[發明專利]基于T型柵結構的PN結柵控氧化鎵場效應晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202011067740.9
• 申請日: 2020-10-07
• 公開（公告）號: CN112133756A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 周弘;雷維娜;燕慶龍;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/24;H01L29/423
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

1.一種基于T型柵結構的PN結柵控氧化鎵場效應晶體管,自下而上包括：襯底(1)、n-Ga₂O₃層(2)，n-Ga₂O₃層(2)內部的兩邊設有離子注入區(3)；n-Ga₂O₃層(2)上部的兩端設有源電極(4)和漏電極(5)，靠近源電極的區域設有T型柵(9)，該T型柵(9)分別與源電極(4)和漏電極(5)之間的n-Ga₂O₃層(2)之上設有Al₂O₃層(6)，在Al₂O₃層(6)上設有SiN鈍化層(8)，其特征在于：

所述n-Ga₂O₃層(2)與T型柵(9)之間設有p型NiO薄膜層(7)，該薄膜與n-Ga₂O₃層構成p-n結，以形成高耐壓、低功耗的常關型氧化鎵器件。

2.根據權利要求1所述場效應晶體管，其中襯底(1)采用Ga₂O₃襯底，SiO₂襯底和藍寶石絕緣襯底中任意一種。

3.根據權利要求1所述場效應晶體管，其中源電極(4)和漏電極(5)均采用厚度為60nm/120nm的Ti/Au。

4.根據權利要求1所述場效應晶體管，其中T型柵(9)采用金屬Ni/Au，且T型柵向源電極一側延伸1μm-2μm，向漏電極一側延伸3μm-5μm。

5.一種基于T型柵結構的PN結柵控氧化鎵場效應晶體管制作方法，包括如下步驟：

1)選擇氧化鎵外延片，并將其依次放入丙酮溶液、無水乙醇溶液中各超聲清洗5min-10min，再用大量去離子水沖洗，之后用氮氣吹干；

2)在清洗后氧化鎵外延片的n-Ga₂O₃層上先將光刻膠涂覆在待注入離子區域外的n-Ga₂O₃層上，再通過前烘、對準和曝光、后烘、顯影、堅膜及圖形檢測，得到未被光刻膠保護的待注入離子區域；

3)對光刻完成后形成的待注入離子區域進行n型離子的注入，形成摻雜濃度為5e19cm^-3，深度為50nm-60nm的高摻雜區域，之后，再對離子注入完成后的樣片退火，在N₂環境中，設置爐內退火溫度為850℃-950℃，退火時間為30min-40min，以激活注入離子；

4)制作源、漏端電極：

在離子注入完成后的n-Ga₂O₃層上進行光刻形成源極及漏極區域，通過電子束蒸發E-Beam系統在源極區域和漏極區域淀積厚度為60nm/120nm的Ti/Au；

將淀積完金屬后的片子放入剝離液進行剝離，形成源端電極和漏端電極，再在N₂環境中，設置爐內退火溫度為480℃，進行1min的退火，以形成良好的歐姆接觸；

5)通過原子層淀積ALD工藝，以三甲基鋁TMA和水蒸汽H₂O作為前驅體，在制作完源漏電極的n-Ga₂O₃層表面淀積厚度為20nm的Al₂O₃，再在溫度為450℃的氧氣氣氛中退火5min；

6)在淀積完Al₂O₃的n-Ga₂O₃層上進行光刻，形成待淀積p型NiO薄膜的區域，再將其放入反應離子刻蝕RIE系統中，刻蝕掉n-Ga₂O₃層上待淀積p型NiO薄膜區域上覆蓋的Al₂O₃；

7)將刻蝕后的樣片依次放入丙酮溶液、無水乙醇溶液和去離子水中各超聲清洗5min-10min，并用氮氣吹干；

8)應用電感耦合等離子體化學氣相沉積ICP-CVD，在n-Ga₂O₃層上的待淀積p型NiO的區域淀積厚度為200nm-300nm的NiO薄膜；

9)通過等離子體增強化學氣相沉積PECVD設備先在整個樣片表面淀積厚度為400nm-500nm的SiN鈍化層，再通過反應離子刻蝕RIE定點刻蝕掉覆蓋在源端電極、漏端電極和p型NiO薄膜區域上端的SiN鈍化層，以剝離出源漏電極并形成柵極凹槽；

10)在形成的柵極凹槽內淀積金屬Ni/Au，再將淀積完金屬后的樣片放入剝離液中，通過剝離形成T型柵，該T型柵向源電極一側延伸1μm-2μm，向漏電極一側延伸3μm-5μm，完成器件制作。