高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管及其制备方法CN118824853A-挂牌专利-西安知识产权运营服务平台

高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管及其制备方法CN118824853A 实质审查生效;

专利(申请)号： CN202410811540.1
专利类型：发明;
主分类： H电学;
产业领域：电子核心；制造
专利来源：高校;
申请日： 2024-06-21
原始申请人：西安电子科技大学
当前专利权人：西安电子科技大学
交易方式：转让;
其他交易方式：
参考价格（元）：￥35000
联系方式：远诺-龚雪18329540641

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法律状态公告日20241108实质审查的生效

专利详情

摘要

【中文摘要】本发明公开了一种高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管的制备方法，包括：选取金刚石衬底并在金刚石衬底上同质外延生长未掺杂的本征金刚石层；在本征金刚石层的上表面的源极区域和漏极区域选择性生长重掺杂p型金刚石；对本征金刚石层和重掺杂p型金刚石的上表面进行氢化处理形成氢终端表面，并将氢终端表面转换为硅终端表面；刻蚀掉栅极区域以外的硅终端表面以形成氢终端表面；在氢终端表面和硅终端表面的上表面沉积钝化层并开设源极窗口和漏极窗口；在钝化层上表面的栅极区域制备栅极，在源极窗口和漏极窗口分别制备源极和漏极。本发明制备的增强型金刚石高压场效应晶体管兼具高阈值电压、高击穿电压和低导通电阻。

【英文摘要】The invention discloses a preparation method of a high threshold voltage enhanced diamond high-voltage field effect transistor, which includes : selecting a diamond substrate and homoepitaxially growing an undoped intrinsic diamond layer on the diamond substrate; selectively growing heavily doped p-type diamond on the source and drain regions of the upper surface of the intrinsic diamond layer; hydrogenating the intrinsic diamond layer and the upper surface of the heavily doped p-type diamond to form a hydrogen terminated surface, and converting the hydrogen terminated surface into a silicon terminated surface; etching off the silicon termination surface outside the gate region to form a hydrogen termination surface; depositing a passivation layer on the upper surfaces of the hydrogen terminal surface and the silicon terminal surface, and forming a source window and a drain window; preparing a gate in the gate region on the upper surface of the passivation layer, and preparing a source and a drain in the source window and the drain window respectively The enhanced diamond high-voltage field effect transistor prepared by the invention has high threshold voltage, high breakdown voltage and low on-resistance

技术摘要（来自于incoPat）

【用途】

方法过程	制备方法	制备方法
元器件	功率器件	微波功率器件
	电子器件	电力电子器件
	其它元器件	高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管

【技术功效】

技术功效句	避免因高温退火导致的氢终端表面发生脱落的现象; 并且测试结果显示器件满足高阈值电压V和高击穿电压V的预期效果; 可以有效提高器件的耐压; 可以有效提高制备的复合终端金刚石的导电性
技术功效短语	避免发生脱落现象; 满足预期效果; 耐压; 有效耐压; 提高复合导电性
技术功效1级	脱落; 预期; 耐压; 导电性
技术功效2级	脱落避免; 预期; 耐压; 导电性提高
技术功效3级	发生现象脱落避免; 满足效果预期; 耐压; 有效耐压; 复合导电性提高

分类号

【技术分类】

主分类号

H01L21/335;

H 电学
H01
电气元件
H01L
不包括在H10类目中的半导体器件（使用半导体器件的测量入G01；一般电阻器入H01C；磁体、电感器、变压器入H01F；一般电容器入H01G；电解型器件入H01G9/00；电池组、蓄电池入H01M；波导管、谐振器或波导型线路入H01P；线路连接器、汇流器入H01R；受激发射器件入H01S；机电谐振器入H03H；扬声器、送话器、留声机拾音器或类似的声机电传感器入H04R；一般电光源入H05B；印刷电路、混合电路、电设备的外壳或结构零部件、电气元件的组件的制造入H05K；在具有特殊应用的电路中使用的半导体器件见应用相关的小类）
H01L21/00
专门适用于制造或处理半导体或固体器件或其部件的方法或设备〔2，8〕
*H01L21/02
半导体器件或其部件的制造或处理[2006.01]
**H01L21/04
至少具有一个跃变势垒或表面势垒的器件，例如PN结、耗尽层、载体集结层[2006.01]
***H01L21/18
器件有由周期表Ⅳ族元素或含有/不含有杂质的AⅢBⅤ族化合物构成的半导体，如掺杂材料
****H01L21/334
制造单极型器件的台阶式工艺[2006.01]
*****H01L21/335
场效应晶体管[2006.01]

IPC分类号

H01L21/335; H01L29/06; H01L29/16; H01L29/167; H01L29/772;

CPC分类号

Y02P70/50;

【行业分类】

国民经济行业分类	制造业 C3976;C3979;C3972;C3951;C3973;C4028;C3974;C3975;C3569;C3824;C3825;C3562;C3563;C3421;C3073;
国民经济行业(主)	制造业 C3976;C3979;C3972;C3951;C3973;C4028;C3974;C3975;C3569;C3824;C3825;C3562;C3563;C3421;C3073;
新兴产业分类	电子核心产业 1.2;
新兴产业(主)	电子核心产业 1.2;
知识密集型分类	信息通信技术制造业新装备制造业新材料制造业 104; 106; 301; 305; 306; 402; 403;
学科分类	工程 A030201; A120101;
清洁能源产业	风能产业太阳能产业水力发电产业智能电网产业 2.1.2; 3.1.0; 3.2.0; 5.1.0; 6.2.0;
数字经济核心产业	数字产品制造业数字技术应用业数字要素驱动业 010306; 010501; 010502; 010503; 010508; 010509; 010510; 010513; 010516; 010517; 030401; 040703;

专利历程

2024-06-21
申请日
CN202410811540.1(当前专利)
申请号
2024-10-22
首次公开日
CN118824853A(当前专利)
首次公开号
2044-06-21
预估到期日
计算因素

其他著录项

代理机构	西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙) 61230
代理人	勾慧敏
申请语言	汉语

权利要求

1.一种高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
S1：选取金刚石衬底并在所述金刚石衬底上同质外延生长未掺杂的本征金刚石层；
S2：在所述本征金刚石层的上表面的源极区域和漏极区域生长重掺杂p型金刚石；
S3：对所述本征金刚石层和所述重掺杂p型金刚石的上表面进行氢化处理形成氢终端表面，并将所述氢终端表面转换为硅终端表面；
S4：刻蚀掉栅极区域以外的硅终端表面以形成氢终端表面，所述栅极区域位于所述源极区域与所述漏极区域之间；
S5：在所述氢终端表面和所述硅终端表面的上表面沉积钝化层并开设源极窗口和漏极窗口；
S6：在所述钝化层上表面的栅极区域制备栅极，在所述源极窗口和所述漏极窗口分别制备源极和漏极。

2.根据权利要求1所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述S1包括：
S1.1：选取金刚石衬底，所述金刚石衬底为Ib型(001)取向的单晶金刚石衬底；
S1.2：在所述金刚石衬底上表面同质外延生长未掺杂的本征金刚石层；
S1.3：对所述本征金刚石层的上表面进行热混酸、有机清洗和UV‑Ozone处理，以在所述本征金刚石层上表面形成氧终端金刚石表面。

3.根据权利要求1所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述S2包括：
S2.1：在所述本征金刚石层的上表面制备Ti/Au金属掩膜，并在H2氛围中退火，使得金属Ti与所述本征金刚石层的界面形成TiC金属化合物，所述Ti/Au金属掩膜在源极区域和漏极区域包括预定形状的通孔；
S2.2：对所述源极区域和所述漏极区域Ti/Au金属掩膜下方的本征金刚石层表面进行干法刻蚀，形成刻蚀槽；
S2.4：在所述刻蚀槽内生长重掺杂p型金刚石，掺杂元素为硼，掺杂浓度为1×1020cm‑3～5×1020cm‑3。

4.根据权利要求1所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述S3包括：
S3.1：对样品进行氢等离子体处理，在所述本征金刚石层和所述重掺杂p型金刚石的上表面形成氢终端表面；
S3.2：将样品放入装备有Si升华源的真空系统中，在300℃～600℃温度下加热预定时间以去除所述氢终端表面的吸附物；
S3.3：将温度恢复至室温，对Si升华源通电加热以在所述本征金刚石层和所述重掺杂p型金刚石的上表面实现Si的分子束沉积；
S3.4：沉积结束后，对样品进行原位真空退火，使得所述本征金刚石层和所述重掺杂p型金刚石表面的C‑H键断裂，即氢原子脱落，进而金刚石表面的C原子与沉积的Si反应成键形成C‑Si结构，随后将样品拿出真空系统，金刚石表面的C‑Si结构在空气环境中瞬间被氧气氧化形成C‑Si‑O硅终端表面。

5.根据权利要求1所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
S4.1：在栅极区域制备SiO2掩膜；
S4.2：采用氟基电感耦合等离子体反应离子刻蚀方法去除所述SiO2掩膜未覆盖区域的硅终端表面；
S4.3：对样品进行氢等离子体处理，在所述SiO2掩膜未覆盖区域形成氢终端表面；
S4.4：去除所述SiO2掩膜，使得上表面同时存在所述硅终端表面和所述氢终端表面。

6.根据权利要求1所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述S5包括：
S5.1：利用光刻胶做掩膜，刻蚀掉金刚石上表面边缘预定宽度的所述硅终端表面和所述氢终端表面，以确定栅宽；
S5.2：在金刚石上表面沉积Al2O3薄膜以形成钝化层；
S5.3：对所述Al2O3薄膜进行湿法腐蚀开窗处理，形成源极窗口和漏极窗口，所述源极窗口位于源极区域，所述漏极窗口位于漏极区域，所述源极窗口和漏极窗口均向下延伸至所述重掺杂p型金刚石的氢终端表面。

7.一种高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管，其特征在于，利用权利要求1至6中任一项所述的制备方法制备，所述增强型金刚石高压场效应管包括金刚石衬底(1)、非掺杂金刚石外延层(2)、p型重硼掺杂金刚石(3)、源极(4)、漏极(5)和栅极(6)，其中，所述非掺杂金刚石外延层(2)设置在所述金刚石衬底(1)的上表面，所述p型重硼掺杂金刚石(3)设置在所述非掺杂金刚石外延层(2)上表面的左右两侧；
所述p型重硼掺杂金刚石(3)和所述金刚石衬底(1)的上表面设置有氢终端表面(8)，在所述氢终端表面(8)的中部嵌入有硅终端表面(9)，所述硅终端表面(9)与所述金刚石衬底(1)的上表面接触；
所述源极(4)和所述漏极(5)分别设置在两侧的所述p型重硼掺杂金刚石(3)上，所述氢终端表面(8)、硅终端表面(9)和所述p型重硼掺杂金刚石(3)的上表面设置有钝化层(7)；
所述栅极(6)设置在所述钝化层(7)的上表面且位于硅终端表面(9)的垂直上方。

8.根据权利要求7所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管，其特征在于，所述硅终端表面(9)的长度小于所述栅极(6)的长度。

9.根据权利要求7所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管，其特征在于，所述金刚石衬底(1)为Ib型(001)取向单晶金刚石。

10.根据权利要求7所述的高阈值电压增强型金刚石高压场效应晶体管，其特征在于，所述重掺杂p型金刚石(3)的掺杂元素为硼，掺杂浓度为3×1020cm‑3。

专利文本