技术摘要：
本发明提供了一种垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管及制备方法，属于半导体技术领域，包括：在重掺杂P型金刚石衬底的正面生长轻掺杂p型金刚石外延层；在缓冲层的上表面生长重掺杂p型金刚石外延层；光刻源区图形，刻蚀出柱状源区和垂直沟道；光刻出源区图形窗口，淀  全部
背景技术：
电力电子系统越来越趋向于小型化、高功率、低损耗，这就对功率半导体器件提出 了更高的要求。金刚石的禁带宽度大，击穿电场高,热导率高，同时,金刚石半导体材料还具 有高的电子和空穴迁移率。金刚石材料以其优异的特性被称为第四代半导体材料。其在电 力电子器件方面的特性优值，显著优于SiC和GaN材料，是制作大功率、高频、高温、低功率损 耗电力电子器件的理想材料。金刚石肖特基结型场效应晶体管作为单载流子导电开关器 件，具有较高的工作频率。而且金刚石优异的导热性能可以有效减小散热成本及体积，适用 于高频率的电力领域。 目前，大部分研究集中在金刚石肖特基势垒二极管，金刚石平面结构金属半导体 场效应晶体管MESFET(Metal  Semiconductor  Field  Effect  Transistor)，以及金刚石材 料作为其他材料器件散热层等。目前金刚石的N型掺杂仍未找到一个合适的激活率较高的 掺杂源，金刚石中激活率较高的只有硼掺杂，实现p型载流子；而目前平面结构金刚石开关 器件击穿电压小，导通电阻大，开关频率低。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管的制备方 法及场效应晶体管，旨在解决现有技术中金刚石P型掺杂导通电阻大、开关频率低等技术问 题。 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种垂直结构金刚石肖特基结 型场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤： 在重掺杂P型金刚石衬底的正面生长轻掺杂p型金刚石外延层，作为缓冲层；在所 述缓冲层的上表面生长重掺杂p型金刚石外延层； 光刻源区图形，刻蚀出柱状源区和垂直沟道，其中，有源区在所述柱状源区的顶 部，所述垂直沟道在所述柱状源区的侧壁； 在所述柱状源区的顶部光刻出源区图形窗口，淀积源极金属，形成源电极；在所述 重掺杂P型金刚石衬底的背面淀积漏极金属，形成漏电极； 在所述柱状源区的周围沉积栅极钝化层； 在所述栅极钝化层上光刻出栅形貌，在所述栅极钝化层和所述柱状源区的侧壁淀 积栅金属，剥离形成栅电极； 淀积器件钝化层； 光刻制作电极图形。 作为本申请另一实施例，所述在重掺杂P型金刚石衬底的正面生长轻掺杂p型金刚 4 CN 111599680 A 说　明　书 2/6 页 石外延层，作为缓冲层，在所述缓冲层的上表面生长重掺杂p型金刚石外延层，具体包括：所 述轻掺杂p型金刚石外延层的厚度为1nm-100μm；所述重掺杂p型金刚石外延层的厚度为 1nm-10μm；其中，所述轻掺杂的浓度为1×1014cm-3至1×1017cm-3，所述重掺杂的浓度为1× 1018cm-3至1×1022cm-3。 作为本申请另一实施例，所述光刻源区图形，刻蚀出柱状源区和垂直沟道，其中， 有源区在所述柱状源区的顶部，所述垂直沟道在所述柱状源区的侧壁，具体包括：采用干法 刻蚀，刻蚀深至所述缓冲层或者未至缓冲层；所述柱状源区为圆柱体。 作为本申请另一实施例，所述在所述柱状源区的顶部光刻出源区图形窗口，淀积 源极金属，形成源电极；在所述重掺杂P型金刚石衬底的背面淀积漏极金属，形成漏电极，具 体包括：通过电子束蒸发淀积源极金属和漏极金属；所述源电极和漏电极采用Ti、Pt、Au、Ir 中的一种或者多种的组合，经过或者无需经过高温合金退火后形成。 作为本申请另一实施例，所述在所述柱状源区的周围沉积第一钝化层，作为栅极 钝化层，具体包括：所述栅极钝化层包括Al2O3、SiNx、SiO2、TiO2、MoO3、AlN中的一种或多种； 厚度为5nm-50μmm。 作为本申请另一实施例，所述在所述栅极钝化层上光刻出栅形貌，在所述栅极钝 化层和所述柱状源区的侧壁淀积栅金属，剥离形成栅电极，具体包括：所述栅金属为Al、Ni、 Ti、Au中的一种或者多种的组合形成，并与所述轻掺杂p型金刚石外延层形成肖特基结。 作为本申请另一实施例，所述栅金属覆盖在所述栅极钝化层，并向上延伸至所述 柱状源区的外周。 作为本申请另一实施例，所述淀积器件钝化层，具体包括：所述器件钝化层包括 Al2O3、SiNx、SiO2、TiO2、MoO3、AlN中的一种或多种；厚度为5nm-20μm之间。 作为本申请另一实施例，所述光刻制作电极图形，具体包括：通过干法刻蚀或者湿 法刻蚀腐蚀出所述电极图形，并对所述电极图形进行加厚处理。 本发明的另一目的在于提供一种垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管，包括 重掺杂P型金刚石衬底、轻掺杂p型金刚石外延层、重掺杂p型金刚石外延层、源电极欧姆接 触、漏电极欧姆接触、栅电极肖特基接触；所述轻掺杂p型金刚石外延层生长在所述重掺杂P 型金刚石衬底的正面，所述源漏欧姆接触生长在所述重掺杂P型金刚石衬底的背面；所述重 掺杂p型金刚石外延层生长在所述轻掺杂p型金刚石外延层的上表面，所述源电极生长在所 述重掺杂p型金刚石外延层的上表面，所述栅电极生长在所述轻掺杂p型金刚石外延层上。 本发明提供的垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管及制备方法的有益效果 在于：与现有技术相比，本发明垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管，比平面结构晶体 管具有更高的击穿电压，而且可以实现大量晶胞的重复，从而实现大的功率容量；无需PN 结，采用P /P-/P 结构形成开关器件，结合金刚石材料的优势，规避其劣势，具体是，在高掺 杂p型金刚石衬底的背面形成漏极欧姆接触；中间缓冲层采用低掺杂p型金刚石和侧壁栅金 属形成栅电极肖特基接触，通过对栅电极加不同电压实现器件开关；夹断时承受大的反向 击穿电场。 本发明提供的垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管的开关原理为：栅压为零 时，源漏导通，为常开型器件；加正栅压后，侧壁栅金属和p型金刚石形成肖特基结，在柱状 源区形成空间电荷区，随着栅压的加大，空间电荷区变大，直至器件被夹断，进而实现器件 5 CN 111599680 A 说　明　书 3/6 页 的开和关。垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管，由于不存在栅介质，单载流子导电， 不存在载流子存储效应，从而可以实现较高的开关频率，应用于电力系统，可以减小电感线 圈，进而减小外围配备设施的尺寸；垂直结构器件，轻掺杂区域可以承受比较大的击穿场 强，从而实现大的击穿电压。理论上相同结构的金刚石器件，其击穿电压比碳化硅器件更 高，或者相同的击穿电压下可以有更小的导通电阻。由于金刚石的散热非常好，可以承受更 大的电流密度；经过大量的晶胞的重复，可以实现承载较大的功率密度。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。 图1为本发明实施例提供的垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管的制备工艺 流程图； 图2为本发明实施例提供的垂直结构金刚石肖特基结型场效应晶体管的制备流程 对应的结构示意图。 图中：1、重掺杂p型金刚石外延层；2、轻掺杂p型金刚石外延层；3、重掺杂P型金刚 石衬底；4、漏电极；5、源电极；6、栅极钝化层；7、栅电极。