[发明专利]垂直结构金刚石基金氧半场效晶体管及制备方法

说明书

本发明提供了一种垂直结构金刚石基金氧半场效晶体管及制备方法，属于半导体技术领域，包括：在高浓度重掺杂P型金刚石衬底的正面生长低浓度轻掺杂p型金刚石外延层；在缓冲层的上表面生长高浓度重掺杂p型金刚石外延层；光刻源区图形，刻蚀出柱状源区和栅区；在柱状源区的顶部形成源电极，在高浓度重掺杂P型金刚石衬底的背面形成漏电极，经过退火形成源极欧姆接触和漏极欧姆接触；在柱状源区的顶部、侧壁及周围沉积栅介质；在栅介质上形成栅电极；淀积钝化保护层；光刻制作电极图形。本发明提供的垂直结构金刚石基金氧半场效晶体管，具有很好的击穿电压和极佳的导热性，可以有效减小散热成本及体积，扩大了金刚石材料在金氧半导体上的应用。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，更具体地说，是涉及一种垂直结构金刚石基金氧半场效晶体管及制备方法。

背景技术

电力电子系统越来越趋向于小型化、高功率、低损耗，这就对功率半导体器件提出了更高的要求。金刚石的禁带宽度大，击穿电场高,热导率高，同时,金刚石半导体材料还具有高的电子和空穴迁移率。金刚石材料以其优异的特性被称为第四代半导体材料。其在电力电子器件方面的特性优值，显著优于SiC和GaN材料，是制作大功率、高频、高温、低功率损耗电力电子器件的理想材料。功率MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)，作为全控的半导体开关器件，在电力系统中具有很重要的作用。

目前大部分研究集中在金刚石肖特基势垒二极管、金刚石MESFET(MetalSemiconductor Field Effect Transistor)、以及金刚石材料作为其他材料器件散热层等方面，金刚石MESFET栅极和金刚石沟道形成肖特基接触，这就导致了漏极只能加正电压，而且反向漏电较大，而金刚石功率MOSFET的研究还处于空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直结构金刚石基金氧半场效晶体管，以解决现有金刚石MESFET栅极和金刚石沟道形成肖特基接触，反向漏电较大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种垂直结构金刚石基金氧半场效晶体管，包括：在高浓度重掺杂P型金刚石衬底的正面生长低浓度轻掺杂p型金刚石外延层，作为缓冲层；在所述缓冲层的上表面生长高浓度重掺杂p型金刚石外延层；

光刻源区图形，刻蚀出柱状源区和栅区，其中，有源区在所述柱状源区的顶部，栅区在所述柱状源区的侧壁；

在所述柱状源区的顶部光刻出源区图形窗口，淀积源极金属，形成源电极；在所述高浓度重掺杂P型金刚石衬底的背面淀积漏极金属，形成漏电极，经过退火形成源极欧姆接触和漏极欧姆接触；

在所述柱状源区的顶部、侧壁及周围沉积栅介质，其中所述栅介质覆盖所述源电极的表面；

在所述栅介质上光刻出栅形貌，剥离形成栅电极；

淀积钝化保护层；

光刻制作电极图形。

作为本申请另一实施例，所述在高浓度重掺杂P型金刚石衬底的正面生长低浓度轻掺杂p型金刚石外延层，作为缓冲层，在所述缓冲层的上表面生长高浓度重掺杂p型金刚石外延层，具体包括：所述低浓度轻掺杂p型金刚石外延层的厚度为1nm-100μm；所述高浓度重掺杂p型金刚石外延层的厚度为1nm-10μm；其中，所述轻掺杂的浓度为1×10¹⁴cm^-3至1×10¹⁷cm^-3，所述重掺杂的浓度为1×10¹⁸cm^-3至1×10²²cm^-3。