[發明專利]一種金剛石功率晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201510254502.1
• 申請日: 2015-05-18
• 公開（公告）號: CN104992975B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 王宏興;胡超;張景文;王瑋;卜忍安;侯洵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/417;H01L29/40;H01L29/66;H01L21/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術領域】

本發明屬于半導體功率器件技術領域，具體涉及一種金剛石功率晶體管及其制作方法。

【背景技術】

目前半導體功率晶體管主要是基于Si、GaN、SiC等材料，但是其材料特性限制了其器件工作于功率領域的性能。而金剛石作為一種寬禁帶(5.5eV)半導體材料，其高擊穿場強(10MV/cm)、高電子和空穴遷移率(4500cm²/(V·s)和3800cm²/(V·s))和高熱導率(22W/(mm·K))，使金剛石在高功率、高溫領域有著廣泛的應用前景。隨著微波等離子化學氣相沉積技術的發展，用金剛石制成的半導體器件越來越多，其性能也越來越好，特別是用于高頻高功率的場效應晶體管(FET)取得了大幅進步。然而目前所制作的金剛石晶體管中，由于其電極結構不夠優化，源、漏方形電極的邊緣處容易形成電場集中效應。并且，對于傳統柵極結構，在柵極附近也容易形成電場集中，從而造成器件工作在高壓時容易發生擊穿。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種金剛石功率晶體管及其制作方法，圓環形的源漏電極可以有效改善源、漏電極間的電場分布，避免了方形電極的電場集中效應；并且，柵電極采用了場板結構，可以改善柵極處的電場分布，從而提高了其承受大電壓的能力；能夠有效地解決現有技術所存在的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種金剛石功率晶體管，包括氫終端金剛石、源電極、漏電極、柵介質和柵電極，該金剛石功率晶體管的源電極和漏電極采用環形結構。

本發明進一步的改進在于：所述柵電極帶有場板結構。

本發明進一步的改進在于：場板結構中柵介質為單一絕緣層或復合層；其中，所述單一絕緣層由氮化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鈦中的一種沉積形成，所述復合層為由氮化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鈦中多種形成的多個單一絕緣層復合形成。

本發明進一步的改進在于：所述柵電極為單一金屬層或復合層，其中，所述單一金屬層由鉿、鋁、鋯、鉬、鉿中的一種沉積形成，所述復合層為由鉿、鋁、鋯、鉬、釕中多種形成的多個單一金屬層復合形成。

本發明進一步的改進在于：所述源電極和漏電極為單一金屬層或復合層，其中，所述單一金屬層由鈀、鈦、金、鎳和鉑中的一種沉積形成，所述復合層為由鈀、鈦、金、鎳和鉑中多種形成的多個單一金屬層復合形成。

本發明進一步的改進在于：源電極和漏電極設置在氫終端金剛石上，源電極和漏電極同心設置，源電極為環形，設置于圓形漏電極外圍；介質層部分位于源電極和漏電極之間，部分包覆源電極和漏電極的邊沿；柵電極設置在介質層上；柵電極一端接觸氫終端金剛石，另一端露出在介質層外部；柵電極上設有柵極保護層金屬。

本發明進一步的改進在于：柵電極和柵極保護層金屬為環形。

金剛石功率晶體管的制作方法，包括以下步驟：

通過化學氣相沉積技術獲得氫終端金剛石；

然后，在氫終端金剛石沉積源電極和漏電極；

然后，沉積絕緣物質作為柵電極處場板結構的介質層；

然后，沉積柵電極；

最后，在柵電極上沉積柵極保護金屬層；

該金剛石功率晶體管的電極為環形結構。

本發明進一步的改進在于：沉積源電極和漏電極后進行退火處理，退火處理完成后沉積介質層。

本發明進一步的改進在于：所述退火處理的具體工藝為：將沉積源電極和漏電極后的器件置于真空、氮氣或氬氣氛圍中，加熱到500～1000℃，持續30秒～30分鐘。

相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：本發明一種金剛石功率晶體管，由于采用的是環形結構，可以有效地改善晶體管工作時的電流分布，有效的改善電場集中現象，從而可以明顯提高器件的擊穿電壓。并且因為柵電極采用了場板結構，可以改善柵電極處的電流分布，從而可以進一步提高器件的擊穿電壓；該結構的金剛石功率晶體管，具有高的耐壓能力，能夠作用于高壓高功率領域。

【附圖說明】

圖1是本發明中金剛石功率晶體管的俯視結構示意圖；

圖2是本發明中金剛石功率晶體管的正視結構示意圖；

圖3是本發明實例中氫終端金剛石示意圖；

圖4是本發明實例中在氫終端金剛石上沉積歐姆電極后的示意圖；

圖5是本發明實例中沉積柵介質層后的示意圖；

圖6是本發明實例中沉積柵極后的示意圖。

【具體實施方式】