[发明专利]具有多凹陷缓冲层的4H‑SiC金属半导体场效应管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于场效应晶体管技术领域，具体涉及一种具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管的制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)由于其具有的宽禁带宽度、高临界电场、高饱和漂移速度和高热导率等优良的电学性能吸引了人们的注意，成为第三代半导体材料。这些优良特性使碳化硅(SiC)常常应用于高压、高温、高频、大功率等工作条件下。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，已成为近年来微波功率器件领域内研究的热点。

在微波频段的功率器件中，4H-SiC MESFET有着极大的饱和漏极输出电流和击穿电压。目前，针对4H-SiC MESFET器件进行的改进主要是在传统4H-SiC MESFET的几何形状上，对栅、沟道区、漂移区等进行结构改进。但由于传统器件结构的局限性，器件受到饱和漏电流和击穿电压均衡的限制，在保证器件电流较大的条件下，则必须牺牲器件相关的击穿特性换取更大的饱和漏极电流。

大多数文献致力于双凹陷4H-SiC MESFET结构的研究及在此结构的基础上进行改进。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，凹陷的N型沟道层可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。

中国专利申请号201410181931.6公开了4H-SiC金属半导体场效应晶体管，对P型缓冲层进行了光刻和离子注入，形成了三个缓冲层凹陷区。

中国专利申请号201510001340.0公开了一种具有双凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管采用多凹陷缓冲层光刻板进行紫外曝光，显影与离子注入，形成了三个缓冲层凹陷区。

发明内容

本发明的目的是要提供一种使击穿电压和栅极跨导得到提高的具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应晶体管的制备方法。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

具有多凹陷缓冲层的4H-SiC金属半导体场效应管的制备方法，制备步骤如下：

步骤1)对4H-SiC半绝缘衬底(1)进行清洗，以去除衬底表面污物；

步骤2)在4H-SiC半绝缘衬底上外延生长0.65μm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(2)；

步骤3)在P型缓冲层(2)上外延生长0.1μm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(3)；

步骤4)在N型沟道层(3)上外延生长0.2μm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；

步骤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；

步骤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(6)和漏电极(7)；

步骤7)对源电极(6)和漏电极(7)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0.2μm和2.2μm的凹沟道；

步骤8)对P型缓冲层进行一次光刻和离子注入，形成具有深度为0.15μm，分别以源极帽层里侧、距源极帽层里侧1.4μm处和距源极帽层里侧1.7μm处为起点、长度分别为1.2μm、0.1μm和0.5μm的缓冲层凹陷区(9)、(10)、(11)；

步骤9)在沟道上方且靠近源极帽层(4)一侧的沟道进行光刻、磁控溅射和金属剥离，形成0.7μm长的栅电极(8)；

步骤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。

进一步的，所述步骤1)中的具体清洗过程为：

(1)用蘸有甲醇的棉球将衬底仔细清洗两、三次，以除去表面各种尺寸的SiC颗粒；

(2)将4H-SiC半绝缘衬底(1)在摩尔比为H₂SO₄:HNO₃＝1:1溶液中超声5分钟；