[發(fā)明專利]基于T型柵結(jié)構(gòu)的PN結(jié)柵控氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011067740.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-07
• 公開（公告）號(hào): CN112133756A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周弘;雷維娜;燕慶龍;張進(jìn)成;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/24;H01L29/423
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發(fā)明公開了一種基于T型柵結(jié)構(gòu)的PN結(jié)柵控氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，主要解決目前n型氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管擊穿電壓較低、泄漏電流較大且不易關(guān)斷的問題。其自下而上包括：襯底、n?Ga₂O₃層，n?Ga₂O₃層內(nèi)部的兩邊設(shè)有離子注入?yún)^(qū)；n?Ga₂O₃層上部的兩端設(shè)有源電極和漏電極，靠近源電極的區(qū)域設(shè)有T型柵；n?Ga₂O₃層與T型柵之間設(shè)有p型NiO薄膜層，該薄膜與n?Ga₂O₃層構(gòu)成p?n結(jié)；該T型柵分別與源電極和漏電極間的n?Ga₂O₃層之上設(shè)有Al₂O₃層，在Al₂O₃層上設(shè)有SiN鈍化層。本發(fā)明提高了器件的擊穿電壓，減小了泄漏電流，可用于制備高耐壓、低功耗的常關(guān)型氧化鎵器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柵控氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可用于實(shí)現(xiàn)高耐壓、低功耗的常關(guān)型氧化鎵器件。

技術(shù)背景

氧化鎵共有α、β、γ、δ和ε五種晶型，其中單斜的β-Ga₂O₃具有最好的熱穩(wěn)定性，其他亞穩(wěn)定相很容易在高溫下轉(zhuǎn)變成β-Ga₂O₃，因此目前大部分研究都是圍繞β-Ga₂O₃展開的。β-Ga₂O₃具有超大的禁帶寬度(4.4-4.9eV)，這一特征使其電離率較低從而擊穿場(chǎng)強(qiáng)較高，約為8MV/cm，其是Si的20倍以上，是SiC和GaN的兩倍多。此外，β-Ga₂O₃的Baliga品質(zhì)因數(shù)是4H-SiC的8倍以上，GaN的4倍以上；高頻Baliga優(yōu)值分別是Si的150倍，是4H-SiC的3倍、GaN的1.5倍。由于Ga₂O₃材料的導(dǎo)通電阻理論值很低，因而在相同條件下，由Ga₂O₃材料制得的單極器件的導(dǎo)通損耗比SiC、GaN器件低至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，這有利于提高器件的效率。

綜上分析，β-Ga₂O₃是一種具有很大發(fā)展前景的功率半導(dǎo)體材料，基于β-Ga₂O₃的功率半導(dǎo)體器件在高頻、高壓、大功率應(yīng)用中具有很大潛能。

目前制備的帶T型柵結(jié)構(gòu)的氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管是基于有效n型摻雜的，摻雜效果較好的n型摻雜元素為Si和Sn，且通過(guò)摻雜Si和Sn可以實(shí)現(xiàn)n型氧化鎵晶體載流子在一個(gè)較大范圍內(nèi)的調(diào)控，相比于氧化鎵晶體的n型摻雜，p型摻雜較難實(shí)現(xiàn)，尤其是載流子濃度較高的p型摻雜。因此，針對(duì)氧化鎵基器件的研究也主要集中在n型β-Ga₂O₃基器件，對(duì)于p型導(dǎo)電單晶、薄膜及p型溝道器件則研究較少，制約了氧化鎵基器件的發(fā)展和應(yīng)用。此外，現(xiàn)有的基于T型柵結(jié)構(gòu)的n型氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管存在的問題有：擊穿電壓遠(yuǎn)低于理想值；泄露電流較大，影響器件性能；在零偏置狀態(tài)時(shí)，器件處于未關(guān)斷狀態(tài)，需要施加一定的負(fù)柵壓才能實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，增大了器件的靜態(tài)損耗，降低了器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于T型柵結(jié)構(gòu)的PN結(jié)柵控氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以提高器件的擊穿電壓、減小器件的導(dǎo)通電阻及器件的柵泄漏電流，從而改善器件性能；同時(shí)實(shí)現(xiàn)常關(guān)型氧化鎵器件，顯著降低器件靜態(tài)損耗、提高器件可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：通過(guò)使用其他p型材料NiO與n型Ga₂O₃直接接觸構(gòu)成PN結(jié)，提高器件的擊穿電壓、減少器件的導(dǎo)通電阻，并在柵壓零偏置時(shí)，在PN結(jié)內(nèi)形成空間電荷區(qū)，使器件不能導(dǎo)電，實(shí)現(xiàn)常關(guān)型效果；通過(guò)引入T型柵結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升器件的耐壓能力，降低器件的泄漏電流。