氧化镓场效应晶体管制造技术

本发明专利技术属于半导体器件技术领域，公开了一种具有垂直结构的氧化镓场效应晶体管，该氧化镓场效应晶体管具有增强型结构。本发明专利技术在场效应管结构设计上，利用p型材料层与氧化镓漂移层组成的异质pn结产生的耗尽区来关闭导电通道的一部分，从而形成常关型器件；且在第一氧化镓漂移层上利用同质外延生长的第二氧化镓漂移层以及在氧化镓绝缘层上利用同质外延生长的氧化镓层，可降低氧化镓场效应晶体管的电能损耗，提升可靠性。提升可靠性。提升可靠性。

【技术实现步骤摘要】
氧化镓场效应晶体管


[0001]本专利技术属于半导体器件
，特别涉及一种具有垂直结构的氧化镓场效应晶体管，该氧化镓场效应晶体管具有增强型结构。

技术介绍

[0002]氧化镓(Ga2O3)作为一种超宽禁带的半导体材料，禁带宽度在4.7～5.3eV之间，在击穿场强、导通阻抗，巴利加优值和成本等方面优势突出。可以用来制作高性能的功率电子器件，紫外传感器，光电探测器等，具有广泛可期的应用前景。
[0003]氧化镓(Ga2O3)衬底可以通过熔体生长法来制备，制造成本低，晶体质量高，且已有6inch大尺寸晶圆的成功报道。氧化镓(Ga2O3)的n型掺杂也已经做到良好且可控。凭借着其超宽的禁带，Ga2O3的理论临界场强高达8MV/cm，这个值是硅(Si)的20倍，是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的2倍多。以上这些特点，都使得Ga2O3在功率半导体领域有着显著的优势，可以做出耐压更高、尺寸更小的功率器件。
[0004]然而，氧化镓(Ga2O3)也存在着一些棘手的问题，比如其p型掺杂存在有效空穴质量大、受主激活能高的问题，p型掺杂问题仍未能解决。由于该问题的存在，在很大程度上限制了MOSFET这类器件的发展。
[0005]目前，已有报道的Ga2O3垂直型的MOS器件主要有三类，第一类是有着电流阻挡层的Ga2O3垂直型MOSFET，第二类是有着p型金属氧化物电流阻挡层的Ga2O3垂直型MOSFET，第三类是鳍栅式Ga2O3垂直型MOSFET。
[0006]第一类的是有着电流阻挡层的Ga2O3垂直型MOSFET，如附图1所示，其结构包括：重掺杂n型的Ga2O3衬底，生长于Ga2O3衬底上的轻掺杂n型的Ga2O3漂移层，漂移层两侧的N注入的n型Ga2O3电流阻挡层，设置于电流阻挡层之上的重掺杂n型的Ga2O3沟道层，Ga2O3衬底背面的漏极，Ga2O3沟道层上的源极，设置于Ga2O3衬底沟道层之上的栅介质，设置于所述栅介质层之上的栅电极。该器件的电流阻挡层是由N注入的n型Ga2O3制备的，用来形成高阻区，从而实现电流阻挡的作用。电流将沿着沟道横向流动着电流孔径区域后再垂直流向漏极。
[0007]第一类这样的结构设计，有诸多的优势，比如其是垂直型器件，尺寸可以做的相对更小；然而此结构设计的器件是常开型(耗尽型)器件，需要与常关型(增强型)MOS管配合使用。
[0008]第二类的是有着p型金属氧化物电流阻挡层的Ga2O3垂直型MOSFET，如附图2所示，其结构包括：重掺杂n型的Ga2O3衬底，生长于Ga2O3衬底上的轻掺杂n型的Ga2O3漂移层，漂移层两侧的p型金属氧化物电流阻挡层，设置于p型金属氧化物电流阻挡层之上的重掺杂n型的Ga2O3沟道层，Ga2O3衬底背面的漏极，Ga2O3沟道层上的源极，设置于Ga2O3衬底沟道层之上的栅介质，设置于所述栅介质层之上的栅电极。该器件的电流阻挡层是p型掺杂的金属氧化物材料，所述金属氧化物材料是氧化镍、氧化锡、氧化亚铜、三氧化钨、三氧化钼、五氧化二钒中的任意一种。p型金属氧化物电流阻挡层通过分别与Ga2O3漂移层和Ga2O3沟道层形成两个异质pn结来关闭沟道，从而形成常关型MOSFET。
[0009]第二类这样的结构设计，也有诸多的优势，比如其是垂直型器件，尺寸可以做的相对更小；比如其是常关型器件；比如其器件内部有异质pn结存在，相对于第一类的器件结构，它的击穿电压可以做的更高。然而由于p型金属氧化物是多晶材料，且与Ga2O3是异质材料，因此在其上异质外延形成的Ga2O3沟道层薄膜的结晶质量较差，无法生长出单晶性质且结晶质量高的Ga2O3沟道层，这会增加器件的电能损耗，影响器件的可靠性。
[0010]第三类的是鳍栅式Ga2O3垂直型MOSFET，有着相对较好的器件性能，例如其击穿电压可以做到2000V以上，但是这类结构的MOSFET的制备工艺十分复杂，实现较为困难。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，本专利技术针对上述现有技术的不足，提供一种薄膜结晶质量高且是常关型(增强型)的氧化镓场效应晶体管，该器件制备工艺简单，适合工业化生产。
[0012]本专利技术提供一种氧化镓场效应晶体管，包括：
[0013]漏电极；
[0014]氧化镓衬底，设置于漏电极上；
[0015]第一氧化镓漂移层，设置于氧化镓衬底上；
[0016]氧化镓绝缘层，设置于第一氧化镓漂移层的两侧；
[0017]第二氧化镓漂移层，设置于第一氧化镓漂移层和氧化镓绝缘层之上；
[0018]氧化镓层，在氧化镓绝缘层上外延生长形成，且氧化镓层位于第二氧化镓漂移层的两侧，氧化镓层上设有源电极；
[0019]p型材料层，设置在第一氧化镓漂移层上，p型材料层与第一氧化镓漂移层形成异质pn结；
[0020]栅绝缘层，设置于p型材料层上，且栅绝缘层上设有栅电极。
[0021]优选地，第一氧化镓漂移层于中心区域设有凹槽，第二氧化镓漂移层于凹槽的上方设有与凹槽连通且贯穿第二氧化镓漂移层上下表面的穿孔；p型材料层设置于第一氧化镓漂移层的凹槽和第二氧化镓漂移层的穿孔中。
[0022]优选地，p型材料层采用p型金属氧化物材料制成，p型金属氧化物材料为氧化镍、氧化锡、氧化亚铜、氧化铱、三氧化钨、三氧化钼、五氧化二钒中的任意一种。
[0023]优选地，漏电极与氧化镓衬底形成欧姆接触，源电极与所述氧化镓层形成欧姆接触，栅电极与p型材料层形成欧姆接触。
[0024]优选地，氧化镓衬底为重掺杂n型的氧化镓衬底，掺杂浓度范围为10
18
～10
20
cm
‑3；
[0025]第一氧化镓漂移层为轻掺杂n型的氧化镓漂移层，掺杂浓度范围为10
15
～10
17
cm
‑3；
[0026]第二氧化镓漂移层为轻掺杂n型的氧化镓漂移层，掺杂浓度范围为10
15
～10
17
cm
‑3；
[0027]氧化镓绝缘层由Fe掺杂的氧化镓材料制成；
[0028]氧化镓层为重掺杂n型的氧化镓层，掺杂浓度范围为10
18
～10
20
cm
‑3。
[0029]优选地，氧化镓场效应晶体管为增强型器件。
[0030]本专利技术还提供一种氧化镓场效应晶体管，包括：
[0031]漏电极；
[0032]氧化镓衬底，设置于漏电极上；
[0033]第一氧化镓漂移层，设置于氧化镓衬底上；
[0034]氧化镓绝缘层，设置于第一氧化镓漂移层的两侧；
[0035]第二氧化镓漂移层，设置于第一氧化镓漂移层和氧化镓绝缘层之上；
[0036]氧化镓层，在氧化镓绝缘层上外延生长形成，且氧化镓层位于第二氧化镓漂移层的两侧，氧化镓层上设有源电极；
[0037]p型材料层，设置在第二氧化镓漂移层上，p型材料层与第二氧化镓漂移层形成异质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化镓场效应晶体管，包括：其特征在于，漏电极(108a)；氧化镓衬底(101)，设置于所述漏电极(108a)上；第一氧化镓漂移层(102)，设置于所述氧化镓衬底(101)上；氧化镓绝缘层(104)，设置于所述第一氧化镓漂移层(102)的两侧；第二氧化镓漂移层(103)，设置于所述第一氧化镓漂移层(102)和所述氧化镓绝缘层(104)之上；氧化镓层(105)，在所述氧化镓绝缘层(104)上外延生长形成，且所述氧化镓层(105)位于所述第二氧化镓漂移层(103)的两侧，所述氧化镓层(105)上设有源电极(108b)；p型材料层(106)，设置在所述第一氧化镓漂移层(102)上，所述p型材料层(106)与所述第一氧化镓漂移层(102)形成异质pn结；栅绝缘层(107)，设置于所述p型材料层(106)上，且所述栅绝缘层(107)上设有栅电极(108c)。2.根据权利要求1所述氧化镓场效应晶体管，其特征在于：所述第一氧化镓漂移层(102)于中心区域设有凹槽，所述第二氧化镓漂移层(103)于所述凹槽的上方设有与所述凹槽连通且贯穿所述第二氧化镓漂移层(103)上下表面的穿孔；所述p型材料层(106)设置于所述第一氧化镓漂移层(102)的凹槽和所述第二氧化镓漂移层(103)的穿孔中。3.根据权利要求1所述氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述p型材料层(106)采用p型金属氧化物材料制成，所述p型金属氧化物材料为氧化镍、氧化锡、氧化亚铜、氧化铱、三氧化钨、三氧化钼、五氧化二钒中的任意一种。4.根据权利要求1所述氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述漏电极(108a)与所述氧化镓衬底(101)形成欧姆接触，所述源电极(108b)与所述氧化镓层(105)形成欧姆接触。5.根据权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于：所述氧化镓衬底(101)为重掺杂n型的氧化镓衬底，掺杂浓度范围为10
18
～10
20
cm
‑3；所述第一氧化镓漂移层(102)为轻掺杂n型的氧化镓漂移层，掺杂浓度范围为10
15
～10
17
cm
‑3；所述第二氧化镓漂移层(103)为轻掺杂n型的氧化镓漂移层，掺杂浓度范围为10
15
～10
17
cm
‑3；所述氧化镓绝缘层(104)由Fe掺杂的氧化镓材料制成；所述氧化镓层(105)为重掺杂n型的氧化镓层，掺杂浓度范...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零一L二九七八，
申请(专利权)人：广州华瑞升阳投资有限公司，
类型：发明
国别省市：