CN105261642B - 异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 - Google Patents
异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105261642B CN105261642B CN201510518311.1A CN201510518311A CN105261642B CN 105261642 B CN105261642 B CN 105261642B CN 201510518311 A CN201510518311 A CN 201510518311A CN 105261642 B CN105261642 B CN 105261642B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic
- region
- source
- electrode
- drain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 94
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- -1 Nitrogen ion Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- 229910003925 SiC 1 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000002353 field-effect transistor method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
- H01L21/26513—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors of electrically active species
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
- H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66431—Unipolar field-effect transistors with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明涉及异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法。晶体管包括：包括：3C‑SiC漏区、3C‑SiC源区、3C‑SiC沟道区、肖特基接触栅电极、4H‑SiC衬底、漏极、源极、SiN隔离层；3C‑SiC漏区、3C‑SiC源区、3C‑SiC沟道区位于4H‑SiC衬底上；源极位于3C‑SiC源区上，肖特基接触栅电极位于3C‑SiC沟道区上，漏极位于3C‑SiC漏区上；SiN隔离层位于源极和肖特基接触栅电极，以及肖特基接触栅电极和漏极之间。本发明异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法可通过调节离子注入的剂量和退火时间改变源漏材料中的掺杂浓度和缺陷密度，从而优化室温下漏区和源区的自旋极化率。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法，尤其涉及一种利用对具有缺陷的3C-SiC掺杂氮原子制作源漏极注入接收自旋极化电子的异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法。
背景技术
随着现代电子技术的迅速更新，传统电子器件的发展，无论是规模集成还是运算速度方面，均严重限制了微电子科学的发展。新兴的自旋电子学以便捷地调控电子自旋为主要目标，开启了以利用电子自旋来实现信息贮存和传输的新领域，引起物理学，材料学以及电子信息学等多科学领域中研究者的共同关注和广泛兴趣。
近年来，基于二维电子气提出的自旋场效应管，其理论与实验研究涉及了电子自旋输运及材料特性等多方面影响的复杂因素，引起了广大研究者的关注与探索。其基本构想为通过电光调制器的电子类比提出所谓的自旋场晶体管。由源极输入的电子自旋沿3C-SiC方向，它可以表示为沿z方向正和负自旋分量的组合，通过电子有效质量哈密顿中的Rashba项引起的自旋向上和自旋向下的电子能量***，在输运过程中产生电子通过场效应管的相位差，在漏极接收到的沿3C-SiC方向自旋的可以看成沿正负z方向自旋的电子相位产生变化，从而进行电流调控。而Rashba项中的Rashba系数Rashba系数η与异质结界面的电场成正比，因此可以通过加栅压来控制电流大小。
但是一般的自旋场效应晶体管由铁磁材料将自旋电子注入到半导体中，但由于铁磁材料如Fe与半导体材料如Sm的能带结构不匹配使得自旋注入的 效率只有百分之几。因此，采用相同的源漏极以及沟道材料使能带结构匹配从而提高注入效率在自旋场效应晶体管器件的应用和研究尤为重要。
N型掺杂点缺陷3C-SiC材料具有一定的自旋极化效应，可以替代现有的工艺，提高自旋注入和接收的效率，从而提高器件的性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法。可以优化材料在室温下的自旋极化率。
为实现上述目的，本发明提供了一种异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管，包括：3C-SiC漏区、3C-SiC源区、3C-SiC沟道区、肖特基接触栅电极、4H-SiC衬底、漏极、源极、SiN隔离层；
所述3C-SiC漏区、3C-SiC源区、3C-SiC沟道区位于所述4H-SiC衬底上；所述源极位于所述3C-SiC源区上，所述肖特基接触栅电极位于所述3C-SiC沟道区上，所述漏极位于所述3C-SiC漏区上；所述SiN隔离层位于源极和肖特基接触栅电极，以及肖特基接触栅电极和漏极之间。
进一步的，所述3C-SiC漏区的材料是N型掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1020cm-3的具有缺陷的3C-SiC材料，厚度为0.5μm。
进一步的，所述3C-SiC源区的材料是N型掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1020cm-3的具有缺陷的3C-SiC材料，厚度为0.5μm。
进一步的，所述3C-SiC沟道区由N型掺杂浓度为1×1015-1×1017cm-3外延层构成。
进一步的，所述肖特基接触栅电极是由淀积形成的厚度为300nm的Ni肖特基接触栅电极。
进一步的，所述4H-SiC衬底为掺杂浓度为1×1014cm-3的4H-SiC材料。
本发明还提供了一种异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管的制造方法，所述方法包括：
步骤1，依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对4H-SiC衬底进行超声清洗；
步骤2，在4H-SiC衬底上化学气相沉积0.5μm轻掺杂的3C-SiC外延层，掺杂浓度为1×1015-1×1017cm-3；反应温度为1570℃，压强为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源采用气态氮气；
步骤3，将四次氮离子选择性注入形成漏区和源区：
步骤4，对整个碳化硅外延层进行涂胶、显影，在源区和漏区上方形成欧姆接触区域，淀积300nm的Ni金属，之后通过超声波剥离使其形成源极和漏极金属层；在1100℃的氩气气氛中，对整个样品退火3分钟，形成源、漏欧姆接触电极；
步骤5，利用等离子体增强化学气相淀积法在外延层上方淀积200nm厚的SiN层，之后使用光刻及CF4等离子体刻蚀出1μm的栅区；
步骤6，利用磁控溅射的方法在3C-SiC沟道表面溅射金属300nm金属Ni作为肖特基接触栅电极，然后在氩气气氛中快速退火处理。
进一步的，所述步骤3具体包括：
步骤31，在碳化硅外延层上淀积一层厚度为1μm的Al作为漏区和源区离子注入的阻挡层，通过光刻和刻蚀形成漏区和源区注入区；
步骤32，在500℃的温度下对碳化硅外延层进行四次氮离子注入，先后采用200keV、140keV、100keV和65keV的注入能量，注入到碳化硅外延层，形成深度为0.5μm，掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1020cm-3的漏区和源区；
步骤33，采用磷酸去除碳化硅外延层上的Al；
步骤34，采用RCA清洗标准对碳化硅外延层表面进行清洗，烘干后制作C膜保护；然后再850℃氩气氛围中进行离子激活退火10min。
本发明异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法，可通过调节离子注入的剂量和退火时间改变源漏材料中的掺杂浓度和缺陷密度，从而优化室温下材料的自旋极化率。
附图说明
图1为本发明异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管的示意图；
图2为本发明异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管的示意图，如图所示，具体包括3C-SiC漏区1、3C-SiC源区2、3C-SiC沟道区3、肖特基接触栅电极4、4H-SiC衬底5、漏极6、源极7和SiN隔离层8。
3C-SiC漏区1、3C-SiC源区2、3C-SiC沟道区3位于4H-SiC衬底5上；源极7位于3C-SiC源区2上，肖特基接触栅电极4位于3C-SiC沟道区3上，漏极6位于3C-SiC漏区1上；SiN隔离层8位于源极7和肖特基接触栅电极4，以及肖特基接触栅电极4和漏极6之间。
其中，3C-SiC漏区1和3C-SiC源区2是厚度为0.5μm，N型掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1020cm-3，优选的为1×1019cm-3，具有点缺陷结构的3C-SiC材料，由三次或四次氮离子选择性离子注入形成；3C-SiC沟道区3由N型掺杂浓度为1×1015-1×1017cm-3外延层构成。3C-SiC沟道区3上方是由淀积形成的厚度为300nm的Ni肖特基接触栅4；漏极6和源极7位于漏区1和源区2上方，通过淀积300nm的Ni形成，SiN作为隔离层位于肖特基接触栅4与源极6和漏极7之间，采用等离子体化学气相淀积生成。
4H-SiC衬底5是掺杂浓度为1×1014cm-3的4H-SiC材料。
本发明的异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管可通过调节离子注入的剂量和退火时间改变源漏材料中的掺杂浓度和缺陷密度，从而优化材料在室温下的自旋极化率。
图2为本发明异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管的制造方法的流程图，如图所示，具体包括如下步骤：
步骤1，依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对4H-SiC衬底进行超声清洗；
步骤2，在4H-SiC衬底上生长厚度为0.5μm轻掺杂的3C-SiC外延层，掺杂浓度为1×1015-1×1017cm-3，其工艺条件是：反应温度为1570℃，压强为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源采用气态氮气；
步骤3，四次氮离子选择性注入形成漏区和源区：
具体的，包括：步骤3.1，在碳化硅外延层上淀积一层厚度为1μm的Al作为漏区和源区离子注入的阻挡层，通过光刻和刻蚀形成漏区和源区注入区；
步骤3.2，在500℃的温度下对碳化硅外延层进行四次氮离子注入，先后采用200keV、140keV、100keV和65keV的注入能量，注入到碳化硅外延层，形成深度为0.5μm，掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1020cm-3的漏区和源区；
步骤3.3，采用磷酸去除碳化硅外延层上的Al；
步骤3.4，采用RCA清洗标准对碳化硅外延层表面进行清洗，烘干后制作C膜保护；然后在850℃氩气氛围中进行离子激活退火10min。
步骤4，对整个碳化硅外延层进行涂胶、显影，在源区和漏区上方形成欧姆接触区域，淀积300nm的Ni金属，之后通过超声波剥离使其形成源极和漏极金属层；在1100℃的氩气气氛中，对整个样品退火3分钟，形成源、漏欧姆接触电极；
具体包括：
步骤4.1，对整个碳化硅外延层进行涂胶、显影，在源区和漏区上方形成欧姆接触区域，淀积300nm的Ni金属，之后通过超声波剥离使其形成源极和漏极金属层；
步骤4.2，在1100℃的氩气气氛中，对整个样品退火3分钟，形成源、漏欧姆接触电极；
步骤5，利用等离子体增强化学气相淀积法在外延层上方淀积200nm厚的SiN层，之后使用光刻及CF4等离子体刻蚀出1μm的栅区；
步骤6，利用磁控溅射的方法在3C-SiC沟道表面溅射金属300nm金属Ni作为肖特基接触栅电极，然后在氩气气氛中快速退火处理。
本发明异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管机器制造方法，由于沟道和源漏采用同一种材料，可直接在衬底上进行外延生长，同时源漏采用选择区域离子注入氮原子的方式形成，具有与常规工艺兼容，制造简单，表面效应小的优点，同时可提高自旋注入与接收效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管，其特征在于，包括：3C-SiC漏区、3C-SiC源区、3C-SiC沟道区、肖特基接触栅电极、4H-SiC衬底、漏极、源极、SiN隔离层；
所述3C-SiC漏区、3C-SiC源区、3C-SiC沟道区形成于位于所述4H-SiC衬底的3C-SiC外延层上；所述3C-SiC漏区、3C-SiC源区和3C-SiC沟道区的深度与所述3C-SiC外延层的厚度相同；所述源极位于所述3C-SiC源区上，所述肖特基接触栅电极位于所述3C-SiC沟道区上，所述漏极位于所述3C-SiC漏区上；所述SiN隔离层位于源极和肖特基接触栅电极，以及肖特基接触栅电极和漏极之间；所述3C-SiC漏区和3C-SiC源区由三次或四次氮离子选择性离子注入形成。
2.根据权利要求1所述的异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管，其特征在于，所述3C-SiC漏区的材料是N型掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1020cm-3的具有缺陷的3C-SiC材料，厚度为0.5μm。
3.根据权利要求1所述的异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管，其特征在于，所述3C-SiC源区的材料是N型掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1020cm-3的具有缺陷的3C-SiC材料，厚度为0.5μm。
4.根据权利要求1所述的异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管，其特征在于，所述3C-SiC沟道区由N型掺杂浓度为1×1015-1×1017cm-3外延层构成。
5.根据权利要求1所述的异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管，其特征在于，所述肖特基接触栅电极是由淀积形成的厚度为300nm的Ni肖特基接触栅电极。
6.根据权利要求1所述的异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管，其特征在于，所述4H-SiC衬底为N型掺杂浓度为1×1014cm-3的4H-SiC材料。
7.一种异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对4H-SiC衬底进行超声清洗；
步骤2，在4H-SiC衬底上化学气相沉积厚度为0.5μm轻掺杂的3C-SiC外延层，掺杂浓度为1×1015-1×1017cm-3；反应温度为1570℃，压强为100mbar，反应气体采用硅烷和丙烷，载运气体采用纯氢气，杂质源采用气态氮气；
步骤3，将氮离子四次选择性注入形成漏区和源区；所述源区和漏区的深度与所述外延层相等；
步骤4，对整个碳化硅外延层进行涂胶、显影，在源区和漏区上方形成欧姆接触区域，淀积300nm的Ni金属，之后通过超声波剥离使其形成源极和漏极金属层；在1100℃的氩气气氛中，对整个样品退火3分钟，形成源、漏欧姆接触电极；
步骤5，利用等离子体增强化学气相淀积法在外延层上方淀积200nm厚的SiN层，之后使用光刻及CF4等离子体刻蚀出1μm的栅区；
步骤6，利用磁控溅射的方法在3C-SiC沟道表面溅射金属300nm金属Ni作为肖特基接触栅电极，然后在氩气气氛中快速退火处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤31，在碳化硅外延层上淀积一层厚度为1μm的Al作为漏区和源区离子注入的阻挡层，通过光刻和刻蚀形成漏区和源区注入区；
步骤32，在500℃的温度下对碳化硅外延层进行四次氮离子注入，先后采用200keV、140keV、100keV和65keV的注入能量，注入到碳化硅外延层，形成深度为0.5μm，掺杂浓度为1×1017cm-3～1×1020cm-3的漏区和源区；
步骤33，采用磷酸去除碳化硅外延层上的Al；
步骤34，采用RCA清洗标准对碳化硅外延层表面进行清洗，烘干后制作C膜保护；然后在850℃氩气氛围中进行离子激活退火10min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510518311.1A CN105261642B (zh) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | 异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510518311.1A CN105261642B (zh) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | 异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105261642A CN105261642A (zh) | 2016-01-20 |
| CN105261642B true CN105261642B (zh) | 2019-04-12 |
Family
ID=55101241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510518311.1A Active CN105261642B (zh) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | 异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105261642B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107658337B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-09-08 | 西安电子科技大学 | 高电子迁移率自旋场效应晶体管及其制备方法 |
| CN107527949B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-05-12 | 西安电子科技大学 | 基于Cr掺杂4H-SiC衬底异质结自旋场效应晶体管及其制备方法 |
| CN107359127B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-03-24 | 西安电子科技大学 | 蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管及其制造方法 |
| CN107425059B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-05-22 | 西安电子科技大学 | Cr掺杂异质结自旋场效应晶体管及其制备方法 |
| CN107359122B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-09-08 | 西安电子科技大学 | Mn掺杂异质结自旋场效应晶体管的制备方法 |
| CN107369707B (zh) * | 2017-06-07 | 2020-03-24 | 西安电子科技大学 | 基于4H-SiC衬底异质结自旋场效应晶体管及其制造方法 |
| CN109817711B (zh) * | 2019-01-28 | 2020-06-26 | 西安电子科技大学 | 具有AlGaN/GaN异质结的氮化镓横向晶体管及其制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5270554A (en) * | 1991-06-14 | 1993-12-14 | Cree Research, Inc. | High power high frequency metal-semiconductor field-effect transistor formed in silicon carbide |
| CN1441965A (zh) * | 2000-05-10 | 2003-09-10 | 克里公司 | 碳化硅金属半导体场效应晶体管和制造碳化硅金属半导体场效应晶体管的方法 |
| CN101536192A (zh) * | 2006-11-10 | 2009-09-16 | 住友电气工业株式会社 | 碳化硅半导体器件及其制造方法 |
| CN103730359A (zh) * | 2013-10-09 | 2014-04-16 | 西安电子科技大学 | 复合栅介质SiC MISFET器件的制作方法 |
-
2015
- 2015-08-21 CN CN201510518311.1A patent/CN105261642B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5270554A (en) * | 1991-06-14 | 1993-12-14 | Cree Research, Inc. | High power high frequency metal-semiconductor field-effect transistor formed in silicon carbide |
| CN1441965A (zh) * | 2000-05-10 | 2003-09-10 | 克里公司 | 碳化硅金属半导体场效应晶体管和制造碳化硅金属半导体场效应晶体管的方法 |
| CN101536192A (zh) * | 2006-11-10 | 2009-09-16 | 住友电气工业株式会社 | 碳化硅半导体器件及其制造方法 |
| CN103730359A (zh) * | 2013-10-09 | 2014-04-16 | 西安电子科技大学 | 复合栅介质SiC MISFET器件的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105261642A (zh) | 2016-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105261642B (zh) | 异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 | |
| US20220209000A1 (en) | High-threshold-voltage normally-off high-electron-mobility transistor and preparation method therefor | |
| CN105789047B (zh) | 一种增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制备方法 | |
| Park et al. | High-Quality ICPCVD $\hbox {SiO} _ {2} $ for Normally Off AlGaN/GaN-on-Si Recessed MOSHFETs | |
| CN103811542B (zh) | 一种锡化物超晶格势垒半导体晶体管 | |
| CN110120425B (zh) | 垂直型的高压mosfet器件及制作方法 | |
| TW201413945A (zh) | 鑽石半導體裝置及其製造方法 | |
| CN110571275A (zh) | 氧化镓mosfet的制备方法 | |
| CN109559991A (zh) | 基于溅射AlN基板的混合极性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及其制备方法 | |
| CN105304705B (zh) | 异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 | |
| CN105261641A (zh) | 异质结高电子迁移率自旋场效应晶体管及制造方法 | |
| CN103928345B (zh) | 离子注入形成n型重掺杂漂移层台面的umosfet制备方法 | |
| CN103548126B (zh) | 半导体基板的制造方法及半导体基板 | |
| CN107369707B (zh) | 基于4H-SiC衬底异质结自旋场效应晶体管及其制造方法 | |
| CN107359127A (zh) | 蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管及其制造方法 | |
| CN102820322B (zh) | 含铁电层的GaN基增强型器件及制备方法 | |
| CN109300974A (zh) | 一种非极性InAlN/GaN高电子迁移率晶体管及制备方法 | |
| CN107527949B (zh) | 基于Cr掺杂4H-SiC衬底异质结自旋场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN103928346B (zh) | 外延生长形成n型重掺杂漂移层台面的umosfet器件制备方法 | |
| CN107425059B (zh) | Cr掺杂异质结自旋场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN107634097B (zh) | 一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法 | |
| CN107359122B (zh) | Mn掺杂异质结自旋场效应晶体管的制备方法 | |
| KR101375685B1 (ko) | 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 | |
| CN106876447B (zh) | 具有渐变沟道的高压无结场效应器件及其形成方法 | |
| CN105206679B (zh) | 4H-SiC金属半导体场效应晶体管及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220610 Address after: No. 518, Linjiang Road, Gaobu Town, Yuecheng District, Shaoxing City, Zhejiang Province Patentee after: Shaoxing SMIC integrated circuit manufacturing Co.,Ltd. Address before: 710071 Taibai South Road, Yanta District, Xi'an, Shaanxi Province, No. 2 Patentee before: XIDIAN University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231220 Address after: Room 203-18, Building 1, No. 1433 Renmin East Road, Gaobu Street, Yuecheng District, Shaoxing City, Zhejiang Province, 312035 Patentee after: Xinlian Power Technology (Shaoxing) Co.,Ltd. Address before: No. 518, Linjiang Road, Gaobu Town, Yuecheng District, Shaoxing City, Zhejiang Province Patentee before: Shaoxing SMIC integrated circuit manufacturing Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |