[发明专利]4H-SiC金属半导体场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子元件技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管，可应用于作为大功率半导体器件。 

背景技术

SiC材料具有带隙宽、临界击穿电场大、电子饱和速率高、热导率高等优异的电学和材料特性，决定了它是半导体微波功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)制作中的一个必然趋势。在SiC的多种同质多型体中，六角密堆积的纤锌矿结构4H‐SiC电子迁移率约是相同结构6H‐SiC的两倍，因此多数功率器件采用4H‐SiC作为制作材料。随着军事及商业方面对大功率器件需求的增长，越来越需要提高4H‐SiC MESFET的击穿电压和输出功率。 

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，例如凹陷源/漏漂移区4H‐SiC MESFET。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⁺帽层后形成凹沟道层，栅的源侧一半长度向凹沟道内凹陷形成凹栅结构，并且栅源漂移区的一部分向凹沟道内凹陷，而栅漏漂移区全部向凹沟道内凹陷，这两个凹陷的漂移区均可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。 

相比于双凹陷结构，虽然上述凹陷源/漏漂移区4H‐SiC MESFET的击穿电压因栅漏之间漂移区厚度的减小而增加，但提高幅度有限。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

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种输出电流稳定、击穿电压大的4H‐SiC金属半导体场效应晶体管，提高器件性能。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

本发明技术关键是：以凹陷源/漏漂移区4H‐SiC MESFET结构为基础，在凹陷栅漏漂移区表面经外延、通过离子注入工艺形成一个横向PN结，且P区靠近栅电极而N区靠近漏电极。 

一.4H‐SiC金属半导体场效应晶体管结构 

本发明的4H‐SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H‐SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别为源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面分别是源电极和漏电极，N型沟道层上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极，栅电极与源极帽层之间形成凹陷栅源漂移区，栅电极与漏极帽层之间形成凹陷栅漏漂移区，其特征在于，凹陷栅漏漂移区的表面设有横向PN结，用于提高击穿电压和稳定输出电流。 

二.4H‐SiC金属半导体场效应晶体管的制作方法 

本发明制作4H‐SiC金属半导体场效应晶体管的方法，包括如下步骤： 

1)对4H‐SiC半绝缘衬底进行清洗，以清洁表面； 

2)在半绝缘衬底上外延生长0.5μm厚的SiC层，并经原位掺杂硼形成浓度为1.4×10¹⁵cm^‐3的P型缓冲层； 

3)在P型缓冲层上外延生长0.25μm厚的SiC层，并经原位掺杂氮形成浓度为3.0×10¹⁷cm^‐3的N型沟道层； 

4)在N型沟道层上外延生长0.2μm厚的SiC层，并经原位掺杂氮形成浓度为1.0×10²⁰cm^‐3的N⁺型帽层； 

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； 

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； 

7)对源电极和漏电极之间的N⁺型帽层再进行光刻、刻蚀，形成刻蚀深度和长度分别为0.2μm和2.2μm的凹沟道； 

8)对凹沟道进行光刻、刻蚀，形成深度和长度分别为0.05μm和1μm的凹陷栅漏漂移区； 

9)在凹陷栅漏漂移区表面外延0.04‐0.05μm厚的N^‐SiC层，并经原位掺杂氮形成的浓度为1.4×10¹⁵cm^‐3； 

10)光刻N^‐SiC层，并经铝离子注入形成0.45‐0.5μm长的P区，其浓度为1.4×10¹⁵cm^‐3，形成横向PN结；