CN104867835A - 一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法 - Google Patents
一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于场效应晶体管技术领域，特别是公开一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法；解决了现有技术存在的问题，旨在提供一种制作工艺简单且能够提高输出电流和击穿电压，改善频率特性的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法；采用的技术方案为：对半绝缘衬底进行清洗；外延生长P型缓冲层；在P型缓冲层上外延生长N型沟道层；在N型沟道层上外延生长N+型帽层；制作隔离区和有源区；制作源电极和漏电极；对源电极和漏电极之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，形成的高栅区域；制作栅电极；制作电极压焊点，完成器件的制作。
Description
技术领域：
本发明属于场效应晶体管技术领域，特别是涉及一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法。
背景技术：
SiC材料具有宽带隙、高击穿电场、高的饱和电子迁移速度、高热导率等突出的材料和电学特性，使其在高频高功率器件应用中，尤其是高温、高压、航天、卫星等严苛环境下的高频高功率器件应用中具有很大的潜力。在SiC同质异形体中，六角密堆积的纤锌矿结构的4H-SiC的电子迁移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高频高功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)应用中占有主要地位。
目前，大多数文献致力于双凹陷4H-SiC MESFET结构的研究及在此结构的基础上进行改进。该结构从下至上由4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层堆叠而成，以该堆叠层为基础，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层，栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷形成凹栅结构，凹陷的N型沟道层可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。
虽然上述双凹陷结构4H-SiC MESFET的击穿电压因栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷而增加，但饱和漏电流却没有得到实质性提升。并且在实际情况下，反应离子刻蚀RIE的过程会在器件漂移区表面形成晶格损伤，导致N型沟道层中载流子有效迁移率下降，进而降低漏极电流，在电流输出特性上表现为饱和电流的退化。
发明内容：
本发明克服现有技术存在的不足，解决了现有技术存在的问题，旨在提供一种制作工艺简单且能够提高输出电流和击穿电压，改善频率特性的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，按照以下步骤制备：
步骤1)对4H-SiC半绝缘衬底进行清洗，以去除衬底表面污物；
步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底上外延生长0.5μm厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4×1015cm-3的P型缓冲层；
步骤3)在P型缓冲层上外延生长0.4μm-0.5μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm-3的N型沟道层；
步骤4)在N型沟道层上外延生长0.2μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为1.0×1020cm-3的N+型帽层；
步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区；
步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5μm长的源电极和漏电极；
步骤7)对源电极和漏电极之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.15-0.25μm，刻蚀长度以源极帽层和漏极帽层内侧为起点分别为0.85μm和1μm，形成具有长度为0.35μm、高度为0.15-0.25μm的高栅区域；
步骤8)在沟道上方且靠近源极帽层一侧的凹沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的栅电极；
步骤9)对所形成的4H-SiC金属半导体场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。
进一步地，所述步骤1)中的清洗过程为：
a、用蘸有甲醇的棉球将衬底仔细清洗两、三次，以除去表面各种尺寸的SiC颗粒；
b、将4H-SiC半绝缘衬底在H2SO4:HNO3＝1:1中超声5分钟；
c、将4H-SiC半绝缘衬底在1#清洗液中煮沸5分钟，1#清洗液为NaOH:H2O2:H2O＝1:2:5，然后去离子水冲洗5分钟后再放入2#清洗液中煮沸5分钟，2#清洗液为HCl:H2O2:H2O＝1:2:7，最后用去离子水冲洗干净并用N2吹干备用。
进一步地，所述步骤2)中P型缓冲层制备过程为：将4H-SiC半绝缘衬底放入生长室中，然后向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的B2H6，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续6min，完成掺杂浓度和厚度分别为1.4×1015cm-3和0.5μm的P型缓冲层制作。
进一步地，所述步骤3)中N型沟道层的制备过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续5min，完成掺杂浓度和厚度分别为3×1017cm-3和0.4μm-0.5μm的N型沟道层制作。
进一步地，所述步骤4)中N+型帽层的制备过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入20ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续2min，制作掺杂浓度和厚度分别为1.0×1020cm-3和0.2μm的N+帽层。
进一步地，所述步骤5)中隔离区和有源区的制作过程：
a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用隔离注入光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，露出4H-SiC，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、进行两次硼离子注入，注入条件为130keV/6×1012cm-2，50keV/2×1012cm-2，注入完成后用丙酮+超声去胶，再用等离子去胶3分钟，完成有源区以外的隔离注入；
d、将上述4H-SiC外延片置于1600℃感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min。
进一步地，所述步骤6)中源电极和漏电极制备过程：
a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2nm，片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；
b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用源漏光刻板进行15秒紫外曝光后，用专用显影液显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，完成源漏区金属化窗口，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用多靶磁控溅射台，依次室温溅射厚度为150nm的Ni、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5×10-3Pa，Ar流量40sccm；
d、溅射完成后将片子放入150℃Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130℃Buty剥离液中，等温度降到80℃以下时，再将片子移入丙酮中，取出片子并用氮气吹干，最后等离子去胶2分钟；
e、将片子放入快速合金炉内，在氮氢气氛保护下快速升温到合金温度合金10分钟，形成源电极9和漏电极10。
进一步地，所述步骤7)中高栅区域的制备过程为：
a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用双凹陷沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm CF4和流量为8sccm Ar，刻蚀后形成长度为0.35μm、高度为0.15μm-0.25μm的高栅区域，刻蚀后用丙酮+超声去除刻蚀掩蔽胶。
进一步地，所述步骤8)中栅电极的制备过程为：
a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2nm。片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；
b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用栅光刻板进行15秒紫外曝光后用专用显影液(四甲基氢氧化氨:水＝1:4)显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100℃烘箱中后烘3分钟；
c、采用多靶磁控溅射台，依次室温溅射厚度为150nm的Ni、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5×10-3Pa，Ar流量40sccm,溅射过程中将片子加热到150℃；
d、溅射完成后将片子放入150℃Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130℃Buty剥离液中，等温度降到80℃以下时，再将片子移入丙酮中，最后取出片子并用小流量氮气慢慢吹干，最后用等离子去胶3分钟，完成栅电极的制作。
进一步地，所述步骤9)中电极压焊点的制备过程：
a、在300℃下，向反应室中同时通入流量为300sccm的SiH4、323sccm的NH3和330sccm的N2，通过等离子体增强化学气相淀积工艺，在表面淀积0.5μm厚的Si3N4层作为钝化介质层；
b、钝化光刻采用正性光刻胶，涂胶速度3000R/mins，要求胶厚＞2nm，涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，然后采用反刻光刻板进行35秒紫外曝光，用专用显影液显影60秒，最后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、Si3N4刻蚀采用RIE工艺，刻蚀气体选择流量为50sccm CHF3和流量为5sccm Ar，完成后再进行3分钟等离子体去胶，露出金属，形成源、漏和栅电极压焊点，完成整个器件的制作。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明脱离传统的大规模制备工艺流程，仅采用光刻，同时结合传统的蒸镀、溅控溅射的方法，得到器件，整个工艺过程简单。另外本发明通过增加高栅区域，可以使漏极电流提高、击穿电压提高，改善频率特性。
附图说明：
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明
图1为宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的结构示意图。
图2为宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制作流程示意图。
图中：1为4H-SiC半绝缘衬底，2为P型缓冲层，3为N型沟道层，4为源极帽层，5为漏极帽层，6为源电极，7为漏电极，8为左侧沟道，9为右侧沟道，10为高栅区域，11为栅电极。
具体实施方式：
如图1所示，一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管，自上而下设置有4H-SiC半绝缘衬底1、P型缓冲层2、N型沟道层3，N型沟道层3的两侧分别设置有源极帽层4和漏极帽层5，所述源极帽层4和漏极帽层5的表面分别设置有源电极6和漏电极7，N型沟道层3中部且靠近源极帽层4的一侧设置有栅电极11，栅电极11在N型沟道层3两侧形成左侧沟道凹陷区8和右侧沟道凹陷区9，所述左侧沟道凹陷区8和右侧沟道凹陷区9的深度为0.15-0.25μm，左侧沟道凹陷区8的宽度为0.5μm，右侧沟道凹陷区9的宽度为1μm，所述沟道表面和栅电极11之间形成高栅区域10。所述高栅区域10的宽度为0.35μm，高度为0.15μm-0.25μm。
实施例一
制作厚度为0.45μm并具有长度为0.35μm、高度为0.2μm的高栅区域的宽沟道深凹陷金属半导体场效应晶体管的制备方法为：
步骤1)对4H-SiC半绝缘衬底1进行清洗，以去除衬底表面污物；
a、用蘸有甲醇的棉球将衬底仔细清洗两、三次，以除去表面各种尺寸的SiC颗粒；
b、将4H-SiC半绝缘衬底1在H2SO4:HNO3＝1:1中超声5分钟；
c、将4H-SiC半绝缘衬底1在1#清洗液(NaOH:H2O2:H2O＝1:2:5)中煮沸5分钟，然后去离子水冲洗5分钟后再放入2#清洗液(HCl:H2O2:H2O＝1:2:7)中煮沸5分钟，2#清洗液为HCl:H2O2:H2O＝1:2:7，最后用去离子水冲洗干净并用N2吹干备用。
步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底1上外延生长0.5μm厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4×1015cm-3的P型缓冲层2；
具体操作过程为：将4H-SiC半绝缘衬底1放入生长室中，然后向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的B2H6(H2中稀释到5％)，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续6min，完成掺杂浓度和厚度分别为1.4×1015cm-3和0.5μm的P型缓冲层2制作。
步骤3)在P型缓冲层2上外延生长0.45μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm-3的N型沟道层3；
具体操作过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续5min，完成掺杂浓度和厚度分别为3×1017cm-3和0.45μm的N型沟道层3制作。
步骤4)在N型沟道层3上外延生长0.2μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为1.0×1020cm-3的N+型帽层；
具体操作过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入20ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续2min，制作掺杂浓度和厚度分别为1.0×1020cm-3和0.2μm的N+帽层。
步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区；
具体操作过程为：a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用隔离注入光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，露出4H-SiC，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、进行两次硼离子注入，注入条件为130keV/6×1012cm-2，50keV/2×1012cm-2，注入完成后用丙酮+超声去胶，再用等离子去胶3分钟，完成有源区以外的隔离注入；
d、将上述4H-SiC外延片置于1600℃感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min。
步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5μm长的源电极6和漏电极7；
具体操作过程为：a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2nm，片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；
b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用源漏光刻板进行15秒紫外曝光后，用专用显影液显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，完成源漏区金属化窗口，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用多靶磁控溅射台，依次室温溅射厚度为150nm的Ni、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5×10-3Pa，Ar流量40sccm；
d、溅射完成后将片子放入150℃Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130℃Buty剥离液中，等温度降到80℃以下时，再将片子移入丙酮中，取出片子并用氮气吹干，最后等离子去胶2分钟；
e、将片子放入快速合金炉内，在氮氢气氛保护下快速升温到合金温度合金10分钟，形成源电极6和漏电极7。
步骤7)对源电极6和漏电极7之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.2μm，刻蚀长度以源极帽层4和漏极帽层5内侧为起点分别为0.85μm和1μm，形成具有长度为0.35μm、高度为0.2μm的高栅区域10；
具体操作过程为：a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用双凹陷沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm CF4和流量为8sccm Ar，刻蚀后形成长度为0.35μm、高度为0.2μm的高栅区域10，刻蚀后用丙酮+超声去除刻蚀掩蔽胶。
步骤8)在沟道上方且靠近源极帽层4一侧的凹沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的栅电极11；
具体操作过程为：a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2nm。片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；
b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用栅光刻板进行15秒紫外曝光后用专用显影液(四甲基氢氧化氨:水＝1:4)显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100℃烘箱中后烘3分钟；
c、采用多靶磁控溅射台，依次室温溅射厚度为150nm的Ni、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5×10-3Pa，Ar流量40sccm,溅射过程中将片子加热到150℃；
d、溅射完成后将片子放入150℃Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130℃Buty剥离液中，等温度降到80℃以下时，再将片子移入丙酮中，最后取出片子并用小流量氮气慢慢吹干，最后用等离子去胶3分钟，完成栅电极11的制作。
步骤9)对所形成的4H-SiC金属半导体场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。
具体操作过程为：a、在300℃下，向反应室中同时通入流量为300sccm的SiH4、323sccm的NH3和330sccm的N2，通过等离子体增强化学气相淀积工艺，在表面淀积0.5μm厚的Si3N4层作为钝化介质层；
b、钝化光刻采用正性光刻胶，涂胶速度3000R/mins，要求胶厚＞2nm，涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，然后采用反刻光刻板进行35秒紫外曝光，用专用显影液显影60秒，最后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、Si3N4刻蚀采用RIE工艺，刻蚀气体选择流量为50sccm CHF3和流量为5sccm Ar，完成后再进行3分钟等离子体去胶，露出金属，形成源、漏和栅电极6、7、11压焊点，完成整个器件的制作。
实施例二
制作厚度为0.4μm并具有长度为0.35μm、高度为0.15μm的高栅区域10的宽沟道深凹陷金属半导体场效应晶体管。本实施例的制作步骤中与实施例一的区别在于：
步骤3)在P型缓冲层2上外延生长0.45μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm-3的N型沟道层3；
具体操作过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续5min，完成掺杂浓度和厚度分别为3×1017cm-3和0.4μm的N型沟道层3制作。
步骤7)对源电极6和漏电极7之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.2μm，刻蚀长度以源极帽层4和漏极帽层5内侧为起点分别为0.85μm和1μm，形成具有长度为0.35μm、高度为0.15-0.25μm的高栅区域10；
具体操作过程为：a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用双凹陷沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm CF4和流量为8sccm Ar，刻蚀后形成长度为0.35μm、高度为0.15μm的高栅区域10，刻蚀后用丙酮+超声去除刻蚀掩蔽胶。
实施例三
制作厚度为0.5μm并具有长度为0.35μm、高度为0.25μm的高栅区域10的宽沟道深凹陷的4H-SiC金属半导体场效应晶体管。本实施例的制作步骤与实施例一的区别在于：
步骤3)在P型缓冲层2上外延生长0.45μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm-3的N型沟道层3；
具体操作过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续5min，完成掺杂浓度和厚度分别为3×1017cm-3和0.5μm的N型沟道层3制作。
步骤7)对源电极6和漏电极7之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.2μm，刻蚀长度以源极帽层4和漏极帽层5内侧为起点分别为0.85μm和1μm，形成具有长度为0.35μm、高度为0.15-0.25μm的高栅区域10；
具体操作过程为：a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用双凹陷沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm CF4和流量为8sccm Ar，刻蚀后形成长度为0.35μm、高度为0.25μm的高栅区域10，刻蚀后用丙酮+超声去除刻蚀掩蔽胶。
以上内容结合了实施例附图对本发明的具体实施例做出了详细说明。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：按照以下步骤制备：
步骤1)对4H-SiC半绝缘衬底(1)进行清洗，以去除衬底表面污物；
步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底(1)上外延生长0.5μm厚的SiC层，同时经乙硼烷B2H6原位掺杂，形成浓度为1.4×1015cm-3的P型缓冲层(2)；
步骤3)在P型缓冲层(2)上外延生长0.4μm-0.5μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为3×1017cm-3的N型沟道层(3)；
步骤4)在N型沟道层(3)上外延生长0.2μm厚的SiC层，同时经N2原位掺杂，形成浓度为1.0×1020cm-3的N+型帽层；
步骤5)在N+型帽层上依次进行光刻和隔离注入，形成隔离区和有源区；
步骤6)对有源区依次进行源漏光刻、磁控溅射、金属剥离和高温合金，形成0.5μm长的源电极(6)和漏电极(7)；
步骤7)对源电极(6)和漏电极(7)之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，刻蚀厚度为0.2μm，刻蚀长度以源极帽层(4)和漏极帽层(5)内侧为起点向内侧分别蚀刻0.85μm和1μm，形成具有长度为0.35μm、高度为0.15μm-0.25μm的高栅区域(10)；
步骤8)在沟道上方且靠近源极帽层(4)一侧的凹沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的栅电极(11)；
步骤9)对所形成的4H-SiC金属半导体场效应晶体管表面进行钝化、反刻，形成电极压焊点，完成器件的制作。
2.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的清洗过程为：
a、用蘸有甲醇的棉球将衬底仔细清洗两、三次，以除去表面各种尺寸的SiC颗粒；
b、将4H-SiC半绝缘衬底(1)在H2SO4:HNO3＝1:1中超声5分钟；
c、将4H-SiC半绝缘衬底(1)在1#清洗液中煮沸5分钟，1#清洗液为NaOH:H2O2:H2O＝1:2:5，然后去离子水冲洗5分钟后再放入2#清洗液中煮沸5分钟，2#清洗液为HCl:H2O2:H2O＝1:2:7，最后用去离子水冲洗干净并用N2吹干备用。
3.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中P型缓冲层(2)制备过程为：将4H-SiC半绝缘衬底(1)放入生长室中，然后向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的B2H6，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续6min，完成掺杂浓度和厚度分别为1.4×1015cm-3和0.5μm的P型缓冲层(2)制作。
4.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中N型沟道层(3)的制备过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入2ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续5min，完成掺杂浓度和厚度分别为3×1017cm-3和0.4μm-0.5μm的N型沟道层(3)制作。
5.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中N+型帽层的制备过程为：将4H-SiC外延片放入生长室，向生长室中通入流量为20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和80l/min的高纯氢气，同时通入20ml/min的N2，生长温度为1550℃，压强为105Pa，持续2min，制作掺杂浓度和厚度分别为1.0×1020cm-3和0.2μm的N+帽层。
6.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中隔离区和有源区的制作过程：
a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续隔离注入时能够起到良好的阻挡作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用隔离注入光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，露出4H-SiC，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、进行两次硼离子注入，注入条件为130keV/6×1012cm-2，50keV/2×1012cm-2，注入完成后用丙酮+超声去胶，再用等离子去胶3分钟，完成有源区以外的隔离注入；
d、将上述4H-SiC外延片置于1600℃感应加热炉退火10分钟激活杂质，Ar气流量为20ml/min。
7.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中源电极(6)和漏电极(7)制备过程：
a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2nm，片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；
b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用源漏光刻板进行15秒紫外曝光后，用专用显影液显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，完成源漏区金属化窗口，所述专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用多靶磁控溅射台，依次室温溅射厚度为150nm的Ni、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5×10-3Pa，Ar流量40sccm；
d、溅射完成后将片子放入150℃Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130℃Buty剥离液中，等温度降到80℃以下时，再将片子移入丙酮中，取出片子并用氮气吹干，最后等离子去胶2分钟；
e、将片子放入快速合金炉内，在氮氢气氛保护下快速升温到合金温度合金10分钟，形成源电极(6)和漏电极(7)。
8.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中高栅区域(10)的制备过程为：
a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2nm保证在后续刻蚀时胶的刻蚀掩蔽作用；
b、涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，采用双凹陷沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用ICP感应耦合等离子体刻蚀系统进行N+刻蚀，刻蚀条件为刻蚀功率375W、偏置功率60W、工作压力9Pa，刻蚀气体选择流量为32sccm CF4和流量为8sccm Ar，刻蚀后形成长度为0.35μm、高度为0.15-0.25μm的高栅区域(10)，刻蚀后用丙酮+超声去除刻蚀掩蔽胶。
9.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤8)中栅电极11的制备过程为：
a、光刻掩蔽胶采用PMMA+AZ1400双层胶，要求胶厚＞1.2nm，片子处理干净后先涂PMMA胶，速度为4000R/min，胶厚约0.5nm，然后在200℃烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400胶厚约0.8nm；
b、在90℃烘箱中前烘90秒，采用栅光刻板进行15秒紫外曝光后用专用显影液显影50秒去掉AZ1400胶，然后对PMMA胶进行泛曝光，再用甲苯显影3分钟，然后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、采用多靶磁控溅射台，依次室温溅射厚度为150nm的Ni、150nm的Ti和300nm的Au多层金属作为源漏欧姆接触金属，其中工作真空2.5×10-3Pa，Ar流量40sccm,溅射过程中将片子加热到150℃；
d、溅射完成后将片子放入150℃Buty专用剥离液中，待金属脱落后再移入130℃Buty剥离液中，等温度降到80℃以下时，再将片子移入丙酮中，最后取出片子并用小流量氮气慢慢吹干，最后用等离子去胶3分钟，完成栅电极(11)的制作。
10.根据权利要求1所述的一种具有宽沟道深凹陷金属半导体场效应管的制备方法，其特征在于：所述步骤9)中电极压焊点的制备过程：
a、在300℃下，向反应室中同时通入流量为300sccm的SiH4、323sccm的NH3和330sccm的N2，通过等离子体增强化学气相淀积工艺，在表面淀积0.5μm厚的Si3N4层作为钝化介质层；
b、钝化光刻采用正性光刻胶，涂胶速度3000R/mins，要求胶厚＞2nm，涂胶完成后在90℃烘箱中前烘90秒，然后采用反刻光刻板进行35秒紫外曝光，用专用显影液显影60秒，最后在100℃烘箱中后烘3分钟，专用显影液的配方比为四甲基氢氧化氨:水＝1:3；
c、Si3N4刻蚀采用RIE工艺，刻蚀气体选择流量为50sccm CHF3和流量为5sccm Ar，完成后再进行3分钟等离子体去胶，露出金属，形成源、漏和栅电极(6、7、11)的压焊点，完成整个器件的制作。
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| CN105789056A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-20 | 西安电子科技大学 | 一种具有部分高掺杂沟道4H-SiC金半场效应管的制备方法 |
| CN105870190A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-08-17 | 西安电子科技大学 | 一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管的制备方法 |
| CN105870190B (zh) * | 2016-04-22 | 2019-04-12 | 西安电子科技大学 | 一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管的制备方法 |
| CN110120626A (zh) * | 2018-02-07 | 2019-08-13 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种半导体激光器的生产方法 |
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