[发明专利]具有坡形栅极的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管，特别是一种具有坡形栅极的4H-SiC金属半导体场效应晶体管及制作方法。

背景技术

SiC由于其突出的材料和电学特性，如，大的禁带宽度、高的饱和电子迁移速度、高击穿电场、高热导率等，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。SiC在微波功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)的应用中占有主要地位。

传统的4H-SiC MESFET的结构从下到上是：4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层。击穿电压是衡量4H-SiC MESFET器件性能的重要指标。目前，针对4H-SiC MESFET器件的击穿电压进行的改进主要是在传统4H-SiC MESFET的几何形状上，对栅、沟道、漂移区等进行结构改进。然而，对传统4H-SiC MESFET几何形状的改进对器件击穿电压的提升是有限的，这是由于在保证器件电流较大的条件下，4H-SiC MESEFT击穿电压的提升受到饱和漏电流和击穿电压均衡的限制：大的饱和电流密度要求沟道更厚，掺杂浓度更大，然而掺杂浓度和厚度的提高会降低器件的击穿电压。

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有坡形栅极的4H-SiC金属半导体场效应晶体管及制作方法，可以改善效应晶体管的频率特性，从而提高效应晶体管性能。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种具有坡形栅极的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型沟道层表面设有源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面分别设有源电极和漏电极，所述N型沟道层的上端面设置向源极帽层一侧倾斜的坡形槽，坡形槽内设有坡形栅极，坡形栅极的下端面与坡形槽相配合，坡形栅极的上端面与N型沟道层的上端面平行，所述坡形栅极与源极帽层之间距离小于坡形栅极与漏极帽层之间的距离。

作为本发明的进一步优选方案，所述坡形栅极的长度为0.7μm，

作为本发明的进一步优选方案，所述坡形栅极与源极帽层之间的最短距离为0.5μm。

一种具有坡形栅极的4H-SiC金属半导体场效应晶体管的制作方法，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4H-SiC半绝缘衬底上外延生长0.5μm厚的SiC层，并经B₂H₆的原位掺杂，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0.25μm厚的SiC层，并经N₂的原位掺杂，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0.2μm厚的SiC层，并经N₂的原位掺杂，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0.5μm长的源电极和漏电极；

7)对源电极和漏电极之间的N⁺型帽层再进行光刻、刻蚀，形成刻蚀深度和长度分别为0.2μm和2.2μm的凹沟道；

8)对凹沟道进行电子束曝光、刻蚀，形成一个0.7μm长，距源电极侧为0.5μm，深度为0.01μm的凹槽，并依次按照长度为0.6μm、0.5μm…进行递减，共进行7次电子束曝光、刻蚀，形成一个坡形槽；

9)对坡形槽依次进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的坡形栅极；

10)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