[發(fā)明專利]場效應(yīng)晶體管器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010144306.X
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111341840B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬培培;鄭軍;成步文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40;H01L29/786;H01L21/34
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開了一種場效應(yīng)晶體管器件，該器件包括：復(fù)合鈍化層，包括：第一鈍化層，設(shè)置于場效應(yīng)晶體管的柵電介質(zhì)層上，并覆蓋該場效應(yīng)晶體管的源電極、漏電極和柵電極；和第二鈍化層，設(shè)置于該第一鈍化層上；以及，橫向場板，設(shè)置與柵電極相接觸，并置于第一鈍化層內(nèi)；浮空場板，設(shè)置于第二鈍化層上。本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管器件，設(shè)計出兩層結(jié)構(gòu)的復(fù)合鈍化層，其結(jié)構(gòu)為第一鈍化層/第二鈍化層，第一鈍化層作為橫向場板鈍化層，第二鈍化層作為浮空場板的鈍化層。本發(fā)明能夠通過設(shè)計橫向場板、浮空場板和復(fù)合鈍化層參數(shù)，有效降低柵電介質(zhì)層和場板鈍化層的峰值電場，提高氧化鎵單極器件的擊穿電壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高電壓的場效應(yīng)晶體管器件。

背景技術(shù)

氧化鎵(Ga₂O₃)的禁帶寬度為4.2-4.9eV，是一種直接帶隙的Ⅲ-V族超寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。由于它具有出色的物理性能以及化學(xué)穩(wěn)定性，在耐高壓、低損耗、高功率、耐高溫和日盲等光電子器件應(yīng)用方面具有巨大的潛力，如大功率場效應(yīng)晶體管和半導(dǎo)體光電探測器等，并且可以在航空、航天等惡劣環(huán)境中可以發(fā)揮重要的應(yīng)用。Ga₂O₃作為第四代半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、擊穿場強高、導(dǎo)通功耗低等特點，特別適用于制備高壓大功率器件。而且Ga₂O₃目前還不能實現(xiàn)P型摻雜，所以Ga₂O₃材料在制備單極器件如：場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和肖特基勢壘二極管(SBD)，具有很大優(yōu)勢。

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，在電動汽車、工業(yè)發(fā)動機等許多領(lǐng)域，為了有效的實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換和控制，迫切需要高性能功率器件，即器件不僅導(dǎo)通功耗低，而且希望器件在關(guān)斷狀態(tài)下具有很強的耐高壓能力。目前的Ga₂O₃單極器件的耐壓性能還不能滿足實際應(yīng)用的需要，并且遠遠達不到Ga₂O₃材料的理想物理極限。

在提高Ga₂O₃ MOSFET器件擊穿電壓方面，人們進行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)器件的峰值電場主要分布在柵電介質(zhì)層靠近漏極一側(cè)。因此要提高器件的擊穿電壓，必須使柵漏區(qū)域的電場重新分布，尤其是降低電介質(zhì)層的峰值電場，為此提出了采用場板結(jié)構(gòu)的方法。

場板結(jié)構(gòu)是通過光刻、淀積和刻蝕等工藝步驟，在肖特基金屬外圍生長一層介質(zhì)薄膜，例如氧化硅膜，然后在制備肖特基電極時把金屬延伸到介質(zhì)之上并覆蓋部分絕緣介質(zhì)。當施加反向電壓時，場板能夠在水平方向擴展肖特基結(jié)的耗盡區(qū)，使得集中在肖特基結(jié)邊緣的電場線變得稀疏，電場極值變小。

現(xiàn)有技術(shù)中制備了具有場板結(jié)構(gòu)的Ga₂O₃ MOSFET，器件的擊穿電壓達到了750V。現(xiàn)有技術(shù)中還制備了具有場板結(jié)構(gòu)的Ga₂O₃ SBD，器件的擊穿電壓達到了1kV。在當前的Ga₂O₃MOSFET和SBD器件的研究中，添加場板結(jié)構(gòu)來提高器件的擊穿電壓已經(jīng)取得了一定效果。現(xiàn)有場板結(jié)構(gòu)的缺陷在于，絕緣介質(zhì)(即場板鈍化層)被擊穿成為器件擊穿電壓提高的新的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種耐高電壓的場效應(yīng)晶體管器件。以至少部分解決上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種場效應(yīng)晶體管器件，包括：

復(fù)合鈍化層，包括：

第一鈍化層，設(shè)置于場效應(yīng)晶體管的柵電介質(zhì)層上，并覆蓋該場效應(yīng)晶體管的源電極、漏電極和柵電極；和

第二鈍化層，設(shè)置于該第一鈍化層上；以及

橫向場板，設(shè)置與所述柵電極相接觸，并置于第一鈍化層內(nèi)；