極上部及源極與漏極 之間的Al a5Gaa5N勢壘層上部,完成淀積厚度e為Inm的SiO2絕緣介質(zhì)層7。淀積絕緣介 質(zhì)層采用的工藝條件為:氣體為N 2O及SiH4,氣體流量分別為85〇SCCm和20〇SCCm,溫度為 250°C,RF 功率 25W,壓強為 1300mTorr。
[0054] 步驟6.在源極和漏極之間的絕緣介質(zhì)層7上淀積金屬Ni/Au制作絕緣柵極8,如 圖3f。
[0055] 在Ala5Gaa5N絕緣介質(zhì)層7上第三次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極和漏 極之間的絕緣介質(zhì)層7上淀積金屬,制作絕緣柵極8,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合, 即下層為Ni、上層為Au,其厚度為0. 043 μ m/0. 22 μ m。淀積金屬采用的工藝條件為:真空 度小于1.8 X KT3Pa,功率范圍為200?1000W,蒸發(fā)速率小于3A/s。
[0056] 步驟7.在絕緣柵極8上部及絕緣介質(zhì)層7的其他區(qū)域上部淀積Al2O3鈍化層9, 如圖3g。
[0057] 使用原子層淀積技術(shù)分別覆蓋絕緣柵極上部及絕緣介質(zhì)層的其他區(qū)域上部,完成 淀積厚度為〇. 474 μ m的Al2O3鈍化層9。淀積鈍化層采用的工藝條件為:以TM和H2O為反 應(yīng)源,載氣為N 2,載氣流量為20〇SCCm,襯底溫度為300°C,氣壓為700Pa。
[0058] 步驟8.在絕緣柵極8與漏極5之間的鈍化層內(nèi)進行刻蝕制作凹槽10,如圖3h。
[0059] 在鈍化層9上第四次制作掩膜,使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在絕緣柵極8與漏極5之 間的鈍化層內(nèi)進行刻蝕,以制作凹槽10,其中凹槽10深度s為0. 38 μ m,寬度b為0. 77 μ m, 凹槽10底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離d為0. 094 μ m,凹槽10靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與絕 緣柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a為0. 183 μ m??涛g采用的工藝條件為:CF4流量為 45sccm,O2 流量為 5sccm,壓強為 15mTorr,功率為 250W。
[0060] 步驟9.在凹槽10內(nèi)淀積HfO2高介電常數(shù)介質(zhì)11,并完全填充凹槽10,如圖3i。
[0061] 在鈍化層9上第五次制作掩膜,使用射頻磁控反應(yīng)濺射技術(shù)在凹槽10內(nèi)淀積HfO2 高介電常數(shù)介質(zhì)11,所淀積HfO2高介電常數(shù)介質(zhì)要完全填充凹槽10。淀積HfO2高介電常 數(shù)介質(zhì)采用的工藝條件為:反應(yīng)室濺射氣壓保持在〇. IPa左右,OjPAr的流量分別為Isccm 和8sccm,基片溫度固定在200°C,Hf靶射頻功率為150W。
[0062] 步驟10.在源極與漏極之間的鈍化層上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬Ti/ Mo/Au制作一字形源場板12,如圖3j。
[0063] 在鈍化層9上第六次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層 上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬,所淀積的金屬為Ti/Mo/Au金屬組合,即下層為Ti、 中層為Mo、上層為Au,其厚度為0. 2 μ m/0. 15 μ m/0. 08 μ m,該金屬靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣 與凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣對齊,形成一字形源場板,并將一字形源場板與源極電氣連 接。一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為0. 94 μ m,一 字形源場板與高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合源場板。淀積金屬采用的工藝條件為:真空度 小于1.8父10_如1,功率范圍為200?10001,蒸發(fā)速率小于31/8。
[0064] 步驟11.在一字形源場板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積SiN制作保 護層13,如圖3k。
[0065] 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)在一字形源場板12上部以及鈍化層9的 其它區(qū)域上部淀積SiN制作保護層13,其厚度為0. 46 μ m,從而完成整個器件的制作,淀 積保護層采用的工藝條件為:氣體為NH3、N2及SiH 4,氣體流量分別為2. 5SCCm、95〇SCCm和 250sccm,溫度、RF功率和壓強分別為300°C、25W和950mTorr。
[0066] 實施例二:制作襯底為碳化硅,絕緣介質(zhì)層為HfO2,鈍化層為SiN,保護層為SiO 2, 高介電常數(shù)介質(zhì)為Al2O3,一字形源場板為Ti/Ni/Au金屬組合的絕緣柵型直角復(fù)合源場板 功率晶體管。
[0067] 步驟一.在碳化硅襯底1上自下而上外延AlN與GaN材料制作過渡層2,如圖3a。
[0068] I. 1)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在碳化娃襯底1上外延厚度為50nm的 未摻雜的AlN材料;其外延的工藝條件為:溫度為1000°C,壓強為45T〇rr,氫氣流量為 4600sccm,氨氣流量為4600sccm,錯源流量為5ymol/min ;
[0069] 1. 2)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在AlN材料上外延厚度為2. 45 μ m的GaN 材料,完成過渡層2的制作;其外延的工藝條件為:溫度為1000°C,壓強為45T〇rr,氫氣流 量為4600sccm,氨氣流量為4600sccm,鎵源流量為120ymol/min。
[0070] 本步驟的外延不局限于金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù),也可以采用分子束外延技 術(shù)或氫化物氣相外延技術(shù)。
[0071] 步驟二.在過渡層2上自下而上外延Ala3Gaa小和GaN材料制作勢壘層3,如圖 3b 〇
[0072] 2. 1)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在過渡層2上淀積厚度為27nm、鋁組分為 0. 3的Ala3Gaa7N材料;其外延的工藝條件為:溫度為IKKTC,壓強為45T〇rr,氫氣流量為 4600sccm,氨氣流量為4600sccm,鎵源流量為16 μ mol/min,錯源流量為8 μ mol/min ;
[0073] 2· 2)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在Ala3Gaa7N材料上外延厚度為3nm的 GaN材料,完成勢壘層3的制作;其外延的工藝條件為:溫度為1340°C,壓強為47T〇rr,氫氣 流量為4450sccm,氨氣流量為4450sccm,鎵源流量為14ymol/min。
[0074] 本步驟的外延不局限于金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù),也可以采用分子束外延技 術(shù)或氫化物氣相外延技術(shù)。
[0075] 步驟三.在勢壘層3的兩端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4與漏極5,如圖3c。
[0076] 3. 1)在勢壘層3上第一次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其兩端淀積金 屬,淀積的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合,SP自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au,其厚 度為0. 018 μ m/0. 135 μ m/0. 046 μ m/0. 052 μ m,其淀積金屬工藝條件為:真空度小于 1.8父101^,功率范圍為200?10001,蒸發(fā)速率小于3;4/8 ;
[0077] 3.2)在N2氣氛中進行快速熱退火,完成源極4和漏極5的制作,其快速熱退火的 工藝條件為:溫度為850°C,時間為35s。
[0078] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù),也可以采用濺射技術(shù)。
[0079] 步驟四.在源極的左邊與漏極的右邊的勢壘層3上進行刻蝕制作臺面6,如圖3d。
[0080] 在勢壘層3上第二次制作掩膜,使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極左邊與漏極右邊的 勢壘層3上進行刻蝕,形成臺面6,其中刻蝕深度為IOOnm ;反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕臺面6采 用的工藝條件為:Cl2流量為15SCCm,壓強為IOmTorr,功率為100W。
[0081] 本步驟的刻蝕不局限于反應(yīng)離子刻蝕技術(shù),也可以采用濺射技術(shù)或等離子體刻蝕 技術(shù)。
[0082] 步驟五.在源極上部、漏極上部及源極與漏極之間的勢壘層上部淀積HfO2制作絕 緣介質(zhì)層7,如圖3e。
[0083] 使用射頻磁控反應(yīng)濺射技術(shù)分別覆蓋源極上部、漏極上部及源極與漏極之間的勢 壘層上部,完成淀積厚度e為30nm的HfO 2絕緣介質(zhì)層7。淀積絕緣介質(zhì)層采用的工藝條件 為:反應(yīng)室濺射氣壓保持在0. IPa左右,O2和Ar的流量分別為Isccm和8SCCm,基片溫度固 定在200°C,Hf靶射頻功率為150W。
[0084] 本步驟的絕緣介質(zhì)層的淀積不局限于濺射技術(shù),也可以采用蒸發(fā)技術(shù)或等離子體 增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0085] 步驟六.在源極和漏極之間的絕緣介質(zhì)層7上淀積金屬Ni/Au制作絕緣柵極8,如 圖3f。
[0086] 在絕緣介質(zhì)層7上第三次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極和漏極之間的 絕緣介質(zhì)層7上淀積金屬,制作絕緣柵極8,其中所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合,其厚 度為0. 043μ m/0. 22μ m ;電子束蒸發(fā)技術(shù)淀積Ni/Au采用的工藝條件為:真空度小于 1.8父101^,功率范圍為200?10001,蒸發(fā)速率小于3力8。
[0087] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù),也可以采用濺射技術(shù)。
[0088] 步驟七.在絕緣柵極上部及絕緣介質(zhì)層的其他區(qū)域上部淀積SiN制作鈍化層9,如 圖3g。
[0089] 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別覆蓋絕緣柵極8上部及絕緣介質(zhì)層7 的其他區(qū)域上部,完成淀積厚度為6. 7 μ m的SiN鈍化層9 ;其采用的工藝條件為:氣體為 NH3、N2及SiH4,氣體流量分別為2. 5sccm、950sccm和250sccm,溫度、RF功率和壓強分別為 30(TC、25W 和 950mTorr。
[0090] 本步驟的鈍化層的淀積不局限于等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù),也可以采用蒸 發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或溉射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0091] 步驟八.在絕緣柵極8和漏極5之間的鈍化層9內(nèi)進行刻蝕制作凹槽10,如圖3h。
[0092] 在鈍化層9上第四次制作掩膜,使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在絕緣柵極8與漏極5之 間的鈍化層內(nèi)進行刻蝕,以制作凹槽10,其中凹槽10深度S為5. 9 μ m,寬度b為6. 4 μ m,凹 槽10底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離d為0. 8 μ m,凹槽10靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與絕緣柵 極靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a為13. 7 μ m ;反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕凹槽10采用的工藝 條件為=CF4流量為45sccm,O2流量為5sccm,壓強為IOmTorr,功率為100W。
[0093] 本步驟的刻蝕不局限于反應(yīng)離子刻蝕技術(shù),也可以采用濺射技術(shù)或等離子體刻蝕 技術(shù)。
[0094] 步驟九.在凹槽10內(nèi)淀積Al2O3高介電常數(shù)介質(zhì)11,并完全填充凹槽10,如圖3i。
[0095] 在鈍化層9上第五次制作掩膜,使用原子層淀積技術(shù)在凹槽10內(nèi)淀積Al2O 3高介 電常數(shù)介質(zhì)11,所淀積Al2O3高介電常數(shù)介質(zhì)要完全填充凹槽10。淀積Al 2O3高介電常數(shù)介 質(zhì)采用的工藝條件為:以TM和H2O為反應(yīng)源,載氣為N 2,載氣流量為20〇SCCm,襯底溫度為 300°C,氣壓為 700Pa。
[0096] 本步驟的高介電常數(shù)介質(zhì)的淀積不局限于原子層淀積技術(shù),也可以采用蒸發(fā)技術(shù) 或等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)或濺射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0097] 步驟十.在源極與漏極之間的鈍化層上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬Ti/ Ni/Au制作一字形源場板12,如圖3j。
[0098] 在鈍化層9上第六次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層 上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積金屬,所淀積的金屬為Ti/Ni/Au金屬組合,即下層為Ti、 中層為Ni、上層為Au,其厚度為1. 3 μ m/0. 8 μ m/0. 3 μ m,該金屬靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與 凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣對齊,形成一字形源場板,并將一字形源場板與源極電氣連接。 一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為7. 3 μ m,一字形 源場板12與高介電常數(shù)介質(zhì)11構(gòu)成直角復(fù)合源場板。電子束蒸發(fā)技術(shù)淀積Ti/Ni/Au采 用的工藝條件為:真空度小于1.8父10_午&,功率范圍為200?10001,蒸發(fā)速率小于31/8。
[0099] 本步驟的金屬淀積不局限于電子束蒸發(fā)技術(shù),也可以采用濺射技術(shù)。
[0100] 步驟十一.在一字形源場板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積SiO2制作 保護層13,如圖3k。
[0101] 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)在一字形源場板12上部以及鈍化層9的其 它區(qū)域上部淀積SiO 2制作保護層13,其厚度為4. 6 μ m,從而完成整個器件的制作;其采用 的工藝條件為=N2O流量為850sccm,5丨!14流量為200sccm,溫度為250°C,RF功率為25W,壓 強為 IlOOmTorr。
[0102] 本步驟的保護層的淀積不局限于等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù),也可以采用蒸 發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或溉射技術(shù)或分子束外延技術(shù)。
[0103] 實施例三:制作襯底為硅,絕緣介質(zhì)層為Al2O3,鈍化層為SiO 2,保護層為SiN,高介 電常數(shù)介質(zhì)為HfO2,一字形源場板為Ti/Pt/Au金屬組合的絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶 體管。
[0104] 步驟A.在硅襯底1上自下而上外延AlN與GaN材料制作過渡層2,如圖3a。
[0105] Al)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為800°C,壓強為40Torr,氫氣流量 為4000sccm,氨氣流量為4000sccm,鋁源流量為25 μ mol/min的工藝條件下,在硅襯底1上 外延厚度為200nm的AlN材料;
[0106] A2)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為980°C,壓強為45Torr,氫氣流量 為4000sccm,氨氣流量為4000sccm,鎵源流量為120 μ mol/min的工藝條件下,在AlN材料 上外延厚度為4. 8 μ m的GaN材料,完成過渡層2的制作。
[0107] 步驟B.在過渡層上自下而上淀積八1(|.16&(|. !^與GaN材料制作勢壘層3,如圖3b。
[0108] BI)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為1000°C,壓強為40Torr,氫氣流 量為 4000sccm,氨氣流量為 4000sccm,鎵源流量為12μmol/min,錯源流量為12μmol/min 的工藝條件下,在過渡層2上外延厚度為46nm、鋁組分為0. 1的Ala Aaa9N材料;
[0109] B2)使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在溫度為1000°C,壓強為40Torr,氫氣流 量為4000sccm,氨氣流量為4000sccm,鎵源流量為3 μ mol/min的工藝條件下,在Ala Paa9N 材料上外延厚度為4nm的GaN材料,完成勢壘層3的制作。
[0110] 步驟C.在勢壘層3兩端淀積金屬Ti/Al/Ni/Au制作源極4與漏極5,如圖3c。
[0111] Cl)在勢魚層3上第一次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于 1.8父10_午&,功率范圍為200?10001,蒸發(fā)速率小于31/8的工藝條件下,在其兩端淀積金 屬,其中所淀積的金屬為Ti/Al/Ni/Au金屬組合,即自下而上分別為Ti、Al、Ni與Au,其厚 度為 0· 018 μ m/0. 135 μ m/0. 046 μ m/0. 052 μ m ;
[0112] C2)在N2氣氛,溫度為850°C,時間為35s的工藝條件下進行快速熱退火,完成源 極4和漏極5的制作。
[0113] 步驟D.在源極左邊與漏極右邊的勢壘層3上進行刻蝕制作臺面6,如圖3d。
[0114] 在勢壘層3上第二次制作掩膜,使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在Cl2流量為15Sccm,壓強 為IOmTorr,功率為100W的工藝條件下,在源極左邊與漏極右邊的勢壘層3上進行刻蝕,形 成臺面6,其中刻蝕深度為200nm。
[0115] 步驟E.在源極上部、漏極上部及源極與漏極之間的勢壘層上部淀積Al2O 3制作絕 緣介質(zhì)層7,如圖3e。
[0116] 使用原子層淀積技術(shù)分別覆蓋源極上部、漏極上部及源極與漏極之間的勢壘層上 部,完成淀積厚度e為75nm的Al 2O3絕緣介質(zhì)層7。淀積絕緣介質(zhì)層采用的工藝條件為:以 丁麻和H2O為反應(yīng)源,載氣為N 2,載氣流量為200sccm,襯底溫度為300°C,氣壓為700Pa。
[0117] 步驟F.在源極和漏極之間的絕緣介質(zhì)層7上淀積金屬Ni/Au制作絕緣柵極8,如 圖3f。
[0118] 在絕緣介質(zhì)層7上第三次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于 1.8Xl(T3Pa,功率范圍為200?1000W,蒸發(fā)速率小于3A/s的工藝條件下,在源極和漏極之 間的絕緣介質(zhì)層上淀積金屬,制作絕緣柵極8,所淀積的金屬為Ni/Au金屬組合,即下層為 Ni、上層為Au,其厚度為0· 043 μ m/0. 22 μ m。
[0119] 步驟G.在絕緣柵極上部及絕緣介質(zhì)層的其他區(qū)域上部淀積SiO2M料制作鈍化層 9,如圖3g。
[0120] 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)在氣體為N2O及SiH4,氣體流量分別為 850sccm和200sccm,溫度為250°C,RF功率25W,壓強為IlOOmTorr的工藝條件下,在絕緣 柵極上部及絕緣介質(zhì)層的其他區(qū)域上部淀積厚度為12. 22 μ m的SiO2制作鈍化層9。
[0121] 步驟H.在絕緣柵極8與漏極5之間的鈍化層9內(nèi)進行刻蝕制作凹槽10,如圖3h。
[0122] 在鈍化層9上第四次制作掩膜,使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在CF4流量為45SCCm,O 2流 量為5SCCm,壓強為IOmTorr,功率為100W的工藝條件下,在絕緣柵極8與漏極5之間的鈍 化層內(nèi)進行刻蝕,以制作凹槽10,其中凹槽10深度s為10. 9 μ m,寬度b為9. 8 μ m,凹槽10 底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離d為1. 32 μ m,凹槽10靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與絕緣柵極靠 近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a為19. 04 μ m。
[0123] 步驟I.在凹槽10內(nèi)淀積HfO2高介電常數(shù)介質(zhì)11,并完全填充凹槽10,如圖3i。
[0124] 在鈍化層9上第五次制作掩膜,使用射頻磁控反應(yīng)濺射技術(shù)在反應(yīng)室濺射氣壓保 持在0. IPa附近,O2和Ar的流量分別為Isccm和8sccm,基片溫度固定在200°C,Hf靶射頻 功率為150W的工藝條件下,在凹槽10內(nèi)淀積HfO 2高介電常數(shù)介質(zhì)11,所淀積HfO2高介電 常數(shù)介質(zhì)要完全填充凹槽10。
[0125] 步驟J.在源極與漏極之間的鈍化層9上部和高介電常數(shù)介質(zhì)11上部淀積金屬 Ti/Pt/Au,制作一字形源場板12,如圖3j。
[0126] 在鈍化層9上第六次制作掩膜,使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在真空度小于I. SXKT3Pa, 功率范圍為200?1000W,蒸發(fā)速率小于3A/S的工藝條件下,在源極與漏極之間的鈍化層9 上部和高介電常數(shù)介質(zhì)11上部淀積金屬,所淀積的金屬為Ti/Pt/Au金屬組合,即下層為 Ti、中層為Pt、上層為Au,其厚度為1. 6 μ m/1. 2 μ m/0. 9 μ m,該金屬靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣 與凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣對齊,形成一字形源場板,并將一字形源場板與源極電氣連 接。一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣與凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為11. 6 μ m,一 字形源場板與高介電常數(shù)介質(zhì)構(gòu)成直角復(fù)合源場板。
[0127] 步驟K.在一字形源場板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積SiN,制作保護 層13,如圖3k。
[0128] 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)在氣體為NH3、N2及SiH 4,氣體流量分別為 2. 5sccm、950sccm和250sccm,溫度、RF功率和壓強分別為300°C、25W和950mTorr的工藝 條件下,在一字形源場板12上部以及鈍化層9的其它區(qū)域上部淀積SiN制作保護層13,其 厚度為7. 2 μ m,從而完成整個器件的制作。
[0129] 本發(fā)明的效果可通過以下仿真進一步說明。
[0130] 對采用傳統(tǒng)源場板的功率晶體管與本發(fā)明器件的擊穿特性進行仿真,結(jié)果如圖4。
[0131] 由圖4可以看出,采用傳統(tǒng)源場板的功率晶體管發(fā)生擊穿,即漏極電流迅速增加, 時的漏源電壓大約在609V,而本發(fā)明器件發(fā)生擊穿時的漏源電壓大約在1347V,證明本發(fā) 明器件的擊穿電壓遠遠大于采用傳統(tǒng)源場板的功率晶體管的擊穿電壓。
[0132] 對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說,在了解了本
【發(fā)明內(nèi)容】
和原理后,能夠在不背離本發(fā) 明的原理和范圍的情況下,根據(jù)本發(fā)明的方法進行形式和細節(jié)上的各種修正和改變,但是 這些基于本發(fā)明的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管,自下而上包括:襯底(1)、過渡層(2)、勢 壘層(3)、絕緣介質(zhì)層(7)、鈍化層(9)和保護層(13),勢壘層(3)的上面淀積有源極(4)與 漏極(5),勢壘層(3)的側(cè)面刻有臺面¢),且臺面深度大于勢壘層的厚度,絕緣介質(zhì)層(7) 上面淀積有絕緣柵極(8),其特征在于,鈍化層(9)內(nèi)刻有凹槽(10),凹槽(10)內(nèi)完全填充 有高介電常數(shù)介質(zhì)(11),鈍化層(9)與保護層(13)之間淀積有一字形源場板(12),一字形 源場板靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與凹槽靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣對齊,該一字形源場板與高介 電常數(shù)介質(zhì)(11)構(gòu)成直角復(fù)合源場板,一字形源場板(12)與源極(4)電氣連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管,其特征在于凹槽(10) 的深度s為0. 38?10. 9 y m,寬度b為0. 77?9. 8 y m ;凹槽(10)底部與絕緣介質(zhì)層(7) 之間的距離d為0. 094?1. 32 y m ;絕緣介質(zhì)層(7)的厚度e為1?75nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管,其特征在于所述的鈍 化層的相對介電常數(shù)e2和高介電常數(shù)介質(zhì)的相對介電常數(shù)e3的取值范圍為1.5?2000, 且 e 2〈 e 3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管,其特征在于凹槽(10) 靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與絕緣柵極(8)靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a為sX (d+eX e 2/ e 1+SX e 2/ e 3)°_5,其中s為凹槽深度,d為凹槽底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離,e為絕緣介 質(zhì)層厚度,h為絕緣介質(zhì)層的相對介電常數(shù),e2為鈍化層的相對介電常數(shù),£3為高介電 常數(shù)介質(zhì)的相對介電常數(shù);凹槽靠近漏極一側(cè)邊緣與一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣之間 的距離c為0? 94?11. 6iim。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管,其特征在于襯底(1) 采用藍寶石或碳化硅或硅材料。
6. -種制作絕緣柵型直角復(fù)合源場板功率晶體管的方法,包括如下過程: 1) 在襯底(1)上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料,形成過渡層(2); 2) 在過渡層上外延GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料,形成勢壘層(3); 3) 在勢壘層(3)上第一次制作掩膜,利用該掩膜在勢壘層(3)的兩端淀積金屬,再在N2氣氛中進行快速熱退火,分別制作源極(4)和漏極(5); 4) 在勢壘層(3)上第二次制作掩膜,利用該掩膜在源極左側(cè)、漏極右側(cè)的勢壘層上進 行刻蝕,且刻蝕區(qū)深度大于勢壘層厚度,形成臺面(6); 5) 在源極上部、漏極上部以及源極與漏極之間的勢壘層上部淀積厚度e為1?75nm的 絕緣介質(zhì)材料,制作絕緣介質(zhì)層(7); 6) 在絕緣介質(zhì)層(7)上第三次制作掩膜,利用該掩膜在源極和漏極之間的絕緣介質(zhì)層 上淀積金屬,制作絕緣柵極(8); 7) 分別在絕緣柵極上部與絕緣介質(zhì)層的其他區(qū)域上部淀積鈍化層(9); 8) 在鈍化層(9)上第四次制作掩膜,利用該掩膜在絕緣柵極與漏極之間的鈍化層(9) 內(nèi)進行刻蝕,以制作深度s為0. 38?10. 9 y m,寬度b為0. 77?9. 8 y m的凹槽(10),凹槽 (10)底部與絕緣介質(zhì)層(7)之間的距離d為0. 094?1. 32 y m ;該凹槽靠近絕緣柵極一側(cè) 邊緣與絕緣柵極靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離a為s X (d+e X e 2/ e i+s X e 2/ e 3) °_5,其中 s為凹槽深度,d為凹槽底部與絕緣介質(zhì)層之間的距離,e為絕緣介質(zhì)層厚度,e i為絕緣介 質(zhì)層的相對介電常數(shù),e2為鈍化層的相對介電常數(shù),e3為高介電常數(shù)介質(zhì)的相對介電常 數(shù); 9) 在鈍化層(9)上第五次制作掩膜,利用該掩膜在凹槽(10)內(nèi)淀積高介電常數(shù)介質(zhì) (11),所淀積的高介電常數(shù)介質(zhì)(11)要完全填充凹槽; 10) 在鈍化層(9)上第六次制作掩膜,利用該掩膜在絕緣柵極與漏極之間的鈍化層(9) 上部和高介電常數(shù)介質(zhì)(11)上部淀積金屬,該金屬靠近絕緣柵極一側(cè)邊緣與凹槽靠近絕 緣柵極一側(cè)邊緣對齊,以形成厚度為〇. 43?3. 7 y m的一字形源場板(12),凹槽靠近漏極一 側(cè)邊緣與一字形源場板靠近漏極一側(cè)邊緣之間的距離c為0. 94?11. 6 y m,并將一字形源 場板(12)與源極⑷電氣連接; 11) 在一字形源場板(12)上部與鈍化層(9)的其它區(qū)域上部淀積絕緣介質(zhì)材料,形成 保護層(13),完成整個器件的制作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述第10)步中在絕緣柵極與漏極之間的 鈍化層(9)上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積的金屬,采用三層金屬組合Ti/Mo/Au,即下層 為Ti、中層為Mo、上層為Au,其厚度為0.2?1.6iim/0. 15?1.2iim/0.08?0.9iim。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述第10)步中在絕緣柵極與漏極之間 的鈍化層(9)上部和高介電常數(shù)介質(zhì)上部淀積的金屬,進一步采用Ti/Ni/Au三層金屬組 合,即下層為Ti、中層為Ni、上層為Au,其厚度為0. 2?1. 6iim/0. 15?1. 2iim/0. 08? 0? 9 u m〇
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于所述第10)步中在絕緣柵極與漏極之間的 鈍化層(9)上部和高介電常數(shù)介質(zhì)(11)上部淀積的金屬,采用Ti/Pt/Au三層金屬組合,即 下層為Ti、中層為Pt、上層為Au,其厚度為0.2?1.6iim/0. 15?1.2iim/0.08?0.9iim。
【文檔編號】H01L21/335GK104393030SQ201410660513
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】毛維, 范舉勝, 楊翠, 張昊, 趙雁鵬, 馬曉華, 郝躍 申請人:西安電子科技大學(xué)
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