[发明专利]具有阶梯缓冲层结构的4H-SiC金属半导体场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管技术领域，特别是一种具有阶梯缓冲层结构的4H-SiC金属半导体场效应晶体管。 

背景技术

SiC材料具有宽带隙、高击穿电场、高的饱和电子迁移速度、高热导率等突出的材料和电学特性，使其在高频高功率器件应用中，尤其是高温、高压、航天、卫星等严苛环境下的高频高功率器件应用中具有很大的潜力。在SiC同质异形体中，六角密堆积的纤锌矿结构的4H-SiC的电子迁移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高频高功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)应用中占有主要地位。 

目前，大多数文献致力于双凹陷4H-SiCMESFET结构的研究及在此结构的基础上进行改进，例如凹陷源/漏漂移区4H-SiCMESFET。该结构从下至上由4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层堆叠而成，以该堆叠层为基础，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层，栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷形成凹栅结构，并且栅源漂移区的一部分向N型沟道层内凹陷，而栅漏漂移区全部向N型沟道层内凹陷，这两个凹陷的漂移区均可在凹栅形成的过程中通过反应离子刻蚀RIE技术完成。 

相比于双凹陷结构，虽然上述凹陷源/漏漂移区4H-SiCMESFET的击穿电压因栅漏之间漂移区厚度的减小而增加，但饱和漏电流却没有得到提升。并且在实际情况下，反应离子刻蚀RIE的过程会在器件漂移区表面形成晶格损伤，导致N型沟道层中载流子有效迁移率下降，进而降低漏极电流，在电流输出特性上表现 为饱和电流的退化。 

发明内容

本发明的目的是要提供一种输出电流得到提高的具有阶梯缓冲层结构的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，从而提高器件输出功率密度。 

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的： 

一种具有阶梯缓冲层结构的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H‐SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别为源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面分别是源电极和漏电极，N型沟道层上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极，栅电极与源极帽层之间形成凹陷栅源漂移区，栅电极与漏极帽层之间形成凹陷栅漏漂移区，所述P型缓冲层的上端面靠近源极帽层处设有凹槽，凹槽内靠近漏极帽层一侧设有两个台阶。 

作为本发明的进一步优选方案，所述两个台阶中的下层台阶的高度为 上层台阶的高度为

一种具有阶梯缓冲层结构的4H-SiC金属半导体场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤： 

1)对4H-SiC半绝缘衬底进行清洗，以去除表面污物； 

2)在在4H-SiC半绝缘衬底上外延生长厚的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； 

3)在P型缓冲层上外延生长                                                  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； 

4)在N型沟道层上外延生长   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； 

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； 

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    长的源电极和漏电极； 

7)对源电极和漏电极之间的N+型帽层进行光刻、刻蚀，形成刻蚀深度和长度分别为   和   的凹沟道； 

8)对P型缓冲层进行两次光刻和离子注入，形成具有   和   两个台阶的阶梯型P型缓冲层； 

9)凹沟道进行光刻、刻蚀，同时形成深度和长度分别为   和   的凹陷栅漏漂移区，以及深度和长度分别为   和   的凹陷栅源漂移区； 

10)在凹陷栅漏漂移区和凹陷栅源漂移区之间的凹沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成   长的栅电极； 

11)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。 

与现有技术相比，本发明的有益效果: 

1.漏极电流提高