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      一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法

      文檔序號:8544994閱讀:655來源:國知局
      一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      :
      [0001]本發(fā)明屬于場效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法。
      【背景技術(shù)】
      :
      [0002]SiC材料具有寬帶隙、高擊穿電場、高的飽和電子迀移速度、高熱導(dǎo)率等突出的材料和電學(xué)特性,使其在高頻高功率器件應(yīng)用中,尤其是高溫、高壓、航天、衛(wèi)星等嚴(yán)苛環(huán)境下的高頻高功率器件應(yīng)用中具有很大的潛力。在SiC同質(zhì)異形體中,六角密堆積的纖鋅礦結(jié)構(gòu)的4H-SiC的電子迀移率是6H-SiC的近三倍,因此4H-SiC材料在高頻高功率器件,尤其是金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)應(yīng)用中占有主要地位。
      [0003]目前,大多數(shù)文獻(xiàn)致力于雙凹陷4H-SiC MESFET結(jié)構(gòu)的研宄及在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。該結(jié)構(gòu)從下至上由4H-SiC半絕緣襯底、P型緩沖層、N型溝道層和N+帽層堆疊而成,以該堆疊層為基礎(chǔ),刻蝕N+帽層后形成凹陷的N型溝道層,柵的源側(cè)一半長度向N型溝道層內(nèi)凹陷形成凹柵結(jié)構(gòu),凹陷的N型溝道層可通過反應(yīng)離子刻蝕RIE技術(shù)完成。
      [0004]雖然上述雙凹陷結(jié)構(gòu)4H-SiC MESFET的擊穿電壓因柵的源側(cè)一半長度向N型溝道層內(nèi)凹陷而增加,但飽和漏電流卻沒有得到實(shí)質(zhì)性提升。并且在實(shí)際情況下,反應(yīng)離子刻蝕RIE的過程會在器件漂移區(qū)表面形成晶格損傷,導(dǎo)致N型溝道層中載流子有效迀移率下降,進(jìn)而降低漏極電流,在電流輸出特性上表現(xiàn)為飽和電流的退化。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      :
      [0005]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,旨在提供一種制作工藝簡單且能夠提高輸出電流和擊穿電壓,改善頻率特性的一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法。
      [0006]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法,按照以下步驟制備:
      [0007]步驟I)對4H_SiC半絕緣襯底進(jìn)行清洗,以去除襯底表面污物;
      [0008]步驟2)在4H-SiC半絕緣襯底上外延生長0.5 μ m厚的SiC層,同時經(jīng)乙硼烷B2H6原位摻雜,形成濃度為1.4X 115cnT3的P型緩沖層;
      [0009]步驟3)在P型緩沖層上外延生長0.4 μm-0.5 μπι厚的SiC層,同時經(jīng)N2原位摻雜,形成濃度為3X1017cm_3的N型溝道層;
      [0010]步驟4)在N型溝道層上外延生長0.2 μ??厚的SiC層,同時經(jīng)隊(duì)原位摻雜,形成濃度為1.0X 120cm-3的N +型帽層;
      [0011]步驟5)在N+型帽層上依次進(jìn)行光刻和隔離注入,形成隔離區(qū)和有源區(qū);
      [0012]步驟6)對有源區(qū)依次進(jìn)行源漏光刻、磁控濺射、金屬剝離和高溫合金,形成0.5 μ m長的源電極和漏電極;
      [0013]步驟7)對源電極和漏電極之間的N+型帽層進(jìn)行光亥I」、刻蝕,刻蝕厚度為0.15-0.25 μπι,刻蝕長度以源極帽層和漏極帽層內(nèi)側(cè)為起點(diǎn)分別為0.85 μπι和I μπι,形成具有長度為0.35 μ m、高度為0.15-0.25 μ m的高柵區(qū)域;
      [0014]步驟8)在溝道上方且靠近源極帽層一側(cè)的凹溝道進(jìn)行光刻、磁控濺射和金屬剝離,形成0.7 μ??長的柵電極;
      [0015]步驟9)對所形成的4H_SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管表面進(jìn)行鈍化、反刻,形成電極壓焊點(diǎn),完成器件的制作。
      [0016]進(jìn)一步地,所述步驟I)中的清洗過程為:
      [0017]a、用蘸有甲醇的棉球?qū)⒁r底仔細(xì)清洗兩、三次,以除去表面各種尺寸的SiC顆粒;
      [0018]b、將4H-SiC半絕緣襯底在H2SO4 = HNO3= 1:1中超聲5分鐘;
      [0019]c、將4H-SiC半絕緣襯底在1#清洗液中煮沸5分鐘,1#清洗液為NaOH:H2O2:H2O=1:2:5,然后去離子水沖洗5分鐘后再放入2#清洗液中煮沸5分鐘,2#清洗液為HCl:H202:H2O = 1:2:7,最后用去離子水沖洗干凈并用N2吹干備用。
      [0020]進(jìn)一步地,所述步驟2)中P型緩沖層制備過程為:將4H_SiC半絕緣襯底放入生長室中,然后向生長室中通入流量為20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和801/min的高純氫氣,同時通入2ml/min的B2H6,生長溫度為1550 °C,壓強(qiáng)為15Pa,持續(xù)6min,完成摻雜濃度和厚度分別為1.4X 115CnT3和0.5 ym的P型緩沖層制作。
      [0021]進(jìn)一步地,所述步驟3)中N型溝道層的制備過程為:將4H_SiC外延片放入生長室,向生長室中通入流量為20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和801/min的高純氫氣,同時通入2ml/min的N2,生長溫度為1550°C,壓強(qiáng)為15Pa,持續(xù)5min,完成摻雜濃度和厚度分別為3X 1017cm_3和0.4 μ m-0.5 μπι的N型溝道層制作。
      [0022]進(jìn)一步地,所述步驟4)中N+型帽層的制備過程為:將4H_SiC外延片放入生長室,向生長室中通入流量為20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和801/min的高純氫氣,同時通入20ml/min的N2,生長溫度為1550°C,壓強(qiáng)為15Pa,持續(xù)2min,制作摻雜濃度和厚度分別為 1.0X 102°cnT3和 0.2μπι 的 N+帽層。
      [0023]進(jìn)一步地,所述步驟5)中隔離區(qū)和有源區(qū)的制作過程:
      [0024]a、采用正性光刻膠,涂膠速度:3000R/min,膠厚> 2nm保證在后續(xù)隔離注入時能夠起到良好的阻擋作用;
      [0025]b、涂膠完成后在90°C烘箱中前烘90秒,采用隔離注入光刻板進(jìn)行約35秒紫外曝光后在專用顯影液中顯影60秒,露出4H-SiC,然后在100°C烘箱中后烘3分鐘,所述專用顯影液的配方比為四甲基氫氧化氨:水=1:3 ;
      [0026]C、進(jìn)行兩次硼離子注入,注入條件為130keV/6X 1012cnT2,50keV/2 X 1012cnT2,注入完成后用丙酮+超聲去膠,再用等離子去膠3分鐘,完成有源區(qū)以外的隔離注入;
      [0027]d、將上述4H_SiC外延片置于1600°C感應(yīng)加熱爐退火10分鐘激活雜質(zhì),Ar氣流量為 20ml/mino
      [0028]進(jìn)一步地,所述步驟6)中源電極和漏電極制備過程:
      [0029]a、光刻掩蔽膠采用PMMA+AZ1400雙層膠,要求膠厚> 1.2nm,片子處理干凈后先涂PMMA膠,速度為4000R/min,膠厚約0.5nm,然后在200°C烘箱中前烘120秒,取出后再涂AZ1400 膠厚約 0.8nm ;
      [0030]b、在90°C烘箱中前烘90秒,采用源漏光刻板進(jìn)行15秒紫外曝光后,用專用顯影液顯影50秒去掉AZ1400膠,然后對PMMA膠進(jìn)行泛曝光,再用甲苯顯影3分鐘,然后在100°C烘箱中后烘3分鐘,完成源漏區(qū)金屬化窗口,所述專用顯影液的配方比為四甲基氫氧化氨:水=1:3 ;
      [0031]C、采用多靶磁控濺射臺,依次室溫濺射厚度為150nm的N1、150nm的Ti和300nm的Au多層金屬作為源漏歐姆接觸金屬,其中工作真空2.5 X 10?, Ar流量40sCCm ;
      [0032]d、濺射完成后將片子放入150°C Buty專用剝離液中,待金屬脫落后再移入130°C Buty剝離液中,等溫度降到80°C以下時,再將片子移入丙酮中,取出片子并用氮?dú)獯蹈?,最后等離子去膠2分鐘;
      [0033]e、將片子放入快速合金爐內(nèi),在氮?dú)錃夥毡Wo(hù)下快速升溫到合金溫度合金10分鐘,形成源電極9和漏電極10。
      [0034]進(jìn)一步地,所述步驟7)中高柵區(qū)域的制備過程為:
      [0035]a、采用正性光刻膠,涂膠速度:3000R/min,膠厚> 2nm保證在后續(xù)刻蝕時膠的刻蝕掩蔽作用;
      [0036]b、涂膠完成后在90°C烘箱中前烘90秒,采用雙凹陷溝道光刻板進(jìn)行約35秒紫外曝光后在專用顯影液中顯影60秒,然后在100°C烘箱中后烘3分鐘,專用顯影液的配方比為四甲基氫氧化氨:水=1:3 ;
      [0037]c、采用ICP感應(yīng)耦合等離子體刻蝕系統(tǒng)進(jìn)行N+刻蝕,刻蝕條件為刻蝕功率375W、偏置功率60W、工作壓力9Pa,刻蝕氣體選擇流量為32sccm CFjP流量為8sccm Ar,刻蝕后形成長度為0.35 μ m、高度為0.15 μ m-0.25 μ m的高柵區(qū)域,刻蝕后用丙酮+超聲去除刻蝕掩蔽膠。
      [0038]進(jìn)一步地,所述步驟8)中柵電極的制備過程為:
      [0039]a、光刻掩蔽膠采用PMMA+AZ1400雙層膠,要求膠厚> 1.2nm。片子處理干凈后先涂PMMA膠,速度為4000R/min,膠厚
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