[发明专利]带反型隔离层结构的金属半导体场效应晶体管及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及微电子技术领域中的带反型隔离层结构的金属半导体场效应晶体管及制作方法。本发明提供的晶体管可应用于微波功放电路，提高电路的功率密度和增益。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，对大功率微波应用的需求日益迫切。近年来，金属半导体场效应晶体管在微波频段通信和雷达器件中获得了广泛的应用，电路与系统的性能得以不断的提升。目前，在高工作频率例如S波段(3GHz)和X波段(8GHz)实现高功率、高增益成为金属半导体场效应晶体管器件的主流方向。

当前提高器件功率密度的和工作频率的方法主要有两种：一种采取终端处理技术，改善电极边缘区域的电场分布，使器件具有更大的耐高压能力，进而提升器件的输出功率。例如，带场板结构的场效应晶体管就是在形成栅电极时通过引入栅场板来提高器件的击穿电压。第二种方法是在通过对沟道层的结构和参数进行优化来改善耗尽层在沟道层中的分布，进而减小沟道层的电阻和栅电容，提高器件的输出电流和工作频率。

M/A-COM公司申请的专利“双场板金属半导体场效应晶体管及其形成方法”(申请号200610064354.8，公开号CN 101005096A)提供了一种双场板金属半导体场效应晶体管和形成金属半导体场效应晶体管的方法。该结构引入栅极场板和漏极场板可以改善电极边缘的电场分布，从而提高了器件的击穿电压，并且能在一定程度上抑制表面陷阱对载流子的俘获作用，提高输出电流。但是，该专利申请存在的不足是：栅极场板和漏极场板会引入额外的栅漏电容，使器件的特征频率和最高震荡频率下降，影响器件的在高频段工作时的增益。

美商克立股份有限公司申请的专利“具有源极连接的场板的宽带隙场效应晶体管”(申请号200580014866.7，公开号CN 1998089A)公开了一种改进的场效应晶体管结构，该结构通过与源电极相连的场板调制了栅极边缘的电场分布，提高了器件的耐压，并且避免了引入较大的栅漏电容。该技术存在的不足是：该结构提出场板电极在版图布局上需要绕开栅电极来实现连接，增加了版图的复杂程度，进而降低了大栅宽器件的成品率；另一方面，该结构中有多个金属电极与介电材料存在电学连接关系，降低了器件的可靠性。

电子科技大学申请的专利“源漏双凹结构的金属半导体场效应晶体管”(申请号200710048733.2，公开号CN 101022129A)提出了一种应用在高频、大功率领域的金属半导体场效应晶体管结构。通过对栅源和栅漏之间的有源层进行刻蚀形成多个凹槽来实现对耗尽层的控制，并对漂移区的电场分布进行调制。该技术的不足是：在沟道层中引入了多个细线条的图形，破坏了原先沟道层平整的结构，使沟道层中的电势和电场分布变得复杂。对于近年来主流应用的场效应器件，难以进行复杂小图形的精确刻蚀，其结构与当前工艺水平的矛盾制约了该结构的实际应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种带反型隔离层结构的金属半导体场效应晶体管及制作方法，该结构与制作方法在可工艺上简单实现，本发明能提高微波射频电路的功率密度和增益。

带反型隔离层结构的金属半导体场效应晶体管，包括半绝缘衬底、缓冲层、沟道层、反型隔离层、源极帽层、漏极帽层、源电极、漏电极、栅电极。半绝缘衬底之上依次形成缓冲层、沟道层。沟道层之上依次形成反型隔离层、源极帽层、漏极帽层。反型隔离层的杂质类型与沟道层的杂质类型相反，反型隔离层与沟道层产生的耗尽层能实现沟道层中载流子与表面陷阱的隔离。反型隔离层的杂质浓度比沟道层的杂质浓度低2个数量级，以确保反型隔离层与沟道层产生的耗尽层主要扩展在反型隔离层中而对沟道层无负面影响。反型隔离层中形成一个与栅电极长度相等的凹槽，凹槽深至沟道层的上表面，使得栅电极能直接制作于沟道层上；源电极、漏电极分别形成于源极帽层、漏极帽层之上。栅电极形成于凹槽内的沟道层之上。

本发明晶体管的半绝缘衬底、缓冲层、沟道层、反型隔离层、源极帽层、漏极帽层的材料均为半导体材料，包括但不限于硅、锗、砷化镓、氮化镓、碳化硅、金刚石。

本发明的制作方法包括如下步骤：

(1)衬底预处理

1a)依次使用丙酮、甲醇、去离子水对半绝缘衬底样片进行清洗；

1b)采用微电子工艺中的标准RCA清洗工艺去除样片表面的杂质和氧化层；

(2)生长缓冲层：采用金属氧化物化学气相淀积方法在半绝缘衬底样片正面生长同质P型的缓冲层，掺杂杂质采用硼；