[發明專利]高擊穿電壓場效應晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201710050362.5
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106898644B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 馮倩;方立偉;韓根全;李翔;邢翔宇;黃璐;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40;H01L29/51;H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種高擊穿電壓場效應晶體管及其制作方法，其自下而上包括襯底(1)、Ga₂O₃外延層(2)和低摻雜n型Ga₂O₃薄膜(3)，薄膜上設有高摻雜n型硅離子注入區(4)和絕緣柵介質(7)，離子注入區上設有源電極(5)和漏電極(6)，絕緣柵介質上設有300～500nm厚的有機絕緣介質(8)，有機絕緣介質由P(VDF?TrFE)、Ag納米顆粒摻雜P(VDF?TrFE)、ZnS納米顆粒摻雜P(VDF?TrFE)和CCTO納米顆粒摻雜P(VDF?TrFE)構成，且設有長度為1～3μm的柵場板(9)，該柵場板上設置有柵電極。本發明擊穿電壓高，可用于作為功率器件和高壓開關器件。

技術領域

本發明屬于半導體新材料器件，具體涉及一種場效應晶體管，可用于作為功率器件和高壓開關器件。

背景技術

隨著MOSFET器件尺寸不斷減小，傳統硅MOS器件遭遇到了諸多挑戰，其中擊穿電壓難以滿足要求日益增長的需求，成為影響進一步提升器件性能的關鍵因素之一。Ga₂O₃與以SiC、GaN為代表的第三代半導體材料相比較，具有更寬的禁帶寬度，擊穿場強相當于Si的20倍以上，SiC和GaN的2倍以上，從理論上說，在制造相同耐壓的金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET功率器件時，器件的導通電阻可降為SiC的1/10、GaN的1/3，Ga₂O₃材料的巴利伽優值是SiC的18倍、GaN材料的4倍以上，因此Ga₂O₃是一種性能優異的適于功率器件和高壓開關器件制備的寬禁帶半導體材料。

為了提高Ga₂O₃金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET功率器件的性能，就必須提高器件在耗盡狀態下的擊穿電壓，而Ga₂O₃金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET器件的擊穿主要發生在柵靠漏端，因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區域的電場重新分布，尤其是降低柵靠漏端的電場，為此，人們通過采用加入場板的方法將器件的擊穿電壓從415V提高至755V，同時器件的開關比仍然大于10⁹。

現有的金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET功率器件，如圖1所示。

該器件是在半導體襯底上制作氧化層以及金屬柵，并在兩側注入形成溝道，在源漏兩側淀積SiO₂,形成金屬-氧化物-半導體場效應晶體管MOSFET器件。這種金屬-氧化物-半導體場效應晶體管器件的不足是:耐壓不高，通常低于200V，隨著工作電壓的升高,由于漏端接高電位，所以在漏端附近產生較高的電場,使電場中的電子被不斷加速而獲得能量。由于電子在半導體中運動會與晶格碰撞,當電子獲得的能量足夠大時,會對晶格造成損傷,形成大電流，將器件擊穿。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種高擊穿電壓場效應晶體管及其制作方法，以降低漏端的電場，提高器件的擊穿電壓。

為實現上述目的，本發明的高擊穿電壓場效應晶體管，自下而上包括襯底、Ga₂O₃外延層和低摻雜n型Ga₂O₃薄膜，薄膜上設有高摻雜n型硅離子注入區和絕緣柵介質，在離子注入區上分別設有源電極和漏電極，其特征在于：

所述絕緣柵介質上設有其厚度為300nm～500nm有機絕緣介質，該有機絕緣介質采用由P(VDF-TrFE)、Ag納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)、ZnS納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)和CCTO納米顆粒摻雜P(VDF-TrFE)構成的薄膜介質材料；

所述有機絕緣介質中設有長度為1μm～3μm的柵場板，該柵場板上設置柵電極。

為實現上述目的，本發明制作高擊穿電壓場效應晶體管的方法，包括如下步驟：