本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET及其制備方法。

背景技術(shù)：

MOS器件，即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，自問世起其結(jié)構(gòu)、性能就完全不同于早先的雙極型集成電路，MOS集成電路具有輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小、集成度大等優(yōu)點，因而成為超大規(guī)模集成電路時代的主流。MOS器件根據(jù)襯底的不同，導(dǎo)電溝道的不同，分為NMOS、PMOS、CMOS，其中采用P型襯底形成N型溝道的MOS器件為NMOS。

NMOS在Vgs大于定值后導(dǎo)通，該器件電流傳輸所依靠的載流子是電子，故適合源極接地的情況，其特點是柵極高電平導(dǎo)通，低電平斷開，可用來控制與地間的驅(qū)動，相比PMOS導(dǎo)通電阻小，發(fā)熱小。

目前第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料Ga₂O₃材料的MOSFET作為半導(dǎo)體集成電路功率器件及光電器件的新興研究方向，但由于β-Ga₂O₃襯底應(yīng)用于高速器件時存在電子傳輸速率不足、熱導(dǎo)率相較其他寬禁帶材料不高等缺點，此外金屬柵/高k柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于Ga₂O₃襯底時出現(xiàn)較嚴(yán)重的費米釘扎效應(yīng)，極大影響Ga₂O₃NMOSFET的器件性能。

因此，如何制作出高性能的基于Ga₂O₃材料的NMOSFET就變得極其重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET及其制備方法。

本發(fā)明的一個實施例提供了一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法，包括：

步驟1、選取半絕緣襯底，并在所述半絕緣襯底表面采用分子束外延法生長P型β-Ga₂O₃層，并通過干法刻蝕形成P型β-Ga₂O₃臺面；

步驟2、在所述β-Ga₂O₃臺面表面兩側(cè)采用離子注入工藝形成源區(qū)和漏區(qū)；

步驟3、采用第一掩膜版，在所述源區(qū)和漏區(qū)側(cè)的斜面上分別生長源電極和漏電極；

步驟4、采用第二掩膜版，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面利用磁控濺射工藝在所述源區(qū)側(cè)濺射形成第一柵介質(zhì)層；

步驟5、采用第三掩膜版，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面利用磁控濺射工藝在所述漏區(qū)側(cè)濺射形成第二柵介質(zhì)層；

步驟6、在所述復(fù)合雙柵介質(zhì)層表面形成蓋帽層；

步驟7、采用第四掩膜版，在所述蓋帽層表面形成柵電極，最終形成所述NMOSFET。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述β-Ga₂O₃臺面表面兩側(cè)采用離子注入工藝形成源區(qū)和漏區(qū)，包括：

在所述β-Ga₂O₃臺面表面相對的兩側(cè)位置處采用離子注入工藝形成源漏輕摻雜區(qū)；

在所述源漏輕摻雜區(qū)的邊緣處采用離子注入工藝形成源漏重?fù)诫s區(qū)。

在本發(fā)明的一個實施例中，采用第二掩膜版，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面利用磁控濺射工藝在所述源區(qū)側(cè)濺射形成第一柵介質(zhì)層，包括：

采用所述第二掩膜版，選用Al材料作為濺射靶材，以氬氣和氧氣作為濺射氣體通入濺射腔，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面靠近所述源區(qū)側(cè)濺射Al₂O₃材料以形成所述第一柵介質(zhì)層。

在本發(fā)明的一個實施例中，采用第三掩膜版，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面利用磁控濺射工藝在所述漏區(qū)側(cè)濺射形成第二柵介質(zhì)層，包括：

采用所述第三掩膜版，選用Y₂O₃材料作為濺射靶材，以氬氣和氧氣作為濺射氣體通入濺射腔，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面靠近所述漏區(qū)側(cè)濺射Y₂O₃材料形成所述第二柵介質(zhì)層。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述復(fù)合雙柵介質(zhì)層表面形成蓋帽層，包括：

利用ALD工藝，在所述復(fù)合雙柵介質(zhì)層表面以La源和等離子氧作為前驅(qū)氣體形成所述蓋帽層。

本發(fā)明的另一個實施例提供了一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET，其中，所述NMOSFET由上述實施例中任一所述的方法制備形成。

本發(fā)明的又一個實施例提供了一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法，包括：

步驟1、在SiC或藍(lán)寶石的P型襯底上采用分子束外延法生長P型β-Ga₂O₃層，并通過干法刻蝕工藝形成P型β-Ga₂O₃臺面以制備出NMOSFET的有源區(qū)；

步驟2、在所述β-Ga₂O₃臺面表面兩側(cè)采用離子注入工藝形成源區(qū)和漏區(qū)；

步驟3、在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面形成蓋帽層；

步驟4、在所述蓋帽層表面在靠近所述源區(qū)側(cè)形成第一柵介質(zhì)層且在靠近所述漏區(qū)側(cè)形成第二柵介質(zhì)層以形成復(fù)合雙柵介質(zhì)層；

步驟5、在所述復(fù)合雙柵介質(zhì)層表面形成柵電極，最終形成所述NMOSFET。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述β-Ga₂O₃臺面表面兩側(cè)采用離子注入工藝形成源區(qū)和漏區(qū)之后，還包括：

在所述源區(qū)和所述漏區(qū)表面分別生長源電極和漏電極。

本發(fā)明的再一個實施例提供了一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET，其中，所述NMOSFET由上述實施例中任一所述的方法制備形成。

本發(fā)明實施例的復(fù)合雙柵高速NMOSFET，相對于現(xiàn)有技術(shù)至少具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的NMOSFET采用兩種不同介電常數(shù)的材料作為復(fù)合型柵氧化層傳輸電子阻擋空穴，從而有效提高了電子沿溝道方向的傳輸速率，進(jìn)一步有效降低短溝道效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)，增大擊穿電壓，克服了傳統(tǒng)雙柵結(jié)構(gòu)中電子傳輸速率不夠高的缺點，通過選擇不同組合的兩種材料作為柵介質(zhì)層可調(diào)節(jié)閾值電壓，進(jìn)一步發(fā)揮了雙柵結(jié)構(gòu)本有的高跨導(dǎo)、高載流子遷移率、良好的亞閾值斜率特性的優(yōu)點。

2、本發(fā)明的NMOSFET在柵氧化層與金屬柵電極之間引入一層較薄的蓋帽層，或者在Ga₂O₃襯底與柵氧化層之間引入一層較薄的蓋帽層，通過后續(xù)的高溫工藝為柵氧化層/Ga₂O₃界面處提供Mg、La、Dy、Al、Ba、Cs等元素形成偶極子層，實現(xiàn)帶邊功函數(shù)的調(diào)節(jié)，通過改變蓋帽層厚度及退火條件進(jìn)一步更好地實現(xiàn)閾值的調(diào)節(jié)，可以避免多層金屬柵電極的疊層效應(yīng)，并且有效緩解金屬柵與高k柵介質(zhì)間比較嚴(yán)重的費米釘扎效應(yīng)，進(jìn)一步提高器件的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第一截面示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第二截面示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第三截面示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的俯視示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法流程示意圖；

圖6a-圖6l為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第一截面示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第二截面示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第三截面示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的俯視示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法流程示意圖；

圖12a-圖12k為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法示意圖；

圖13a-圖13b為本發(fā)明實施例提供的一種第一掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14a-圖14b為本發(fā)明實施例提供的一種第二掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15a-圖15b為本發(fā)明實施例提供的一種第三掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖16a-圖16b為本發(fā)明實施例提供的一種第四掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例一

請參見圖1、圖2、圖3及圖4，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第一截面示意圖(沿XY軸形成的平面截取)；圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第二截面示意圖(沿ZY軸形成的平面截取，觀看角度為：漏電極→源電極的方向)；圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第三截面示意圖(沿ZY軸形成的平面截取，觀看角度為：源電極→漏電極的方向)；圖4為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的俯視示意圖。該帽層復(fù)合雙柵NMOSFET包括氧化鎵臺面1、由靠近源端區(qū)域柵氧化層2和靠近漏端區(qū)域柵氧化層3組成的復(fù)合型柵介質(zhì)層、蓋帽層4、雙金屬柵電極9、源漏輕摻雜區(qū)7、8、源漏重?fù)诫s區(qū)11、12、源漏電極5、6和半絕緣襯底10組成。

所述襯底為P型的半絕緣襯底SiC或藍(lán)寶石，所述氧化鎵臺面為無摻雜或摻雜Cu、Al等元素的P型β-Ga₂O₃(-201)、P型β-Ga₂O₃(010)或P型β-Ga₂O₃(001)材料，厚度20-35nm，摻雜濃度10¹⁷cm^-3量級；所述柵介質(zhì)層靠近漏端區(qū)域為TiO₂或Y₂O₃或HfO₂材料；所述柵介質(zhì)層靠近源端區(qū)域為Al₂O₃或SiO₂或Si₃N₄材料；所述蓋帽層為MgO或La₂O₃或Dy₂O₃等包含IIA、IIIB組元素的材料；所述雙柵電極為Au、Al、Ti、Sn、Ge、In、Ni、Co、Pt、W、Mo、Cr、Cu、Pb等金屬材料、包含這些金屬中2種以上合金或ITO等導(dǎo)電性化合物形成。另外，可以具有由不同的2種以上金屬構(gòu)成的2層結(jié)構(gòu)，例如Al/Ti。所述源漏重?fù)诫s區(qū)摻雜元素可為Sn、Si或Al；所述源漏電極為Au、Al、Ti、Sn、Ge、In、Ni、Co、Pt、W、Mo、Cr、Cu、Pb等金屬材料、包含這些金屬中2種以上合金或ITO等導(dǎo)電性化合物形成。另外，可以具有由不同的2種及以上金屬構(gòu)成的2層結(jié)構(gòu)，例如Al/Ti。

請參見圖5，圖5為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法流程示意圖。該方法包括如下步驟：

步驟1、選取襯底SiC或藍(lán)寶石襯底，在P型半絕緣襯底SiC或藍(lán)寶石上采用分子束外延法生長P型β-Ga₂O₃層，并通過干法刻蝕形成P型β-Ga₂O₃臺面以制備出NMOSFET的有源區(qū)；

步驟2、在所述有源區(qū)表面兩側(cè)采用離子注入工藝形成源區(qū)和漏區(qū)；

步驟3、采用第一掩膜版，在所述β-Ga₂O₃臺面?zhèn)鹊男泵嫔戏謩e生長源電極和漏電極；

步驟4、采用第二掩膜版，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面利用磁控濺射工藝在靠近所述源區(qū)側(cè)濺射形成第一柵介質(zhì)層；

步驟5、采用第三掩膜版，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面利用磁控濺射工藝在靠近所述漏區(qū)側(cè)濺射形成第二柵介質(zhì)層以形成復(fù)合雙柵介質(zhì)層；

步驟6、在所述復(fù)合雙柵介質(zhì)層表面形成蓋帽層；

步驟7、采用第四掩膜版，在所述蓋帽層表面形成柵電極，最終形成所述NMOSFET。

對于步驟2，可以包括：

步驟21、在所述β-Ga₂O₃臺面表面相對的兩側(cè)位置處采用離子注入工藝形成源漏輕摻雜區(qū)；

步驟22、在所述源漏輕摻雜區(qū)的邊緣處采用離子注入工藝形成源漏重?fù)诫s區(qū)。

對于步驟4，可以包括：

采用所述第二掩膜版，選用Al材料作為濺射靶材，以氬氣和氧氣作為濺射氣體通入濺射腔，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面靠近所述源區(qū)側(cè)濺射形成Al₂O₃材料以形成所述第一柵介質(zhì)層。

對于步驟5，可以包括：

采用所述第三掩膜版，選用Y₂O₃材料作為濺射靶材，以氬氣和氧氣作為濺射氣體通入濺射腔，在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面靠近所述漏區(qū)側(cè)濺射Y₂O₃材料形成所述第二柵介質(zhì)層。

對于步驟7，可以包括：

利用ALD工藝，在所述復(fù)合雙柵介質(zhì)層表面以La源和等離子氧作為前驅(qū)氣體形成所述蓋帽層。

本發(fā)明實施例，通過采用兩種不同介電常數(shù)的材料作為復(fù)合型柵氧化層傳輸電子阻擋空穴，從而有效提高了電子沿溝道方向的傳輸速率，并在柵氧化層和金屬柵極之間采用較薄的蓋帽層，通過后續(xù)的高溫工藝在柵氧化層/Ga₂O₃界面處形成偶極子層，實現(xiàn)帶邊功函數(shù)的調(diào)節(jié)，且通過改變蓋帽層厚度及退火條件進(jìn)一步更好地實現(xiàn)閾值的調(diào)節(jié)，提高器件的可靠性。

實施例二

請一并參見圖6a-圖6l及圖13a-圖13b、圖14a-圖14b、圖15a-圖15b及圖16a-圖16b，圖6a-圖6l為本發(fā)明實施例提供的一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法示意圖，圖13a-圖13b為本發(fā)明實施例提供的一種第一掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14a-圖14b為本發(fā)明實施例提供的一種第二掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15a-圖15b為本發(fā)明實施例提供的一種第三掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖16a-圖16b為本發(fā)明實施例提供的一種第四掩膜版組的結(jié)構(gòu)示意圖。。本實施例在上述實施例的基礎(chǔ)上，對本發(fā)明的基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明如下：

步驟1：請參見圖6a，準(zhǔn)備P型SiC或藍(lán)寶石襯底1，厚度為350μm，對襯底進(jìn)行RCA清洗。

步驟2：請參見圖6b及圖6c，在步驟1所準(zhǔn)備的半絕緣襯底表面采用分子束外延生長β-Ga₂O₃層1厚度20-35nm摻雜濃度1×10¹⁷cm^-3，后通過干法刻蝕形成β-Ga₂O₃臺面1。

步驟3：請參見圖6d，在步驟2所準(zhǔn)備的β-Ga₂O₃臺面1兩側(cè)進(jìn)行離子注入，使兩側(cè)區(qū)域為源漏輕摻雜區(qū)7、8，摻雜濃度為1×10¹⁴～1×10¹⁶cm^-3，注入離子可為Sn、Si或Al。

請參見圖6e，在所述源漏輕摻雜區(qū)的邊緣處采用離子注入工藝形成源漏重?fù)诫s區(qū)11、12。該重?fù)诫s區(qū)的濃度例如為1×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3，注入離子可為Cu或N、Zn共摻雜。

步驟4：請參見圖6f及圖13a-圖13b，在步驟2所準(zhǔn)備的左右兩側(cè)重?fù)诫sβ-Ga₂O₃區(qū)上使用第一掩膜版，通過磁控濺射Au形成源漏電極5、6，并進(jìn)行退火形成歐姆接觸。其中，圖13a為漏電極的掩膜版，圖13b為源電極的掩膜版，由于整個襯底表面為臺狀結(jié)構(gòu)，所以防止掩膜版彎曲，在斜面部分采用如圖所示的小尺寸掩膜版，在未被掩膜版覆蓋的區(qū)域使用無塵紙貼敷。

濺射靶材選用質(zhì)量比純度>99.99％的金，以質(zhì)量百分比純度為99.999％的Ar作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前，用高純氬氣對磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4-1.3×10^-3Pa、氬氣流量為20-30cm³/秒、靶材基距為10cm和工作功率為20W-100W的條件下，制備源漏電極金，電極厚度為40nm-100nm。濺射完成后進(jìn)行快速熱退火，在氮氣或氬氣環(huán)境下，500℃退火3min。

源漏電極5、6的金屬可選Au、Al、Ti等不同元素及其組成的2層結(jié)構(gòu)，源漏電極可選用Al、Ti、Ni、Ag、Pt等金屬替代，但替換后需要更改磁控濺射各項工藝參數(shù)。其中Au、Ag、Pt化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；Al、Ti、Ni成本低。

步驟5：請參見圖6g及圖14a-圖14b，在步驟1所準(zhǔn)備的P型β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面使用第二掩膜版，通過磁控濺射靠近源端的Al₂O₃柵氧化層形成第一柵介質(zhì)層2。圖14a為其中一個斜面的掩膜版，圖14b為另一個斜面的掩膜版，臺狀結(jié)構(gòu)的頂部平面上同樣采用無塵紙?zhí)幚怼?/p>

濺射靶材選用質(zhì)量比純度>99.99％的鋁靶材，以質(zhì)量百分比純度為99.999％的氬氣和氧氣作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前用高純氬氣對磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4-1.3×10^-3Pa、氬氣和氧氣的流量為20-30cm³/秒、靶材基距為10cm和工作功率為250W-350W的條件下，制備靠近源端的Al₂O₃柵氧化層2，柵氧化層2厚度為5nm-15nm。

靠近源端的柵氧化層可選用SiO₂或Si₃N₄材料替代。但替代后提高電子傳輸速率的效果變差且磁控濺射得更換靶材并修改各項工藝參數(shù)。

步驟6：請參見圖6h及圖15a-圖15b，在步驟1所準(zhǔn)備的P型β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面使用第三掩膜版，通過磁控濺射靠近漏端的TiO₂柵氧化層作為第二柵介質(zhì)層3。圖15a為其中一個斜面的掩膜版，圖15b為另一個斜面的掩膜版，臺狀結(jié)構(gòu)的頂部平面上同樣采用無塵紙?zhí)幚怼?/p>

濺射靶材選用質(zhì)量比純度>99.99％的Y₂O₃陶瓷靶，以質(zhì)量百分比純度為99.999％的氧氣和氬氣作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前用高純氬氣對磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4-1.3×10^-3Pa、氧氣和氬氣流量為20-30cm³/秒、靶材基距為10cm和工作功率為40W-70W的條件下，制備靠近漏端的柵氧化層TiO₂，柵氧化層厚度與步驟3厚度一樣。

靠近源端的柵氧化層可選用TiO₂或HfO₂材料替代。但替代后提高電子傳輸速率的效果變差且磁控濺射得更換靶材并修改各項工藝參數(shù)。

步驟7：請參見圖6i、圖6j，在復(fù)合型柵氧化層上原子層沉積一層La₂O₃材料，形成蓋帽層4。

采用原子層沉積ALD工藝，在步驟6所得復(fù)合型柵氧化層上沉積，以La源和等離子氧為前驅(qū)體，制備蓋帽層，經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光使表面平滑，蓋帽層厚度為0.5-3nm。

蓋帽層可選用MgO或Dy₂O₃等包含IIA、IIIB族元素的材料，可采用MBE工藝實現(xiàn)，其對蓋帽層4的厚度控制相對比較精準(zhǔn)。當(dāng)然也可以采用磁控濺射、PVD、MOCVD等工藝實現(xiàn)，但是蓋帽層厚度不能精確控制。

步驟8：請參見圖6k、圖6l及圖16a-圖16b，使用第四掩膜版，在蓋帽層4上磁控濺射柵電極金材料9。圖16a為其中一個斜面的掩膜版，圖16b為另一個斜面的掩膜版，臺狀結(jié)構(gòu)的頂部平面上同樣采用無塵紙?zhí)幚怼?/p>

采用磁控濺射工藝在步驟6所得蓋帽層4上使用第四掩膜版，通過磁控濺射生長柵電極Au，濺射靶材選用質(zhì)量比純度>99.99％的金，以質(zhì)量百分比純度為99.999％的Ar作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前，用高純氬氣對磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4-1.3×10^-3Pa、氬氣流量為20-30cm³/秒、靶材基距為10cm和工作功率為20W-100W的條件下，制備柵電極金，電極厚度為40nm-100nm。

柵電極的金屬可選Au、Al、Ti等不同元素及其組成的2層結(jié)構(gòu)，柵電極可選用Al\Ti\Ni\Ag\Pt等金屬替代。其中Au\Ag\Pt化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；Al\Ti\Ni成本低。

實施例三

請參見圖7、圖8、圖9及圖10，圖7為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第一截面示意圖(沿XY軸形成的平面截取)；圖8為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第二截面示意圖(沿ZY軸形成的平面截取，觀看角度為：漏電極→源電極的方向)；圖9為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的第三截面示意圖(沿ZY軸形成的平面截取，觀看角度為：源電極→漏電極的方向)；圖10為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的俯視示意圖。該復(fù)合雙柵NNMOSFET包括：氧化鎵臺面1、由靠近源端區(qū)域柵氧化層2和靠近漏端區(qū)域柵氧化層3組成的復(fù)合型柵介質(zhì)層、蓋帽層4、雙金屬柵電極9、源漏重?fù)诫s區(qū)7、8、源漏重?fù)诫s區(qū)11、12、源漏電極5、6和襯底10組成。請各組成部分的具體描述與上述實施例一一致，此處不再贅述。

請參見圖11，圖11為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法流程示意圖。該制備方法包括如下步驟：

步驟1、選取襯底SiC或藍(lán)寶石襯底，在P型半絕緣襯底SiC或藍(lán)寶石上采用分子束外延法生長P型β-Ga₂O₃層，并通過干法刻蝕形成P型β-Ga₂O₃臺面以制備出NMOSFET的有源區(qū)；

步驟2、在所述β-Ga₂O₃臺面表面兩側(cè)采用離子注入工藝形成源區(qū)和漏區(qū)；

步驟3、在所述β-Ga₂O₃臺面另外兩側(cè)的斜面形成蓋帽層；

步驟4、在所述蓋帽層表面在靠近所述源區(qū)側(cè)形成第一柵介質(zhì)層且在靠近所述漏區(qū)側(cè)形成第二柵介質(zhì)層以形成復(fù)合雙柵介質(zhì)層；

步驟5、在所述復(fù)合雙柵介質(zhì)層表面形成柵電極，最終形成所述NMOSFET。

其中，在步驟2之后，還可以包括：

在所述β-Ga₂O₃臺面表面靠近所述源區(qū)的側(cè)面生長源電極且在靠近所述漏區(qū)的側(cè)面生長漏電極。

其中，步驟4可以包括：

步驟41、采用第二掩膜版，在所述蓋帽層表面利用磁控濺射工藝在靠近所述源區(qū)側(cè)濺射形成第一柵介質(zhì)層；

步驟42、采用第三掩膜版，在所述蓋帽層表面利用磁控濺射工藝在靠近所述漏區(qū)側(cè)濺射形成第二柵介質(zhì)層以形成復(fù)合雙柵介質(zhì)層。

本發(fā)明實施例，通過采用兩種不同介電常數(shù)的材料作為復(fù)合型柵氧化層傳輸電子阻擋空穴，從而有效提高了電子沿溝道方向的傳輸速率，并在Ga₂O₃襯底和柵氧化層之間采用較薄的蓋帽層，通過后續(xù)的高溫工藝在柵氧化層/Ga₂O₃界面處形成偶極子層，實現(xiàn)帶邊功函數(shù)的調(diào)節(jié)，且通過改變蓋帽層厚度及退火條件進(jìn)一步更好地實現(xiàn)閾值的調(diào)節(jié)并且提高電子傳輸速率，提高器件的可靠性。

實施例四

請一并參見圖12a-圖12k及圖13a-圖13b、圖14a-圖14b、圖15a-圖15b及圖16a-圖16b，圖12a-圖12k為本發(fā)明實施例提供的另一種基于Ga₂O₃材料的帽層復(fù)合雙柵NMOSFET的制備方法示意圖本實施例在上述實施例三的基礎(chǔ)上對本發(fā)明的制備進(jìn)行詳細(xì)說明入下：

步驟1：請參見圖12a，準(zhǔn)備P型藍(lán)寶石或SiC襯底1，厚度為350μm，對襯底進(jìn)行RCA清洗。本步驟與實施例二對應(yīng)的步驟1類似，此處不再贅述。

步驟2：請參見圖12b及圖12c，在步驟1所準(zhǔn)備的半絕緣襯底表面采用分子束外延生長β-Ga₂O₃層1厚度20-35nm摻雜濃度1×10¹⁷cm^-3，后通過干法刻蝕形成β-Ga₂O₃臺面1。

步驟3：請參見圖12d、圖12e，在步驟2所準(zhǔn)備的P型β-Ga₂O₃臺面1表面兩側(cè)進(jìn)行離子注入，摻雜使兩側(cè)區(qū)域為源漏輕摻雜區(qū)7、8，摻雜濃度為1×10¹⁴～1×10¹⁶cm^-3，注入離子可為Sn、Si或Al。

在所述源漏輕摻雜區(qū)的邊緣處采用離子注入工藝形成源漏重?fù)诫s11、12。該重?fù)诫s區(qū)的濃度例如為1×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3，注入離子可為Sn、Si或Al。

步驟4：請參見圖12f及圖13a-圖13b，在步驟3所準(zhǔn)備的左右兩側(cè)重?fù)诫sβ-Ga₂O₃區(qū)上使用第一掩膜版，通過磁控濺射Au源漏電極5、6，并進(jìn)行退火形成歐姆接觸。本步驟與實施例二對應(yīng)的步驟4類似，此處不再贅述。

步驟5：請參見圖12g，在步驟2所準(zhǔn)備的β-Ga₂O₃臺面1另外兩側(cè)的斜面原子層沉積一層La₂O₃材料，后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，形成蓋帽層4。

采用原子層沉積ALD工藝，以La源和等離子氧為前驅(qū)體，制備蓋帽層4，經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光使表面平滑，蓋帽層厚度為0.5-2nm。本步驟與實施例二對應(yīng)的步驟7類似，此處不再贅述。

步驟6：請參見圖12i及圖14a-圖14b，在步驟4所制備的蓋帽層4上使用第二掩膜版，通過磁控濺射靠近源端的Al₂O₃柵氧化層作為第一柵介質(zhì)層2。本步驟與實施例二對應(yīng)的步驟5類似，此處不再贅述。

步驟7：請參見圖12h及圖15a-圖15b，在步驟4所制備的蓋帽層上使用第三掩膜版，通過磁控濺射靠近漏端的TiO₂柵氧化層作為第二柵介質(zhì)層3，生長后通過化學(xué)機(jī)械拋光使表面平滑。本步驟與實施例二對應(yīng)的步驟6類似，此處不再贅述。

步驟8：請參見圖12j及圖16a-圖16b，使用第四掩膜版，在復(fù)合型柵氧化層上磁控濺射金材料形成柵電極9。本步驟與實施例二對8應(yīng)的步驟7類似，此處不再贅述。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。