高电子迁移率氧化镓场效应晶体管制备方法及晶体管与流程

本技术涉及射频，具体涉及一种高电子迁移率氧化镓场效应晶体管制备方法及晶体管。

背景技术：

1、氧化镓(ga2o3)材料作为一种新兴的超宽带隙半导体材料，最常见的晶体结构包括α、β、γ、δ、ε和过渡态的κ相，能带带隙达到4.8-5.2ev，击穿电场高达8mv/cm，是gan的2.5倍，是sic的3倍多。由于ga2o3材料具有高耐压、低功耗的优势，未来在高温、高频、大功率电力电子器件制备中具有广阔的应用价值。

2、但是，ga2o3材料的电子迁移率较低，理论极限仅为300cm2/v·s，且由于外延、工艺原因，目前报道的ga2o3场效应晶体管室温下测得的最大电子迁移率仅为180cm2/v·s，相比于其它材料的场效应晶体管，其低的电子迁移率，限制了其在大功率、高频的应用。

3、而其它半导体中，有许多材料的电子迁移率均明显优于ga2o3，以gan为例，其具有较高的电子迁移率-1200cm2/v·s，由algan/gan异质结组成的高电子迁移率场效应晶体管的2deg电子迁移率最高可达2200cm2/v·s，且gan与ga2o3的晶格失配小，可以实现准同质外延，此外，由其组成的可变组分inalgan、algan等材料，还能灵活参与能带调节工程，给ga2o3场效应晶体管的设计带来更多的可能性。

4、现有技术方案1为ga2o3金属氧化物场效应晶体管，通过重n型掺杂的ga2o3与金属接触形成低阻的源漏接触，栅下区域刻蚀部分ga2o3沟道，增加栅控能力，随后使用al2o3介质将栅金属与沟道隔离，降低器件的反向栅漏电，提高器件的开关比。

5、但是，通过现有技术1制备得到的晶体管器件电子迁移率低，受限于ga2o3材料的本身特性，目前此类场效应晶体管的迁移率低，报道中的大部分器件在100cm2/v·s左右。

6、现有技术方案2通过algao/ga2o3异质结，形成二维电子气，并于algao势垒层delta掺杂的方法相结合，增加了场效应管的电子迁移率。

7、但是，通过现有技术方案2制备得到的晶体管器件迁移率相较于氧化镓mosfet，电子迁移率有了很大的改善，但最高也仅达到180cm2/v·s，仍然很低。

技术实现思路

1、基于上述表述，本技术提供了一种高电子迁移率，以解决场效应管的电子迁移率不高的技术问题。

2、本技术解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种高电子迁移率氧化镓场效应晶体管制备方法，包括如下步骤：

4、步骤s1、以氧化镓高阻同质衬底，具体地以fe-dope ga2o3为衬底，在衬底上依次由下至上外延生长缓冲层、沟道层和势垒层，所述势垒层为n型掺杂的algao势垒层与非故意掺杂的algao势垒层，所述沟道层为非故意掺杂的高电子迁移率半导体沟道层，其中，所述algao的具体组成为(alxga1-x)2o3，0＜x≤0.3；

5、步骤s2、在沟道层上沉积再生长掩膜层；

6、步骤s3、蚀刻再生长区域；

7、步骤s4、在再生长区域再生长源漏区域，并去除掩膜；

8、步骤s5、在源漏区域制作源漏欧姆电极；

9、步骤s6、隔离有源区域和无源区域；

10、步骤s7、沉积栅金属电极，制得algao/高电子迁移率半导体/ga2o3场效应晶体管。

11、在上述技术方案的基础上，本技术还可以做如下改进。

12、一些实施例中，所述衬底的厚度为375um-675um。

13、一些实施例中，采用mocvd(金属有机化学气相沉积)、mbe(分子束外延)或hvpe(氢化物气相外延)方式在所述衬底上由下至上依次外延生长缓冲层、沟道层和势垒层。

14、一些实施例中，所述缓冲层为非故意掺杂的ga2o3缓冲层，所述高电子迁移率半导体为gan、gaas、aln、inp、金刚石、si、石墨烯等。优选地，所述缓冲层厚度范围为300nm-600nm，所述沟道层厚度范围为20nm-300nm，所述势垒层厚度范围为12nm-40nm，其中包括n型掺杂的势垒层2nm～10nm，非故意掺杂的势垒层10nm～30nm。更优选地，所述缓冲层厚度范围为400nm-500nm，所述沟道层厚度范围为20nm-300nm，所述势垒层厚度范围为12nm-25nm，其中包括n型掺杂的势垒层2nm～5nm，非故意掺杂的势垒层10nm～20nm。

15、一些实施例中，所述衬底的厚度范围为375um-675um。

16、一些实施例中，为保证各沟道与源漏电极良好接触，采用选区刻蚀和再生长的方式制作源漏电极。具体地，首先在晶圆上生长掩膜层，然后通过光刻方式刻蚀出源漏区域，随后刻蚀再生长掩膜，将光刻胶的图形转移到再生长掩膜上，待刻蚀完成后再去除光刻胶。优选地，所述掩膜层包括但不限于各种种sio2、sinx、al2o3介质或由其多种组合形成的复合介质等。

17、优选的，所述步骤s3、蚀刻再生长区域步骤中，使用cl基气体，在icp、rie等设备里由上至下刻蚀势垒层和沟道层。

18、一些实施例中，所述步骤s4、在再生长区域再生长源漏区域，并去除掩膜中，利用mocvd、mbe再生长刻蚀区，生长出重掺杂n型ga2o3或gan再生长层，如图6(a)所示，随后采用湿法去除再生长掩膜层，如图6(b)所示；

19、一些实施例中，完成二次外延后，在源漏区域制作源漏欧姆电极，具体地，进行光刻定义源漏电极图形，随后沉积金属，最后进行金属剥离，制作源漏电极；优选地，该步骤中，沉积金属的金属体系以常用的的ti/pt/au为例；优选地，该步骤中，如果再生长掺杂浓度不够高，不能直接形成良好的欧姆接触，还可以通过退火来进行改善，形成欧姆接触，退火温度的温度范围为400℃-600℃，退火氛围为氮气，退火时间30s-1min；电极制备的结构截面图如图7所示。在本技术变换的实施例中，源漏区域的欧姆接触采用n型离子注入，如si、sn、se等离子，随后进行高温激活，最后沉积ti/pt/au金属，进行400℃-600℃、30s-60s的退火，形成欧姆接触。

20、一些实施例中，所述步骤s6、隔离有源区域和无源区域步骤中，通过离子注入的方法，隔离有源区域和无源区域。优选的，所述离子为b、n、fe或ar。

21、一些实施例中，所述步骤s6、隔离有源区域和无源区域步骤中，通过刻蚀方法隔离有源区和无源区。

22、使用光刻胶、介质、金属等作为刻蚀掩膜，保护有源区域，并使用cl基气体，在icp、rie等刻蚀设备例，刻蚀未被保护的区域，刻蚀完成后湿法去除刻蚀掩膜，隔离有源区和无源区。

23、一些实施例中，所述步骤s7、沉积栅金属电极中，金属为ni/au，栅电极沉积完成后进行剥离，最终完成场效应晶体管的制作，如图7所示；优选地，所述第一层金属ni也可以替换成其他高功函数金属；更优选地，所述高功函数金属包括但不限于pt、w、ir、wn、tiw、pd等。

24、与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：

25、本技术提供的高电子迁移率氧化镓场效应晶体管制备方法，通过在ga2o3场效应晶体管中加入高电子迁移率半导体材料，有效提高ga2o3晶体管电子迁移率，制得高迁移率、高耐压、低漏电的场效应晶体管器件。