一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，包括：对金刚石单晶的表面进行抛光清洗，得到处理过的金刚石单晶；用PECVD淀积金刚石单晶得到SiO2层；通过掩膜版对SiO2层进行光刻；使用RIE刻蚀经过光刻后的SiO2层，得到图形化衬底；采用MPCVD生长金刚石单晶外延层，在降温过程中，外延层出现应力不均匀以实现自剥离并在剥离出的外延层形成硅终端区域和非硅终端区域；在硅终端区域内的两侧制备源极和漏极；在硅终端区域的中间沉积SiO2形成栅介质，在栅介质中间制备栅极，得到完整的硅终端器件。本发明专利技术与传统方法相比，省去了硅终端表面制备及器件隔离工艺流程，同时也省去外延层单晶的加工流程，降低器件制备成本，提高成品率，与现有工艺兼容。与现有工艺兼容。与现有工艺兼容。

【技术实现步骤摘要】
一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件制备领域，具体涉及一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法。

技术介绍

[0002]随着超宽禁带半导体材料的兴起，金刚石具有禁带宽度大，击穿场强高，热导率高，载流子迁移率高等一系列的优点，有着终极半导体材料的称号，在高温、高频、高功率电子器件等领域具有巨大的应用潜力。一直以来，氢终端金刚石都是器件制备的主流选择，但氢终端金刚石表面电导稳定性的问题限制了其发展与应用。近年来，硅终端金刚石的出现，为解决这一问题提供了新的思路。但是硅终端表面金刚石材料制备工艺与器件加工流程复杂、成品率低，导致硅终端表面金刚石材料及器件发展缓慢。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0004]一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，步骤包括：
[0005]对金刚石单晶的表面进行抛光清洗，得到处理过的金刚石单晶；
[0006]用PECVD淀积处理过的金刚石单晶得到SiO2层；
[0007]通过掩膜版对所述SiO2层进行光刻；
[0008]使用RIE刻蚀经过光刻后的SiO2层，得到图形化衬底；
[0009]采用MPCVD设备在图形化衬底上生长金刚石单晶外延层，在降温过程中，使生长的金刚石单晶外延层出现应力不均匀以实现自剥离并在剥离出的金刚石单晶外延层的下表面形成硅终端区域和非硅终端区域；
[0010]对硅终端区域进行光刻，在硅终端区域内的两侧制备源极和漏极；
[0011]对硅终端区域进行光刻、沉积SiO2形成栅介质；
[0012]对沉积后的SiO2区域进行光刻，使用电子束蒸发设备在栅介质的中间区域制备栅极。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，对金刚石单晶的表面进行抛光清洗，包括：
[0014]对金刚石单晶进行切割抛光使得表面的粗糙度达到0～10nm；
[0015]对抛光后的金刚石单晶进行无机清洗和有机清洗，并在流动的去离子水中进行冲洗后用氮气枪吹干。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，无机清洗，包括：
[0017]采用加热的硫酸和硝酸混合溶液对抛光后的金刚石单晶进行清洗。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，有机清洗，包括：
[0019]分别采用丙酮、乙醇或异丙醇和去离子水超声清洗0～30分钟。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，使用RIE刻蚀经过光刻后的SiO2层，包括：
[0021]为RIE反应离子刻蚀设备通入反应气体为CHF3/O2的气体混合物，并将射频和电感耦合等离子体功率分别设置为50～200W和50～500W后进行刻蚀。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，采用MPCVD设备在所述图形化衬底上生长金刚石单晶外延层，包括：
[0023]在MPCVD中设置，温度800～1200℃、压强100～200mbar、H2流量200～600sccm、CH4流量0～100sccm、N2流量0.01～1sccm，使得在所述图形化衬底上横向异质外延生长金刚石单晶。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，在降温过程中，使生长的金刚石单晶外延层出现应力不均匀以实现自剥离的方式，包括：
[0025]在降温过程中，横向异质外延生长金刚石单晶的厚度达到100um～600um。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，非硅终端区域，用于做成器件间的隔离区。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，对硅终端区域进行光刻，在硅终端区域内的两侧制备源极和漏极，包括：
[0028]对硅终端区域进行光刻掩膜，对硅终端区域内的两侧区域使用电子束蒸发淀积Ti/Au0～100nm，随后洗去多余的光刻胶，退火30分钟后形成欧姆接触，形成源极和漏极，源极和漏极在硅终端区域之内。
[0029]在本专利技术的一个实施例中，对硅终端区域进行光刻、沉积SiO2形成栅介质和对沉积后的SiO2区域进行光刻，使用电子束蒸发设备在栅介质的中间制备栅极，包括：
[0030]对硅终端区域进行光刻掩膜，在硅终端区域的中间和靠近中间的源漏极部分区域上沉积SiO2，洗去多余的光刻胶形成栅介质，在栅介质的中间区域内采用电子束蒸发设备淀积Ti/Au做为栅极，形成肖特基接触，并洗去多余的光刻胶，得到完整的硅终端器件。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]1、通过本专利技术实施例制备自剥离金刚石单晶，后续无需切割与研磨，降低了金刚石单晶的加工制备成本，提高了成品率和利用率。
[0033]2、剥离的金刚石单晶含有硅终端区域，无需单独的硅终端表面电导制备工艺流程，可直接作为硅终端器件衬底，提供了新的硅终端器件制备方法，简化硅终端器件制备流程，与现有工艺兼容。
[0034]3、剥离的金刚石单晶在不含硅终端的部分可作为器件制备的隔离区，在制备硅终端器件时，不需要做器件隔离，简化了工艺步骤。
[0035]4、源漏极部分含有部分SiO2，可以降低电场，提高击穿电压。
附图说明
[0036]图1为本专利技术实施例所提供的一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法的流程示意图；
[0037]图2(a)～图2(g)为本专利技术实施例所提供的自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法的具体工艺步骤图；
[0038]图3为本专利技术实施例所提供的硅终端器件的平面图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]如图1所示，本专利技术实施例提供的一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，步骤包括：
[0041]S1，对金刚石单晶的表面进行抛光清洗，得到处理过的金刚石单晶；
[0042]S2，用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积设备)淀积所述处理过的金刚石单晶得到SiO2层；
[0043]S3，通过掩膜版对所述SiO2层进行光刻；
[0044]S4，使用RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀技术)刻蚀经过光刻后的SiO2层，得到图形化衬底；
[0045]S5，采用MPCVD(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition，微波等离子体化学气相沉积设备)在所述图形化衬底上生长金刚石单晶外延层，在降温过程中，使生长的金刚石单晶外延层出现应力不均匀以实现自剥离并在剥离出的金刚石单晶外延层的下表面形成硅终端区域和非硅终端区域；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，其特征在于，步骤包括：对金刚石单晶的表面进行抛光清洗，得到处理过的金刚石单晶；用PECVD淀积所述处理过的金刚石单晶得到SiO2层；通过掩膜版对所述SiO2层进行光刻；使用RIE刻蚀经过光刻后的SiO2层，得到图形化衬底；采用MPCVD设备在所述图形化衬底上生长金刚石单晶外延层，在降温过程中，使生长的金刚石单晶外延层出现应力不均匀以实现自剥离并在剥离出的金刚石单晶外延层的下表面形成硅终端区域和非硅终端区域；对所述硅终端区域进行光刻，在所述硅终端区域内的两侧制备源极和漏极；对所述硅终端区域进行光刻、沉积SiO2形成栅介质；对沉积后的SiO2区域进行光刻，使用电子束蒸发设备在所述栅介质的中间区域制备栅极。2.根据权利要求1所述自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，其特征在于，所述对金刚石单晶的表面进行抛光清洗，包括：对金刚石单晶进行切割抛光使得表面的粗糙度达到0～10nm；对抛光后的金刚石单晶进行无机清洗和有机清洗，并在流动的去离子水中进行冲洗后用氮气枪吹干。3.根据权利要求2所述自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，其特征在于，所述无机清洗，包括：采用加热的硫酸和硝酸混合溶液对抛光后的金刚石单晶进行清洗。4.根据权利要求2所述自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，其特征在于，所述有机清洗，包括：分别采用丙酮、乙醇或异丙醇和去离子水超声清洗0～30分钟。5.根据权利要求1所述自组织硅终端金刚石电导及器件的制备方法，其特征在于，所述使用RIE刻蚀经过光刻后的SiO2层，包括：为RIE反应离子刻蚀设备通入反应气体为CHF3/O2的气体混合物，并将射频和电感耦合等离子体功率分别设置为50～200W和50～500W后进行刻蚀。6.根据权利要求1所述自组...

【专利技术属性】
技术研发人员：任泽阳，孟金涛，张金风，苏凯，丁森川，祝子辉，许琦辉，唐浦涵，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：