高擊穿電壓肖特基二極管及制作方法技術

本發明專利技術公開了一種高擊穿電壓肖特基二極管及制作方法，其自下而上包括襯底(5)、Ga

High breakdown voltage Schottky diode and manufacturing method thereof

The invention discloses a high breakdown voltage Schottky diode and a manufacturing method thereof. The bottom of the Schottky diode comprises a substrate (5) and a Ga

【技術實現步驟摘要】
高擊穿電壓肖特基二極管及制作方法
本專利技術屬于微電子
，特別涉及一種高擊穿電壓肖特基二極管，可用于高頻電路。
技術介紹
肖特基二極管，又稱為肖特基勢壘二極管，其原理是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結。肖特基二極管的優點主要包括以下兩個方面：1)由于肖特基勢壘高度低于PN結勢壘高度，所以其正向導通電壓和正向壓降都比PN結二極管低；2)由于肖特基二極管是一種多數載流子導電器件，反向恢復電荷非常少，因而不存在少數載流子壽命和反向恢復問題，故開關速度非常快，開關損耗也特別小，尤其適合于高頻應用。但是，由于肖特基二極管的電場主要集中在肖特基接觸的邊緣區域，當肖特基接觸邊緣區域的電場達到材料的擊穿場強時，器件就發生擊穿，而其余區域的電場小于材料的擊穿場強，因此，為了提高肖特基二極管的擊穿電壓，就必須減小肖特基接觸邊緣區域的電場，為此人們采用場限環、場板等結構。其中：場限環結構，是先在肖特基邊緣形成一層SiO2，在此基礎上做一個或多個保護環結構，利用每個環分擔壓降的方法，降低肖特基接觸邊緣的電場，從而實現提高反向擊穿電壓的目的；場板結構，是先在肖特基接觸的金屬周圍淀積一層SiO2，再在SiO2層上淀積一部分板金屬，使之與中間部分的金屬連接起來，因此SiO2層可以使反偏時集中于易被擊穿區域處的部分電力線從半導體表面出發終止于金屬場板，有效地降低肖特基接觸邊緣的電場，從而提高反向擊穿電壓。以上兩種結構雖能有效地提高肖特基二極管的反向擊穿特性，但由于場限環和場板結構都引入了介質，勢必會引起寄生效應的增強，導致寄生電容增大。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種高擊穿電壓肖特基二極管及制作方法，以在不增大寄生電容的情況下，提高反向擊穿電壓。本專利技術的技術方案是這樣實現的：一，技術原理本專利技術通過在氧化鎵外延層中注入氫離子，減弱肖特基二極管反偏時的電場，實現對反向擊穿電壓的提高。氧化鎵屬于單斜晶體，禁帶寬度約為4.8eV-4.9eV。根據其它寬禁帶半導體材料擊穿電場與其禁帶寬度的關系，預計氧化鎵材料的擊穿電場可達到8MV/cm，比碳化硅和氮化鎵材料的二倍還要多。氧化鎵的電子遷移率可達到300cm2/(V·s)，雖然遷移率的數值不高，但是氧化鎵具有很高的巴利加優值，非常適合制備功率器件。目前大尺寸低成本氧化鎵單晶襯底可以通過浮區法和導模法獲得。氧化鎵由于其優異的材料特性和易于大規模生產將在下一代功率器件應用方面具有廣闊的前景。肖特基二極管的電場主要集中在肖特基接觸的邊緣區域，當肖特基接觸邊緣區域的電場達到材料的擊穿場強時，器件就發生擊穿，而其余區域的電場均小于材料的擊穿場強，也就是說通過降低反偏時肖特基接觸邊緣區域電場，就可以提高肖特基二極管的擊穿電壓，為此，本專利技術利用肖特基接觸邊緣區域到歐姆接觸之間電場非均勻分布時，越接近肖特基接觸邊緣，電場強度越強，隨著距離的增加電場非線性變弱的特點，應用離子注入在肖特基接觸與歐姆接觸之間的區域注入多個寬度相等的H+區域，當肖特基反向偏置時，由于H+對帶負電電子的吸引作用，使得肖特基接觸邊緣的電子濃度有所減小，降低電場強度，提高肖特基二極管反向擊穿電壓，由肖特基接觸至歐姆接觸的H+離子注入區依次命名第一H+離子注入區、第二H+離子注入區......，以此類推。其中，第一個H+離子注入區位于肖特基接觸邊緣的正下方，第二個H+離子注入區與第一個H+離子注入區之間的距離為0.5μm～0.8μm，其余H+離子注入區域之間的距離隨著遠離肖特基接觸區域依次增加，使得歐姆接觸與肖特基接觸之間的電場大致相等，進一步實現對電場的調制作用，提高器件的反向擊穿電壓。二.實現方案根據上述原理本專利技術的高擊穿電壓肖特基二極管，自下而上包括襯底、Ga2O3外延層、低摻雜n型Ga2O3薄膜和鈍化層，鈍化層的中設置圓形金屬陽極和環狀金屬陰極，該環狀金屬陰極的環心與圓形金屬陽極的圓心在同一點，且環狀金屬陰極的下面為硅離子注入區，圓形金屬陽極與低摻雜n型Ga2O3薄膜形成肖特基接觸，環狀金屬陰極與硅離子注入區形成歐姆接觸，其特征在于：Ga2O3外延層與低摻雜n型Ga2O3薄膜之間設有用于調節電子濃度的多個H+注入區，這些H+注入區的之間的間距隨著遠離肖特基接觸區域依次增加，增加的范圍為0.5um～1.0um，且第一個H+注入區域緊挨肖特基接觸邊緣，最后一個H+注入區域距離金屬陰極內環邊緣的距離大于1μm；每個H+離子注入區域的濃度大于5×1018cm-3；每個H+注入區域的寬度為2-3um；每個H+注入區的深度為20～50μm。根據上述原理本專利技術的高擊穿電壓肖特基二極管制作方法，包括如下步驟：1)對在襯底上已經外延生長了Ga2O3層的樣品進行有機清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中進行腐蝕30-60s，再用流動的去離子水清洗并用高純氮氣吹干；2)將吹干后的樣品放入PECVD設備中淀積厚度為50nm的SiO2掩膜；3)將淀積完SiO2掩膜的樣品進行光刻，形成離子注入區，再放入離子注入反應室中進行兩次硅離子注入，將進行硅離子注入后樣品放入退火爐中，在氮氣氣氛中進行溫度為1000℃，時間為30分鐘熱退火，以對注入硅離子進行激活；4)將完成硅離子激活的樣品放入等離子體反應室中去除光刻膠掩膜；5)將去除光刻膠掩膜的樣品進行光刻，形成環狀陰極區，放入電子束蒸發臺中蒸發金屬Ti/Au并進行剝離，其中金屬Ti厚度為20-50nm，金屬Au厚度為100-200nm，最后在氮氣環境中進行溫度為550℃，時間為60s的快速熱退火，以形成陰極歐姆接觸電極；6)將完成陰極歐姆接觸電極的樣品進行光刻，形成離子注入區，然后放入離子注入反應室中進行多個區域H+離子注入，注入能量為150keV，注入劑量為5×1014cm-2；離子注入后將樣品放入退火爐中，在氮氣氣氛中進行溫度為400℃，時間為5分鐘的熱退火，消除注入對材料的損傷；7)將完成H+注入的樣品放入BOE溶液中腐蝕5分鐘，去除表面的SiO2掩膜；8)將去除SiO2掩膜的樣品進行光刻，形成圓形陽極區，再放入電子束蒸發臺中蒸發Pt/Ti/Au并進行剝離，形成金屬陽極電極，金屬Pt的厚度為10-20nm，金屬Ti的厚度為20-50nm，金屬Au的厚度為100-200nm；9)將完成陽極電極制備的樣品放入PECVD反應室淀積厚度為200nm～300nm的SiN鈍化膜；10)將完成淀積鈍化膜的器件進行清洗、光刻顯影，形成SiN薄膜的刻蝕區，并放入ICP干法刻蝕反應室中，將陰極電極和陽極電極面覆蓋的SiN薄膜刻蝕掉，形成二極管；11)將二極管進行清洗、光刻、顯影，放入電子束蒸發臺中淀積金屬Ti/Au，對陰極和陽極的電極加厚，其中Ti厚度為20nm，Au厚度為100nm，至此完成整體器件的制備。本專利技術由于在Ga2O3外延層與低摻雜n型Ga2O3薄膜之間設置了多個H+注入區，且這些H+注入區的之間的間距依次增加，使得在肖特基二極管反偏的時候能利用氫離子對陽極附近電子產生吸引作用，減弱電場在陽極金屬接觸邊緣的集聚，實現對電場的調制作用，提高了二極管的反向擊穿電壓。附圖說明圖1是本專利技術的剖面結構示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本專利技術器件的工藝流程圖。具體實施方式以下參照附本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高擊穿電壓肖特基二極管，自下而上包括襯底(5)、Ga

【技術特征摘要】
1.一種高擊穿電壓肖特基二極管，自下而上包括襯底(5)、Ga2O3外延層(3)、低摻雜n型Ga2O3薄膜(4)和鈍化層(8)，鈍化層(8)的中設置環狀金屬陰極(1)，環狀金屬陰極(1)的中間設有圓形金屬陽極(2)，且環狀金屬陰極(1)的下面為硅離子注入區(7)，圓形金屬陽極(2)與低摻雜n型Ga2O3薄膜(4)形成肖特基接觸，環狀金屬陰極(1)與硅離子注入區(7)形成歐姆接觸，其特征在于：Ga2O3外延層(3)與低摻雜n型Ga2O3薄膜(4)之間設有用于調節電子濃度的多個H+注入區(6)，這些H+注入區的之間的間距隨著遠離肖特基接觸區域依次增加，增加的范圍為0.5μm～1.0μm，且第一個H+注入區域緊挨肖特基接觸邊緣，最后一個H+注入區域距離金屬陰極內環邊緣的距離大于1μm；每個H+離子注入區域的濃度大于5×1018cm-3；每個H+注入區域的寬度為2-3μm；每個H+注入區的深度為20～50μm。2.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于：所述第一個與第二個H+注入區域之間距離為0.3～0.5μm，第二個與第三個H+注入區域之間距離為0.8～1.5μm，第三個與第四個H+注入區域之間距離為1.3～2.5μm······，以此類推。3.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于：襯底材料包括藍寶石、MgAl2O4、Ga2O3和MgO；鈍化層包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一種或多種。4.根據權利要求1所述的二極管，其特征在于：Ga2O3外延層的載流子濃度為1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm；低摻雜nGa2O3型薄膜的載流子濃度1017cm-3～1018cm-3,厚度大于100nm；硅離子注入區的濃度大于2×1019cm-3，注入區的深度大于50nm。5.高擊穿電壓肖特基二極管的器件結構的制作方法，包括如下步驟：1)對在襯底上已經外延生長了Ga2O3層的樣品進行有機清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中進行腐蝕30-60s，再用流動的去離子水清洗并用高純氮氣吹干；2)將吹干后的樣品放入PECVD設備中淀積厚度為50nm的SiO2掩膜；3)將淀積完SiO2掩膜的樣品進行光刻后，放入離子注入反應室中進行兩次硅離子注入，將進行硅離子注入后樣品放入退火爐中，在氮氣氣氛中進行溫度為1000℃，時間為30分鐘熱退火，以對注入硅離子進行激活；4)將完成硅離子激活的樣品放入等離子體反應室中去除光刻膠掩膜；5)將去除光刻膠掩膜的樣品進行光刻后...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮倩，黃璐，韓根全，李翔，邢翔宇，方立偉，張進成，郝躍，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61