[发明专利]一种在金刚石表面制作稳定耐高温氢端基导电沟道的方法有效

申请号：	201310183856.2	申请日：	2013-05-17
公开（公告）号：	CN103280394A	公开（公告）日：	2013-09-04
发明（设计）人：	王晶晶;冯志红;何泽召;蔚翠	申请（专利权）人：	中国电子科技集团公司第十三研究所
主分类号：	H01L21/02	分类号：	H01L21/02
代理公司：	石家庄国为知识产权事务所 13120	代理人：	陆林生
地址：	050051 ***	国省代码：	河北;13
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摘要：
搜索关键词：	一种金刚石表面制作稳定耐高温氢端基导电沟道方法
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【说明书】：

技术领域

本发明涉及半导体器件制造方法技术领域。

背景技术

金刚石材料具有优异的力学、光学、声学特性，同时作为一种宽禁带半导体材料，其拥有5.5eV的禁带宽度，高的热导率（其热导率为12Wcm^-1??K^-1），高的击穿高击穿场强（> 10 MV/cm），稳定的化学特性和极强的抗辐照性能，这些都使其成为制作高频、大功率、抗辐射、耐高温和抗腐蚀电子器件的理想材料。

而制作半导体器件的必要条件之一就是在高阻的金刚石材料上实现有效的导电沟道。现行的制作高效的p型导电沟道的方法之一就是利用表面处理在金刚石表面形成由被C-H键所覆盖的氢端基金刚石，利用C-H键与空气中近表面吸附层中的水分子和CO₂分子等极性分子相互作用，通过电子转移，在近表面形成导电p型导电沟道。由于近表面提供受主的吸附层主要是由环境中的空气提供，这就使这个近表面系统受环境影响非常大，而易受破坏，尤其是高温工作时，极性分子会解吸附，从金刚石近表面逃逸出去，从而造成p型沟道失效。同时，在高温有氧环境工作时，表面的吸附层和氢端基也极易受到损坏而分解，这些都会影响沟道的化学稳定性和热稳定性，也使金刚石器件的应用受到了限制。而金刚石自身的优势正是极好的热导性能、耐高温特性和耐辐照特性，当将其用于制作耐高温器件时，p沟道热稳定性差这个短板恰恰限制了金刚石器件发挥其自身优势。因此，实现稳定耐高温的沟道，是推进金刚石高温功率器件走向应用的必经之路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在金刚石表面制作稳定耐高温氢端基导电沟道的方法，所述方法可使p型金刚石材料沟道内的载流子浓度和迁移率在20℃-500℃范围内保持稳定，进而实现金刚石器件在高温环境下正常工作。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种在金刚石表面制作稳定耐高温氢端基导电沟道的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）在衬底上形成高阻金刚石层；

（2）在高阻金刚石层的上表面经处理形成氢端基金刚石；

（3）将上述经过步骤2处理后的样品置于含有极性分子的气体、溶液或溶胶中处理，使氢端基金刚石中的氢端基充分吸附含有极性分子的气体、溶液或溶胶中的极性分子或官能团，从而在氢端基金刚石的上表面之下10-20nm处形成p型导电沟道，在氢端基金刚石的上表面之上形成极性分子吸附层；

（4）将上述经过步骤3处理后的样品取出后常温淀积介质阻挡层，防止吸附了极性分子和官能团的氢端基金刚石表面直接暴露于环境中。

优选的：所述步骤（1）为：使用微波等离子体化学气相沉积法在衬底上形成高阻金刚石层。

优选的：所述步骤（2）为：在高阻金刚石层的上表面使用氢等离子体处理法或化学掺杂法形成氢端基金刚石。

优选的：所述含有极性分子的气体为NO₂和N₂的混合气、 NH₃和H₂的混合气、CF₄、CO₂或O₃；含有极性分子的溶液或溶胶为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、倍半氧硅氢化物HSQ或偏苯三甲酸酐TMA。

优选的：所述介质阻挡层为Al_xO_y、Si_xO_y、Hf_xO_y、Si_xN_y，B_xN_y或C₆₀中的一种或几种介质组合形成的介质阻挡层。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用化学掺杂辅助介质吸附法在氢端基金刚石表面进行处理，并淀积介质层，可使p型金刚石材料沟道内载流子浓度和迁移率在20℃-500℃保持稳定，进而实现金刚石器件在高温环境下正常工作。