【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体，具体涉及一种基于f离子栅调制的mosfet器件及其制备方法。
技术介绍
1、gan相比于si基材料，具有禁带宽度大、临界击穿电场高、饱和速度大、导热性好等优良的电学性能，使得制备的器件具有更高的击穿电压，并且在同等的耐压要求下，gan基器件具备更低的导通电阻，从而在高压大功率电力电子领域也具有很大的潜力。对于应用在高压环境中的gan平面器件而言，要想提高器件的击穿电压则必须增大源漏距离和栅漏距离，以使得器件阻断时具有更大的耐压空间，但这种方式使得器件的尺寸增大，导致晶圆利用率的降低与单个器件成本的上升。
2、gan沟槽栅金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)是利用垂直方向的漂移层来进行阻断耐压，因此其提高器件的击穿电压时无需增大器件的尺寸，仅通过增加器件漂移区的厚度即可，能够有效降低单个器件的成本，提高整体晶圆的利用率。
3、然而，gan沟槽栅mosfet的沟槽底角处存在电场聚集，影响器件的耐压性能。
技术实现思路
1、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基于f离子栅调制的mosfet器件及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术提供了一种基于f离子栅调制的mosfet器件及其制备方法，包括：
3、自下而上依次设置的衬底层、第一n型gan层、第二n型gan层、
4、栅极凹槽，由所述第三n型gan层上表面的两端延伸至所述第二n型gan层的内部；所述栅极凹槽靠近所述第三n型gan层的一侧为栅极区，所述栅极区远离所述第三n型gan层的一侧为调制区；
5、栅极结构，由所述第三n型gan层的上表面延伸至所述栅极区；
6、源极凹槽，由所述第三n型gan层的上表面延伸至所述第三n型gan层的下表面；
7、源电极，位于所述源极凹槽内；
8、漏电极，位于所述第二n型gan层两侧的所述第一n型gan层的上表面；
9、f离子注入区，位于所述调制区，由所述栅极凹槽的底部延伸至所述第二n型gan层的内部。
10、在一个可实现的方式中，所述源电极由所述源极凹槽内延伸至所述第三n型gan层的上表面，且所述源电极和所述栅极结构之间存在间隔。
11、在一个可实现的方式中，所述栅极结构包括：栅介质层和栅电极，其中，
12、所述栅介质层由所述第三n型gan层的上表面延伸至所述栅极区；
13、所述栅电极位于所述栅介质层的表面。
14、在一个可实现的方式中，所述衬底层的材料包括si、sic、蓝宝石中的一种或多种；
15、所述栅介质层的材料包括al2o3；
16、所述栅电极的材料包括ni/au；
17、所述源电极的材料包括ti/al/ni/au；
18、所述漏电极的材料包括ti/al/ni/au。
19、在一个可实现的方式中，所述栅极区的长度为2～10μm。
20、在一个可实现的方式中，所述调制区的长度为3～10μm。
21、在一个可实现的方式中，所述第一n型gan层的掺杂浓度为1.0×1019～1×1020cm-3，厚度为1～2μm；
22、所述第二n型gan层的掺杂浓度为1.0×1016～3×1016cm-3，厚度为3～5μm；
23、所述p型gan层的掺杂浓度为1.0×1017～1×1018cm-3，厚度为200～350nm；
24、所述第三n型gan层的掺杂浓度为1.0×1019～1×1020cm-3，厚度为200～300nm。
25、在一个可实现的方式中，所述f离子注入区的注入深度为10～100nm，注入浓度为1.0×1015～1×1018cm-3。
26、本专利技术的第二方面提供了一种基于f离子栅调制的mosfet器件的制备方法，包括以下步骤：
27、s1：获取自下而上依次设置的衬底层、第一n型gan层、第二n型gan层、p型gan层和第三n型gan层；
28、s2：在所述第三n型gan层的两端进行刻蚀，形成由所述第三n型gan层上表面的两端延伸至所述第二n型gan层内部的栅极凹槽；所述栅极凹槽靠近所述第三n型gan层的一侧为栅极区，所述栅极区远离所述第三n型gan层的一侧为调制区；
29、s3：在所述第三n型gan层的上表面和所述栅极区内制备栅极结构；
30、s4：在所述第三n型gan层的上表面进行刻蚀，形成由所述第三n型gan层的上表面延伸至所述第三n型gan层下表面的源极凹槽；
31、s5：在所述源极凹槽内制备源电极，并在所述第二n型gan层两侧的所述第一n型gan层的上表面制备漏电极；
32、s6：在所述调制区进行离子注入，形成由所述栅极凹槽的底部延伸至所述第二n型gan层内部的f离子注入区。
33、在一个可实现的方式中，所述步骤s6的具体步骤包括：
34、采用icp工艺，通过cf4气体对所述调制区进行等离子体处理，形成由所述栅极凹槽的底部延伸至所述第二n型gan层内部的f离子注入区；其中，所述等离子体处理的时间为100～200s，所述cf4气体的流量为30～50sccm。
35、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
36、本专利技术的基于f离子栅调制的mosfet器件，通过在调制区设置f离子注入区，耗尽第三n型gan层表面的电子，降低第三n型gan层表面的电势，扩宽器件的电场分布范围，降低器件的峰值电场强度，从而减缓器件的电场集中现象，提高器件的击穿电压，确保器件的耐压性能。
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1.一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，所述源电极(8)由所述源极凹槽内延伸至所述第三N型GaN层(5)的上表面，且所述源电极(8)和所述栅极结构之间存在间隔。
3.根据权利要求1所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，所述栅极结构包括：栅介质层(6)和栅电极(7)，其中，
4.根据权利要求3所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，所述衬底层(1)的材料包括Si、SiC、蓝宝石中的一种或多种；
5.根据权利要求1所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，所述栅极区的长度为2～10μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，所述调制区的长度为3～10μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，所述第一N型GaN层(2)的掺杂浓度为1.0×1019～1×1020cm-3，厚度为1～2μ
8.根据权利要求1所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件，其特征在于，所述F离子注入区(10)的注入深度为10～100nm，注入浓度为1.0×1015～1×1018cm-3。
9.一种基于F离子栅调制的MOSFET器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种基于F离子栅调制的MOSFET器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S6的具体步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于f离子栅调制的mosfet器件，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于f离子栅调制的mosfet器件，其特征在于，所述源电极(8)由所述源极凹槽内延伸至所述第三n型gan层(5)的上表面，且所述源电极(8)和所述栅极结构之间存在间隔。
3.根据权利要求1所述的一种基于f离子栅调制的mosfet器件，其特征在于，所述栅极结构包括：栅介质层(6)和栅电极(7)，其中，
4.根据权利要求3所述的一种基于f离子栅调制的mosfet器件，其特征在于，所述衬底层(1)的材料包括si、sic、蓝宝石中的一种或多种；
5.根据权利要求1所述的一种基于f离子栅调制的mosfet器件，其特征在于，所述栅极区的长度为2～10μm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：侯斌，杨凌，许家瑞，常青原，马晓华，张濛，武玫，芦浩，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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