異質(zhì)結(jié)高電子遷移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制造方法，尤其涉及一種利用對(duì)具有缺陷的6H-SiC摻雜氮原子制作源漏極注入接收自旋極化電子的異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速更新，傳統(tǒng)電子器件的發(fā)展，無(wú)論是規(guī)模集成還是運(yùn)算速度方面，均嚴(yán)重限制了微電子科學(xué)的發(fā)展。新興的自旋電子學(xué)以便捷地調(diào)控電子自旋為主要目標(biāo)，開(kāi)啟了以利用電子自旋來(lái)實(shí)現(xiàn)信息貯存和傳輸?shù)男骂I(lǐng)域，引起物理學(xué)，材料學(xué)以及電子信息學(xué)等多科學(xué)領(lǐng)域中研究者的共同關(guān)注和廣泛興趣。
[0003]近年來(lái)，基于二維電子氣提出的自旋場(chǎng)效應(yīng)管，其理論與實(shí)驗(yàn)研究涉及了電子自旋輸運(yùn)及材料特性等多方面影響的復(fù)雜因素，引起了廣大研究者的關(guān)注與探索。其基本構(gòu)想為通過(guò)電光調(diào)制器的電子類比提出所謂的自旋場(chǎng)晶體管。由源極輸入的電子自旋沿6H-SiC方向，它可以表不為沿z方向正和負(fù)自旋分量的組合，通過(guò)電子有效質(zhì)量哈密頓中的Rashba項(xiàng)引起的自旋向上和自旋向下的電子能量分裂，在輸運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生電子通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的相位差，在漏極接收到的沿6H-SiC方向自旋的可以看成沿正負(fù)z方向自旋的電子相位產(chǎn)生變化，從而進(jìn)行電流調(diào)控。而Rashba項(xiàng)中的Rashba系數(shù)Rashba系數(shù)η與異質(zhì)結(jié)界面的電場(chǎng)成正比，因此可以通過(guò)加?xùn)艍簛?lái)控制電流大小。
[0004]但是一般的自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管由鐵磁材料將自旋電子注入到半導(dǎo)體中，但由于鐵磁材料如Fe與半導(dǎo)體材料如Sm的能帶結(jié)構(gòu)不匹配使得自旋注入的效率只有百分之幾。因此，采用相同的源漏極以及溝道材料使能帶結(jié)構(gòu)匹配從而提高注入效率在自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的應(yīng)用和研究尤為重要。
[0005]N型摻雜點(diǎn)缺陷6H_SiC材料具有一定的自旋極化效應(yīng)，可以替代現(xiàn)有的工藝，提尚自旋注入和接收的效率，從而提尚器件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制造方法。可以優(yōu)化材料在室溫下的自旋極化率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括:6H-SiC漏區(qū)、6H-SiC源區(qū)、6H-SiC溝道區(qū)、肖特基接觸柵電極、4H-SiC襯底、漏極、源極、SiN隔離層；
[0008]所述6H-S i C漏區(qū)、6H-S i C源區(qū)、6H-S i C溝道區(qū)位于所述4H-S i C襯底上；所述源極位于所述6H-SiC源區(qū)上，所述肖特基接觸柵電極位于所述6H-SiC溝道區(qū)上，所述漏極位于所述6H-SiC漏區(qū)上；所述SiN隔離層位于源極和肖特基接觸柵電極，以及肖特基接觸柵電極和漏極之間。
[0009]進(jìn)一步的，所述6!1^(:漏區(qū)的材料是~型摻雜濃度為1\10170113-1\102°0113的具有缺陷的6H-SiC材料，厚度為0.5 μπι。
[0010]進(jìn)一步的，所述6!1^(:源區(qū)的材料是~型摻雜濃度為1\10170113-1\102°0113的具有缺陷的6H-SiC材料，厚度為0.5 μπι。
[0011 ] 進(jìn)一步的，所述6H-SiC溝道區(qū)由N型摻雜濃度為1 X 1015_1 X 1017cm 3外延層構(gòu)成。
[0012]進(jìn)一步的，所述肖特基接觸柵電極是由淀積形成的厚度為300nm的Ni肖特基接觸柵電極。
[0013]進(jìn)一步的，所述4H-SiC襯底為摻雜濃度為lX1014cm3的4H_SiC材料。
[0014]本發(fā)明還提供了一種異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，所述方法包括:
[0015]步驟1，依次使用丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水對(duì)4H_SiC襯底進(jìn)行超聲清洗；
[0016]步驟2，在4H-SiC襯底上化學(xué)氣相沉積0.5 μ m輕摻雜的6H_SiC外延層，摻雜濃度為1 X 1015-1 X 1017cm 3;反應(yīng)溫度為1570°C，壓強(qiáng)為lOOmbar，反應(yīng)氣體采用硅烷和丙烷，載運(yùn)氣體米用純氫氣，雜質(zhì)源米用氣態(tài)氮?dú)猓?br>[0017]步驟3，將四次氮離子選擇性注入形成漏區(qū)和源區(qū):
[0018]步驟4，對(duì)整個(gè)碳化硅外延層進(jìn)行涂膠、顯影，在源區(qū)和漏區(qū)上方形成歐姆接觸區(qū)域，淀積300nm的Ni金屬，之后通過(guò)超聲波剝離使其形成源極和漏極金屬層；在1100°C的氬氣氣氛中，對(duì)整個(gè)樣品退火3分鐘，形成源、漏歐姆接觸電極；
[0019]步驟5，利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法在外延層上方淀積200nm厚的SiN層，之后使用光刻及0匕等離子體刻蝕出1 μπι的柵區(qū)；
[0020]步驟6，利用磁控濺射的方法在6H-SiC溝道表面濺射金屬300nm金屬Ni作為肖特基接觸柵電極，然后在氬氣氣氛中快速退火處理。
[0021]進(jìn)一步的，所述步驟3具體包括:
[0022]步驟31，在碳化硅外延層上淀積一層厚度為1 μπι的A1作為漏區(qū)和源區(qū)離子注入的阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成漏區(qū)和源區(qū)注入?yún)^(qū)；
[0023]步驟32，在500 °C的溫度下對(duì)碳化硅外延層進(jìn)行四次氮離子注入，先后采用200keV、140keV、lOOkeV和65keV的注入能量，注入到碳化硅外延層，形成深度為0.5 μ m，摻雜濃度為1 X 1017cm Μ X 1020cm 3的漏區(qū)和源區(qū);
[0024]步驟33，采用磷酸去除碳化娃外延層上的A1 ；
[0025]步驟34，采用RCA清洗標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳化硅外延層表面進(jìn)行清洗，烘干后制作C膜保護(hù)；然后再850°C氬氣氛圍中進(jìn)行離子激活退火lOmin。
[0026]本發(fā)明異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制造方法，可通過(guò)調(diào)節(jié)離子注入的劑量和退火時(shí)間改變?cè)绰┎牧现械膿诫s濃度和缺陷密度，從而優(yōu)化室溫下材料的自旋極化率。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明異質(zhì)結(jié)尚電子遷移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管的不意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0030]圖1為本發(fā)明異質(zhì)結(jié)尚電子遷移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管的不意圖，如圖所不，具體包括6H-SiC漏區(qū)l、6H-SiC源區(qū)2、6H-SiC溝道區(qū)3、肖特基接觸柵電極4、4H_SiC襯底5、漏極6、源極7和SiN隔離層8。
[0031]6H-SiC漏區(qū)l、6H-SiC源區(qū)2、6H_SiC溝道區(qū)3位于4H_SiC襯底5上；源極7位于6H-SiC源區(qū)2上，肖特基接觸柵電極4位于6H-SiC溝道區(qū)3上，漏極6位于6H_SiC漏區(qū)1上；SiN隔離層8位于源極7和肖特基接觸柵電極4，以及肖特基接觸柵電極4和漏極6之間。
[0032]其中，6H-SiC漏區(qū)1和6H-SiC源區(qū)2是厚度為0.5μπι，Ν型摻雜濃度為1 X 1017cm 3-1 X 1020cm 3，優(yōu)選的為1 X 1019cm 3，具有點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的6H_SiC材料，由三次或四次氮離子選擇性離子注入形成；6H-SiC溝道區(qū)3由N型摻雜濃度為1 X 1015-1 X 1017cm 3夕卜延層構(gòu)成。6H-SiC溝道區(qū)3上方是由淀積形成的厚度為300nm的Ni肖特基接觸柵4 ;漏極6和源極7位于漏區(qū)1和源區(qū)2上方，通過(guò)淀積300nm的Ni形成，SiN作為隔離層位于肖特基接觸柵4與源極6和漏極7之間，采用等離子體化學(xué)氣相淀積生成。
[0033]4H-SiC襯底5是摻雜濃度為1 X 1014cm 3的4H_SiC材料。
[0034]本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)高電子迀移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管可通過(guò)調(diào)節(jié)離子注入的劑量和退火時(shí)間改