CN104851864A - 带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管及其制作方法，涉及半导体器件及其制作方法技术领域。所述二极管包括衬底，所述衬底上设有N+型GaN层和N-型GaN层，第一欧姆接触层和N-型GaN层保持间隔设置，右侧高掺杂的N+型GaN层的上表面设有第二欧姆接触层，所述N-型GaN层的上表面设有肖特基接触层，所述肖特基接触层与第二欧姆接触层之间通过空气桥进行连接，所述第一欧姆接触层上设有第一悬空梁式引线，所述空气桥上设有第二悬空梁式引线。所述二极管利用梁式引线结构，可以实现微小芯片的压焊机装配，减少了涂覆导电胶带来的麻烦，降低了器件装配难度，提高工作效率和器件的质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制作方法技术领域，尤其涉及一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管及其制作方法。
背景技术
以Si、GaAs等传统半导体材料为基础的肖特基倍频二极管器件由于受到材料本身属性的限制，在功率和耐击穿电压等相应指标上很难再有进一步的提高。近年来以Ⅲ族氮化物为代表的新一代宽禁带半导体材料发展迅猛。具有宽带隙、高饱和电子漂移速、高击穿场强和高热导率等优越材料性能，在毫米波、亚毫米波大功率电子器件领域极具发展潜力。基于GaN的肖特基二极管毫米波、亚毫米波倍频器件的研究是目前国际上的热点。（相关文献如下：1、Chong Jin, Dimitris Pavlidis, Laurence Considine. A Novel GaN-Based High Frequency Varactor Diode Proceedings of the 5th European Microwave Integrated Circuits Conference 2010；2、P.B. Shah, H.A.Hung. Critical design issues for high-power GaN/AlGaN anti-serial Schottky varactor frequency triplers, Microelectronics Journal 43 (2012) 410–415；3、Wei Lu, Siyuan Gu. InGaN/GaN Schottky Diodes With Enhanced Voltage Handling Capability for Varactor Applications, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, 31(10), (2010) 1119.；4、N. Tanuma, S. Yokokura, T. Matsui, and M. Tacano. Capacitance analysis of Al0.25Ga0.75N/GaN heterostructure barrier varactor diodes, Phys. Stat. Sol. (c) 2, No. 7, 2692–2695 (2005).5、曹东升. GaN基肖特基二极管的输运和击穿特性研究. 2010年南京大学硕士论文。）
太赫兹频段的器件尺寸非常微小，在100微米量级，一般采用导电胶倒装粘在石英电路基板上，对装配要求非常高。分立器件中的悬空梁式引线结构主要是便于器件的装配，在GaAs中悬空梁式引线很常见。由于GaN及衬底的50um以上的采用化学腐蚀及干法刻蚀都不能实现，肖特基二极管器件悬空梁式引线制备困难，目前还没有带梁式引线的GaN肖特基二极管出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管及其制作方法，所述二极管利用梁式引线结构，可以实现微小芯片的压焊机装配，减少了涂覆导电胶带来的麻烦，降低了器件装配难度，提高工作效率和器件的质量。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，其特征在于：包括衬底，所述衬底上表面的两个有源区设有高掺杂的N+型GaN层，两个高掺杂的N+型GaN层之间设有隔离槽，左侧高掺杂的N+型GaN层的上表面设有第一欧姆接触层和N-型GaN层，第一欧姆接触层和N-型GaN层保持间隔设置，右侧高掺杂的N+型GaN层的上表面设有第二欧姆接触层，所述N-型GaN层的上表面设有肖特基接触层，所述肖特基接触层与第二欧姆接触层之间通过空气桥进行连接，所述第一欧姆接触层上设有第一悬空梁式引线，所述空气桥上设有第二悬空梁式引线。
进一步的技术方案在于：所述衬底为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓单晶衬底。
进一步的技术方案在于：高掺杂的N+型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
进一步的技术方案在于：N-型GaN层的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
进一步的技术方案在于：所述欧姆接触层包括钛层、铝层、镍层和/或金层。
进一步的技术方案在于：所述肖特基接触层包括钛层、铂层和/或金层。
本发明还公开了一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在衬底的上表面外延生长高掺杂的N+型GaN层；
2）在高掺杂的N+型GaN层的上表面外延生长N-型GaN层；
3）采用光刻或干法刻蚀的方法对N-型GaN层进行处理得到N-型GaN台面；
4）采用光刻方法对N-型GaN层进行光刻露出N-型GaN台面隔离，采用干法刻蚀形成欧姆接触层之间的隔离槽；
5）在N+型GaN层的上表面形成形成欧姆接触电极；
6）在N-型GaN层的上表面进行光刻，露出肖特基接触区，在肖特基接触区蒸发金属形成肖特基接触层；
7）采用平整化工艺将隔离槽填平；
8）采用电镀工艺在肖特基接触层和第二欧姆接触电极之间形成空气桥；
9）采用激光烧蚀的方法将芯片周围的衬底腐蚀掉，在芯片的周围形成烧蚀槽；
10）采用厚胶多次旋涂方法进行平整化工艺，将烧蚀槽填平，在另一个欧姆接触电极以及空气桥上光刻出梁式引线图形，采用电镀方法在梁式引线图形上制作出梁式引线。
进一步的技术方案在于：所述方法还包括步骤11）：采用机械方法进行衬底背面减薄，衬底减薄厚度大于烧蚀深度。
进一步的技术方案在于：所述方法还包括步骤12）：对上述器件进行去胶处理，实现了器件分离。
进一步的技术方案在于：所述烧蚀深度在20um至100um之间。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述二极管利用梁式引线结构，可以实现微小芯片的压焊机装配，减少了涂覆导电胶带来的麻烦，降低了器件装配难度，提高工作效率和器件的质量。
附图说明
图1是本发明所述二极管的剖视结构示意图；
图2是本发明所述二极管的俯视结构示意图；
其中：1、衬底 2、N+型GaN层 3、隔离槽 4、第一欧姆接触层 5、N-型GaN层 6、第二欧姆接触层 7、肖特基接触层 8、空气桥 9、第一悬空梁式引线 10、第二悬空梁式引线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-2所示，本发明公开了一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，包括衬底1，所述衬底1可以为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓单晶衬底，当然还可以为其他适应的衬底。所述衬底1上表面的两个有源区设有高掺杂的N+型GaN层2，两个高掺杂的N+型GaN层2之间设有隔离槽3，高掺杂的N+型GaN层2的掺杂元素为Ⅳ族元素，如Si元素等，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。左侧高掺杂的N+型GaN层2的上表面设有第一欧姆接触层4和N-型GaN层5，N-型GaN层5的掺杂元素为Ⅳ族元素，如Si元素等，掺杂浓度在1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
第一欧姆接触层4和N-型GaN层5保持间隔设置，右侧高掺杂的N+型GaN层2的上表面设有第二欧姆接触层6，优选的，所述欧姆接触层包括钛层、铝层、镍层和/或金层。所述N-型GaN层5的上表面设有肖特基接触层7，优选的，所述肖特基接触层7包括钛层、铂层和/或金层。所述肖特基接触层7与第二欧姆接触层6之间通过空气桥8进行连接，所述第一欧姆接触层4上设有第一悬空梁式引线9，所述空气桥8上设有第二悬空梁式引线10。
与上述器件相对应的，如图1-2所示，本发明还公开了一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在衬底1的上表面外延生长高掺杂的N+型GaN层2；
2）在高掺杂的N+型GaN层2的上表面外延生长N-型GaN层5；高掺杂的N+型GaN层掺杂元素为Ⅳ族元素，如Si元素，实现掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间；采用外延生长N-型GaN层5，掺杂浓度按照1016/cm3量级到1018/cm3量级之间，掺杂元素为Ⅳ族元素，如Si元素；
3）采用光刻或干法刻蚀的方法对N-型GaN层5进行处理得到N-型GaN台面；
4）采用光刻方法对N-型GaN层5进行光刻露出N-型GaN台面隔离，采用干法刻蚀形成欧姆接触层之间的隔离槽3；
5）在N+型GaN层2的上表面形成形成欧姆接触电极，欧姆接触电极可以为钛层、铝层、镍层和/或金层，并通过高温快速退火形成欧姆接触；
6）在N-型GaN层5的上表面进行光刻，露出肖特基接触区，在肖特基接触区蒸发金属形成肖特基接触层7，肖特基接触层7为钛层、铂层和/或金层；
7）采用平整化工艺将隔离槽3填平，便于后续光刻工艺；
8）采用电镀工艺在肖特基接触层7和第二欧姆接触电极6之间形成空气桥8；
9）采用激光烧蚀的方法将芯片周围的衬底1腐蚀掉，在芯片的周围形成烧蚀槽，所述烧蚀槽深度在20um至100um之间；
10）采用厚胶多次旋涂方法进行平整化工艺，将烧蚀槽填平，在另一个欧姆接触电极以及空气桥上光刻出梁式引线图形，采用电镀方法在梁式引线图形上制作出梁式引线；
11）采用机械方法进行衬底1背面减薄，衬底减薄厚度大于烧蚀深度；
12）对上述器件进行去胶处理，实现了器件分离。
所述二极管利用梁式引线结构，可以实现微小芯片的压焊机装配，减少了涂覆导电胶带来的麻烦，降低了器件装配难度，提高工作效率和器件的质量。
Claims (10)
1.一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，其特征在于：包括衬底（1），所述衬底（1）上表面的两个有源区设有高掺杂的N+型GaN层（2），两个高掺杂的N+型GaN层（2）之间设有隔离槽（3），左侧高掺杂的N+型GaN层（2）的上表面设有第一欧姆接触层（4）和N-型GaN层（5），第一欧姆接触层（4）和N-型GaN层（5）保持间隔设置，右侧高掺杂的N+型GaN层（2）的上表面设有第二欧姆接触层（6），所述N-型GaN层（5）的上表面设有肖特基接触层（7），所述肖特基接触层（7）与第二欧姆接触层（6）之间通过空气桥（8）进行连接，所述第一欧姆接触层（4）上设有第一悬空梁式引线（9），所述空气桥（8）上设有第二悬空梁式引线（10）。
2.根据权利要求1所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，其特征在于：所述衬底（1）为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓单晶衬底。
3.根据权利要求1所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，其特征在于：高掺杂的N+型GaN层（2）的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1019/cm3量级之间。
4.根据权利要求1所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，其特征在于：N-型GaN层（5）的掺杂元素为Ⅳ族元素，掺杂浓度在1016/cm3量级到1018/cm3量级之间。
5.根据权利要求1所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，其特征在于：所述欧姆接触层包括钛层、铝层、镍层和/或金层。
6.根据权利要求1所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管，其特征在于：所述肖特基接触层（7）包括钛层、铂层和/或金层。
7.一种带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在衬底（1）的上表面外延生长高掺杂的N+型GaN层（2）；
2）在高掺杂的N+型GaN层（2）的上表面外延生长N-型GaN层（5）；
3）采用光刻或干法刻蚀的方法对N-型GaN层（5）进行处理得到N-型GaN台面；
4）采用光刻方法对N-型GaN层（5）进行光刻露出N-型GaN台面隔离，采用干法刻蚀形成欧姆接触层之间的隔离槽（3）；
5）在N+型GaN层（2）的上表面形成形成欧姆接触电极；
6）在N-型GaN层（5）的上表面进行光刻，露出肖特基接触区，在肖特基接触区蒸发金属形成肖特基接触层（7）；
7）采用平整化工艺将隔离槽（3）填平；
8）采用电镀工艺在肖特基接触层（7）和第二欧姆接触电极（6）之间形成空气桥（8）；
9）采用激光烧蚀的方法将芯片周围的衬底（1）腐蚀掉，在芯片的周围形成烧蚀槽；
10）采用厚胶多次旋涂方法进行平整化工艺，将烧蚀槽填平，在另一个欧姆接触电极以及空气桥上光刻出梁式引线图形，采用电镀方法在梁式引线图形上制作出梁式引线。
8.根据权利要求7所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管制作方法，其特征在于所述方法还包括步骤11）：采用机械方法进行衬底（1）背面减薄，衬底减薄厚度大于烧蚀深度。
9.根据权利要求8所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管制作方法，其特征在于所述方法还包括步骤12）：对上述器件进行去胶处理，实现了器件分离。
10.根据权利要求7所述的带有悬空梁式引线结构的GaN肖特基二极管制作方法，其特征在于：所述烧蚀深度在20um至100um之间。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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