[發明專利]V2O5/Al2O3雙層柵介質的金剛石場效應晶體管及制作方法

在審

• 申請號: 201710923086.9
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107731910A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 張金風;陳萬嬌;任澤陽;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L29/78;H01L21/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

1.一種基于V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質的金剛石金屬氧化物半導體場效應晶體管，自下而上包括金剛石襯底(1)、吸附層(2)和柵介質層(3)，柵介質層(3)的上面是柵電極(4)，柵介質層(3)的兩側設有源漏電極(5)，柵電極(4)和源漏電極(5)的表面覆蓋有鈍化層(6)，鈍化層(6)與柵電極(4)和源漏電極(5)的鍵合處分別設有通孔(7)，其特征在于：

柵介質層(3)采用V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質，

鈍化層(6)采用V₂O₅材料。

2.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，襯底(1)采用單晶或者多晶金剛石。

3.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，雙層柵介質層(3)中的V₂O₅層厚度為3～50nm，Al₂O₃層厚度為5～50nm。

4.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，柵電極(4)采用厚度為80～160nm金屬Al。

5.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，源漏電極(5)采用厚度為80～160nm的金屬Pd。

6.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，鈍化層(6)采用厚度為30～90nm的過渡金屬氧化物V₂O₅。

7.一種基于V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質的金剛石場效應晶體管的制造方法，包括如下步驟：

1)采用微波等離子體化學氣相沉積MPCVD方法生長出的單晶或多晶金剛石作為器件的襯底；

2)在800～950℃溫度下，將金剛石襯底置于氫等離子中5～30min，使金剛石表面形成氫終端，氫終端表面吸附空氣中的活性物質或原子基團形成吸附層；

3)在氫終端表面旋涂光刻膠，利用光刻機進行曝光，做出源極和漏極圖案；

4)在已完成的結構表面上熱蒸發淀積一層80～160nm厚的鈀膜，以與氫終端表面形成歐姆接觸，再剝離得到器件的源極和漏極；

5)在柵窗口處依次淀積一層3～50nm厚的V₂O₅介質和一層5～50nm厚的Al₂O₃作為器件的柵介質層；

6)利用金屬蒸發在柵介質層上沉積一層80～160nm厚的鋁膜，然后經過剝離工藝，得到雙層柵介質和Al形成的復合柵電極結構；

7)在步驟6)完成后的結構表面利用熱蒸發淀積一層30～90nm厚的V₂O₅，將源、漏和柵極完全覆蓋，作為鈍化層；

8)在步驟7)完成后的結構表面涂膠光刻，在源、柵、漏電極上方形成通孔圖形，再刻蝕掉通孔圖形下方的V₂O₅鈍化層，獲得暴露出源、漏、柵電極金屬的電極通孔；

9)在步驟8)完成后的結構表面淀積金屬Au，然后剝離得到加厚電極，完成器件的制備。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟2)中制備氫終端表面的工藝為：反應室溫度為750-950℃，壓強為80-150mbar，微波功率為1.5-2.5kw，反應時間為5-30min。

9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟3)和步驟7)中的光刻，其采用接觸式光刻工藝。

10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟5)中的V₂O₅介質層通過真空熱蒸發或電子束蒸發得到；Al₂O₃介質層通過真空熱蒸發或低溫ALD方法或濺射或先淀積Al膜再熱氧化得到。