[發明專利]具有階梯緩沖層結構的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管

在審

• 申請號: 201410587447.3
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104393047A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 賈護軍;張航;刑鼎
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙) 11368
• 代理人: 郭官厚

技術領域

本發明涉及場效應晶體管技術領域，特別是一種具有階梯緩沖層結構的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管。?

背景技術

SiC材料具有寬帶隙、高擊穿電場、高的飽和電子遷移速度、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的電子遷移率是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。?

目前，大多數文獻致力于雙凹陷4H-SiCMESFET結構的研究及在此結構的基礎上進行改進，例如凹陷源/漏漂移區4H-SiCMESFET。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，并且柵源漂移區的一部分向N型溝道層內凹陷，而柵漏漂移區全部向N型溝道層內凹陷，這兩個凹陷的漂移區均可在凹柵形成的過程中通過反應離子刻蝕RIE技術完成。?

相比于雙凹陷結構，雖然上述凹陷源/漏漂移區4H-SiCMESFET的擊穿電壓因柵漏之間漂移區厚度的減小而增加，但飽和漏電流卻沒有得到提升。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遷移率下降，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

本發明的目的是要提供一種輸出電流得到提高的具有階梯緩沖層結構的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管，從而提高器件輸出功率密度。?

為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：?

一種具有階梯緩沖層結構的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管，自下而上包括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為源極帽層和漏極帽層，源極帽層和漏極帽層表面分別是源電極和漏電極，N型溝道層上方且靠近源極帽層的一側形成柵電極，柵電極與源極帽層之間形成凹陷柵源漂移區，柵電極與漏極帽層之間形成凹陷柵漏漂移區，所述P型緩沖層的上端面靠近源極帽層處設有凹槽，凹槽內靠近漏極帽層一側設有兩個臺階。?

作為本發明的進一步優選方案，所述兩個臺階中的下層臺階的高度為?上層臺階的高度為

一種具有階梯緩沖層結構的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管的制備方法，包括以下步驟：?

1)對4H-SiC半絕緣襯底進行清洗，以去除表面污物；?

2)在在4H-SiC半絕緣襯底上外延生長厚的SiC層，同時經乙硼烷B₂H₆原位摻雜，形成濃度為1.4×10¹⁵cm^-3的P型緩沖層；?

3)在P型緩沖層上外延生長??????????????????????????????????????????????????厚的SiC層，同時經N₂原位摻雜，形成濃度為3×10¹⁷cm^-3的N型溝道層；?

4)在N型溝道層上外延生長???厚的SiC層，同時經N₂原位摻雜，形成濃度為1.0×10²⁰cm^-3的N⁺型帽層；?

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；?

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????長的源電極和漏電極；?

7)對源電極和漏電極之間的N+型帽層進行光刻、刻蝕，形成刻蝕深度和長度分別為???和???的凹溝道；?

8)對P型緩沖層進行兩次光刻和離子注入，形成具有???和???兩個臺階的階梯型P型緩沖層；?

9)凹溝道進行光刻、刻蝕，同時形成深度和長度分別為???和???的凹陷柵漏漂移區，以及深度和長度分別為???和???的凹陷柵源漂移區；?

10)在凹陷柵漏漂移區和凹陷柵源漂移區之間的凹溝道進行光刻、磁控濺射和金屬剝離，形成???長的柵電極；?

11)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。?

與現有技術相比，本發明的有益效果:?

1.漏極電流提高?