[发明专利]具有栅边缘漏侧部分轻掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管

说明书

本发明公开了具有栅边缘漏侧部分轻掺杂的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型沟道层的上表面两侧设有源极帽层和漏极帽层，源极帽层上表面设有源电极，漏极帽层上表面设有漏电极，N型沟道层底部且靠近源极帽层的一侧设有栅电极，在N型沟道层底部且位于部分栅电极的栅下和部分栅漏间形成轻掺杂区，轻掺杂区以栅电极漏侧的栅边缘的垂线为对称轴呈轴对称结构。本发明能够缓解栅边缘漏侧的电场集中效应，以优化栅边缘漏侧的电场和电流，从而抑制击穿；能够缓解热电子充电效应，以减少界面态的产生，抑制器件性能的衰退，从而提高器件的寿命。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管技术领域，特别是一种具有栅边缘漏侧部分轻掺杂的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栅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CN201410629243.1公开的一种金属氧化物半导体场效应管的终端结构，包括N型的截止环，还包括通过离子注入形成于所述截止环与有源区之间的第一P型低掺杂区域和第二P型低掺杂区域，注入剂量为1.5*1011～2*1013/cm²，注入能量为20千电子伏～80千电子伏，两个P型低掺杂区域中所述第一P型低掺杂区域相对更靠近所述有源区，所述第一P型低掺杂区域的长度小于所述第二P型低掺杂区域的长度。该方案是采用两个低掺杂的P-区来降低表面电场、提高MOSFET的击穿电压，替代了传统的多个分压环的终端结构，大大减小了终端尺寸、提高了芯片的有效利用面积，在相同面积下使芯片的参数更优。但栅边缘漏侧的电场集中效应和热电子充电效应未得到有效的改善，这使得器件很容易被击穿，且寿命受到很大影响，限制了器件的工作环境和可靠性。使器件能在极端恶劣环境下稳定工作迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种具有栅边缘漏侧部分轻掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，能有效缓解栅边缘漏侧的电场集中效应、热电子充电效应。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

具有栅边缘漏侧部分轻掺杂的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型沟道层的上表面两侧设有源极帽层和漏极帽层，所述源极帽层上表面设有源电极，漏极帽层上表面设有漏电极，N型沟道层底部且靠近源极帽层的一侧设有栅电极，在N型沟道层底部且位于部分栅电极的栅下和部分栅漏间形成轻掺杂区，所述轻掺杂区以栅电极漏侧的栅边缘的垂线为对称轴呈轴对称结构。

进一步，所述轻掺杂区的深度为0.1μm，长度为0.3μm，掺杂浓度为3×10¹⁶cm^-3。

进一步，所述轻掺杂区位于栅电极的栅下长度为0.15μm，栅漏下长度为0.15μm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：