[发明专利]氧化镓场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法。该方法包括：在衬底上外延n型氧化镓沟道层；在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长介质层；将所述介质层中与栅区对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；在n型氧化镓沟道层与栅区对应的区域上制备栅极。上述方法可以改善器件的击穿特性，并保持器件的导通特性不变。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

电力电子器件主要用于电力设备的电能变化和电路控制，是进行电能(功率)处理的核心器件。当前全球范围内环境资源问题面临严峻考验，各国相继颁布节能减排政策，作为工业设施、家用电器等设备电能控制与转换的核心器件，功率半导体产业将面临新的技术挑战与发展机遇。硅基半导体器件是目前电力系统最普遍使用的功率器件，其性能已相当完善并接近由其材料特性决定的理论极限，使得其功率密度的增长呈饱和趋势。

以氧化镓为代表的超宽禁带电力电子器件近年来逐渐成为功率半导体器件的重要发展领域，并有望某些特定领域取代传统Si基功率器件。超宽禁带氧化镓作为一种新的半导体材料，在击穿场强、巴利加(Baliga)优值和成本等方面优势突出。国际上通常采用巴利加(Baliga)优值(～εμE_b³)来表征材料适合功率器件的程度。β-Ga₂O₃材料巴利加优值是GaN材料的4倍，是SiC材料的10倍，是Si材料的3444倍。β-Ga₂O₃功率器件与GaN和SiC器件相同耐压情况下，导通电阻更低，功耗更小，能够极大地降低器件工作时的电能损耗。

自从2013年日本信息通信研究机构(NICT)开发出首款氧化镓金属氧化物半导体场效应晶体管(Ga₂O₃MOSFET)器件以来，科研人员通过提高Ga₂O₃晶体材料质量、优化器件制作工艺，包括优化沟道层掺杂、欧姆接触和肖特基接触工艺以及栅场板结构等方法，不断提升Ga₂O₃MOSFET器件性能。2016年，NICT采用Al₂O₃作为栅下介质，并结合栅场板结构，制备的Ga₂O₃MOSFET器件击穿电压达到750V。2019年，ETRI采用源场板结构，同时测试过程中通过氟化液隔绝器件空气击穿，器件击穿电压达到2320V，为目前报道最高值。

然而，目前已报道的Ga₂O₃场效应晶体管(FET)器件的击穿电压和导通特性还远低于材料预期值。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种氧化镓场效应晶体管的制备方法及其结构，以解决现有技术中Ga₂O₃场效应晶体管(FET)器件的击穿电压和导通特性远低于材料预期值的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，包括：

在衬底上外延n型氧化镓沟道层；

在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；

在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长介质层；

将所述介质层中与栅区对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；

在n型氧化镓沟道层与栅区对应的区域上制备栅极。

可选的，所述在衬底上外延n型氧化镓沟道层包括：

在衬底上形成未掺杂的氧化镓层；

在所述未掺杂的氧化镓层上形成n型氧化镓沟道层。