[发明专利]一种带场板的金刚石场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种带场板的金刚石场效应晶体管及其制备方法，包括：氢终端金刚石衬底，栅介质层，钝化介质层和带有场板结构的栅电极；所述氢终端金刚石衬底上设有源极电极和漏极电极，所述源极电极和漏极电极和之间为沟道区域，所述栅介质层设置在沟道区域上，所述栅电极设置在栅介质层上，所述钝化介质层设置在栅介质上，位于栅电极的栅脚的两侧。本项发明不仅可以有效降低边缘峰值电场，提升器件的击穿电压，还能提升器件的高温稳定性。

技术领域

本发明属于半导体器件制备技术领域。

背景技术

金刚石是一种超宽禁带半导体材料，禁带宽度高达5.45eV，具有高临界击穿场强、高热导率等一系列优异的特性，不仅有望突破GaN微波器件的频率和功率极限，还能在高温、大电流等极端条件下的应用中发挥出更大的优势。然而，由于金刚石材料生长和掺杂难度大，严重制约了金刚石电子器件的发展。氢终端金刚石表面存在高浓度的二维空穴气沟道，可用于研制高性能的金刚石场效应晶体管器件。由于金刚石具有非常高的临界击穿电场，理论上金刚石场效应晶体管应该具有很高的击穿电压。然而，由于栅电极边缘存在严重的电场聚集效应，导致金刚石场效应晶体管的实际击穿电压远低于理论预期值。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种带场板的金刚石场效应晶体管及其制备方法。

技术方案：本发明提供了一种带场板的金刚石场效应晶体管，包括：氢终端金刚石衬底，栅介质层，钝化介质层和带有场板结构的栅电极；所述氢终端金刚石衬底上设有源极电极和漏极电极，所述源极电极和漏极电极之间为沟道区域，所述栅介质层设置在沟道区域上，所述栅电极包括栅脚和设置在栅脚上的栅帽，所述栅脚设置在栅介质层上，所述钝化介质层设置在栅介质上，且位于栅脚的两侧，所述栅帽位于钝化介质层上。

一种带场板的金刚石场效应晶体管的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1：在氢终端金刚石衬底上沉积一层金属；

步骤2：采用光刻胶在金属层上定义多个有源区，有源区外无光刻胶保护的区域为隔离区，将隔离区域的金属腐蚀掉后对样品进行氧等离子体处理，然后清洗去除光刻胶，所述有源区包括漏电极区域、源电极区域和沟道区域；

步骤3：采用光刻胶在每个有源区上定义沟道区域，并腐蚀掉沟道区域上的金属，然后清洗去除光刻胶；

步骤4：在样品表面上沉积一层栅介质，再在栅介质表面沉积一层钝化介质；

步骤5：采用光刻胶在钝化介质表面定义栅脚，并刻蚀掉栅脚区域的钝化介质，然后清洗去除光刻胶；

步骤6：采用光刻胶在钝化介质上定义栅帽，并通过蒸发栅金属和剥离法完成带场板结构的栅电极的制备；

步骤7：采用光刻胶在钝化介质上定义介质孔区域，并依次刻蚀掉介质孔区域的钝化介质和栅介质，暴露出源、漏电极区域，并清洗去除光刻胶，从而完成金刚石场效应晶体管的制备。

进一步的，所述步骤1中的氢终端金刚石衬底为单晶或多晶结构，表面以氢原子终结；步骤1中的金属为Au、Pd、Ni、W、Ti中的一种或多种的组合，厚度为5～200nm；步骤1中的沉积方式为蒸发或溅射。

进一步的，所述步骤2或步骤3中采用腐蚀液腐蚀金属，所述腐蚀液包括KI/I₂溶液、王水、稀盐酸、双氧水或氢氟酸。

进一步的，所述步骤4中样品表面沉积一层栅介质时，所采用的沉积方式包括ALD、PLD或溅射；在栅介质表面沉积一层钝化介质时采用的沉积方式包括PECVD、LPCVD、PLD、溅射或ALD。