申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2020-07-30

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN111863807B

主分类号：H01L27/06

分类号：H01L27/06;H01L29/778;H01L29/78;H01L29/40;H01L21/336

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2020.11.17#实质审查的生效;2020.10.30#公开

摘要：本发明公开了一种基于源场板的单片异质集成Cascode结构场效应晶体管，主要解决现有Cascode结构场效应晶体管击穿特性较差的问题。其包括：衬底1、GaN缓冲层2、AlGaN势垒层3和SiN隔离层4，SiN隔离层中间刻有隔离槽17；隔离槽的一侧印制有Si有源层5，以制备Si金属氧化物半导体场效应晶体管；隔离槽的另一侧横向依次设有第二源电极6、第二栅电极7和第二漏电极8，该源漏电极之间区域上设有钝化层16，该钝化层和第二源电极上淀积有源场板9，形成GaN高电子迁移率晶体管。本发明具有显著的击穿特性，可用作汽车、航空航天和发电站的电源转换器或反相器。

主权项：1.一种基于源场板的单片异质集成的Cascode结构场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1）制备SiNAlGaNGaN衬底基片：采用金属有机物化学气相淀积和原子层沉积工艺，在衬底上依次外延GaN缓冲层和AlGaN势垒层；再在AlGaN势垒层上淀积SiN隔离层，得到SiNAlGaNGaN衬底基片；2）采用光刻与反应离子刻蚀工艺，在SOI晶片上形成单晶硅薄膜孤岛；3）采用湿法刻蚀工艺，将2）得到的样品放入49%HF溶液中，刻蚀掉未被单晶硅薄膜孤岛覆盖的埋氧化层；4）采用光刻工艺，在单晶硅薄膜边缘制作锚点，以防止后续完全刻蚀埋氧化层后单晶硅薄膜的位移和脱落；5）采用湿法刻蚀工艺，将制有锚点的样品放入49%HF溶液中，完全刻蚀埋氧化层，使单晶硅薄膜掉落在SOI晶片的基底上；6）采用转移印刷技术，将5）得到的单晶硅薄膜转印到SiNAlGaNGaN衬底基片上；7）采用光刻与反应离子刻蚀工艺，在6）得到的样品上刻蚀300-350nm深的隔离槽，在隔离槽的两侧分别形成SiSiNAlGaNGaN孤岛和SiNAlGaNGaN孤岛；8）采用离子注入工艺，在SiSiNAlGaNGaN孤岛的单晶硅薄膜上注入剂量为5×1015cm−2，能量为30keV的磷离子，并在1000◦C的氮气氛围下退火60s，以激活杂质，形成N型重掺杂的源漏区；9）采用反应离子刻蚀和电子束蒸发工艺，将SiNAlGaNGaN孤岛上源区和漏区的SiN刻蚀掉，再在此源区和漏区上沉积金属叠层，形成GaN高电子迁移率晶体管的源电极和漏电极，并在温度为875℃的氮气氛围下退火30s，使得源电极和漏电极与AlGaN势垒层形成欧姆接触；10）采用反应离子刻蚀与电子束蒸发工艺，将SiNAlGaNGaN孤岛上栅区的SiN刻蚀掉，再在此栅区上依次淀积45-70nm厚的镍金属和100-200nm厚的金金属，形成GaN高电子迁移率晶体管的栅电极；11）采用原子层沉积工艺，在300℃温度条件与氮气氛围下，在整个样品上沉积20-30nm厚的氧化物薄膜，形成Si金属氧化物半导体场效应晶体管的栅介质层和GaN高电子迁移率晶体管的钝化层；12）采用磁控溅射工艺，在未掺杂的单晶硅薄膜上方的氧化物薄膜上溅射100-200nm厚的氮化钽，形成Si金属氧化物半导体场效应晶体管的栅电极；13）采用湿法刻蚀与电子束蒸发工艺，将单晶硅薄膜源漏区上的氧化物薄膜刻蚀掉，并淀积30-100nm厚的镍金属，形成Si金属氧化物半导体场效应晶体管的源漏电极，并在温度为400℃的氮气氛围下退火1min，使得源漏电极与重掺源漏区形成欧姆接触；14）采用湿法刻蚀工艺，使用浓度为5%的HF溶液将覆盖在GaN高电子迁移率晶体管源漏电极上的氧化物薄膜全部刻蚀掉，并部分刻蚀覆盖在栅电极上的氧化物薄膜，以使GaN电子迁移率晶体管的栅源漏电极裸露在外面；15）制作源场板和金属互连：15a采用光刻与电子束蒸发与工艺，在14）所得的器件表面制作光刻胶掩模，光刻胶掩模在GaN高电子迁移率晶体管的源电极和钝化层上方形成有效长度为2.5-3.5μm的源场板图形，在两器件之间形成金属互连图形；15b在光刻胶掩模上淀积一层200-300nm厚的金属薄膜，再使用有机溶剂将多余金属剥离，以使GaN高电子迁移率晶体管的源电极与金属薄膜直接相连形成源场板，同时分别在Si器件的漏电极与GaN器件的源电极之间、Si器件的源电极与GaN器件的栅电极之间形成金属互连，完成整个器件的制作。

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百度查询： 西安电子科技大学 基于源场板的单片异质集成Cascode结构场效应晶体管及制作方法

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