CN108615769A - 氧化镓mosfet器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧化镓MOSFET器件的制备方法，属于半导体器件制备技术领域，包括Ga2O3外延片，Ga2O3外延片自上而下依次为沟道层、缓冲层和衬底；采用溅射或蒸发工艺在外延片表面淀积一层多晶硅，并采用高温热氧化将多晶硅转化为SiO2薄膜层；在SiO2薄膜层上均匀覆盖光刻胶，采用干法或者湿法刻蚀的方式去除源区和漏区覆盖的SiO2薄膜层，并采用高温退火或者离子注入的方式在源区和漏区制备源极和漏极；采用金属蒸发剥离的方式制备栅极；在剩余的SiO2薄膜层及制备的栅极的表面生长一层钝化层。本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法，能够解决现有技术中存在的栅下介质生长温度低而制备的MOSFET器件不可靠的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制备技术领域，更具体地说，是涉及一种氧化镓MOSFET器件的制备方法。
背景技术
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、个人电脑等设备中会使用到功率器件。当前功率器件主要采用的技术包括为Si二极管、Si MOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)以及少量的GaN、SiC器件。其中，金属氧化物半导体场效应管(英语：Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET)，简称金属氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。
Ga2O3是金属镓的氧化物。目前共发现α、β、γ、δ、ε五种氧化镓的结晶形态。其中，以β结构的Ga2O3最为稳定。目前为止在半导体领域围绕Ga2O3的研究都是在β结构的Ga2O3上展开的，提及Ga2O3的时候多特指β结构的Ga2O3。Ga2O3的禁带宽度为4.8eV，高于第一代半导体硅，也高于第三代宽禁带半导体GaN和SiC。Ga2O3的击穿电场为8MV/cm，高于硅的0.3MV/cm，也高于GaN的3.3MV/cm和SiC的2.5MV/cm。意味着相同的器件尺寸下，Ga2O3的耐击穿电压理论上是硅的26.6倍，是GaN的2.4倍，是SiC的3.2倍。在功率器件应用领域，Ga2O3FET器件还具有化学性质稳定、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Ga2O3FET制备过程中，为了降低栅漏电，通常需要采用ALD生长(ALD-atomiclayer deposition单原子层沉积，又称原子层沉积或原子层外延atomic layer epitaxy)的Al2O3、HfO2(HfO2也即二氧化铪，是铪元素的一种氧化物，常温常压下为白色固体)、SiO2以及它们形成的复合结构作为MOSFET器件的栅下介质。这些介质的生长温度较低，存在较多缺陷。因此不利于高可靠性MOSFET器件的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化镓MOSFET器件的制备方法，以解决现有技术中存在的栅下介质生长温度低而制备的MOSFET器件不可靠的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种氧化镓MOSFET器件的制备方法，包括Ga2O3外延片，所述Ga2O3外延片自上而下依次为沟道层、缓冲层和衬底；
所述沟道层表面采用溅射或蒸发淀积一层多晶硅，采用高温热氧化将所述多晶硅转化为一层SiO2薄膜层；
在所述SiO2薄膜层上均匀覆盖光刻胶，对光刻胶进行图形曝光并显影，采用刻蚀或者注入的方式进行台面隔离；
采用干法或者湿法刻蚀的方式去除源区和漏区覆盖的SiO2薄膜层，并采用高温退火或者离子注入的方式在源区和漏区制备源极和漏极；
采用金属蒸发剥离的方式制备栅极；
在剩余的SiO2薄膜层及制备的栅极的表面生长一层钝化层。
进一步地，所述衬底为Ga2O3衬底、蓝宝石衬底、硅衬底、SiC衬底、MgO衬底、GaAs衬底以及InP衬底中的任一种。
进一步地，所述缓冲层采用MOCVD、HVPE或MBE生长，在生长过程中掺杂Fe元素或Mg元素。
进一步地，所述沟道层采用MOCVD、HVPE或MBE生长，在生长过程中掺杂浓度不高于1×1020cm-3的Si元素或Sn元素。
进一步地，所述沟道层的厚度小于0.4微米。
进一步地，所述SiO2薄膜层采用高温热氧化的方式将多晶硅转化得到，高温热氧化条件为：温度不低于800℃且不超1500℃，氧气浓度不小于10％，氧化时间不小于10秒。
进一步地，所述栅极选用的金属为Ni/Au或Pt/Au，栅长为0.1微米至100微米，栅源间距为0.1微米至100微米，栅漏间距为0.1微米至100微米。
进一步地，所述钝化层为PECVD生长的SiO2或SiN，或者热氧化生长的SiO2，或者ALD生长的Al2O3、HfO2。
进一步地，所述钝化层厚度为10nm至500nm。
本发明提供的Ga2O3MOSFET器件的制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明Ga2O3MOSFET器件的制备方法，采用高温热氧化形成栅下介质SiO2薄膜层，能够获得高质量的SiO2薄膜层，进而提高制备的器件的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的氧化镓MOSFET器件的Ga2O3外延片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的氧化镓MOSFET器件的沉积SiO2薄膜层的结果示意图；
图3为本发明实施例提供的氧化镓MOSFET器件的高温热氧化SiO2薄膜层的结果示意图；
图4为本发明实施例提供的氧化镓MOSFET器件的源极和漏极的制备结果示意图；
图5为本发明实施例提供的氧化镓MOSFET器件的栅极的制备结果示意图；
图6为本发明实施例提供的氧化镓MOSFET器件的钝化层制备结果示意图。
其中，图中各附图标记：
101-衬底；102-缓冲层；103-沟道层；104-SiO2薄膜层；105-源极；106-漏极；107-栅极；108-钝化层。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，现对本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法进行说明。所述Ga2O3MOSFET器件的制备方法，包括Ga2O3外延片，所述Ga2O3外延片自上而下依次为沟道层103、缓冲层102和衬底101；
请参阅图2及图3，所述沟道层103表面采用溅射或蒸发方法淀积一层多晶硅，多晶硅采用高温热氧化转化沉积为一层SiO2薄膜层104；
请参阅图4，在所述SiO2薄膜层104上均匀覆盖光刻胶，对光刻胶进行图形曝光并显影，采用刻蚀或者注入的方式进行台面隔离；
采用干法或者湿法刻蚀的方式去除源区和漏区覆盖的SiO2薄膜层104，并采用高温退火或者离子注入的方式在源区和漏区制备源极105和漏极106；
请参阅图5，采用金属蒸发剥离的方式制备栅极107；
请参阅图6，在剩余的SiO2薄膜层104及制备的栅极107的表面生长一层钝化层108。
本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法，与现有技术相比，是在沟道层103上沉积一层多晶硅，然后采用高温热氧化将多晶硅转化形成栅下介质SiO2薄膜层104，能够获得高质量的SiO2薄膜层104，高温热氧化形成的SiO2薄膜层具有材料致密的特性，能够有效降低器件的栅漏电，提升击穿特性，同时能够提高器件的可靠性。
其中，采用均胶机在SiO2薄膜层104上均匀覆盖光刻胶。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述衬底101为Ga2O3衬底、蓝宝石衬底、硅衬底、SiC衬底、MgO衬底、GaAs衬底以及InP衬底中的任一种。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述缓冲层102采用MOCVD、HVPE或MBE生长，在生长过程中掺杂Fe元素或Mg元素，以提高绝缘性。MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术；HVPE是Hydride Vapor Phase Epitaxy的缩写，翻译成中文为"氢化物气相外延；分子束外延是一种新的晶体生长技术，简记为MBE。
进一步地，参阅图2，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述沟道层103采用MOCVD、HVPE或MBE生长，在生长过程中掺杂Si元素或Sn元素以形成n型导电沟道层，其掺杂浓度不高于1×1020cm-3。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述沟道层103的厚度小于0.4微米。
进一步地，在沟道层103表面采用溅射或蒸发方法淀积多晶硅，厚度小于等于200纳米。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述SiO2薄膜层104采用高温热氧化的方式将多晶硅转化得到，高温热氧化条件为：温度不低于800℃且不超1500℃，氧气浓度不小于10％，氧化时间不小于10秒。
其中，源极105和漏极106采用相同的金属结构，其可采用Ti/Au、Ti/Al/Ni/Au或Si/Ti/Al/Ni/Au。
进一步地，参阅图5，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述栅极107选用的金属为Ni/Au或Pt/Au，栅长为0.1微米至100微米，栅源间距为0.1微米至100微米，栅漏间距为0.1微米至100微米。
进一步地，请参阅图6，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述钝化层108为PECVD生长的SiO2或SiN，或者热氧化生长的SiO2，或者ALD生长的Al2O3、HfO2，对器件进行钝化保护处理。
进一步地，请参阅图6，作为本发明提供的氧化镓MOSFET器件的制备方法的一种具体实施方式，所述钝化层108厚度为10nm至500nm。电极上部分钝化层108被刻蚀掉以满足测试和应用的需求。
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 (9)
1.氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：包括Ga2O3外延片，所述Ga2O3外延片自上而下依次为沟道层、缓冲层和衬底；
所述沟道层表面采用溅射或蒸发淀积一层多晶硅，采用高温热氧化将所述多晶硅转化为一层SiO2薄膜层；
在所述SiO2薄膜层上均匀覆盖光刻胶，对光刻胶进行图形曝光并显影，采用刻蚀或者注入的方式进行台面隔离；
采用干法或者湿法刻蚀的方式去除源区和漏区覆盖的SiO2薄膜层，并采用高温退火或者离子注入的方式在源区和漏区制备源极和漏极；
采用金属蒸发剥离的方式制备栅极；
在剩余的SiO2薄膜层及制备的栅极的表面生长一层钝化层。
2.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述衬底为Ga2O3衬底、蓝宝石衬底、硅衬底、SiC衬底、MgO衬底、GaAs衬底以及InP衬底中的任一种。
3.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述缓冲层采用MOCVD、HVPE或MBE生长，在生长过程中掺杂Fe元素或Mg元素。
4.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述沟道层采用MOCVD、HVPE或MBE生长，在生长过程中掺杂浓度不高于1×1020cm-3的Si元素或Sn元素。
5.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述沟道层的厚度小于0.4微米。
6.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述SiO2薄膜层采用高温热氧化的方式将多晶硅转化得到，高温热氧化条件为：温度不低于800oC且不超1500oC，氧气浓度不小于10％，氧化时间不小于10秒。
7.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述栅极选用的金属为Ni/Au或Pt/Au，栅长为0.1微米至100微米，栅源间距为0.1微米至100微米，栅漏间距为0.1微米至100微米。
8.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述钝化层为PECVD生长的SiO2或SiN，或者热氧化生长的SiO2，或者ALD生长的Al2O3、HfO2。
9.如权利要求1所述的氧化镓MOSFET器件的制备方法，其特征在于：所述钝化层厚度为10nm至500nm。
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