【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，具体涉及一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
1、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，并有望在某些特定领域取代传统si基功率器件。超宽禁带氧化镓(gan)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(～eb3)来表征材料适合功率器件的程度。例如，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。
2、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(ga2o3 mosfet)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ga2o3 mosfet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ga2o3 mosfet器件击穿电压达到750v。
3、然而，现有技术中的ga2o3场效应晶体管(fet)器件的击穿电压和导通特性仍有待改善。此外，现有技术中ga2o3场效应晶体管制备工艺繁琐，可控性差，对离子注入机的要求很高，且离子注入深度较浅，导通电阻较高，电能损耗大。
技术实现思路
1
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，包括：
4、在衬底上生长n型氧化镓沟道层；
5、在所述n型氧化镓沟道层上制备源电极和漏电极；
6、在所述n型氧化镓沟道层和漏电极的表面制备金属掩膜；
7、在所述n型氧化镓沟道层、源电极和金属掩膜的表面制备光刻胶，随后对所述光刻胶进行烘烤和回流处理，形成光刻胶斜面；
8、在光刻胶斜面上垂直注入元素，形成在n型氧化镓沟道层内纵向梯形分布的离子注入区；
9、在所述源电极和漏电极之间的n型氧化镓沟道层上制备栅介质；
10、在所述离子注入区所对应的栅介质上制备栅电极，即得氧化镓场效应晶体管。
11、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，对所述光刻胶进行烘烤和回流处理包括：将所述n型氧化镓沟道层、源电极和金属掩膜表面的光刻胶在80-90℃下进行第一次烘烤，蒸发，曝光、显影，去除金属掩膜上的光刻胶；再以10-15℃/min的速率升至130-150℃后，对剩余光刻胶进行第二次烘烤，使得剩余光刻胶边缘回流变形成光刻胶斜面。
12、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述第一次烘烤的时间为1-10min；所述第二次烘烤的时间为1-15min。
13、本专利技术只有选择上述烘烤和回流的工艺参数，才能制备光刻胶斜面。
14、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述光刻胶斜边与水平面的夹角为10-80度。
15、本专利技术制备的光刻胶斜面夹角范围更大，注入的离子深度更深，能够实现更低的导通电阻。
16、结合第一方面，在一些可能的实现方式中，所述离子注入区的注入元素为b、mg、n、he和h的任意一种或几种，上述注入元素在氧化镓中作为受主，从而耗尽n型氧化镓沟道内的载流子。所述注入元素的剂量为1e12-1e20；注入能量在1-200kev，上述注入剂量和能量，可使得元素在n型氧化镓沟道层内分布的深度更深，能够充分的耗尽载流子会，使该区域的导通电阻更低，从而提升器件的耐击穿特性。
17、第二方面，本专利技术还提供上述制备方法得到的氧化镓场效应晶体管，包括衬底，设于所述衬底上的n型氧化镓沟道层，设于所述n型氧化镓沟道层上的源电极和漏电极，设于所述源电极和漏电极之间的栅介质，设于所述栅介质上的栅电极，在所述n型氧化镓沟道层中、栅电极的下方设有离子注入区；所述离子注入区的深度由靠近所述源电极的一端向靠近所述漏电极的一端逐渐变深；其中，所述离子注入区在n型氧化镓沟道层内纵向梯形分布。
18、结合第二方面，在一些可能的实现方式中，所述离子注入区的纵切面为直角三角形，其中，直角三角形的斜边与水平面的夹角为10-80度，表明注入的离子深度更深，能够实现更低的导通电阻，能够极大地降低器件工作时的电能损耗；消除尖峰电场，提升耐击穿性能。
19、结合第二方面，在一些可能的实现方式中，所述直角三角形的直角边垂直于n型氧化镓沟道层的表面。
20、结合第二方面，在一些可能的实现方式中，所述离子注入区的最大深度小于所述n型氧化镓沟道层，所述n型氧化镓沟道层的厚度为10nm-1000nm。
21、结合第二方面，在一些可能的实现方式中，所述栅电极的长度≥50nm、小于≤10μm。
22、本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
23、本专利技术的制备方法具有工艺简单，可控性好，可制备的光刻胶斜面夹角范围更大，注入的离子深度更深，离子注入区的深度由靠近源电极的一端向靠近漏电极的一端逐渐变深，能够实现更低的导通电阻，功耗更小，能够极大地降低器件工作时的电能损耗。
24、该制备方法通过精准的控制光刻胶的烘烤和回流处理工艺，形成光刻胶斜面作为光刻图形；金属掩膜保护住的区域不会注入元素，光刻胶斜面作为元素注入过程中的掩膜，光刻胶斜面会逐渐被去除，注入元素会继续进入光刻胶斜面掩膜下的n型氧化镓沟道层，在n型氧化镓沟道层中形成与光刻胶斜面相对称且纵向梯形分布的离子注入区；离子注入区的深度由靠近源电极的一端向靠近漏电极的一端逐渐变深，以充分地降低导通电阻，能够极大地降低器件工作时的电能损耗；消除尖峰电场，提升耐击穿性能。该方法制备得到的氧化镓场效应晶体管的电能损耗少，耐击穿性好，适合高压场景。
25、现有技术中的晶体管，在栅电极偏向漏电极(栅偏漏区域)的位置存在较高的峰值场强，从而导致器件击穿特性降低。本专利技术的氧化镓场效应晶体管通过纵向梯形分布的离子注入技术，降低栅电极下n型氧化镓沟道层内的载流子浓度，从而降低栅偏漏区域的峰值场强，提升击穿特性。纵向梯形分布的离子区能够保证注入元素在栅电极偏向漏电极端更深，相比于非阶梯分布的离子注入，能够实现更低的高通电阻，降低能耗损失。
26、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
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1.一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述光刻胶进行烘烤和回流处理包括：将所述n型氧化镓沟道层、源电极和金属掩膜表面的光刻胶在80-100℃下进行第一次烘烤，蒸发，曝光、显影，去除金属掩膜上的光刻胶；再以10-15℃/min的速率升至不超过150℃后，对剩余光刻胶进行第二次烘烤，使得剩余光刻胶边缘回流形成光刻胶斜面。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烘烤的时间为1-10min；和/或
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶斜面与水平面的夹角为10-80度。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入区的注入元素为B、Mg、N、He和H的任意一种或几种，所述注入元素的剂量为1E12-1E20；注入能量在1-200keV。
6.权利要求1-5任一项所述制备方法得到的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底，设于所述衬底上的n型氧化镓沟道层，设于所述n型氧化镓沟道层上的源电极和漏电极，设于所述源电
7.根据权利要求6所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述离子注入区的纵切面为直角三角形，其中，直角三角形的斜边与水平面的夹角为10-80度，所述直角三角形的直角边垂直于n型氧化镓沟道层的表面。
8.根据权利要求6-7任一项所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述离子注入区的最大深度小于所述n型氧化镓沟道层，所述n型氧化镓沟道层的厚度为10nm-1000nm。
9.根据权利要求6所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述栅电极的长度≥50nm、小于≤10μm。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对所述光刻胶进行烘烤和回流处理包括：将所述n型氧化镓沟道层、源电极和金属掩膜表面的光刻胶在80-100℃下进行第一次烘烤，蒸发，曝光、显影，去除金属掩膜上的光刻胶；再以10-15℃/min的速率升至不超过150℃后，对剩余光刻胶进行第二次烘烤，使得剩余光刻胶边缘回流形成光刻胶斜面。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一次烘烤的时间为1-10min；和/或
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶斜面与水平面的夹角为10-80度。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入区的注入元素为b、mg、n、he和h的任意一种或几种，所述注入元素的剂量为1e12-1e20；注入能量在1-200kev。
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏宇，吕元杰，孙保瑞，王元刚，李保第，胡泽先，韩仕达，卜爱民，冯志红，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：
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