專利名稱：金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管及制備法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用自氧化方法制備的金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管及其制備方法，在通過表面氫化形成導(dǎo)電溝道的金剛石材料上結(jié)合多層復(fù)合薄層金屬自氧化薄膜方法實(shí)現(xiàn)高性能金屬-絕緣體-半導(dǎo)體晶體管器件的制備方法，屬于半導(dǎo)體器件制備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金剛石和石墨一樣由碳元素構(gòu)成，但金剛石卻和石墨有很大的差別。金剛石是世界上最硬的材料，在機(jī)械切割、鉆探等領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。同時，金剛石還是一種非常優(yōu)秀的半導(dǎo)體材料，具有寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場、低的介電常數(shù)以及高的載流子遷移率等特性。金剛石材料的禁帶寬度(5. 5 eV)幾乎是Si材料的5倍，臨界擊穿場強(qiáng)是 GaN材料的3倍多。因此采用金剛石材料制備的半導(dǎo)體器件可以獲得比GaN器件更高的耐壓。而且金剛石材料的熱導(dǎo)率(20 W/cm*K)比散熱性能好的SiC材料還要高4倍。高的熱導(dǎo)率可以有效提高器件的散熱效率，降低器件性能受到熱效應(yīng)的影響，是研制大功率器件的關(guān)鍵。同時，金剛石半導(dǎo)體材料還具有高的載流子遷移率，其空穴遷移率高于3000 cm2/Vs，而電子的遷移率更是高于4000 cm2/Vs0這使金剛石材料在高頻微波功率器件研究方面也具有極大的優(yōu)勢。目前，金剛石材料是研制大功率器件以及高頻微波功率器件的最理想半導(dǎo)體材料。然而，由于金剛石通常需要通過高溫高壓的方法才能合成，往往合成出來的材料尺寸都非常小，通常不會超過lcm。因此，限制了金剛石半導(dǎo)體器件研究的進(jìn)展。同時，由于金剛石具有寬的禁帶寬度，穩(wěn)定有效的摻雜一直困擾著金剛石半導(dǎo)體器件的發(fā)展。半導(dǎo)體材料和金屬及絕緣體的顯著差異就是半導(dǎo)體材料可以通過摻雜來有效控制材料內(nèi)部電阻率的變化，結(jié)合肖特基結(jié)、Pn結(jié)等來實(shí)現(xiàn)器件電流的控制。目前，金剛石材料可以通過摻硼、磷和硫的方式來實(shí)現(xiàn)摻雜。采用硼可以實(shí)現(xiàn)P型摻雜，而采用磷和硫可以實(shí)現(xiàn)η型摻雜。由于金剛石是寬帶隙半導(dǎo)體材料，采用硼、磷和硫來實(shí)現(xiàn)摻雜都面臨高激活能的問題(硼O. 37eV，磷O. 5eV，硫O. 4-0. 6eV)。高的激活能意味著雜質(zhì)的離化效率很難提高，因此，采用硼、磷和硫來實(shí)現(xiàn)摻雜的方法難在室溫下獲得高的載流子濃度。為了解決這個問題，目前很多研究者開發(fā)了 S摻雜的方法。通過在一個很薄的層里摻入大量的雜質(zhì)來實(shí)現(xiàn)高濃度的摻雜。但這種摻雜方法，摻雜濃度的控制以及材料中載流子的遷移率都會受到影響。采用表面氫化的方法可以不通過摻雜即可提高金剛石材料的載流子濃度，而且獲得薄層空穴的濃度可以達(dá)到IO13 cm—2，在120 K-400 K溫度范圍下可以保持穩(wěn)定。表面氫化的方法，利用氫原子有效鈍化了金剛石材料表面的懸掛鍵，可以獲得低的表面態(tài)密度(小于10ncnT2)?；诒砻鏆浠饎偸牧涎兄频慕饎偸瘓鲂?yīng)晶體管通常采用肖特基勢壘結(jié)構(gòu)。然而，采用這種結(jié)構(gòu)會存在較大的柵漏電，不利于金剛石晶體管在微波的應(yīng)用。采用金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)可以有效抑制器件的柵漏電，提高器件柵壓調(diào)控范圍。目前研制中通常采用Si0x、Al203、CaF2以及BaF2等。然而，這些材料的相對介電常數(shù)都不是很高，因此，所用的材料厚度都不能很厚。如果介質(zhì)過厚將會影響柵對溝道的控制能力，從而影響器件的跨導(dǎo)特性。結(jié)合氫表面處理金剛石材料，本項(xiàng)發(fā)明采用自氧化高/低介質(zhì)復(fù)合薄膜制備方法，開發(fā)了一套新的可實(shí)現(xiàn)低柵漏電金剛石MIS結(jié)構(gòu)微波場效應(yīng)晶體管器件制備的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是一種用自氧化方法制備的金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管及其制備方法，采用表面氫化方法在金剛石表面引入導(dǎo)電層，采用蒸發(fā)氧化金屬形成介質(zhì)材料，最大程度上保護(hù)了金剛石材料表面氫化后形成的表面導(dǎo)電層。在介質(zhì)薄膜中引入具有高介電常數(shù)的TiO2材料，利用TiO2材料高介電常數(shù)的特性，提高復(fù)合薄膜整體的介電常數(shù)，減弱介質(zhì)層厚度對器件跨導(dǎo)特性的影響。通過Al2OZTiO2復(fù)合薄膜的引入，有效抑制器件的柵漏電，提高器件柵控制能力，從而實(shí)現(xiàn)高性能金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的制備。本發(fā)明的技術(shù)解決方案金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管，其結(jié)構(gòu)包括金剛石、金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道、Au, Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜和柵金屬,其中金剛石上是金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道，在金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道上 是兩個呈對稱狀的Au,兩個呈對稱狀的Au間是Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜，Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜上是柵金屬。一種用自氧化方法制備金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征是包括如下工藝步驟
一、將潔凈的非故意摻雜金剛石單晶材料放入MPCVD設(shè)備，在500°C-700°C的高溫下氫氣氛保護(hù)下進(jìn)行表面氫化處理；
二、在表面氫化處理的金剛石材料上利用常規(guī)半導(dǎo)體工藝，通過甩正膠、曝光、顯影獲得歐姆電極圖形，使用電子束蒸發(fā)Au，利用正膠剝離技術(shù)獲得歐姆接觸金屬；
三、通過甩正膠、曝光、顯影獲得隔離圖形，使用氧等離子體處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)器件隔離，用丙酮/乙醇去除光刻膠掩膜；
四、使用常規(guī)光刻技術(shù)，通過甩正膠、曝光、顯影獲得柵圖形；
五、通過電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)薄層Al金屬，然后在氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，然后再蒸發(fā)Ti金屬，然后在氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，通過多次反復(fù)這一過程獲得高質(zhì)量Al203/Ti02多層復(fù)合氧化薄膜；
六、利用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)柵金屬，并通過正膠剝離技術(shù)獲得金屬柵；七、使用常規(guī)光刻技術(shù)，通過甩正膠、曝光、顯影獲得測試壓塊圖形，通過蒸發(fā)剝離Au金屬實(shí)現(xiàn)電極測試區(qū)域金屬加厚。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)I)滿足低柵漏電、高跨導(dǎo)金剛石微波功率器件研制的要求；
2)薄層Al及Ti自氧化形成Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜的方法不僅可以有效保護(hù)金剛石材料表面的導(dǎo)電溝道層，還將起到降低柵漏電的作用；3)采用具有高介電常數(shù)的TiO2材料降低了介質(zhì)厚度對器件跨導(dǎo)特性以及頻率特性的影響；4)利用剝離方法實(shí)現(xiàn)柵下介質(zhì)的方法，將介質(zhì)材料，包括高介電材料限制在柵以下區(qū)域，降低了柵側(cè)介質(zhì)形成的寄生電容對器件頻率性能的影響；5)實(shí)現(xiàn)的MIS結(jié)構(gòu)金剛石場效應(yīng)晶體管可獲得低柵漏電，高柵工作電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件剖面結(jié)構(gòu)圖。圖2-1是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中獲得表面導(dǎo)電溝道的示意圖。圖2-2是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中利用正膠剝離技術(shù)獲得歐姆接觸金屬的示意圖。圖2-3是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中采用功率50W-100W的氧等離子體的示意圖。圖2-4是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中用丙酮/乙醇去除光刻膠掩膜，完成器件隔離的示意圖。 圖2-5是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中使用常規(guī)光刻技術(shù)，通過甩正膠、曝光、顯影獲得柵圖形的示意圖。圖2-6是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中獲得高質(zhì)量Al2O3/TiO2多層復(fù)合氧化薄膜的示意圖。圖2-7是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中利用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)柵金屬的示意圖。圖2-8是金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程中通過正膠剝離技術(shù)獲得柵金屬的示意圖。圖3是實(shí)施例I制備好的金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件柵電壓-柵電流特性測試的結(jié)果圖。圖4是實(shí)施例I制備好的金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件轉(zhuǎn)移特性測試的結(jié)果圖。圖5是實(shí)施例I制備好金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件頻率特性測試的結(jié)果圖。圖中的I是金剛石，2是金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道，3是Au，4是Al2O3/TiO2復(fù)合介質(zhì)薄膜，5是柵金屬，6是光刻膠，7是氧等離子體。
具體實(shí)施例方式對照圖1，采用自氧化方法制備的金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件，其結(jié)構(gòu)包括金剛石I、金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道2、Au，Al2O3AiO2復(fù)合介質(zhì)薄膜4和柵金屬5，其中金剛石I上是金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道2，在金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道2上是兩個呈對稱狀的Au，兩個呈對稱狀的Au間是Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜4，Al2O3AiO2復(fù)合介質(zhì)薄膜4上是柵金屬5。所述的金剛石I為非故意摻雜單晶金剛石襯底材料，方阻大于10 ΜΩ/sq ；
所述的金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道2為通過表面氫化后在金剛石表面形成的
空穴導(dǎo)電溝道層；
所述的Au為器件歐姆接觸，采用具有高功函數(shù)的Au作為歐姆接觸金屬，用來作為金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的源和漏電極；
所述的Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜4為采用交替蒸發(fā)薄層Al及Ti，通過自氧化方法形成的Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜，作為金剛石MIS結(jié)構(gòu)器件中柵下的絕緣層，用來降低器件柵漏電，提聞棚的控制能力；
所述的柵金屬5為金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的柵，用來控制器件的溝道電流。對照圖2-廣圖2-8，金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件制備的工藝流程為
1)將潔凈的非故意摻雜金剛石單晶材料放入微波化學(xué)氣相沉積(MPCVD)設(shè)備，設(shè)備中離化源是2. 45GHz, 1.2 kW，在500°C _700°C范圍內(nèi)，純氫氣保護(hù)下，進(jìn)行30分鐘到I小時的表面氫化處理，獲得表面導(dǎo)電溝道，如圖2-1中的金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道2 ；
2)利用常規(guī)半導(dǎo)體工藝，通過甩正膠、曝光、顯影在樣品上獲得歐姆電極圖形，使用電子束蒸發(fā)Au，Au厚度大于50nm，利用正膠剝離技術(shù)獲得歐姆接觸金屬，如圖2_2中的Au ;
3)通過甩正膠、曝光、顯影獲得隔離圖形，如圖2-3中的光刻膠6，采用功率50W-100W的氧等離子體，如圖2-3中的氧等離子體7，對表面處理，時間不低于2min，用丙酮/乙醇去 除光刻膠掩膜，完成器件隔離，如圖2-4 ；
4)使用常規(guī)光刻技術(shù)，通過甩正膠、曝光、顯影獲得柵圖形，如圖2-5；
5)通過電子束蒸發(fā)設(shè)備先蒸發(fā)一層薄Al金屬，再在氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，然后再蒸發(fā)一層薄Ti金屬，然后在氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，每次單獨(dú)蒸發(fā)Al和Ti的厚度控制在l_3nm，蒸發(fā)完成后立刻放到氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，氧化溫度不超過90°C，每次氧化時間大于I小時，循環(huán)3-4次后再單獨(dú)蒸發(fā)氧化2nm Ti金屬2_5次，總的蒸發(fā)金屬厚度控制在30nm以內(nèi)，通過多次反復(fù)這一過程獲得高質(zhì)量Al203/Ti02多層復(fù)合氧化薄膜，如圖2_6中的Al2O3AiO2復(fù)合介質(zhì)薄膜4 ；
6 )利用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)柵金屬，如圖2-7所示，并通過正膠剝離技術(shù)獲得柵金屬，如圖2-8中的柵金屬5 ；
7)使用常規(guī)光刻技術(shù)，通過甩正膠、曝光、顯影獲得測試壓塊圖形，通過蒸發(fā)剝離金屬Au實(shí)現(xiàn)電極測試區(qū)域金屬加厚；
實(shí)施例I)先將單晶金剛石襯底材料(5mmX5mmX0. 5mm)樣品進(jìn)行表面清潔,分別在丙酮和乙醇溶液中超聲清洗5分鐘，在去離子水中漂洗后氮?dú)獯蹈桑?br> 2)將樣品放入MPCVD設(shè)備，設(shè)備中離化源是2.45GHz, I. 2 kff,通過純氫氣進(jìn)行保護(hù)，在500°C或600°C或700°C下進(jìn)行40分鐘的表面氫化處理；
3)用AZ7908正型光刻膠作為掩膜，用旋轉(zhuǎn)涂覆的方法制備光刻膠層，勻膠轉(zhuǎn)數(shù)為5000rpm，勻膠時間為20秒，勻膠后在110°C熱板前烘150秒對光刻膠進(jìn)行固化；使用光刻機(jī)將所需掩膜圖形曝光，使用RZX-3038正膠顯影液顯影；顯影后在90°C烘箱堅(jiān)膜10分鐘；在電子束蒸發(fā)臺中淀積金屬Au,總厚度為120nm ;淀積完后在丙麗中浸泡4小時，然后在丙酮/乙醇中分別進(jìn)行3分鐘的超聲處理，使用去離子水清洗，N2吹干，獲得的金屬電極如圖2-2中的Au ;
4)用AZ7908正型光刻膠作為掩膜，勻膠轉(zhuǎn)數(shù)為5000rpm，勻膠時間為20秒，勻膠后在110°C熱板前烘150秒對光刻膠進(jìn)行固化；使用光刻機(jī)將所需掩膜圖形曝光，使用RZX-3038正膠顯影液顯影；顯影后在90°C烘箱堅(jiān)膜10分鐘；利用等離子體打膠機(jī)在純氧下用100 W功率打膠5分鐘，在丙酮/乙醇中分別進(jìn)行3分鐘的超聲處理，使用去離子水清洗，N2吹干；5)用AZ7908正型光刻膠作為掩模，勻膠轉(zhuǎn)數(shù)為5000rpm，勻膠時間為20秒，勻膠后在110°C熱板前烘150秒對光刻膠進(jìn)行固化；使用光刻機(jī)將所需掩膜圖形曝光，使用RZX-3038正膠顯影液顯影；顯影后在90°C烘箱堅(jiān)膜10分鐘，得到柵圖形掩模，如圖2-5 ；
6)通過電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)薄層2nm薄層Al金屬，然后放入22°C氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化2小時，再次蒸發(fā)2nm薄層Ti金屬，放入22°C氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化2小時，重復(fù)以上步驟3次，然后再按相同條件蒸發(fā)氧化2nm薄層Ti金屬兩次，最后獲得高質(zhì)量Al203/Ti02多層復(fù)合氧化薄膜，如圖2-6中的Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜4 ；
7)通過電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)200nm的Al金屬，然后將樣品放入丙酮溶液浸泡4小時，然后在丙酮/乙醇中分別進(jìn)行3分鐘的超聲處理，使用去離子水清洗，N2吹干，獲得的柵金屬電極如圖2-7中的柵金屬5 ； 8)用AZ7908正型光刻膠作為掩模，勻膠轉(zhuǎn)數(shù)為5000rpm，勻膠時間為20秒，勻膠后在110°C熱板前烘150秒對光刻膠進(jìn)行固化；使用光刻機(jī)將所需掩膜圖形曝光，使用RZX-3038正膠顯影液顯影；顯影后在90°C烘箱堅(jiān)膜10分鐘，得到測試電極圖形掩模；
9)通過電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)300nm的Au金屬，然后將樣品放入丙酮溶液浸泡4小時，然后在丙酮/乙醇中分別進(jìn)行3分鐘的超聲處理，使用去離子水清洗，N2吹干，完成對測試電極的金屬加厚。經(jīng)過以上步驟，獲得的I微米柵長金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件，在-3V到+3V柵壓范圍內(nèi)漏電低于O. 5pA，在-4V到+4V柵壓范圍內(nèi)漏電低于2pA，如圖3所示。器件在-5V漏壓下，-6V柵壓下漏電流達(dá)到80 mA/mm，在-3V柵壓下跨導(dǎo)達(dá)到了 22mS/mm,如圖4所示。器件的電流增益截止頻率達(dá)到了 2GHz以上，如圖5所示。
權(quán)利要求
1.金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管，其特征是包括金剛石、金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道、Au，Al2O3AiO2復(fù)合介質(zhì)薄膜和柵金屬，其中金剛石上是金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道，在金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道上是兩個呈對稱狀的Au，兩個呈對稱狀的Au間是Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜，Al2O3AiO2復(fù)合介質(zhì)薄膜上是柵金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件，其特征是所述的金剛石為非故意摻雜單晶金剛石襯底材料，方阻大于10 ΜΩ/sq。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件，其特征是所述的金剛石表面氫化后形成的導(dǎo)電溝道為通過表面氫化后在金剛石表面形成的空穴導(dǎo)電溝道層；所述的Au為器件歐姆接觸，采用具有高功函數(shù)的Au作為歐姆接觸金屬，用來作為金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的源和漏電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管器件，其特征是所述的Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜為采用交替蒸發(fā)薄層Al及Ti，通過自氧化方法形成的Al203/Ti02復(fù)合介質(zhì)薄膜，作為金剛石MIS結(jié)構(gòu)器件中柵下的絕緣層，用來降低器件柵漏電，提高柵的控制能力；所述的柵金屬為金剛石MIS結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的柵，用來控制器件的溝道電流。
5.一種采用自氧化方法制備金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟 一、將潔凈的非故意摻雜金剛石單晶材料放入微波化學(xué)氣相沉積MPCVD設(shè)備，在5000C -700°C下氫氣氛保護(hù)下進(jìn)行表面氫化處理，獲得表面導(dǎo)電溝道； 二、利用常規(guī)半導(dǎo)體工藝，通過甩正膠、曝光、顯影在步驟I)上得到的樣品上獲得歐姆電極圖形，使用電子束蒸發(fā)Au，利用正膠剝離技術(shù)獲得歐姆接觸金屬； 三、通過甩正膠、曝光、顯影獲得隔離圖形，使用氧等離子體處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)器件隔離，用丙酮/乙醇去除光刻膠掩膜； 四、使用常規(guī)光刻技術(shù)，通過甩正膠、曝光、顯影獲得柵圖形； 五、通過電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)薄層Al金屬，然后I)在氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，然后再蒸發(fā)Ti金屬，2)在氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，3)通過多次反復(fù)這一過程獲得高質(zhì)量Al2O3/TiO2多層復(fù)合氧化薄膜； 六、利用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)柵金屬，并通過正膠剝離技術(shù)獲得柵金屬； 七、使用常規(guī)光刻技術(shù)，通過甩正膠、曝光、顯影獲得測試壓塊圖形，通過蒸發(fā)剝離金屬Au實(shí)現(xiàn)電極測試區(qū)域金屬加厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用自氧化方法制備金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于所述的工藝步驟一中，所用金剛石材料為非故意摻雜單晶材料，方阻大于10 ΜΩ/sq，MPCVD設(shè)備中離化源是2. 45GHz，1.2 kW，氫化過程在5000C -700°C范圍內(nèi)，純氫氣保護(hù)下，進(jìn)行30分鐘到I小時的表面氫化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用自氧化方法制備金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于所述的工藝步驟二中Au的厚度大于50 nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用自氧化方法制備金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于所述的工藝步驟三中采用功率50W-100W的氧等離子體對表面處理，時間不低于2min。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用自氧化方法制備金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于所述的工藝步驟五中，每次單獨(dú)蒸發(fā)Al和Ti的厚度控制在l_3nm，蒸發(fā)完成后立刻放到氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)自然氧化，氧化溫度不超過90°C，每次氧化時間大于I小時，循環(huán)3-4次，然后再單獨(dú)蒸發(fā)氧化2nm的Ti金屬2_5次，總的蒸發(fā)金屬厚度控制在30nm以內(nèi)。
10.I根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用自氧化方法制備金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于所述的工藝步驟六中柵金屬采用高電阻率Al、Au、Ti/Au或Ti/Al金屬，金屬總厚度大于100 nm。
全文摘要
本發(fā)明是一種用自氧化方法制備的金剛石金屬-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管及制備法，其結(jié)構(gòu)是在金剛石上是金剛石表面氫化后形成導(dǎo)電溝道，在導(dǎo)電溝道上是兩個呈對稱狀的Au，兩個呈對稱狀的Au間是Al2O3/TiO2復(fù)合介質(zhì)薄膜，其上是柵金屬。其制備方法包括表面氫化處理、形成歐姆接觸、器件隔離、制備Al2O3/TiO2多層復(fù)合氧化薄膜，形成絕緣層，形成MIS結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)有效保護(hù)金剛石材料表面的導(dǎo)電溝道層，具有降低柵漏電作用；采用高介電常數(shù)的TiO2材料降低介質(zhì)厚度對器件跨導(dǎo)特性及頻率特性影響；用剝離方法實(shí)現(xiàn)柵下介質(zhì)的方法，降低柵側(cè)介質(zhì)形成的寄生電容對器件頻率性能的影響；獲得低柵漏電，高柵工作電壓范圍。
文檔編號H01L21/04GK102903756SQ20121032789
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者周建軍, 柏松, 孔岑, 陳堂勝 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所