一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体为一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件及制备方法。

背景技术

金刚石平面栅VDMOS（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）器件中的金刚石作为超宽禁带半导体，其卓越的电气性能、耐压特性、导热特性广泛受到人们的关注和研究。当下金刚石研究还主要集中在与传统功率器件一样的器件结构和工作机制，由于工艺发展阶段限制，其存在欧姆接触电阻较大的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件，该器件的最底端设置有漏极金属层，所述漏极金属层的上方设置有石墨烯层，所述石墨烯层的上方设置有N-buffer区，所述N-buffer区的顶部呈凸型设计，所述N-buffer区的顶部外侧设置有P型基区，所述P型基区还覆盖在N-buffer区的上表面；

所述P型基区的上表面外侧也设置有石墨烯层，所述石墨烯层的上方设置有源极金属层，所述N-buffer区和P型基区的顶部设置有高K栅极绝缘层，所述高K栅极绝缘层的上表面设置有栅极金属层。

进一步优化本技术方案，所述的位于P型基区上表面外侧的石墨烯层与P型基区以及N-buffer区的高度平齐。

进一步优化本技术方案，该器件采用纵向设计，器件的源极金属层和漏极金属层的欧姆接触都是通过金属和石墨烯层的接触构建。

进一步优化本技术方案，所述石墨烯层为该器件的有源区，所述石墨烯层和P型基区形成异质结，用于实现对器件导电沟道的关断。

进一步优化本技术方案，所述高K栅极绝缘层的栅极绝缘介质采用二氧化硅。

一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法，基于上述的石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件进行制备，包括以下具体步骤：

S1、在N-buffer区的下方，淀积石墨烯催化层，将石墨烯催化层在1100℃下，退火3分钟，催化漏极形成石墨烯，去除催化层，在形成石墨烯层之后通过淀积形成漏极金属层；

S2、在N-buffer区的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成P型基区通孔，在通孔处进行P型离子注入；

S3、在N-buffer区的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成石墨烯层通孔，淀积石墨烯催化层，将该石墨烯催化层在1100℃下，退火3分钟；

S4、去除催化层、阻挡层及光刻胶，在N-buffer区的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成源极金属通孔，在通孔上方淀积源极金属层；

S5、去除阻挡层及光刻胶，在N-buffer区的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成高K栅极绝缘层通孔，在高K栅极绝缘层通孔上方淀积二氧化硅；

S6、去除阻挡层及光刻胶，在N-buffer区的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成栅极金属通孔，在栅极绝缘层通孔上方淀积栅极金属层。

进一步优化本技术方案，所述步骤S2中，在P型离子注入时，离子为硼，形成的离子浓度为2*10

进一步优化本技术方案，所述步骤S1和S3中，所述石墨烯催化层为镍或铜。

与现有技术相比，本发明提供了一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件及制备方法，具备以下有益效果：

该石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件及制备方法，采用平面栅VDMOS结构，源极和漏极的欧姆接触均采用了石墨烯和金属的接触，具备低接触电阻和源区电阻的优势，能减小器件的导通电阻，基于金刚石材料制造，具备体积小、耐恶劣环境能力强、高频特性好导通电阻小的优点。

附图说明

图1为本发明提出的一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的器件剖面示意图；

图2为本发明提出的一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法中步骤S1的器件剖面示意图；

图3为本发明提出的一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法中步骤S2的器件剖面示意图；

图4为本发明提出的一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法中步骤S3的器件剖面示意图；

图5为本发明提出的一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法中步骤S4的器件剖面示意图；

图6为本发明提出的一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法中步骤S5的器件剖面示意图；

图7为本发明提出的一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法中步骤S6的器件剖面示意图。

图中：1、漏极金属层；2、石墨烯层；3、N-buffer区；4、P型基区；5、源极金属层；6、高K栅极绝缘层；7、栅极金属层；8、石墨烯催化层。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1，一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件，该器件采用纵向设计，器件的源极金属层5和漏极金属层1的欧姆接触都是通过金属和石墨烯层2的接触构建，该器件的最底端设置有漏极金属层1，所述漏极金属层1的上方设置有石墨烯层2，其制备工艺与金刚石材料兼容，电子迁移率高、电阻小，所述石墨烯层2的上方设置有N-buffer区3，所述N-buffer区3的顶部呈凸型设计，所述N-buffer区3的顶部外侧设置有P型基区4，所述P型基区4还覆盖在N-buffer区3的上表面。

其中，所述石墨烯层2为该器件的有源区，所述石墨烯层2和P型基区4形成异质结，用于实现对器件导电沟道的关断。

所述P型基区4的上表面外侧也设置有石墨烯层2，所述石墨烯层2的上方设置有源极金属层5，所述N-buffer区3和P型基区4的顶部设置有高K栅极绝缘层6，所述高K栅极绝缘层6的栅极绝缘介质采用二氧化硅，与传统硅工艺相近，制造难度低，所述高K栅极绝缘层6的上表面设置有栅极金属层7。

其中，所述的位于P型基区4上表面外侧的石墨烯层2与P型基区4以及N-buffer区3的高度平齐。

综上，该器件采用平面栅VDMOS结构，源极和漏极的欧姆接触均采用了石墨烯和金属的接触，具备低接触电阻和源区电阻的优势，能减小器件的导通电阻，基于金刚石材料制造，具备体积小、耐恶劣环境能力强、高频特性好导通电阻小的优点。

实施例二：

一种石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件的制备方法，基于实施例一所述的石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件进行制备，包括以下具体步骤：

S1、如图2所示，在N-buffer区3的下方，淀积石墨烯催化层8，所述石墨烯催化层8为镍或铜，通过催化制备，不需离子注入等手段，减少材料损伤，提高器件质量，将石墨烯催化层8在1100℃下，退火3分钟，催化漏极形成石墨烯，去除催化层，在形成石墨烯层2之后通过淀积形成漏极金属层1；

S2、如图3所示，在N-buffer区3的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成P型基区4通孔，在通孔处进行P型离子注入，离子为硼，形成的离子浓度为2*10

S3、如图4所示，在N-buffer区3的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成石墨烯层2通孔，淀积石墨烯催化层8，所述石墨烯催化层8为镍或铜，将该石墨烯催化层在1100℃下，退火3分钟；

S4、如图5所示，去除催化层、阻挡层及光刻胶，在N-buffer区3的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成源极金属通孔，在通孔上方淀积源极金属层5；

S5、如图6所示，去除阻挡层及光刻胶，在N-buffer区3的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成高K栅极绝缘层6通孔，在高K栅极绝缘层6通孔上方淀积二氧化硅；

S6、如图7所示，去除阻挡层及光刻胶，在N-buffer区3的上方，化学气相淀积阻挡层，阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成栅极金属通孔，在栅极绝缘层通孔上方淀积栅极金属层7。

本发明的有益效果是：

该石墨烯欧姆接触的金刚石平面栅VDMOS器件及制备方法，采用平面栅VDMOS结构，源极和漏极的欧姆接触均采用了石墨烯和金属的接触，具备低接触电阻和源区电阻的优势，能减小器件的导通电阻，基于金刚石材料制造，具备体积小、耐恶劣环境能力强、高频特性好导通电阻小的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。