[發明專利]帶柵下緩沖層結構的金屬半導體場效應晶體管及制作方法

有效

• 申請號: 201110257607.4
• 申請日: 2011-09-01
• 公開（公告）號: CN102290434A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 宋坤;柴常春;楊銀堂;張現軍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/772;H01L21/335
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于電子技術領域，更進一步涉及微電子技術領域中的帶柵下緩沖層結構的金屬半導體場效應晶體管及制作方法。本發明提供的晶體管可應用于微波功放電路和系統，提高電路和系統的功率密度和頻率響應。

背景技術

隨著無線通信技術的飛速發展，對大功率微波應用的需求日益迫切。近年來，金屬半導體場效應晶體管在微波頻段通信和雷達器件中獲得了廣泛的應用，電路和系統的性能得以不斷的提升。目前，在高工作頻率例如S波段(3GHz)和X波段(8GHz)實現大功率輸出成為金屬半導體場效應晶體管器件的主流方向。

當前提高器件功率密度的和工作頻率的方法主要有兩種：一種采取終端處理技術，改善電極邊緣區域的電場分布，使器件具有更大的耐高壓能力，進而提升器件的輸出功率。例如，帶場板結構的場效應晶體管就是在形成柵電極時通過引入柵場板來提高器件的擊穿電壓。第二種方法是在通過對溝道層的結構和參數進行優化來改善耗盡層在溝道層中的分布，進而減小溝道層的電阻和柵電容，提高器件的輸出電流和工作頻率。

M/A-COM公司申請的專利“雙場板金屬半導體場效應晶體管及其形成方法”(申請號200610064354.8，公開號CN?101005096A)提供了一種雙場板金屬半導體場效應晶體管和形成金屬半導體場效應晶體管的方法。該結構引入柵極場板和漏極場板可以改善電極邊緣的電場分布，從而提高了器件的擊穿電壓，并且能在一定程度上抑制表面陷阱對載流子的俘獲作用，提高輸出電流。但是，該專利申請存在的不足是：柵極場板和漏極場板會引入額外的柵漏電容，使器件的特征頻率和最高震蕩頻率下降，影響器件的在高頻段工作時的增益。

美商克立股份有限公司申請的專利“具有源極連接的場板的寬帶隙場效應晶體管”(申請號200580014866.7，公開號CN?1998089A)公開了一種改進的場效應晶體管結構，該結構通過與源電極相連的場板調制了柵極邊緣的電場分布，提高了器件的耐壓，并且避免了引入較大的柵漏電容。該技術存在的不足是：該結構提出場板電極在版圖布局上需要繞開柵電極來實現連接，增加了版圖的復雜程度，進而降低了大柵寬器件的成品率；另一方面，該發明中有多個金屬電極與介電材料存在電學連接關系，降低了器件的可靠性。

電子科技大學申請的專利“源漏雙凹結構的金屬半導體場效應晶體管”(申請號200710048733.2，公開號CN?101022129A)提出了一種應用在高頻、大功率領域的金屬半導體場效應晶體管結構。通過對柵源和柵漏之間的有源層進行刻蝕形成多個凹槽來實現對耗盡層的控制，并對漂移區的電場分布進行調制。該技術的不足是：在溝道層中引入了多個細線條的圖形，破壞了原先溝道層平整的結構，使溝道層中的電勢和電場分布變得復雜。對于近年來主流應用的場效應器件，難以進行復雜小圖形的精確刻蝕，其結構與當前工藝水平的矛盾制約了該結構的實際應用。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種帶柵下緩沖層結構的金屬半導體場效應晶體管及制作方法，該結構與制作方法在可工藝上簡單實現，能同步提高器件的功率密度和工作頻率。

帶柵下緩沖層結構的金屬半導體場效應晶體管，包括半絕緣襯底、緩沖層、溝道層、源極帽層、漏極帽層、柵下緩沖層、源電極、漏電極和柵電極。半絕緣襯底之上形成緩沖層。緩沖層之上形成溝道層。溝道層之上形成源極帽層、漏極帽層和柵下緩沖層，柵下緩沖層位于源極帽層和漏極帽層之間，在溝道層之上形成一個凸起的平臺。源極帽層之上形成源電極。漏極帽層之上形成漏電極。柵下緩沖層的平臺之上形成柵電極，柵下緩沖層被夾置于溝道層與柵電極中間。柵電極的長度與柵下緩沖層的長度相等。柵下緩沖層中的雜質類型與溝道層中的雜質類型相同。柵下緩沖層的摻雜濃度低于溝道層的摻雜濃度。半絕緣襯底、緩沖層、溝道層、源極帽層、漏極帽層和柵下緩沖層的材料均為半導體材料，包括但不限于硅、鍺、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅。

本發明的制作方法包括如下步驟：

(1)襯底預處理

1a)依次使用丙酮、甲醇、去離子水對半絕緣襯底樣片進行清洗；

1b)采用微電子工藝中的標準RCA清洗工藝去除樣片表面的雜質和氧化層。

(2)生長緩沖層：采用金屬氧化物化學氣相淀積方法在半絕緣襯底樣片正面生長同質P型的緩沖層，緩沖層厚度為0.35～0.6微米，摻雜雜質采用硼，摻雜濃度為4～6×10¹⁵cm^-3。