[發(fā)明專利]一種具有對(duì)稱階梯氧埋層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管

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• 申請(qǐng)日: 2020-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN112436051A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱順威;賈護(hù)軍;董夢(mèng)宇;王笑偉;楊銀堂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/16;H01L29/78
• 代理公司: 西安中科匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61254
• 代理人: 汪重慶

本發(fā)明提供了一種具有對(duì)稱階梯氧埋層的4H?SiC金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管；包括：4H?SiC半絕緣襯底(1)、P型緩沖層(2)、第一對(duì)稱階梯氧埋層(3)和第二對(duì)稱階梯氧埋層(4)、N型溝道層(5)；本發(fā)明由于對(duì)稱階梯狀的氧埋層的存在，有效地避免了N型溝道層中電子向襯底泄露，提高了最大輸出電流密度；階梯狀的氧化層，會(huì)使電場(chǎng)峰從柵極靠近漏極處分散到右側(cè)階梯氧化層的端點(diǎn)上，從而減弱了電場(chǎng)的聚集，使擊穿電壓得到提高。兩個(gè)對(duì)稱階梯狀的氧埋層和的介電常數(shù)低于4H?SiC，有效地提高了截止頻率和最大輸出功率。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了兩個(gè)階梯氧化層的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到了使功率附加效率達(dá)到最高的階梯氧化層參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有對(duì)稱階梯氧埋層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)

如今，隨著器件尺寸的不斷減小，工藝難度顯著增加，功耗和非理想效應(yīng)均顯著。第一代半導(dǎo)體Si和其他材料的性能已接近其理論極限，而4H-SiC具有較寬的帶隙(3.26eV)、高導(dǎo)熱率(4.9W/(cm·K))、高擊穿電場(chǎng)(4MV/cm)、低介電常數(shù)(9.7)，高電子飽和漂移速度(2.7×10⁷cm/s)，并且與3C-SiC，6H-SiC，Si，GaAs相比具有優(yōu)越的性能。基于4H-SiC的優(yōu)異特性，4H-SiC金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(4H-SiC MESFET)將應(yīng)用于各種半導(dǎo)體領(lǐng)域。

但是，目前對(duì)4H-SiC MESFET的研究主要包括擊穿電壓、飽和漏極電流、電子飽和漂移速度、頻率特性等。有多種方法可以改善這些器件性能，例如使用雙凹柵，凹緩沖器和擴(kuò)散區(qū)，改變摻雜分布、絕緣體上硅(SOI)技術(shù)等，關(guān)于高效率4H-SiC MESFET器件的研究很少，研究多在于采用外圍電路對(duì)晶體管進(jìn)行調(diào)控與補(bǔ)償，并沒(méi)有從器件級(jí)的角度去設(shè)計(jì)提高器件的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種泄漏電流減小、耐壓增大、頻率特性得到提升的一種具有對(duì)稱階梯氧埋層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，從而提高器件功率附加效率。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種具有對(duì)稱階梯氧埋層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括：4H-SiC半絕緣襯底1、P型緩沖層2、第一對(duì)稱階梯氧埋層3和第二對(duì)稱階梯氧埋層4、N型溝道層5；由于第一對(duì)稱階梯狀的氧埋層3和第二對(duì)稱階梯狀的氧埋層4的存在，有效地避免了N型溝道層中電子向襯底泄露，提高了最大輸出電流密度；

所述N型溝道層5的上端面分別為源極帽層7和漏極帽層6；

所述源極帽層7的上端面設(shè)置源電極9，所述漏極帽層6上端面設(shè)置漏電極10；

所述N型溝道層5的上表面介于源極帽層7和漏極帽層6之間形成柵電極8；

所述第一對(duì)稱階梯氧埋層3和第二對(duì)稱階梯氧埋層4分別設(shè)置在所述N型溝道層5的內(nèi)側(cè)。

優(yōu)選地，所述第一對(duì)稱階梯氧埋層3為凸字型，其上半部分寬度和高度分別為0.2-0.3μm和0.05-0.08μm，下半部分寬度和高度分別為0.3-0.5μm和0.05-0.08μm。

優(yōu)選地，所述第二對(duì)稱階梯氧埋層4為凸字型，其上半部分寬度和高度分別為0.4-0.6μm和0.05-0.08μm，下半部分寬度和高度分別為0.8-1.0μm和0.05-0.08μm。

優(yōu)選地，所述第一對(duì)稱階梯氧埋層3的上半部分與所述N型溝道層5的左側(cè)邊緣的距離為0.65μm，所述第一對(duì)稱階梯氧埋層3的下半部分與所述N型溝道層5左側(cè)邊緣的距離為0.6μm。

優(yōu)選地，所述第二對(duì)稱階梯氧埋層4的上半部分與所述N型溝道層5的右側(cè)邊緣的距離為0.85μm，所述第二對(duì)稱階梯氧埋層4的下半部分與所述N型溝道層5的右側(cè)邊緣的距離為0.8μm。