一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于場效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]SiC材料具有寬帶隙、高擊穿電場、高的飽和電子迀移速度、高熱導(dǎo)率等突出的材料和電學(xué)特性，使其在高頻高功率器件應(yīng)用中，尤其是高溫、高壓、航天、衛(wèi)星等嚴苛環(huán)境下的高頻高功率器件應(yīng)用中具有很大的潛力。在SiC同質(zhì)異形體中，六角密堆積的纖鋅礦結(jié)構(gòu)的4H-SiC的電子迀移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高頻高功率器件，尤其是金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)應(yīng)用中占有主要地位。
[0003]目前，大多數(shù)文獻致力于雙凹陷4H-SiC MESFET結(jié)構(gòu)的研宄及在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進。該結(jié)構(gòu)從下至上由4H-SiC半絕緣襯底、P型緩沖層、N型溝道層和N+帽層堆疊而成，以該堆疊層為基礎(chǔ)，刻蝕N+帽層后形成凹陷的N型溝道層，柵的源側(cè)一半長度向N型溝道層內(nèi)凹陷形成凹柵結(jié)構(gòu)，凹陷的N型溝道層可通過反應(yīng)離子刻蝕RIE技術(shù)完成。
[0004]雖然上述雙凹陷結(jié)構(gòu)4H-SiC MESFET的擊穿電壓因柵的源側(cè)一半長度向N型溝道層內(nèi)凹陷而增加，但飽和漏電流卻沒有得到實質(zhì)性提升。并且在實際情況下，反應(yīng)離子刻蝕RIE的過程會在器件漂移區(qū)表面形成晶格損傷，導(dǎo)致N型溝道層中載流子有效迀移率下降，進而降低漏極電流，在電流輸出特性上表現(xiàn)為飽和電流的退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，旨在提供一種制作工藝簡單且能夠提高輸出電流和擊穿電壓，改善頻率特性的一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種具有寬溝道深凹陷金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制備方法，按照以下步驟制備:
[0007]步驟I)對4H_SiC半絕緣襯底進行清洗，以去除襯底表面污物；
[0008]步驟2)在4H-SiC半絕緣襯底上外延生長0.5 μ m厚的SiC層，同時經(jīng)乙硼烷B2H6原位摻雜，形成濃度為1.4X 115cnT3的P型緩沖層；
[0009]步驟3)在P型緩沖層上外延生長0.4 μm-0.5 μπι厚的SiC層，同時經(jīng)N2原位摻雜，形成濃度為3X1017cm_3的N型溝道層；
[0010]步驟4)在N型溝道層上外延生長0.2 μ??厚的SiC層，同時經(jīng)隊原位摻雜，形成濃度為1.0X 120cm-3的N +型帽層；
[0011]步驟5)在N+型帽層上依次進行光刻和隔離注入，形成隔離區(qū)和有源區(qū)；
[0012]步驟6)對有源區(qū)依次進行源漏光刻、磁控濺射、金屬剝離和高溫合金，形成0.5 μ m長的源電極和漏電極；
[0013]步驟7)對源電極和漏電極之間的N+型帽層進行光亥I」、刻蝕，刻蝕厚度為0.15-0.25 μπι，刻蝕長度以源極帽層和漏極帽層內(nèi)側(cè)為起點分別為0.85 μπι和I μπι，形成具有長度為0.35 μ m、高度為0.15-0.25 μ m的高柵區(qū)域；
[0014]步驟8)在溝道上方且靠近源極帽層一側(cè)的凹溝道進行光刻、磁控濺射和金屬剝離，形成0.7 μ??長的柵電極；
[0015]步驟9)對所形成的4H_SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管表面進行鈍化、反刻，形成電極壓焊點，完成器件的制作。
[0016]進一步地，所述步驟I)中的清洗過程為:
[0017]a、用蘸有甲醇的棉球?qū)⒁r底仔細清洗兩、三次，以除去表面各種尺寸的SiC顆粒；
[0018]b、將4H-SiC半絕緣襯底在H2SO4 = HNO3= 1:1中超聲5分鐘；
[0019]c、將4H-SiC半絕緣襯底在1#清洗液中煮沸5分鐘，1#清洗液為NaOH:H2O2:H2O=1:2:5，然后去離子水沖洗5分鐘后再放入2#清洗液中煮沸5分鐘，2#清洗液為HCl:H202:H2O = 1:2:7，最后用去離子水沖洗干凈并用N2吹干備用。
[0020]進一步地，所述步驟2)中P型緩沖層制備過程為:將4H_SiC半絕緣襯底放入生長室中，然后向生長室中通入流量為20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和801/min的高純氫氣，同時通入2ml/min的B2H6，生長溫度為1550 °C，壓強為15Pa,持續(xù)6min，完成摻雜濃度和厚度分別為1.4X 115CnT3和0.5 ym的P型緩沖層制作。
[0021]進一步地，所述步驟3)中N型溝道層的制備過程為:將4H_SiC外延片放入生長室，向生長室中通入流量為20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和801/min的高純氫氣，同時通入2ml/min的N2,生長溫度為1550°C，壓強為15Pa,持續(xù)5min，完成摻雜濃度和厚度分別為3X 1017cm_3和0.4 μ m-0.5 μπι的N型溝道層制作。
[0022]進一步地，所述步驟4)中N+型帽層的制備過程為:將4H_SiC外延片放入生長室，向生長室中通入流量為20ml/min的硅烷、10ml/min的丙烷和801/min的高純氫氣，同時通入20ml/min的N2，生長溫度為1550°C，壓強為15Pa,持續(xù)2min，制作摻雜濃度和厚度分別為 1.0X 102°cnT3和 0.2μπι 的 N+帽層。
[0023]進一步地，所述步驟5)中隔離區(qū)和有源區(qū)的制作過程:
[0024]a、采用正性光刻膠，涂膠速度:3000R/min，膠厚> 2nm保證在后續(xù)隔離注入時能夠起到良好的阻擋作用；
[0025]b、涂膠完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用隔離注入光刻板進行約35秒紫外曝光后在專用顯影液中顯影60秒，露出4H-SiC，然后在100°C烘箱中后烘3分鐘，所述專用顯影液的配方比為四甲基氫氧化氨:水=1:3 ；
[0026]C、進行兩次硼離子注入，注入條件為130keV/6X 1012cnT2，50keV/2 X 1012cnT2，注入完成后用丙酮+超聲去膠，再用等離子去膠3分鐘，完成有源區(qū)以外的隔離注入；
[0027]d、將上述4H_SiC外延片置于1600°C感應(yīng)加熱爐退火10分鐘激活雜質(zhì)，Ar氣流量為 20ml/mino
[0028]進一步地，所述步驟6)中源電極和漏電極制備過程:
[0029]a、光刻掩蔽膠采用PMMA+AZ1400雙層膠，要求膠厚> 1.2nm，片子處理干凈后先涂PMMA膠，速度為4000R/min，膠厚約0.5nm，然后在200°C烘箱中前烘120秒，取出后再涂AZ1400 膠厚約 0.8nm ；
[0030]b、在90°C烘箱中前烘90秒，采用源漏光刻板進行15秒紫外曝光后，用專用顯影液顯影50秒去掉AZ1400膠，然后對PMMA膠進行泛曝光，再用甲苯顯影3分鐘，然后在100°C烘箱中后烘3分鐘，完成源漏區(qū)金屬化窗口，所述專用顯影液的配方比為四甲基氫氧化氨:水=1:3 ；
[0031]C、采用多靶磁控濺射臺，依次室溫濺射厚度為150nm的N1、150nm的Ti和300nm的Au多層金屬作為源漏歐姆接觸金屬，其中工作真空2.5 X 10?, Ar流量40sCCm ；
[0032]d、濺射完成后將片子放入150°C Buty專用剝離液中，待金屬脫落后再移入130°C Buty剝離液中，等溫度降到80°C以下時，再將片子移入丙酮中，取出片子并用氮氣吹干，最后等離子去膠2分鐘；
[0033]e、將片子放入快速合金爐內(nèi)，在氮氫氣氛保護下快速升溫到合金溫度合金10分鐘，形成源電極9和漏電極10。
[0034]進一步地，所述步驟7)中高柵區(qū)域的制備過程為:
[0035]a、采用正性光刻膠，涂膠速度:3000R/min，膠厚> 2nm保證在后續(xù)刻蝕時膠的刻蝕掩蔽作用；
[0036]b、涂膠完成后在90°C烘箱中前烘90秒，采用雙凹陷溝道光刻板進行約35秒紫外曝光后在專用顯影液中顯影60秒，然后在100°C烘箱中后烘3分鐘，專用顯影液的配方比為四甲基氫氧化氨:水=1:3 ；
[0037]c、采用ICP感應(yīng)耦合等離子體刻蝕系統(tǒng)進行N+刻蝕，刻蝕條件為刻蝕功率375W、偏置功率60W、工作壓力9Pa，刻蝕氣體選擇流量為32sccm CFjP流量為8sccm Ar，刻蝕后形成長度為0.35 μ m、高度為0.15 μ m-0.25 μ m的高柵區(qū)域，刻蝕后用丙酮+超聲去除刻蝕掩蔽膠。
[0038]進一步地，所述步驟8)中柵電極的制備過程為:
[0039]a、光刻掩蔽膠采用PMMA+AZ1400雙層膠，要求膠厚> 1.2nm。片子處理干凈后先涂PMMA膠，速度為4000R/min，膠厚