CN107464844A - 氧化镓场效应晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，涉及半导体技术领域。该方法包括以下步骤：去除氧化镓外延片无源区域对应的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层；所述氧化镓外延片从下至上依次为衬底层、氧化镓缓冲层、掺杂氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层；去除所述氧化镓外延片的栅区对应的重掺杂氧化镓层；分别在源区和漏区的上表面覆盖第一金属层，分别形成源极和漏极；所述源区和所述漏区分别位于所述栅区的两侧；在所述栅区的上表面覆盖第二金属层形成栅极。本发明能够避免降低氧化镓场效应晶体管的击穿电压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氧化镓场效应晶体管的制备方法。
背景技术
氧化镓（Ga2O3）是金属镓的氧化物，Ga2O3场效应晶体管（Field EeffectTransistor，FET）具有化学性质稳定、高耐压、低损耗、低漏电、耐高温、抗辐照、可靠性高以及低成本的优势，在供电系统、电力汽车、混合动力汽车、工厂大型设备、光伏发电系统、空调、服务器、个人电脑等设备中有广泛应用。在Ga2O3 FET制备过程中，为了使源漏极形成低的欧姆接触，通常需要采用离子注入的方法形成重掺杂，但是离子注入法会对Ga2O3造成损伤，进而降低器件的击穿电压。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，以解决现有技术中采用离子注入的方法形成重掺杂时，降低器件击穿电压的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
去除氧化镓外延片无源区域对应的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层；所述氧化镓外延片从下至上依次为衬底层、氧化镓缓冲层、掺杂氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层；
去除所述氧化镓外延片的栅区对应的重掺杂氧化镓层；
分别在源区和漏区的上表面覆盖第一金属层，分别形成源极和漏极；所述源区和所述漏区分别位于所述栅区的两侧；
在所述栅区的上表面覆盖第二金属层形成栅极。
可选的，所述方法还包括：
在所述氧化镓场效应晶体管的上表面覆盖钝化保护层，并去除所述栅极加电位置的钝化保护层、源极加电位置的钝化保护层和漏极的加电位置的钝化保护层。
可选的，所述去除氧化镓外延片无源区域的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层之前，所述方法还包括：
制作氧化镓外延片；
所述制作氧化镓外延片具体包括：在衬底上依次生长氧化镓缓冲层、氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层。
可选的，所述场效应晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管；
所述在所述栅区的上表面覆盖第二金属层形成栅极，具体包括：
在所述栅区的上表面覆盖介质层；
在所述介质层的上表面覆盖第二金属层形成栅极。
可选的，所述在所述栅区的上表面覆盖介质层，具体包括：
在所述氧化镓外延片的上表面生长介质层；
通过光刻工艺和刻蚀工艺去除所述源区对应的介质层和所述漏区对应的介质层。
可选的，所述掺杂氧化镓沟道层为N型掺杂，掺杂浓度不大于7×1017 cm-3；所述重掺杂氧化镓层为N型掺杂，掺杂浓度大于7×1017 cm-3。
可选的，所述去除氧化镓外延片无源区域对应的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层，具体包括：
通过光刻工艺在所述氧化镓外延片有源区域的上表面覆盖光刻胶；
通过刻蚀工艺刻蚀所述无源区域对应的掺杂氧化镓沟道层和所述重掺杂氧化镓层，直至露出所述氧化镓缓冲层；
去除所述光刻胶。
可选的，所述去除所述氧化镓外延片的栅区对应的重掺杂氧化镓层，具体包括：
通过光刻工艺分别在所述氧化镓外延片的源区和漏区的上表面覆盖光刻胶；
通过刻蚀工艺刻蚀栅区对应的重掺杂氧化镓层，直至露出所述掺杂氧化镓沟道层；
去除所述光刻胶。
可选的，所述分别在源区和漏区的上表面覆盖第一金属层，分别形成源极和漏极，具体包括：
通过光刻工艺在所述源区和所述漏区之外的区域覆盖光刻胶；
通过电子束蒸发工艺在所述源区和所述漏区的上表面覆盖第一金属层；
通过退火工艺分别使所述源区和所述漏区与所述第一金属层形成欧姆接触；
去除所述光刻胶。
可选的，其特征在于，
所述第一金属层为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金；
所述第二金属层为Ni/Au合金或Pt/Au合金。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明实施例在制备氧化镓场效应晶体管时，通过采用掺杂氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层两层掺杂浓度不同的氧化镓外延结构，避免使用离子注入法形成重掺杂，从而避免降低氧化镓场效应晶体管的击穿电压。
附图说明
图1是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管制备方法的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对照附图并结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，氧化镓外延片分为有源区域和无源区域，所述有源区域是指台面区域，即有源器件的制备区域，有源区域以外的部分为无源区域。其中，有源区域又分为源区、栅区和漏区，源区和漏区分别位于栅区的两侧。
请参考图1和图2，图1是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法的流程示意图，图2是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管制备方法的剖面结构示意图。该方法包括以下步骤：
步骤S101，去除氧化镓外延片无源区域对应的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层；所述氧化镓外延片从下至上依次为衬底层、氧化镓缓冲层、掺杂氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层。
可选的，在步骤S101之前，该方法还包括：制作氧化镓外延片；所述制作氧化镓外延片具体包括：在衬底201上依次生长氧化镓缓冲层202、氧化镓沟道层203和重掺杂氧化镓层204。
可选的，所述掺杂氧化镓沟道层203为N型掺杂，掺杂浓度不大于7×1017 cm-3；所述重掺杂氧化镓层204为N型掺杂，掺杂浓度大于7×1017 cm-3。
在本发明实施例中，如图2（1）所示，氧化镓外延片从下至上依次为：衬底层201、氧化镓缓冲层202、掺杂氧化镓沟道层203和重掺杂氧化镓层204。衬底层201包括但不限于Ga2O3衬底、蓝宝石衬底、硅衬底、SiC衬底、MgO衬底、GaAs衬底和InP衬底。氧化镓缓冲层202通过金属有机化学气相沉积（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）、氢化物气相外延（Hydride Vapor Epitaxy，HVPE）或分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）生长，在生长氧化镓缓冲层202的过程中不掺杂任何元素，以得到高绝缘性的缓冲层。氧化镓缓冲层202的厚度不大于0.2微米。掺杂氧化镓沟道层203通过MOCVD、HVPE或MBE生长，掺杂Si元素或Sn元素，掺杂浓度不大于7×1017 cm-3，掺杂氧化镓沟道层203的厚度小于0.3微米。重掺杂氧化镓层204通过MOCVD、HVPE或MBE生长，掺杂Si元素或Sn元素，掺杂浓度大于7×1017 cm-3，重掺杂氧化镓层204的厚度大于0.05微米小于5微米。
可选的，步骤S101中去除氧化镓外延片无源区域对应的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层，具体实现方式为：通过光刻工艺分别在所述氧化镓外延片的源区和漏区的上表面覆盖光刻胶；通过刻蚀工艺刻蚀所述栅区的重掺杂氧化镓层，直至露出所述掺杂氧化镓沟道层；去除所述光刻胶。
在本发明实施例中，如图2（2）所示，采用光刻工艺通过光刻胶保护有源区域，即台面区域，避免在刻蚀的过程中被刻蚀掉，将无源区域，即非台面区域暴露出来，再通过干法刻蚀或者湿法刻蚀工艺刻蚀无源区域的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层刻蚀掉，确保刻蚀终止面进入缓冲层，以保证有源区域和无源区域之间形成良好的隔离效果。
步骤S102，去除所述氧化镓外延片的栅区对应的重掺杂氧化镓层。
可选的，步骤S102的具体实现方式为：通过光刻工艺分别在所述氧化镓外延片的源区和漏区的上表面覆盖光刻胶；通过刻蚀工艺刻蚀所述栅区对应的重掺杂氧化镓层，直至露出所述掺杂氧化镓沟道层；去除所述光刻胶。
在本发明实施例中，如图2（3）所示，首先采用光刻工艺，将源区和漏区用光刻胶保护起来，将栅区暴露出来。然后采用干法刻蚀或者湿法刻蚀工艺刻蚀栅区对应的重掺杂氧化镓层，刻蚀至氧化镓沟道层203时停止刻蚀。源区对应的重掺杂氧化镓层205与漏区对应的重掺杂氧化镓层206之间的间距为源漏间距，源漏间距大于1微米小于100微米。
步骤S103，分别在源区和漏区的上表面覆盖第一金属层，分别形成源极和漏极；所述源区和所述漏区分别位于所述栅区的两侧。
可选的，步骤S103中，分别在源区和漏区的上表面覆盖第一金属层，分别形成源极和漏极，具体实现方式为：通过光刻工艺在所述源区和所述漏区之外的区域覆盖光刻胶；通过电子束蒸发工艺在所述源区和所述漏区的上表面覆盖第一金属层；通过退火工艺分别使所述源区和所述漏区与所述金属层形成欧姆接触；去除所述光刻胶。
在本发明实施例中，如图2（4）所示，采用光刻工艺通过光刻胶保护源区和漏区之外的区域，避免在其他区域淀积金属层，再通过电子束蒸发工艺在源区对应的重掺杂氧化镓层205的上表面覆盖第一金属层207，在漏区对应的重掺杂氧化镓层206的上表面覆盖第一金属层208。在N2或真空环境下，采用快速热退火工艺实现良好的欧姆接触，热退火温度大于300oC，小于1500oC，热退火时间小于5分钟。
步骤S104，在所述栅区的上表面覆盖第二金属层形成栅极。
可选的，所述场效应晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管，步骤S104中，所述在所述栅区的上表面覆盖第二金属层形成栅极，具体包括：在所述栅区上表面覆盖介质层；在所述介质层上表面覆盖第二金属层形成栅极。
可选的，在所述栅区上表面覆盖介质层，具体实现方式为：在所述氧化镓外延片的上表面生长介质层；通过光刻工艺和刻蚀工艺去除所述源区和所述漏区的介质层。
在本发明实施例中，对于金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET），需要在栅区生长介质层209。如图2（5）所示，首先在氧化镓外延片的上表面生长介质层，再采用光刻工艺通过光刻胶保护栅区的介质层，通过刻蚀工艺刻蚀栅区之外区域的介质层，最后去除光刻胶。介质层209包括但不限于通过原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）生长的Al2O3、HfO2、SiO2和通过等离子体增强化学气相沉积（ Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD )生长的SiN。介质层厚度不超过0.2微米。对于其他场效应晶体管，例如，金属半导体场效应晶体管（(Metal Semiconductor Field Effect Transistor，MESFET），则不需要生长介质层。
在本发明实施例中，对于MOSFET，如图2（6）所示，在介质层209上表面通过电子束蒸发工艺淀积第二金属层210形成栅极。对于其他FET，直接在栅区对应的掺杂氧化镓沟道层的上表面淀积第二金属层形成栅极。栅极长度为0.1微米至100微米。
可选的，所述第一金属层为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金；
所述第二金属层为Ni/Au合金或Pt/Au合金。
本发明实施例在制备氧化镓场效应晶体管时，通过采用掺杂氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层两层掺杂浓度不同的氧化镓外延结构，避免使用离子注入法形成重掺杂，从而避免降低器件击穿电压。
可选的，该方法还包括：在所述氧化镓场效应晶体管的上表面覆盖钝化保护层，并去除所述栅极加电位置的钝化保护层、源极加电位置的钝化保护层和漏极的加电位置的钝化保护层。
在本发明实施例中，通过PECVD生长SiN钝化保护层211，通过光刻工艺和刻蚀工艺将栅极、源极和漏极上加电位置的钝化保护层刻蚀掉。对器件进行钝化保护处理，并将并将器件的加电位置的钝化层刻蚀掉，以便于器件的测试。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
去除氧化镓外延片无源区域对应的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层；所述氧化镓外延片从下至上依次为衬底层、氧化镓缓冲层、掺杂氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层；
去除所述氧化镓外延片的栅区对应的重掺杂氧化镓层；
分别在源区和漏区的上表面覆盖第一金属层，分别形成源极和漏极；所述源区和所述漏区分别位于所述栅区的两侧；
在所述栅区的上表面覆盖第二金属层形成栅极。
2.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述氧化镓场效应晶体管的上表面覆盖钝化保护层，并去除所述栅极加电位置的钝化保护层、源极加电位置的钝化保护层和漏极的加电位置的钝化保护层。
3.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述去除氧化镓外延片无源区域的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层之前，所述方法还包括：
制作氧化镓外延片；
所述制作氧化镓外延片具体包括：在衬底上依次生长氧化镓缓冲层、氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层。
4.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述场效应晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管；
所述在所述栅区的上表面覆盖第二金属层形成栅极，具体包括：
在所述栅区的上表面覆盖介质层；
在所述介质层的上表面覆盖第二金属层形成栅极。
5.如权利要求4所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述在所述栅区的上表面覆盖介质层，具体包括：
在所述氧化镓外延片的上表面生长介质层；
通过光刻工艺和刻蚀工艺去除所述源区对应的介质层和所述漏区对应的介质层。
6.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述掺杂氧化镓沟道层为N型掺杂，掺杂浓度不大于7×1017 cm-3；所述重掺杂氧化镓层为N型掺杂，掺杂浓度大于7×1017 cm-3。
7.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述去除氧化镓外延片无源区域对应的氧化镓沟道层和重掺杂氧化镓层，具体包括：
通过光刻工艺在所述氧化镓外延片有源区域的上表面覆盖光刻胶；
通过刻蚀工艺刻蚀所述无源区域对应的掺杂氧化镓沟道层和所述重掺杂氧化镓层，直至露出所述氧化镓缓冲层；
去除所述光刻胶。
8.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述去除所述氧化镓外延片的栅区对应的重掺杂氧化镓层，具体包括：
通过光刻工艺分别在所述氧化镓外延片的源区和漏区的上表面覆盖光刻胶；
通过刻蚀工艺刻蚀栅区对应的重掺杂氧化镓层，直至露出所述掺杂氧化镓沟道层；
去除所述光刻胶。
9.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述分别在源区和漏区的上表面覆盖第一金属层，分别形成源极和漏极，具体包括：
通过光刻工艺在所述源区和所述漏区之外的区域覆盖光刻胶；
通过电子束蒸发工艺在所述源区和所述漏区的上表面覆盖第一金属层；
通过退火工艺分别使所述源区和所述漏区与所述第一金属层形成欧姆接触；
去除所述光刻胶。
10.如权利要求1-9任一项所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，
所述第一金属层为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金；
所述第二金属层为Ni/Au合金或Pt/Au合金。
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