[发明专利]具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管，自下而上设置有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)，其特征在于：N型沟道层(3)中部且靠近源极帽层(4)的一侧设置有阶梯状的栅电极(10)，栅电极(10)和N型沟道层(3)两侧形成左侧沟道(8)和右侧沟道(9)，栅电极(10)的低栅面与N型沟道层(3)表面平齐，栅电极(10)低栅面正下方的P型缓冲层(2)上设置有凹槽(11)；所述栅电极(10)为二层阶梯由低栅和高栅组成，所述低栅和高栅的高度差为0.05μm；P型缓冲层(2)上凹槽(11)的长度为0.3μm-0.4μm，高度为0.05μm。

2.根据权利要求1所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，其特征在于：按照以下步骤进行：

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0.3μm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⁺型帽层和N型沟道层(3)进行两次光刻、刻蚀，第一次刻蚀厚度为0.2μm，形成刻蚀深度和长度分别为0.2μm和2.2μm的凹沟道；第二次刻蚀厚度为0.05μm，刻蚀长度以源极帽层(4)和漏极帽层(5)里侧为起点分别为0.85μm和1μm，形成具有长度为0.85μm，高度为0.05μm的左侧沟道(8)凹陷区和长度为1μm，高度为0.05μm右侧沟道(9)凹陷区；

步骤8)对N型沟道层(3)进行一次光刻和离子注入，形成具有厚度为0.05μm，以源极帽层(4)里侧0.5μm处为起点，长度为0.35μm的凹陷缓冲层；

步骤9)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(10)；

步骤10)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。

3.根据权利要求2所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，其特征在于：所述步骤9)具体制备过程为：

a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2μm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，采用凹沟道光刻板进行约35秒紫外曝光后在专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方：四甲基氢氧化氨:水＝1:3，然后在100℃烘箱中后烘3分钟；

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的CF₄和8sccm的Ar，刻蚀后形成长度为2.2μm、高度为0.2μm的凹沟道区域，刻蚀后用丙酮和超声去除刻蚀掩蔽胶；

d、重复a、b、c步骤光刻、刻蚀形成具有长度为0.85μm，高度为0.05μm的左侧沟道(8)凹陷区和具有长度为1μm，高度为0.05μm的右侧沟道(9)凹陷区。

4.根据权利要求1所述的具有Γ栅和凹陷缓冲层的场效应晶体管及其制备方法，其特征在于：凹槽(11)的制备过程为：

a、采用正性光刻胶，涂胶速度：3000R/min，胶厚＞2μm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，采用凹陷缓冲层光刻板进行约35秒紫外曝光后专用显影液中显影60秒，专用显影液的配方：四甲基氢氧化氨:水＝1:3，然后在100℃烘箱中后烘3分钟；

c、进行硼离子注入，注入条件为300keV/2×10¹²cm^-2，温度为400℃，注入完成后用丙酮和超声去胶，再用等离子去胶3分钟；形成具有厚度为0.05μm，以源极帽层里侧0.5μm处为起点，长度为0.3μm-0.4μm的凹槽(11)；

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，完成凹槽(11)的制作。