[发明专利]基于超临界CO2

说明书

本发明公开了一种基于超临界CO₂处理的Ga₂O₃MOSFET器件及制作方法，主要解决现有器件漏电流和亚阈值摆幅大的问题。其技术特征是：将现有Ga₂O₃MOSFET器件结构中的绝缘栅介质层，采用SiO₂、Al₂O₃、HfO₂和ZrO₂中的一种或多种，并对制备完成后的器件进行超临界二氧化碳处理，即将器件置于超临界设备腔室，向室内放入去离子水或异丙醇，密封后再充入CO₂，并将设备升温至118‑122℃，升压至19‑21Mpa，保持超临界状态1‑2h，再将设备温度降至室温，压强降至大气压后取出器件。本发明减小了漏电流和亚阈值摆幅、增大了载流子迁移率，提高了稳定性，可用于制作高性能的Ga₂O₃器件。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种基于超临界CO₂处理的Ga₂O₃金属氧化物半导体场效应管，可用于制备大功率开关器件。

背景技术

当今时代，大功率开关器件在电力电子领域分应用越来越广泛，以硅材料为代表的第一代半导体材料制备的器件性能已经难以满足目前的大功率器件需求。具有超宽禁带宽度的第三代宽禁带半导体已然成为大功率器件领域的“超新星”，受到了越来越多的关注。Ga₂O₃作为一种宽禁带半导体材料，它有五种同分异构体，其中单斜晶体β型Ga₂O₃稳定性最好，且β-Ga₂O₃相较于另外两种性能优良的宽禁带半导体碳化硅和氮化镓材料更好，其禁带宽度约为4.8eV-4.9eV，理论击穿电场可以达到8MV/cm，是碳化硅和氮化镓材料二倍，巴利加优值为3444，约为碳化硅的八倍、氮化镓的四倍。这说明采用氧化镓材料制作的功率器件的性能高于采用碳化硅和氮化镓材料制作的功率器件。因此β-Ga₂O₃是一种性能更为优越的大功率开关器件制备材料。

目前制备的Ga₂O₃金属氧化物半导体场效应管上仍存在一些问题，不能达到所期望的性能要求。如β-Ga₂O₃中p型掺杂的缺乏而导致增强型Ga₂O₃MOSFET难以实现的问题以及β-Ga₂O₃自身材料特性而导致的导热率低等问题。其中在Ga₂O₃MOSFET中影响很大而又能够进行改善的当属β-Ga₂O₃与栅绝缘介质的接触界面问题。β-Ga₂O₃和栅绝缘介质层界面处两种材料之间的晶格不匹配使得界面处存在大量悬挂键，β-Ga₂O₃外延材料中的氧空穴位缺陷也在界面处引入大量的深能级缺陷，对器件性能产生不利影响。其中主要原因有两点：一是由于界面问题的存在会导致栅极漏电和亚阈值摆幅的增大，载流子迁移率和器件开关比的减小；二是由于栅极遂穿的发生而导致器件提前击穿，使得击穿电压减小，这两方面原因造成的结果最终影响器件的性能及其稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于超临界CO₂处理的Ga₂O₃金属氧化物半导体场效应管及制备方法，以提高器件的击穿电压、电流开关比和载流子迁移率，减小漏电流和亚阈值摆幅，最终改善器件性能和提升稳定性。