[发明专利]金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种金属氧化物场效应晶体管的器件结构及制作方法,其自下而上包括衬底(1)、Ga₂O₃外延层(2)和低掺杂n型Ga₂O₃薄膜(3)，薄膜上设有高掺杂n型离子注入区(4)和绝缘栅介质(7)，离子注入区上设有源电极(5)和漏电极(6)，绝缘栅介质上设有栅电极(8)，Ga₂O₃外延层上设有多个氢离子注入区(9)，这些氢离子注入区位于栅电极与漏电极之间的外延层中，且随着氢离子注入区与栅电极的距离增加，这些氢离子注入区的宽度随之减小，它们之间的间距随之增大。本发明通过氢离子对电子的吸引调节电场，提高了器件击穿电压，可用于作为功率器件和高压开关器件。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管，可用于制作功率器件和高压开关器件。

背景技术

金属氧化物半导体场效应管采用金属氧化物半导体结构制作，以其半导体材料不同而分为不同类型的金属氧化物半导体场效应管。Ga₂O₃是一种宽禁带半导体，它最稳定的结构是β型Ga₂O₃，属于单斜晶体，禁带宽度约为4.8eV～4.9eV。根据其他宽禁带半导体材料的击穿电场强度与其禁带宽度的关系，预计β-Ga₂O₃材料的击穿电场可以达到8MV/cm，是SiC和GaN材料的2倍以上。Ga₂O₃材料的巴利伽优值为SiC和GaN材料的4倍，这意味着采用Ga₂O₃材料制作的功率器件的性能高于采用SiC和GaN材料制作的功率器件。因此Ga₂O₃是一种性能优异的适于功率器件和高压开关器件制备的宽禁带半导体材料。

为了提高Ga₂O₃金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET功率器件的性能，就必须提高器件在耗尽状态下的击穿电压，而Ga₂O₃金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET器件的击穿主要发生在栅靠漏端，因此要提高器件的击穿电压，必须使栅漏区域的电场重新分布，尤其是降低栅靠漏端的电场。

目前所使用的金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的制作方法中并没有引入重新分布栅漏区域电场的结构，所以器件内部电场分布并不均匀，在栅靠漏端容易发生击穿，进而限制了现有结构的击穿场强，故无法满足当前对于高压器件的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法，以调节栅漏区域电场，降低漏端的电场，提高器件的击穿电压，满足高压器件的需求。

为实现上述目的，本发明的金属氧化物半导体场效应晶体管，自下而上包括衬底、Ga₂O₃外延层和低掺杂n型Ga₂O₃薄膜，薄膜上设有高掺杂n型离子注入区和绝缘栅介质层，高掺杂n型离子注入区上分别设有源电极和漏电极，在绝缘栅介质层上设有栅电极，其特征在于：

外延层中设有多个氢离子注入区，其位于栅电极与漏电极之间的低掺杂n型Ga₂O₃薄膜下部；

所述的多个氢离子注入区，其深度为20nm～50nm，注入浓度大于5×10¹⁸cm^-3，宽度随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而减小，相邻两个氢离子注入区之间的间距随着氢离子注入区与栅电极之间的间距增大而增大。