[发明专利]高击穿电压场效应晶体管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高击穿电压场效应晶体管及其制作方法，其自下而上包括衬底(1)、Ga₂O₃外延层(2)和低掺杂n型Ga₂O₃薄膜(3)，薄膜上设有高掺杂n型硅离子注入区(4)和绝缘栅介质(7)，离子注入区上设有源电极(5)和漏电极(6)，绝缘栅介质上设有300～500nm厚的有机绝缘介质(8)，有机绝缘介质由P(VDF‑TrFE)、Ag纳米颗粒掺杂P(VDF‑TrFE)、ZnS纳米颗粒掺杂P(VDF‑TrFE)和CCTO纳米颗粒掺杂P(VDF‑TrFE)构成，且设有长度为1～3μm的栅场板(9)，该栅场板上设置有栅电极。本发明击穿电压高，可用于作为功率器件和高压开关器件。

技术领域

本发明属于半导体新材料器件，具体涉及一种场效应晶体管，可用于作为功率器件和高压开关器件。

背景技术

随着MOSFET器件尺寸不断减小，传统硅MOS器件遭遇到了诸多挑战，其中击穿电压难以满足要求日益增长的需求，成为影响进一步提升器件性能的关键因素之一。Ga₂O₃与以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料相比较，具有更宽的禁带宽度，击穿场强相当于Si的20倍以上，SiC和GaN的2倍以上，从理论上说，在制造相同耐压的金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET功率器件时，器件的导通电阻可降为SiC的1/10、GaN的1/3，Ga₂O₃材料的巴利伽优值是SiC的18倍、GaN材料的4倍以上，因此Ga₂O₃是一种性能优异的适于功率器件和高压开关器件制备的宽禁带半导体材料。

为了提高Ga₂O₃金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET功率器件的性能，就必须提高器件在耗尽状态下的击穿电压，而Ga₂O₃金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET器件的击穿主要发生在栅靠漏端，因此要提高器件的击穿电压，必须使栅漏区域的电场重新分布，尤其是降低栅靠漏端的电场，为此，人们通过采用加入场板的方法将器件的击穿电压从415V提高至755V，同时器件的开关比仍然大于10⁹。

现有的金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET功率器件，如图1所示。

该器件是在半导体衬底上制作氧化层以及金属栅，并在两侧注入形成沟道，在源漏两侧淀积SiO₂,形成金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET器件。这种金属-氧化物-半导体场效应晶体管器件的不足是:耐压不高，通常低于200V，随着工作电压的升高,由于漏端接高电位，所以在漏端附近产生较高的电场,使电场中的电子被不断加速而获得能量。由于电子在半导体中运动会与晶格碰撞,当电子获得的能量足够大时,会对晶格造成损伤,形成大电流，将器件击穿。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种高击穿电压场效应晶体管及其制作方法，以降低漏端的电场，提高器件的击穿电压。

为实现上述目的，本发明的高击穿电压场效应晶体管，自下而上包括衬底、Ga₂O₃外延层和低掺杂n型Ga₂O₃薄膜，薄膜上设有高掺杂n型硅离子注入区和绝缘栅介质，在离子注入区上分别设有源电极和漏电极，其特征在于：

所述绝缘栅介质上设有其厚度为300nm～500nm有机绝缘介质，该有机绝缘介质采用由P(VDF-TrFE)、Ag纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)、ZnS纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)和CCTO纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)构成的薄膜介质材料；

所述有机绝缘介质中设有长度为1μm～3μm的栅场板，该栅场板上设置栅电极。

为实现上述目的，本发明制作高击穿电压场效应晶体管的方法，包括如下步骤：