本發(fā)明屬于半導體器件制備技術領域，涉及一種氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管及其制備方法。

背景技術：

以氧化鎵為代表的第三代寬禁帶半導體材料因其禁帶寬度大、擊穿場強高、電子飽和漂移速度高、耐腐蝕和抗輻照等突出優(yōu)點，在高頻、高功率、抗輻射等電子器件方面具有重要應用。特別是，氧化鎵的禁帶寬度高達4.9eV、擊穿電場可達3.5×10⁶V/cm，以及具有比碳化硅和氮化鎵更大的巴利加優(yōu)值，成為功率半導體器件研制的重要候選材料。目前有關氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的研究較少，器件結(jié)構(gòu)和氧化物介質(zhì)層材料比較單一，制備工藝不成熟。特別是在制備高性能源和漏極時使用了對氧化鎵晶格損傷很大的離子注入方式進行局部重摻雜處理，雖然獲得了良好的接觸特性，但是晶格缺陷的出現(xiàn)顯著增加了載流子輸運損耗，尤其是在大功率條件下，由載流子損耗而產(chǎn)生的熱效應，將會對器件性能造成極大影響，甚至可能會導致器件損毀。此外，離子注入的設備昂貴，工藝條件苛刻，工藝過程復雜。上述這些均不利于高性能氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的研制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對上述制備氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管研制過程中所面臨的諸多技術難題，提出一種基于氧化鎵單晶的金屬-氧化物半導體場效應晶體管及其制備方法，器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：輕摻雜氧化鎵層、重摻雜氧化鎵層、氧化鎵單晶、氧化物介質(zhì)層、柵電極、源和漏電極。

本發(fā)明的技術方案：

一種氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管，以半絕緣氧化鎵單晶為基體，其表面依次為非摻雜氧化鎵層、錫層和圖形化錫層；未被圖形化錫層覆蓋的錫層表面為氧化物介質(zhì)層，氧化物介質(zhì)層與圖形化錫層間形成開口，開口數(shù)量是成對的，開口區(qū)域小于圖形化錫層區(qū)域；開口區(qū)域的表面依次為鈦層和金層，分別作為源電極和漏電極；氧化物介質(zhì)層表面依次為鈦層和金層，作為柵電極；其中，錫層即為錫原子擴散輕摻雜氧化鎵層，圖形化錫層即為錫原子擴散重摻雜氧化鎵層；

所述的非摻雜氧化鎵層的厚度為10nm～100μm；

所述的錫層的厚度為1nm～1mm；

所述的圖形化錫層的厚度為1nm～1mm；

所述的氧化物介質(zhì)層的厚度為1nm～10μm；

所述的鈦層的厚度為1nm～10μm；

所述的金層的厚度為1nm～10μm。

氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的優(yōu)選條件：

所述的非摻雜氧化鎵層的厚度為100nm～10μm；

所述的錫層的厚度為10nm～10μm；

所述的圖形化錫層的厚度為10nm～10μm；

所述的氧化物介質(zhì)層的厚度為10nm～1μm；

所述的鈦層的厚度為2nm～200nm；

所述的金層的厚度為10nm～1μm。

一種氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的制備方法，步驟如下：

步驟1：在半絕緣氧化鎵單晶上沉積一層非摻雜氧化鎵層；

步驟2：在氧化鎵層的表面預沉積一層錫層；

步驟3：將步驟2得到的氧化鎵樣品封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)的真空度小于1×10^-3Pa；進行熱處理，使得全部氧化鎵層中較為均勻摻入錫原子，其中，熱處理溫度為100℃～1500℃，熱處理時間為1h～24h；

步驟4：溫度降到室溫后，取出氧化鎵樣品，利用清洗液對氧化鎵樣品表面的殘留物進行一次清洗，再用去離子水對產(chǎn)生的殘留物進行二次清洗，吹干；

步驟5：再次在步驟4得到的氧化鎵樣品表面預沉積一層圖形化錫層；

步驟6：再次將步驟5得到的氧化鎵樣品封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)的真空度小于1×10^-3Pa；再次進行熱處理，使得氧化鎵層局部進一步摻入更多的錫原子，其中，熱處理溫度為100℃～1500℃，熱處理時間為1h～24h；

步驟7：溫度降到室溫后，取出氧化鎵樣品；利用清洗液對氧化鎵樣品表面的殘留物進行一次清洗，再用去離子水對產(chǎn)生的殘留物進行二次清洗，吹干；

步驟8：在步驟7得到的氧化鎵樣品表面沉積氧化物介質(zhì)層；

步驟9：將圖形化錫層上的氧化物介質(zhì)層全部去掉并形成開口，開口區(qū)域小于錫圖形區(qū)域；

步驟10：在開口區(qū)域依次沉積鈦層和金層，作為源電極和漏電極；

步驟11：在氧化物介質(zhì)層上沉積鈦層和金層，作為柵電極；控制氧化物介質(zhì)層的厚度不大于100nm；

步驟12：對步驟11得到的氧化鎵器件在惰性氣體的保護下進行熱處理，其中，熱處理溫度為100℃～1000℃，熱處理時間為1min～60min。

所述的氧化物介質(zhì)層中的氧化物為氧化鎵、三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鎂中的一種或兩種以上組合。

以下條件作為制備方法的優(yōu)選條件：

步驟3中熱處理溫度為700℃～1200℃，熱處理時間為2h～12h。

步驟6中熱處理溫度為700℃～1200℃；熱處理時間為2h～12h。

步驟12中熱處理溫度為300℃～600℃，熱處理時間為2min～20min。

所述的清洗液為鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或兩種以上混合。

所述的沉積方法是溶膠凝膠法、熱蒸發(fā)法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、激光脈沖沉積、原子層外延或分子束外延法。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明創(chuàng)新在于設計了一種基于氧化鎵材料的金屬-氧化物半導體場效應晶體管，并提出了一種有效而簡便的工藝制造技術，解決了高性能氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的制備難題，實現(xiàn)新型氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的研制。

附圖說明

圖1是氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是錫摻雜氧化鎵層的示意圖。

圖3是圖形化錫摻雜氧化鎵層的示意圖。

圖4是氧化物介質(zhì)層的開口示意圖。

圖中：1氧化鎵單晶；2錫原子擴散輕摻雜氧化鎵層；

3錫原子擴散重摻雜氧化鎵層；4氧化物介質(zhì)層；5鈦層；6金層；7柵電極；

8源電極；9漏電極；10開口區(qū)域。

具體實施方式

以下結(jié)合技術方案和附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例1

一種氧化鎵基金屬-氧化物半導體場效應晶體管的制備方法，包括以下工藝步驟：

步驟1：在厚度為300μm、表面5mm見方的半絕緣氧化鎵單晶上采用金屬有機物化學氣相沉積方法，外延生長400nm厚非摻雜氧化鎵層；

步驟2：在氧化鎵層的表面采用熱蒸發(fā)的方法，預沉積50nm厚錫層；

步驟3：將上述氧化鎵樣品封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)的真空度為3×10^-4Pa；而后將封閉有氧化鎵樣品的石英管放入加熱設備中進行熱處理，溫度為1000℃，時間為12h；使得全部氧化鎵層中較為均勻摻入錫原子；

步驟4：溫度降到室溫后，取出氧化鎵樣品，利用稀鹽酸對氧化鎵材料表面的殘留物進行一次清洗；而后利用去離子水對產(chǎn)生的殘留物進行二次清洗，并將氧化鎵用高純氮氣吹干；

步驟5：再次在錫摻雜的氧化鎵層表面采用熱蒸發(fā)的方法，再次沉積2條30nm厚、1mm寬、5mm長的錫帶，兩個帶之間的間隔為30μm；

步驟6：將上述氧化鎵樣品再次封閉在石英管內(nèi)，石英管內(nèi)的真空度為3×10^-4Pa；而后將封閉有氧化鎵樣品的石英管再次放入加熱設備中進行熱處理，溫度為1000℃，時間為12h；使得氧化鎵層局部進一步摻入更多的錫原子，形成重摻雜區(qū)；

步驟7：溫度降到室溫后，取出氧化鎵樣品，利用稀鹽酸對氧化鎵材料表面的殘留物進行一次清洗；而后利用去離子水對產(chǎn)生的殘留物進行二次清洗，并將氧化鎵用高純氮氣吹干；

步驟8：在上述錫摻雜氧化鎵層上采用金屬有機物化學氣相沉積方法，外延生長30nm厚的鎂摻雜半絕緣氧化鎵介質(zhì)層

步驟9：將步驟5中圖形化錫層上的鎂摻雜半絕緣氧化鎵介質(zhì)層全部去掉并形成0.6mm寬、5mm長的帶開口；

步驟10：隨著開口形狀，制備由15nm鈦層和50nm金層組成的雙層條狀源和漏電極；

步驟11：鎂摻雜半絕緣氧化鎵介質(zhì)層上制備由15nm鈦層和50nm金層組成的雙層條狀柵電極，電極寬為5μm，長為5mm；

步驟12：對上述氧化鎵器件在高純氮氣惰性保護下進行熱處理，溫度為400℃，時間為3min。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。