[發(fā)明專利]金剛石基背柵型氫終端場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710331449.X
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN107104141B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏興;王艷豐;王瑋;常曉慧;張景文;卜忍安;侯洵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L21/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

本發(fā)明公開了一種金剛石基背柵型氫終端場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法；該場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包含金剛石襯底、背柵極、源極、柵引出電極、漏極和單晶金剛石外延薄膜；金剛石襯底上設(shè)有背柵極，背柵極上設(shè)有柵引出電極；金剛石襯底的上表面覆蓋一層單晶金剛石外延薄膜，單晶金剛石外延薄膜將背柵極包裹于其中，柵引出電極的上部伸出單晶金剛石外延薄膜的頂部；單晶金剛石外延薄膜上還設(shè)有源極和漏極。本發(fā)明采用背柵型設(shè)計(jì)，將導(dǎo)電部分全部裸露出來，這樣即使在長(zhǎng)期使用或是高溫過沖條件下造成氫終端導(dǎo)電溝道退化甚至失效的情況下，可以將器件置于氫等離子體環(huán)境中，使得導(dǎo)電溝道表面區(qū)域得到重新氫化，恢復(fù)導(dǎo)電性能，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的重復(fù)使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及一種金剛石基背柵型氫終端場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

金剛石是一種優(yōu)良的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有其他半導(dǎo)體材料不可比擬的優(yōu)異性質(zhì)。特別是在電學(xué)方面，金剛石的禁帶寬度為5.5eV、擊穿電壓大于10MV/cm、電子遷移率為4500cm²/V﹒s、空穴遷移率為3800cm²/V﹒s。因此，使用金剛石材料制作的超高頻、超大功率電子器件具有先天的優(yōu)勢(shì)。

雖然金剛石可以像硅一樣，通過摻入硼元素和磷元素來實(shí)現(xiàn)不同類型的摻雜。但是在金剛石中磷原子的激活能為0.6eV，這使得其在室溫下很難被激活，進(jìn)而發(fā)揮導(dǎo)電作用。通過增加注入雜質(zhì)濃度來實(shí)現(xiàn)高遷移率的方法在磷摻雜中也失效了，因?yàn)樵诟邠诫s過程中引入很多缺陷，進(jìn)而使得補(bǔ)償比過高。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)單晶金剛石表面進(jìn)行氫化處理后，可以使得原來具有懸掛鍵的碳原子和氫原子結(jié)合，即氫終端金剛石。該終端類型的金剛石表面具有一層導(dǎo)電的二維空穴氣，其載流子濃度可達(dá)10¹³cm-2左右，載流子遷移率可達(dá)20-200cm²·V^-1·s^-1，該發(fā)現(xiàn)極大的推動(dòng)了金剛石場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)展。研究表明，該二維空穴氣層是由金剛石表面的C-H鍵極化以及表面的吸附物造成的，在高溫作用下C-H鍵會(huì)斷裂，表面吸附物也會(huì)揮發(fā)。因此高度氫化的金剛石完全可以用來制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管，但是在長(zhǎng)期使用或高溫過沖下具有導(dǎo)電作用的氫終端將退化，進(jìn)而影響器件的性能，無法重復(fù)使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種金剛石基背柵型氫終端場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明將柵極埋于金剛石中，使得金剛石氫終端導(dǎo)電溝道完全暴露出來，可實(shí)現(xiàn)了器件多次氫化、重復(fù)使用的目的，有效的降低了成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

金剛石基背柵型氫終端場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包含金剛石襯底、背柵極、源極、柵引出電極、漏極和單晶金剛石外延薄膜；金剛石襯底上設(shè)有背柵極，背柵極上設(shè)有柵引出電極；金剛石襯底的上表面覆蓋一層單晶金剛石外延薄膜，單晶金剛石外延薄膜將背柵極包裹于其中，柵引出電極的上部伸出單晶金剛石外延薄膜的頂部；單晶金剛石外延薄膜上還設(shè)有源極和漏極。

進(jìn)一步的，源極和漏極分別位于未露出單晶金剛石外延薄膜的背柵極的兩側(cè)，源極和漏極間距大于背電極的寬度；源極和漏極的范圍小于或等于未露出的背柵極范圍。

進(jìn)一步的，源極和漏極設(shè)置于氫化的單晶金剛石外延薄膜上，并與氫化的單晶金剛石外延薄膜形成歐姆接觸。

進(jìn)一步的，單晶金剛石外延薄膜表面上源極、漏極及源極和漏極之間部分以外的區(qū)域經(jīng)過電學(xué)隔離處理。

進(jìn)一步的，背柵極厚度為0.001-1μm；源極和漏極厚度為0.07-1μm；單晶金剛石外延薄膜為本征金剛石材料；單晶金剛石外延薄膜在背柵極上面部分的厚度高出背柵極0.001-5μm，電阻率大于100MΩ·cm，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰寬小于5cm^-1，X射線衍射半峰寬小于0.05°。