CN113871464A - 硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113871464A CN113871464A CN202110994144.3A CN202110994144A CN113871464A CN 113871464 A CN113871464 A CN 113871464A CN 202110994144 A CN202110994144 A CN 202110994144A CN 113871464 A CN113871464 A CN 113871464A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- source electrode
- drain electrode
- dielectric layer
- terminal
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 91
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000002353 field-effect transistor method Methods 0.000 title description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 102
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 102
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 100
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 56
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 48
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 8
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 114
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 description 7
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 6
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
- H01L21/02164—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
- H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66015—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene
- H01L29/66037—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66045—Field-effect transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明提供了一种硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法,属于场效应晶体管器件技术领域,制备方法包括在金刚石衬底的上表面形成氢终端;在氢终端的上表面形成源极和漏极;在源极的上表面、漏极的上表面、源极和漏极之间的氢终端的上表面形成钝化介质层;去除源极和漏极之间的部分钝化介质层,使得对应部分的氢终端的上表面裸露;在其余钝化介质层的上表面、氢终端裸露的上表面形成SiO2介质层,得到对应氢终端裸露部分的硅终端;在SiO2介质层对应硅终端的上表面形成栅极。如此设置,可以得到硅终端金刚石,可以实现常关型金刚石场效应晶体管,实现较低的界面态密度和较高的介质质量,具有良好的直流和射频性能。
Description
技术领域
本发明属于场效应晶体管器件技术领域,更具体地说,是涉及一种硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法。
背景技术
金刚石具有宽带隙、高载流子迁移率、高载流子饱和漂移速度、低介电常数、抗辐射和耐腐蚀等材料优势,是实现高频功率器件的“终极半导体”材料。现有的金刚石场效应晶体管主要基于氢终端金刚石,即金刚石表面的一层碳原子与氢原子连接,形成负的电子亲和势系统,金刚石表面的电子会转移到吸附层中,在近表面位置产生一层二维空穴气。
由于氢终端金刚石的最表面为C-H键,在器件工艺中需要避免光刻胶沾污较高能量的等离子体或含氧气氛的介质沉积等过程,因此,氢终端金刚石场效应晶体管通常采用Al2O3作为栅介质,但具有较高的界面态密度和较低的介质质量,限制器件性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法,旨在解决传统的氢终端金刚石场效应晶体管通常采用Al2O3作为栅介质,具有较高的界面态密度和较低的介质质量,限制器件性能的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
在第一方面,本发明提供一种硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法,包括以下步骤:
在金刚石衬底的上表面形成氢终端;
在所述氢终端的上表面形成源极和漏极;
在所述源极的上表面、所述漏极的上表面、所述源极和所述漏极之间的氢终端的上表面形成钝化介质层;
去除所述源极和所述漏极之间的部分钝化介质层,使得对应部分的氢终端的上表面裸露;
在其余钝化介质层的上表面、所述氢终端吸附层裸露的上表面形成SiO2介质层,得到对应所述氢终端裸露部分的硅终端;
在所述SiO2介质层对应所述硅终端的上表面形成栅极。
在一个可能的实现方式中,所述在所述氢终端的上表面形成源极和漏极的步骤,包括:
在所述氢终端的上表面去除部分导电沟道,形成源极沉积区、漏极沉积区,以及位于所述源极沉积区和所述漏极沉积区之间的有源区;
在所述源极沉积区和所述有源区邻近所述源极沉积区的边缘沉积采用欧姆接触的源极,在所述漏极沉积区和所述有源区邻近所述漏极沉积区的边缘沉积采用欧姆接触的漏极。
在一个可能的实现方式中,所述在所述氢终端的上表面形成源极和漏极的步骤之前,还包括:在所述氢终端的上表面形成牺牲层;
并且,所述在所述氢终端的上表面去除部分导电沟道,形成源极沉积区、漏极沉积区,以及位于所述源极沉积区和所述漏极沉积区之间的有源区的步骤中,所述有源区以外的牺牲层和导电沟道一同被去除;
并且,所述在所述源极的上表面、所述漏极的上表面、所述源极和所述漏极之间的氢终端的上表面形成钝化介质层的步骤之前,还包括:去除所述有源区未被所述源极和所述漏极覆盖的牺牲层。
在一个可能的实现方式中,所述有源区以外的牺牲层和导电沟道一同被去除的步骤中,以光刻胶为掩膜,将所述有源区以外的牺牲层通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方式去除,将所述有源区以外的导电沟道通过干法刻蚀的方式去除。
在一个可能的实现方式中,所述去除所述有源区未被所述源极和所述漏极覆盖的牺牲层的步骤中,采用湿法腐蚀的方式去除所述有源区对应的牺牲层。
在一个可能的实现方式中,所述在所述源极的上表面、所述漏极的上表面、所述源极和所述漏极之间的氢终端的上表面形成钝化介质层的步骤中,采用原子层沉积的方式沉积钝化介质层。
在一个可能的实现方式中,所述去除所述源极和所述漏极之间的部分钝化介质层,使得对应部分的氢终端的上表面裸露的步骤中,以光刻胶为掩膜,将所述源极和所述漏极之间的部分钝化介质层通过干法刻蚀的方式去除。
在一个可能的实现方式中,所述在其余钝化介质层的上表面、所述氢终端吸附层裸露的上表面形成SiO2介质层,得到对应所述氢终端裸露部分的硅终端的步骤中,采用化学气相沉积或原子层沉积的方式沉积SiO2介质层,在预设温度、预设气氛、预设时间的条件下退火,得到硅终端。
在一个可能的实现方式中,所述在所述SiO2介质层对应所述硅终端的上表面形成栅极的步骤中,在所述SiO2介质层的上表面光刻图形,沉积金属,并剥离得到栅极。
本发明提供的硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法至少具有以下技术效果:与传统技术相比,本发明提供的硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法,在钝化介质层和氢终端裸露的上表面形成有SiO2介质层,SiO2介质层中的硅原子与裸露的金刚石碳原子相结合,形成C-Si键,得到硅终端金刚石,也为负的电子亲和势系统,也可以形成二维空穴气,在SiO2介质层对应硅终端的位置形成有栅极,进而使得栅极下方为硅终端金刚石所形成的沟道,栅极和源极之间、栅极和漏极之间均为氢终端金刚石所形成的沟道,可以实现常关型金刚石场效应晶体管,实现较低的界面态密度和较高的介质质量,具有良好的直流和射频性能。
在第二方面,本发明还提供一种硅终端金刚石场效应晶体管,包括:金刚石衬底;氢终端,形成于所述金刚石衬底的上表面;源极,形成于所述氢终端的上表面;漏极,形成于所述氢终端的上表面,与所述源极间隔设置,且所述源极和所述漏极所覆盖的至少部分氢终端、所述源极和所述漏极之间的氢终端均为导电沟道区;钝化介质层,覆盖所述源极和所述漏极,还覆盖所述源极和所述漏极之间且邻近所述源极的部分导电沟道区,以及所述源极和所述漏极之间且邻近所述漏极的部分导电沟道区,使得所述源极和所述漏极之间形成有沟道裸露区;SiO2介质层,覆盖所述钝化介质层和所述沟道裸露区;以及栅极,形成于所述SiO2介质层对应所述沟道裸露区的上表面。
本发明提供的硅终端金刚石场效应晶体管至少具有以下技术效果:与传统技术相比,本发明提供的硅终端金刚石场效应晶体管,在导电沟道区形成有未被钝化介质层覆盖的沟道裸露区,在钝化介质层和沟道裸露区上形成有SiO2介质层,在SiO2介质层对应沟道裸露区的位置形成有栅极,SiO2介质层中的硅原子与沟道裸露区的金刚石碳原子相结合,形成C-Si键,得到硅终端金刚石,也为负的电子亲和势系统,也可以形成二维空穴气,进而使得栅极下方为硅终端金刚石所形成的沟道,栅极和源极之间、栅极和漏极之间均为氢终端金刚石所形成的沟道,可以实现常关型金刚石场效应晶体管,实现较低的界面态密度和较高的介质质量,具有良好的直流和射频性能。
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为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法的流程图;
图2为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法中形成硅终端的结构示意图;
图3为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法中形成牺牲层的结构示意图;
图4为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法中形成源极沉积区和漏极沉积区的结构示意图;
图5为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法中形成源极和漏极的结构示意图;
图6为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法中形成钝化介质层的结构示意图;
图7为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法中形成氢终端裸露部分的结构示意图;
图8为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法中形成SiO2介质层的结构示意图;
图9为本发明一实施例硅终端金刚石场效应晶体管的结构示意图。
附图标记说明:
100、硅终端金刚石场效应晶体管
110、金刚石衬底 120、氢终端 130、源极
140、漏极 150、钝化介质层 160、SiO2介质层
170、栅极 180、牺牲层
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“形成于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
请一并参阅图1至图9,现对本发明实施例提供的硅终端金刚石场效应晶体管100及其制备方法进行说明。
请参阅图1和图9,本发明实施例提供了一种硅终端金刚石场效应晶体管100的制备方法,包括以下步骤:
S100、在金刚石衬底的上表面形成氢终端。
如图2所示,具体而言,金刚石衬底110可以是单晶金刚石,也可以是多晶金刚石,氢终端120可以通过氢等离子体处理、氢气气氛下退火或者氢气气氛下外延生长等方法获得。例如,选用单晶金刚石表面通过微波等离子体化学气相沉积设备在750℃、氢等离子气氛下处理10分钟,形成氢终端120。当然,还可以是其他方式。
S200、在氢终端的上表面形成源极和漏极。
对于源极130和漏极140选用的金属种类数量不做限制,可以是一种金属,也可以是多种金属,例如,Ti、Pt、Au等。在制备过程中,可以设定温度为700℃,设定环境气氛为氢气,设定退火时间为30分钟,进行合金形成欧姆接触。
S300、在源极的上表面、漏极的上表面、源极和漏极之间的氢终端的上表面形成钝化介质层。
如图6所示,钝化介质层150覆盖源极130的上表面和漏极140的上表面,还覆盖源极130和漏极140之间氢终端120的上表面,能够对源极130、漏极140和氢终端120进行保护,保证氢终端120的载流子浓度和迁移率。钝化介质层150可以是氧化铝Al2O3、氧化锆ZrO2等,且可以是单层介质,也可以是多层介质。
S400、去除源极和漏极之间的部分钝化介质层,使得对应部分的氢终端的上表面裸露。
如图7所示,可以理解的是,去除源极130和漏极140之间的部分钝化介质层150,保留邻近源极130的部分钝化介质层150和邻近漏极140的部分钝化介质层150,能够使栅极170和源极130之间、栅极170和漏极140之间保证氢终端金刚石的存在,保证栅极170和源极130之间、栅极170和漏极140之间的导电性,保证二维空穴气的浓度和稳定性,保证载流子的浓度和迁移率,降低器件的导通电阻,实现较高的大电流特性。
S500、在其余钝化介质层的上表面、氢终端裸露的上表面形成SiO2介质层,得到对应氢终端裸露部分的硅终端。
如图8所示,可以理解的是,本发明实施例中,采用SiO2介质层160与氢终端120裸露的金刚石上表面接触,相对于其他的硅类,能够形成稳定的C-Si键,形成硅终端,得到硅终端金刚石。当然,实际应用中可能存在其他能够形成稳定C-Si键的硅化合物,由于目的和原理相同,也在本发明实施例的保护范围内。
S600、在SiO2介质层对应硅终端的上表面形成栅极。
如图9所示,具体而言,栅极170的栅形貌可以是直栅、T型栅、TT型栅、TTT型栅、U型栅、Y型栅中的一种。即,对栅极170的栅形貌不做限制,可以是上述栅形貌中的任意一种,也可以是多种栅形貌的组合,当然,还可以是其他形状。
由于SiO2介质层160的下表面与氢终端120裸露部分的金刚石上表面接触,使得下表面的硅原子和上表面的碳原子相结合,形成C-Si键,形成硅终端金刚石,在栅极170的下方为硅终端金刚石所形成的沟道,在栅极170和源极130之间为氢终端金刚石所形成的沟道,在栅极170和漏极140之间为氢终端金刚石所形成的沟道,利用所形成的二维空穴气作为导电层,可以实现常关型金刚石场效应晶体管。
本发明实施例提供的硅终端金刚石场效应晶体管100的制备方法至少具有以下技术效果:与传统技术相比,本发明实施例提供的硅终端金刚石场效应晶体管100的制备方法,在钝化介质层150和氢终端120裸露的上表面形成有SiO2介质层160,SiO2介质层160中的硅原子与裸露的金刚石碳原子相结合,形成C-Si键,得到硅终端金刚石,也为负的电子亲和势系统,也可以形成二维空穴气,在SiO2介质层160对应硅终端的位置形成有栅极170,进而使得栅极170下方为硅终端金刚石所形成的沟道,栅极170和源极130之间、栅极170和漏极140之间均为氢终端金刚石所形成的沟道,可以实现常关型金刚石场效应晶体管,实现较低的界面态密度和较高的介质质量,具有良好的直流和射频性能。
在一些可能的实施例中,在氢终端120的上表面形成源极130和漏极140的步骤,包括:在氢终端120的上表面去除部分导电沟道,形成源极沉积区、漏极沉积区,以及位于源极沉积区和漏极沉积区之间的有源区;在源极沉积区和有源区邻近源极沉积区的边缘沉积采用欧姆接触的源极130,在漏极沉积区和有源区邻近漏极沉积区的边缘沉积采用欧姆接触的漏极140。
具体而言,源极130和漏极140采用欧姆接触,欧姆接触可以通过合金工艺形成,也可以不合金形成。有源区为氢终端120的导电沟道区,源极130覆盖在源极沉积区和部分的有源区,漏极140覆盖在漏极沉积区和部分的有源区,保证源极130和漏极140的导通性。
基于上述步骤,请参阅图3至图5,在一个具体的实施方式中,在氢终端120的上表面形成源极130和漏极140的步骤之前,还包括:在氢终端120的上表面形成牺牲层180。其中,牺牲层180可以采用Au、Cu等金属,可以对氢终端120进行保护,防止直接沉积源极130和漏极140带来的沾污、破损等不良现象。牺牲层180可以采用蒸发金属工艺形成于氢终端120的上表面,例如,可以在氢终端120的上表面蒸发50nm厚度的金属Au作为牺牲层180。
并且,在氢终端120的上表面去除部分导电沟道,形成源极沉积区、漏极沉积区,以及位于源极沉积区和漏极沉积区之间的有源区的步骤中,有源区以外的牺牲层180和导电沟道一同被去除。由于牺牲层180的存在,因此,在形成源极沉积区、漏极沉积区和有源区的过程中,需要将有源区以外的牺牲层180和导电沟道一同去除,可以理解的是,可以先去除牺牲层180,再去除导电沟道,也可以同时去除牺牲层180和导电沟道。
并且,在源极130的上表面、漏极140的上表面、源极130和漏极140之间的氢终端120的上表面形成钝化介质层150的步骤之前,还包括:去除有源区未被源极130和漏极140覆盖的牺牲层180。由于牺牲层180的存在,在完成源极130和漏极140的制备之后,需要将有源区对应的牺牲层180去除,为沉积钝化介质层150做准备。
基于上述步骤,在一个具体的实施方式中,有源区以外的牺牲层180和导电沟道一同被去除的步骤中,以光刻胶为掩膜,将有源区以外的牺牲层180通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方式去除,将有源区以外的导电沟道通过干法刻蚀的方式去除。
具体而言,在牺牲层180上光刻图形,光刻胶覆盖有源区,以光刻胶为掩膜,将有源区以外的牺牲层180通过碘或碘化钾溶液腐蚀的方式去除,将有源区以外的导电沟道通过氧等离子体刻蚀的方式去除,即实现台面隔离效果。
基于上述步骤,在一个具体的实施方式中,去除有源区未被源极130和漏极140覆盖的牺牲层180的步骤中,采用湿法腐蚀的方式去除有源区对应的牺牲层180。具体可以采用碘或碘化钾溶液腐蚀有源区所对应的牺牲层180。
请参阅图6,在一些可能的实施方式中,在源极130的上表面、漏极140的上表面、源极130和漏极140之间的氢终端120的上表面形成钝化介质层150的步骤中,采用原子层沉积的方式沉积钝化介质层150。其中,钝化介质层150的厚度可以设为0nm-500nm,具体可以是0.1nm、10nm、100nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm等数值。例如,利用原子层沉积的方式沉积70nm的Al2O3介质层。
请参阅图7,在一些可能的实施方式中,去除源极130和漏极140之间的部分钝化介质层150,使得对应部分的氢终端120的上表面裸露的步骤中,以光刻胶为掩膜,将源极130和漏极140之间的部分钝化介质层150通过干法刻蚀的方式去除。
具体而言,在钝化介质层150上可以利用电子束直写光刻设备,光刻500nm图形,以光刻胶作为掩膜,利用ICP设备刻蚀去除氢终端120上表面的部分钝化介质层150。当然,还可以采用其他方式去除部分钝化介质层150。
请参阅图9,在一些可能的实施方式中,在其余钝化介质层150的上表面、氢终端120裸露的上表面形成SiO2介质层160,得到对应氢终端120裸露部分的硅终端的步骤中,采用化学气相沉积或原子层沉积的方式沉积SiO2介质层160,在预设温度、预设气氛、预设时间的条件下退火,得到硅终端。
具体而言,可以利用PECVD设备或ALD设备沉积SiO2介质层160,将SiO2介质层160厚度的范围设为1nm-500nm,具体可以是1nm、100nm、200nm、250.5nm、300nm、400nm、500nm等数值,如此可以得到稳定的硅终端金刚石。例如,SiO2介质层160的厚度为20nm,预设温度为800℃,预设气氛为氢气,预设时间为1小时,在此条件下,可以得到硅终端金刚石。当然,还可以是其他预设温度、预设气氛和预设时间。
在一些可能的实施方式中,在SiO2介质层160对应硅终端的上表面形成栅极170的步骤中,在SiO2介质层160的上表面光刻图形,沉积金属,并剥离得到栅极170。先根据栅极170的栅形貌来确定在SiO2介质层160的光刻图形,再沉积所需的栅极金属,经过剥离得到栅极170。当然,也可以采用其他方式得到栅极170。
基于上述硅终端金刚石场效应晶体管100的制备方法,本领域的普通技术人员还可以采用其他方式去制备诸如氢终端120、钝化介质层150、台面隔离等,但均应落入本发明的保护范围内。
基于同一发明构思,请参阅图9,本发明实施例还提供了一种硅终端金刚石场效应晶体管100,包括:金刚石衬底110;氢终端120,形成于金刚石衬底110的上表面;源极130,形成于氢终端120的上表面;漏极140,形成于氢终端120的上表面,与源极130间隔设置,且源极130和漏极140所覆盖的至少部分氢终端120、源极130和漏极140之间的氢终端120均为导电沟道区;钝化介质层150,覆盖源极130和漏极140,还覆盖源极130和漏极140之间且邻近源极130的部分导电沟道区,以及源极130和漏极140之间且邻近漏极140的部分导电沟道区,使得源极130和漏极140之间形成有沟道裸露区;SiO2介质层160,覆盖钝化介质层150和沟道裸露区;以及栅极170,形成于SiO2介质层160对应沟道裸露区的上表面。
需要说明的是,本发明实施例所提供的硅终端金刚石场效应晶体管100可以采用上述实施例所描述的制备方法制成,当然,也可以基于上述制备方法的原理,采用其他工序制成,对此不做限制。
本发明实施例中,所涉及的金刚石衬底110、氢终端120、源极130、漏极140、钝化介质层150、SiO2介质层160、栅极170等材质、厚度等参数与上述制备方法中内容一致,在此不再赘述。
本发明实施例提供的硅终端金刚石场效应晶体管100至少具有以下技术效果:与传统技术相比,本发明实施例提供的硅终端金刚石场效应晶体管100,在导电沟道区形成有未被钝化介质层150覆盖的沟道裸露区,在钝化介质层150和沟道裸露区上形成有SiO2介质层160,在SiO2介质层160对应沟道裸露区的位置形成有栅极170,SiO2介质层160中的硅原子与沟道裸露区的金刚石碳原子相结合,形成C-Si键,得到硅终端金刚石,也为负的电子亲和势系统,也可以形成二维空穴气,进而使得栅极170下方为硅终端金刚石所形成的沟道,栅极170和源极130之间、栅极170和漏极140之间均为氢终端金刚石所形成的沟道,可以实现常关型金刚石场效应晶体管,实现较低的界面态密度和较高的介质质量,具有良好的直流和射频性能。
可以理解的是,上述实施例中的各部分可以进行自由地组合或删减以形成不同的组合实施例,在此不再赘述各个组合实施例的具体内容,在此说明之后,可以认为本发明说明书已经记载了各个组合实施例,能够支持不同的组合实施例。
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.硅终端金刚石场效应晶体管的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在金刚石衬底的上表面形成氢终端;
在所述氢终端的上表面形成源极和漏极;
在所述源极的上表面、所述漏极的上表面、所述源极和所述漏极之间的所述氢终端的上表面形成钝化介质层;
去除所述源极和所述漏极之间的部分钝化介质层,使得对应部分的氢终端的上表面裸露;
在其余钝化介质层的上表面、所述氢终端裸露的上表面形成SiO2介质层,得到对应所述氢终端裸露部分的硅终端;
在所述SiO2介质层对应所述硅终端的上表面形成栅极。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述在所述氢终端的上表面形成源极和漏极的步骤,包括:
在所述氢终端的上表面去除部分导电沟道,形成源极沉积区、漏极沉积区,以及位于所述源极沉积区和所述漏极沉积区之间的有源区;
在所述源极沉积区和所述有源区邻近所述源极沉积区的边缘沉积采用欧姆接触的源极,在所述漏极沉积区和所述有源区邻近所述漏极沉积区的边缘沉积采用欧姆接触的漏极。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述在所述氢终端的上表面形成源极和漏极的步骤之前,还包括:在所述氢终端的上表面形成牺牲层;
并且,
所述在所述氢终端的上表面去除部分导电沟道,形成源极沉积区、漏极沉积区,以及位于所述源极沉积区和所述漏极沉积区之间的有源区的步骤中,所述有源区以外的牺牲层和导电沟道一同被去除;
并且,
所述在所述源极的上表面、所述漏极的上表面、所述源极和所述漏极之间的所述氢终端的上表面形成钝化介质层的步骤之前,还包括:去除所述有源区未被所述源极和所述漏极覆盖的牺牲层。
4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述有源区以外的牺牲层和导电沟道一同被去除的步骤中,以光刻胶为掩膜,将所述有源区以外的牺牲层通过湿法腐蚀或干法刻蚀的方式去除,将所述有源区以外的导电沟道通过干法刻蚀的方式去除。
5.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述去除所述有源区未被所述源极和所述漏极覆盖的牺牲层的步骤中,采用湿法腐蚀的方式去除所述有源区对应的牺牲层。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述在所述源极的上表面、所述漏极的上表面、所述源极和所述漏极之间的氢终端的上表面形成钝化介质层的步骤中,采用原子层沉积的方式沉积钝化介质层。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述去除所述源极和所述漏极之间的部分钝化介质层,使得对应部分的氢终端的上表面裸露的步骤中,以光刻胶为掩膜,将所述源极和所述漏极之间的部分钝化介质层通过干法刻蚀的方式去除。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述在其余钝化介质层的上表面、所述氢终端裸露的上表面形成SiO2介质层,得到对应所述氢终端裸露部分的硅终端的步骤中,采用化学气相沉积或原子层沉积的方式沉积SiO2介质层,在预设温度、预设气氛、预设时间的条件下退火,得到硅终端。
9.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述在所述SiO2介质层对应所述硅终端的上表面形成栅极的步骤中,在所述SiO2介质层的上表面光刻图形,沉积金属,并剥离得到栅极。
10.硅终端金刚石场效应晶体管,其特征在于,包括:
金刚石衬底;
氢终端,形成于所述金刚石衬底的上表面;
源极,形成于所述氢终端的上表面;
漏极,形成于所述氢终端的上表面,与所述源极间隔设置,且所述源极和所述漏极所覆盖的至少部分氢终端、所述源极和所述漏极之间的氢终端均为导电沟道区;
钝化介质层,覆盖所述源极和所述漏极,还覆盖所述源极和所述漏极之间且邻近所述源极的部分导电沟道区,以及所述源极和所述漏极之间且邻近所述漏极的部分导电沟道区,使得所述源极和所述漏极之间形成有沟道裸露区;
SiO2介质层,覆盖所述钝化介质层和所述沟道裸露区;以及
栅极,形成于所述SiO2介质层对应所述沟道裸露区的上表面。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110994144.3A CN113871464A (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110994144.3A CN113871464A (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113871464A true CN113871464A (zh) | 2021-12-31 |
Family
ID=78988498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110994144.3A Pending CN113871464A (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113871464A (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10125932A (ja) * | 1996-09-02 | 1998-05-15 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素終端ダイヤモンドmisfetおよびその製造方法 |
CN110416290A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-11-05 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 金刚石晶体管制备方法 |
JP2020035917A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 学校法人早稲田大学 | ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
-
2021
- 2021-08-27 CN CN202110994144.3A patent/CN113871464A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10125932A (ja) * | 1996-09-02 | 1998-05-15 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素終端ダイヤモンドmisfetおよびその製造方法 |
US5854496A (en) * | 1996-09-02 | 1998-12-29 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Hydrogen-terminated diamond misfet and its manufacturing method |
JP2020035917A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 学校法人早稲田大学 | ダイヤモンド電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
CN110416290A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-11-05 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 金刚石晶体管制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8680512B2 (en) | Graphene transistor with a self-aligned gate | |
US9601332B2 (en) | Systems and method for ohmic contacts in silicon carbide devices | |
JPS5950567A (ja) | 電界効果トランジスタの製造方法 | |
CN110783191B (zh) | 制造半导体器件的方法 | |
CN109712877A (zh) | 欧姆接触电极、hemt器件及制备方法 | |
WO2014154120A1 (zh) | 一种采用先栅工艺的高电子迁移率器件及其制造方法 | |
JPH11297712A (ja) | 化合物膜の形成方法及び半導体素子の製造方法 | |
CN109690786B (zh) | 异质结遂穿场效应晶体管及其制备方法 | |
CN111710650A (zh) | 基于双沟道栅的GaN器件及其制备方法 | |
CN113871464A (zh) | 硅终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 | |
JP3362723B2 (ja) | 電界効果型トランジスタの製造方法 | |
CN112820774A (zh) | 一种GaN器件及其制备方法 | |
CN112838120A (zh) | 环栅增强型AlGaN/GaN功率HEMT器件及其制备方法 | |
WO2018010067A1 (zh) | 场效应晶体管及其制作方法 | |
CN110729358B (zh) | 薄膜晶体管及其制造方法 | |
CN116110970A (zh) | 金属氧化物终端金刚石场效应晶体管及制备方法 | |
JPS62169483A (ja) | シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタの構造及び製造方法 | |
JP7476724B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP7484674B2 (ja) | トランジスタ | |
CN117894830A (zh) | 一种金刚石氮化铝异质结场效应晶体管及其制备方法 | |
JP4972822B2 (ja) | 電界効果半導体装置の製造方法 | |
CN113871465A (zh) | 一种金刚石场效应晶体管及制备方法 | |
JPS6323669B2 (zh) | ||
WO2021106190A1 (ja) | 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 | |
JP6207869B2 (ja) | 半導体素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |