一种p型横向金刚石MOSFET器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，具体为一种p型横向金刚石mosfet器件及其制备方法。

背景技术：

1、金刚石作为超宽禁带半导体器件的代表之一，禁带宽度约5.5ev，临界击穿场强高达10mv/cm，电子饱和速度为3×107cm/s，是制备电气功率器件的新一代材料。然而，现有技术中存在一些明显的问题和挑战。

2、接触电阻问题：在传统的金刚石基mosfet制造过程中，源极和漏极与金刚石材料之间的接触电阻过高，这严重影响了器件的整体性能。高接触电阻导致了增加的功耗和降低的电气效率，这在高频和高功率应用中尤为不利。

3、掺杂均匀性问题：在金刚石半导体的制备中，实现均匀的p型掺杂是一大挑战，容易出现金刚石掺杂难以激活的问题。不均匀的掺杂会导致电子器件性能不一，这不仅影响器件的可靠性，而且增加了制造复杂度和成本。

4、生产效率与成本问题：金刚石薄膜的生产通常需要高温和高压环境，这不仅限制了生产效率，而且显著增加了制造成本。此外，金刚石材料本身及其制备工艺的成本高昂，这限制了其在更广泛商业应用中的竞争力。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种p型横向金刚石mosfet器件及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种p型横向金刚石mosfet器件，包括无掺杂金刚石，所述无掺杂金刚石位于该器件的最底端，所述无掺杂金刚石的上方设置有导电沟道；

3、所述导电沟道的两侧分别设置有源极金属二以及漏极金属二，所述源极金属二的上方设置有源极金属一，所述漏极金属二的上方设置有漏极金属一，所述导电沟道的上方设置有栅介质一，所述栅介质一设置在漏极金属一、漏极金属二以及源极金属一、源极金属二的内侧，所述栅介质一的上方设置有位于栅介质一内部的栅介质二，所述栅介质二的上方设置有栅极金属，所述栅极金属位于该器件的顶端。

4、进一步优化本技术方案，所述漏极金属一和源极金属一均采用金属铝，所述漏极金属二和源极金属二均采用金属钛；金属钛与无掺杂金刚石接触电阻低，用于降低源极和漏极的接触电阻；金属铝用于降低器件的制造成本。

5、进一步优化本技术方案，所述无掺杂金刚石的厚度为1μm，所述导电沟道的厚度为10nm，所述源极金属二和漏极金属二的厚度均为10nm，所述源极金属一和漏极金属一的厚度均为10nm，所述栅介质一的厚度为5nm，所述栅介质二的厚度为10nm。

6、进一步优化本技术方案，所述导电沟道的掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1016cm-3，所述导电沟道由p型掺杂形成的空穴和氢终端形成的二维空穴气共同构成，用于保证器件的低导通电阻和高开关速度。

7、进一步优化本技术方案，所述栅介质一和栅介质二均采用ai2o3材料。

8、一种p型横向金刚石mosfet器件的制备方法，基于上述的p型横向金刚石mosfet器件进行制备，包括以下具体步骤：

9、s1、在无掺杂金刚石表面生长一层氢终端，用于构成二维空穴气；在微波功率为800w，工作压力为60torr的条件下，采用2% h2比例的ch4气体氛围下生长10nm金刚石材料，每生长2nm金刚石材料，将金刚石材料暴露在4% no2气体氛围中1h进行p型掺杂，用于实现6nm厚的金刚石p型外延均匀掺杂，构建导电沟道；

10、s2、在导电沟道上淀积一层阻挡层，刻蚀出源极金属二和漏极金属二的通孔，沿通孔刻蚀导电沟道，刻蚀深度为10nm，在刻蚀出的源极金属二和漏极金属二的区域淀积一层10nm厚的金属钛，金属钛磁控溅射的方式，在氩气氛围内，3000v高电压下对氩气产生辉光放电，撞击钛靶材，使其飞溅淀积在器件表面上；

11、s3、去除步骤s2中的阻挡层，在导电沟道上淀积一层新的阻挡层，刻蚀出源极金属一和漏极金属一的通孔，沿源极金属一和漏极金属一的通孔区域淀积一层10nm厚的金属铝，金属铝磁控溅射的方式，在氩气氛围内，3000v高电压下对氩气产生辉光放电，撞击铝靶材，使其飞溅淀积在器件表面上；

12、s4、去除步骤s3中的阻挡层，在导电沟道上淀积一层新的阻挡层，刻蚀出栅介质一的通孔，在栅介质一的通孔进行栅介质一的淀积；

13、s5、在栅介质一的通孔进行栅介质二的淀积；

14、s6、去除步骤s4中的阻挡层，在器件最顶部淀积一层新的阻挡层，刻蚀出栅极金属的通孔，沿通孔淀积栅极金属；栅极金属采用磁控溅射的方式，在氩气氛围内，3000v高电压下对氩气产生辉光放电，撞击金属铝靶材，使其飞溅淀积在器件表面上。

15、进一步优化本技术方案，所述步骤s2中，刻蚀采用气相刻蚀法，在氧气与氢气体积比为1:1的气体氛围，1200℃的高温条件下，采用镍作催化剂，进行刻蚀。

16、进一步优化本技术方案，所述步骤s4中，栅介质一的介质采用al2o3，介质的厚度为5nm，淀积方式为ald薄膜生长方法，在120℃条件下，采用三甲基铝前驱体、h2o为反应物，在20torr压强条件下进行制备。

17、进一步优化本技术方案，所述步骤s5中，栅介质二的介质采用al2o3，介质的厚度为10nm，淀积方式为ald薄膜生长方法，在240℃条件下，采用三甲基铝前驱体、h2o为反应物，在20torr压强条件下进行制备。

18、与现有技术相比，本发明提供了一种p型横向金刚石mosfet器件及其制备方法，具备以下有益效果：

19、该p型横向金刚石mosfet器件及其制备方法，规避了现有工艺条件下金刚石掺杂难以激活问题，采用氢终端来实现器件的p型掺杂，实现p型横向金刚mosfet；器件的栅介质采用两步工艺实现，可以有效抑制由于高温和栅介质共同条件下导致的氢终端退化，影响导电沟道中二维空穴气浓度，降低器件的导通电阻；源极和漏极采用两种金属，不仅降低器件源极和漏极的接触电阻，还降低了器件的制作成本。

技术特征：

1.一种p型横向金刚石mosfet器件，其特征在于，包括无掺杂金刚石，所述无掺杂金刚石位于该器件的最底端，所述无掺杂金刚石的上方设置有导电沟道；

2.根据权利要求1所述的一种p型横向金刚石mosfet器件，其特征在于，所述漏极金属一和源极金属一均采用金属铝，所述漏极金属二和源极金属二均采用金属钛；金属钛与无掺杂金刚石接触电阻低，用于降低源极和漏极的接触电阻；金属铝用于降低器件的制造成本。

3.根据权利要求1所述的一种p型横向金刚石mosfet器件，其特征在于，所述无掺杂金刚石的厚度为1μm，所述导电沟道的厚度为10nm，所述源极金属二和漏极金属二的厚度均为10nm，所述源极金属一和漏极金属一的厚度均为10nm，所述栅介质一的厚度为5nm，所述栅介质二的厚度为10nm。

4.根据权利要求1所述的一种p型横向金刚石mosfet器件，其特征在于，所述导电沟道的掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1016cm-3，所述导电沟道由p型掺杂形成的空穴和氢终端形成的二维空穴气共同构成，用于保证器件的低导通电阻和高开关速度。

5.根据权利要求1所述的一种p型横向金刚石mosfet器件，其特征在于，所述栅介质一和栅介质二均采用ai2o3材料。

6.一种p型横向金刚石mosfet器件的制备方法，基于权利要求1-5任一项所述的p型横向金刚石mosfet器件进行制备，其特征在于，包括以下具体步骤：

7.根据权利要求6所述的一种p型横向金刚石mosfet器件的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，刻蚀采用气相刻蚀法，在氧气与氢气体积比为1:1的气体氛围，1200℃的高温条件下，采用镍作催化剂，进行刻蚀。

8.根据权利要求6所述的一种p型横向金刚石mosfet器件的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，栅介质一的介质采用al2o3，介质的厚度为5nm，淀积方式为ald薄膜生长方法，在120℃条件下，采用三甲基铝前驱体、h2o为反应物，在20torr压强条件下进行制备。

9.根据权利要求6所述的一种p型横向金刚石mosfet器件的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，栅介质二的介质采用al2o3，介质的厚度为10nm，淀积方式为ald薄膜生长方法，在240℃条件下，采用三甲基铝前驱体、h2o为反应物，在20torr压强条件下进行制备。

技术总结本发明公开了一种p型横向金刚石MOSFET器件及其制备方法，涉及半导体技术领域，包括无掺杂金刚石、导电沟道、源极金属二以及漏极金属二、源极金属一以及漏极金属一，所述导电沟道的上方设置有栅介质一，所述栅介质一设置在漏极金属一、漏极金属二以及源极金属一、源极金属二的内侧，所述栅介质一的上方设置有位于栅介质一内部的栅介质二，所述栅介质二的上方设置有栅极金属。该器件及其制备方法，规避了现有工艺条件下金刚石掺杂难以激活问题，器件的栅介质采用两步工艺实现，抑制了由于高温和栅介质共同条件下导致的氢终端退化；源极和漏极采用两种金属，不仅降低器件源极和漏极的接触电阻，还降低了器件的制作成本。技术研发人员：王刚,李成兵受保护的技术使用者：深圳市港祥辉电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29