[發(fā)明專(zhuān)利]基于p-i-n結(jié)構(gòu)的柵控氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011067742.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112133757B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周弘;雷維娜;周敏;張進(jìn)成;郝躍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/78
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/24;H01L29/423
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專(zhuān)利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于p?i?n結(jié)構(gòu)的柵控氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，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，不易關(guān)斷的問(wèn)題。其自下而上包括：Ga₂O₃襯底、n?Ga₂O₃外延層，該外延層上部的兩端設(shè)有離子注入?yún)^(qū)，中間區(qū)域設(shè)有柵電極；離子注入?yún)^(qū)的上部分別設(shè)有源電極和漏電極；其內(nèi)表面及柵電極分別與源電極和漏電極之間的n?Ga₂O₃外延層之上設(shè)有Al₂O₃保護(hù)層；該外延層與柵電極之間設(shè)有i?Ga₂O₃薄膜層和p型NiO薄膜層，該p型NiO薄膜層、i?Ga₂O₃薄膜層和n?Ga₂O₃外延層構(gòu)成p?i?n結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提高了器件的性能和可靠性，可用于制備擊穿電壓高的增強(qiáng)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，可用于制備高耐壓的增強(qiáng)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(kāi)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，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)值約為Si的150倍，約為4H-SiC的3倍、GaN的1.5倍。Ga₂O₃材料的導(dǎo)通電阻理論值很低，則在相同條件下的單極器件，其導(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n型氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的水平結(jié)構(gòu)主要以圖1所示結(jié)構(gòu)為主，其包括襯底層、n-Ga₂O₃層、源電極、漏電極、介質(zhì)層和柵電極。通常情況下，襯底層采用SiO₂、藍(lán)寶石絕緣襯底或摻雜Fe、Mg的半絕緣Ga₂O₃層；n-Ga₂O₃層為摻雜Si或Sn的溝道層，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；源電極采用金屬Ti/Au或Ti/Al/Au或Ti/Al/Ni/Au；介質(zhì)層采用Al₂O₃或HfO；柵電極采用金屬Ni/Au。圖1所示水平結(jié)構(gòu)的氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管雖然材料的理想擊穿電壓很大，但實(shí)際制備的器件的擊穿電壓遠(yuǎn)低于理想值，且泄漏電流較大；此外，還需要施加一定的負(fù)柵壓才能實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，即在柵壓零偏置狀態(tài)時(shí)，器件處于未關(guān)斷狀態(tài)，因而降低了器件的可靠性，增大了器件的靜態(tài)功耗，限制了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對(duì)上述n型氧化鎵器件的不足，提出一種基于p-i-n結(jié)構(gòu)的柵控氧化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，以通過(guò)使用其它p型材料來(lái)與i-Ga₂O₃和n-Ga₂O₃構(gòu)建p-i-n結(jié)，提高器件的擊穿電壓，并通過(guò)在柵端引入p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)，顯著降低器件的靜態(tài)損耗，實(shí)現(xiàn)性能好和可靠性高的增強(qiáng)型氧化鎵器件。