CN106158984B - 二极管元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种二极管元件，包括一III‑N化合物材料层，III‑N化合物材料层具有一通道区位于其中。一阴极区位于III‑N化合物材料层上。一第一阳极区位于III‑N化合物材料层上，且延伸至III‑N化合物材料层内，第一阳极区的底部位于通道区下方。一第二阳极区位于阴极区与第一阳极区之间的III‑N化合物材料层上，且延伸至III‑N化合物材料层内。第二阳极区包括一高势垒区，高势垒区邻接第一阳极区的一侧壁。本发明亦公开一种二极管元件的制造方法。
Description
技术领域
本发明有关于一种二极管元件及其制造方法，特别为有关于一种具有低漏电流及高崩溃电压特性的肖特基(Schottky)二极管。
背景技术
由氮化镓(GaN)构成的肖特基二极管具有高崩溃(breakdown)电压、高电流及适合高温操作等特性，因此适合应用在高功率电子电路中。再者，氮化镓特有的极化(polarization)效应使得氮化铝镓/氮化镓异质结构(AlGaN/GaN heterostructure)具有高浓度二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)，因而可提供低串联电阻及高电流传输。
然而，利用此类异质结构制作的肖特基二极管，由于肖特基金属制作在宽能隙的氮化铝镓上，因此产生了导通电压(或称为开启电压(turn-on voltage))过大的问题。对此，为了降低导通电压所发展出的肖特基二极管的制作方法却具有制程复杂及成本高的问题，且容易造成漏电流(leakage current)过大，而影响肖特基二极管的性能。
因此，有必要寻求一种新颖的二极管元件及其制造方法，其能够解决或改善上述的问题，据此提供一种具有低漏电流及高崩溃电压特性的肖特基二极管。
发明内容
本发明实施例提供一种二极管元件，包括一III-N化合物材料层，III-N化合物材料层具有一通道区位于其中。一阴极区位于III-N化合物材料层上。一第一阳极区位于III-N化合物材料层上，且延伸至III-N化合物材料层内，第一阳极区的底部位于通道区下方。一第二阳极区位于阴极区与第一阳极区之间的III-N化合物材料层上，且延伸至III-N化合物材料层内。第二阳极区包括一高势垒区，高势垒区邻接第一阳极区的一侧壁。
本发明实施例提供一种二极管元件的制造方法，包括提供一III-N化合 物材料层。III-N化合物材料层具有一通道区位于其中。在III-N化合物材料层上形成一阴极区。在III-N化合物材料层上形成一第一阳极区。第一阳极区延伸至III-N化合物材料层内，且第一阳极区的底部位于通道区下方。在阴极区与第一阳极区之间的III-N化合物材料层上形成一第二阳极区。第二阳极区延伸至III-N化合物材料层内，且第二阳极区包括一高势垒区。高势垒区邻接第一阳极区的一侧壁。
附图说明
图1A至图1H绘示出根据本发明一实施例的二极管元件的制造方法的剖面示意图。
图1I绘示出根据本发明一实施例的二极管元件的制造方法的平面示意图。
图2至图4绘示出根据本发明不同实施例的二极管元件的剖面示意图。
图5A及图5B分别绘示出根据本发明其他实施例的二极管元件的剖面示意图及平面示意图。
【符号说明】
100 基底
120 缓冲层
140 第一III-N化合物层
150 二维电子气
160 第四III-N化合物层
180 第二III-N化合物层
200 第三III-N化合物层
220 隔离区
240 阴极区
240’ 金属材料层
260 介电层
280 开口
300 开口
320 高势垒区
340 开口
360 金属材料层
380 金属材料层
A 阳极电极
C 阴极电极
I 第一阳极区
II 第二阳极区
III 第三阳极区
具体实施方式
以下说明本发明实施例的制作与使用。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅仅用于说明以特定方法制作及使用本发明，并非用以局限本发明的范围。再者，在本发明实施例的附图及说明内容中使用相同的标号来表示相同或相似的部件。
以下配合图1H说明根据本发明一实施例的二极管元件，其中图1H绘示出根据本发明一实施例的二极管元件的剖面示意图。二极管元件包括一基底100。在本实施例中，基底100可包括硅(例如，硅(111))、氮化镓、碳化硅、蓝宝石(sapphire)或其他适合的基底。一缓冲层120设置于基底100上。在本实施例中，缓冲层120可包括氮化铝(AlN)、氮化铝镓、其组合或其他适合的材料。
III族氮化物(III-N)化合物材料层设置于缓冲层120上，且用以定义有源区的一隔离区220环绕III-N化合物材料层，因而使各个元件独立。在一实施例中，隔离区220为一开口，自III-N化合物材料层向下延伸至露出部分的缓冲层120，如图1H所示。然而在其他实施例中，隔离区220可由植入电荷离子的III-N化合物材料所构成，此时隔离区220的上表面与有源区的III-N化合物材料层的上表面共平面。在本实施例中，III-N化合物材料层包括一第一III-N化合物层140、一第二III-N化合物层180、一第三III-N化合物层200及一第四III-N化合物层160。在其他实施例中，III-N化合物材料层也可仅包括第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180及第 三III-N化合物层200，而不包括第四III-N化合物层160。
在本实施例中，第一III-N化合物层140可包括GaN、AlGaN或其他适合的III-N化合物材料，第二III-N化合物层180可包括AlGaN、AlInN、AlInGaN或其他适合的III-N化合物材料，第三III-N化合物层200可包括GaN或AlN或其他适合的III-N化合物材料，且第四III-N化合物层160可包括AlN或其他适合的III-N化合物材料。
在一实施例中，III-N化合物材料层包括由下往上依序堆叠的第一III-N化合物层140、第四III-N化合物层160、第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200，此时第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180、第三III-N化合物层200及第四III-N化合物层160为III族终结面，方向为[0001]。在另一实施例中，III-N化合物材料层包括由下往上依序堆叠的第二III-N化合物层180、第四III-N化合物层160、第一III-N化合物层140及第三III-N化合物层200，此时第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180、第三III-N化合物层200及第四III-N化合物层160可为N族终结面，方向为[000-1]。
在本实施例中，第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间具有二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)，其位于第一III-N化合物层140内且邻近于第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间的界面，如二维电子气150所示。二维电子气用于传输电流，以作为二极管元件的通道(channel)区。当III-N化合物材料层包括第四III-N化合物层160位于第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间时，可增加二维电子气的载子迁移率(mobility)及电子浓度。另外，第三III-N化合物层200能够保护第二III-N化合物层180，避免第二III-N化合物层180氧化。
阴极区240设置于III-N化合物材料层的第三III-N化合物层200上。在本实施例中，阴极区240由Ti/Al/Ni/Au的复合结构或其他适合的金属材料所构成，且包括欧姆(Ohmic)金属。
一介电层260顺应性设置于阴极区240及III-N化合物材料层的第三III-N化合物层200上，并顺应性延伸至隔离区220的侧壁及底部，因而覆盖且接触露出的缓冲层120。介电层260内具有多个开口280及位于开口280 之间的开口300，开口280露出阴极区240的一部分，而开口300自介电层260的上表面延伸至第二III-N化合物层180内。在本实施例中，介电层260可由单层或多层结构所构成，例如介电层260可包括SiO2、Si3N4、Al2O3、HfO2、前述的组合或其他适合的介电材料。
在本实施例中，第二III-N化合物层180内具有高势垒(high energy barrier)区320，位于开口300下方。高势垒区320自开口300的底部向下延伸，但未延伸至第四III-N化合物层160及第一III-N化合物层140内，亦即高势垒区320的底部仍位于第二III-N化合物层180中。另外，介电层260的开口300向下延伸至第二III-N化合物层180内，使得高势垒区320的顶部位于III-N化合物材料层中的第二III-N化合物层180内。在本实施例中，高势垒区320由植入负电荷离子材料(例如，卤素原子)的III-N化合物材料所构成。举例来说，上述卤素原子可为氟、氯或其他适合的卤素原子。另外，高势垒区320也可由第二III-N化合物层180中的III族氧化物所构成或是由绝缘材料(例如，SiO2、Si3N4、Al2O3、AlON或其他适合的绝缘材料)所构成。
高势垒区320内具有一开口340，自开口300的底部向下延伸至穿透第四III-N化合物层160，并延伸至第一III-N化合物层140内。在本实施例中，开口340的底部位于二维电子气150下方，且开口340被高势垒区320所环绕。
一金属材料层360设置于介电层260上，且延伸至开口300及开口340内，并将开口300及开口340填满。在本实施例中，金属材料层360包括Ni/Au的复合结构或其他适合的金属材料。
在本实施例中，金属材料层360及高势垒区320构成二极管元件的阳极区，其依功能性大致区分为第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III，第一阳极区I包括肖特基金属且为主要电流导通的电极区域，第二阳极区II至少包括高势垒材料以有效分散阳极的边缘电场，而第三阳极区III作为场板(field-plate)区域，用于加强分散电场。
具体而言，第一阳极区I由从开口340的底部垂直地向上延伸至介电层260上方的金属材料层360所构成，换句话说，第一阳极区I自介电层260上方的金属材料层360顶部垂直地向下延伸至第一III-N化合物层140内， 且第一阳极区I的底部位于二维电子气150下方。再者，第二阳极区II由高势垒区320以及从高势垒区320的顶部垂直地向上延伸至介电层260上方的金属材料层360所构成，换句话说，第二阳极区II自介电层260上方的金属材料层360顶部垂直地向下延伸至第二III-N化合物层180内，且第二阳极区II的底部位于第二III-N化合物层180中。第三阳极区III则由第一阳极区I及第二阳极区II之外的金属材料层360所构成，且第三阳极区III完全位于介电层260上方，而未延伸至介电层260的开口300内。
在本实施例中，从上视方向来看，第二阳极区II环绕第一阳极区I，且第三阳极区III环绕第二阳极区II及第一阳极区I。在本实施例中，第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III皆由同一金属材料层360所构成，然而在其他实施例中，第一阳极区I的材料也可不同于第二阳极区II及/或第三阳极区III的材料，且实际的材料取决于设计需求。
一金属材料层380设置于金属材料层360以及介电层260上，且填满介电层260的开口280，以在阴极区240、第一阳极区I及第二阳极区II上形成用于外部电性连接的电极。在本实施例中，金属材料层380包括Ti/Au或Ti/Al的复合结构或其他适合的金属材料。
为了清楚说明，图1I绘示出根据本发明一实施例的二极管元件的制造方法的平面示意图，其中图1H为沿着图1I中的剖线1H-1H’的剖面示意图，且隔离区220定义出二极管元件的有源区。请同时参照图1H及1I，填满开口280的金属材料层380与下方的阴极区240共同构成二极管元件的一阴极电极C，而设置于第一阳极区I及第二阳极区II正上方的金属材料层380与第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III共同构成二极管元件的一阳极电极A。
以下配合图2至4说明根据本发明不同实施例的二极管元件，其中图2至4绘示出根据本发明不同实施例的二极管元件的剖面示意图，且相同于图1H中的部件使用相同的标号并省略其说明。图2中的二极管元件的结构类似于图1H中的二极管元件的结构，差异之一在于图2中的III-N化合物材料层仅由第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200所构成，而不包括第四III-N化合物层160。图2与图1H的实施例之间的差异还包括图2中的介电层260的开口300底部仅延伸至第三III-N 化合物层200内而未延伸至第二III-N化合物层180内，使得第二阳极区II内的高势垒区320的顶部位于第三III-N化合物层200内。在此情况下，高势垒区320可选择性由植入负电荷离子材料(例如，卤素原子)的III-N化合物材料所构成；或由第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200中的III族氧化物所构成；或由绝缘材料(例如，SiO2、Si3N4、Al2O3、AlON或其他适合的绝缘材料)所构成；或是由前述的组合所构成。此外，相较于图2的实施例，图1H中的第二阳极区II的底部相对较邻近于第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间的界面。图2中的阳极区由第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III所构成，然而阳极区也可仅由第一阳极区I及第二阳极区II所构成，而不包括第三阳极区III。
图3中的二极管元件的结构类似于图1H中的二极管元件的结构，差异之一在于图3中的开口300底部仅位于介电层260底部，而并未延伸至第三III-N化合物层200内，使得第二阳极区II内的高势垒区320的顶部与第三III-N化合物层200的上表面共平面。在此情况下，高势垒区320可选择性由植入负电荷离子材料(例如，卤素原子)的III-N化合物材料所构成；或由第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200中的III族氧化物所构成；或由绝缘材料(例如，SiO2、Si3N4、Al2O3、AlON或其他适合的绝缘材料)所构成；或是由前述的组合所构成。此外，相较于图3的实施例，图1H中的第二阳极区II的底部相对较邻近于第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间的界面。
再者，图4中的二极管元件的结构类似于图3中的二极管元件的结构，差异在于图4中的阳极区仅由第一阳极区I及第二阳极区II所构成，而不包括第三阳极区III。此时，第一阳极区I及第二阳极区II可选择性突出于介电层260的上表面。在本实施例中，III-N化合物材料层包括第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180、第三III-N化合物层200及第四III-N化合物层160，然而在其他实施例中，III-N化合物材料层也可仅包括第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200，而不包括第四III-N化合物层160。
以下配合图5A及5B说明根据本发明其他实施例的二极管元件，其中图5A及5B分别绘示出本发明其他实施例的二极管元件的剖面示意图及平面示 意图，相同于图1H及1I中的部件使用相同的标号并省略其说明。图5A及5B中的二极管元件的结构类似于第1H及1I图中的二极管元件的结构，第1H及1I图中的二极管元件的阳极电极A由第一阳极区I、第二阳极区II、第三阳极区III以及第一阳极区I及第二阳极区II正上方的金属材料层380所构成，且从上视方向来看阳极电极A的一部分被阴极电极C所围绕。而在图5A及5B中，金属材料层240’位于III-N化合物材料层上且与阴极区240彼此分离，第一阳极区I及第二阳极区II上方的金属材料层380还进一步延伸至开口280内而接触金属材料层240’，因此从上视方向来看阳极电极A未被阴极电极C所围绕。换句话说，图5A及5B中的二极管元件的阳极电极A除了包括第一阳极区I、第二阳极区II以及第三阳极区III之外，还包括金属材料层240’以及自第一阳极区I及第二阳极区II延伸至金属材料层240’的金属材料层380。此时，第三阳极区III仅设置于邻近阴极区240/阴极电极C的一侧。再者，金属材料层240’的材料可选择性相同于阴极区240的材料。一般而言，采用氮化铝镓/氮化镓异质结构所制作的肖特基二极管虽然具有高崩溃电压及高电流，却具有导通电压过大的问题。
根据本发明上述实施例，阳极区至少区分为主要电流导通的第一阳极区I及分散电场的第二阳极区II，其中利用蚀刻的方式所制作出的第一阳极区I，能够使得导通电压降低且减少阳极电容，如此一来二极管元件的切换速度增加亦减少切换损耗。虽然利用蚀刻的方式所制作出的第一阳极区I易使漏电流上升，然而在本发明上述实施例中，进一步将具有高势垒区320的第二阳极区II邻接且环绕第一阳极区I，此高势垒区320能够阻挡漏电流，或是透过降低其下方的二维电子气的浓度使得第一阳极区I的边缘电场能够有效分散，进而达到降低漏电流以及提升崩溃电压的效果，因此可提升肖特基二极管元件的性能。
以下配合图1A及1H说明根据本发明一实施例的二极管元件的制造方法，其中图1A及1H绘示出根据本发明一实施例的二极管元件的制造方法的剖面示意图。
请参照图1A，提供一基底100，并于基底100上形成一缓冲层120。在本实施例中，基底100可包括硅(例如，硅(111))、氮化镓、碳化硅、蓝宝石或其他适合的基底。再者，缓冲层120可包括氮化铝、氮化铝镓、其组合或 其他适合的材料。
接着，在缓冲层120上成长III-N化合物材料层。在本实施例中，III-N化合物材料层包括由下往上依序堆叠的第一III-N化合物层140、第四III-N化合物层160、第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200。在其他实施例中，III-N化合物材料层也可仅包括第一III-N化合物层140、第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200，而不包括第四III-N化合物层160，如图2所示。在本实施例中，第一III-N化合物层140可包括GaN、AlGaN或其他适合的III-N化合物材料，第二III-N化合物层180可包括AlGaN、AlInN、AlInGaN或其他适合的III-N化合物材料，第三III-N化合物层200可包括GaN或AlN或其他适合的III-N化合物材料，且第四III-N化合物层160可包括AlN或其他适合的III-N化合物材料。在本实施例中，III-N化合物材料层具有二维电子气150位于其中，以作为二极管元件的通道区。二维电子气150位于第一III-N化合物层140内且邻近于第一III-N化合物层140与第二III-N化合物层180之间的界面。
接着，请参照图1B，以隔离区220定义出有源区，使得多个元件之间彼此独立(为了简化附图，图1A及1H中仅绘示出单一有源区)。举例来说，可先利用沉积制程(例如，旋转涂布制程)形成光阻作为蚀刻掩模层，之后进行微影制程定义出有源区的图案，再进行干蚀刻制程(例如，电浆蚀刻制程)，进而形成开口以构成隔离区220。由开口构成的隔离区220环绕III-N化合物材料层，并露出部分的缓冲层120。在其他实施例中，可采用离子植入制程在III-N化合物材料层内形成隔离区220，此时隔离区220由植入电荷离子的III-N化合物材料所构成，因此隔离区220的上表面与有源区的III-N化合物材料层的上表面共平面。
请参照图1C，在III-N化合物材料层的第三III-N化合物层200上形成阴极区240。举例来说，可先利用沉积制程(例如，旋转涂布制程或其他适合的制程)形成光阻掩模层，之后进行微影制程定义出阴极区240的图案，再进行蒸镀制程或其他适合的制程形成阴极区240的材料层。接着，去除光阻掩模层，并进行快速退火(rapid thermal annealing，RTA)制程，进而形成阴极区240。在本实施例中，阴极区240由Ti/Al/Ni/Au的复合结构或其他适合的金属材料所构成，且包括欧姆金属。
请参照图1D，可透过沉积制程(例如，电浆增强化学气相沉积(plasma-enhancedchemical vapor deposition，PECVD)制程或其他适合的制程)，在阴极区240及III-N化合物材料层的第三III-N化合物层200上顺应性形成一介电层260，介电层260顺应性延伸至隔离区220的侧壁及底部，因而覆盖且接触露出的缓冲层120。在本实施例中，介电层260可由单层或多层结构所构成，例如介电层260可包括SiO2、Si3N4、Al2O3、HfO2、前述的组合或其他适合的介电材料。介电层260能够避免二极管元件氧化而影响电性。
请参照图1E，透过电浆处理(例如，电浆蚀刻制程)，在介电层260内形成对应于阴极区240的开口280及位于开口280之间的开口300，并在开口300下方的第二III-N化合物层180内形成高势垒区320。开口280露出阴极区240的一部分，而开口300自介电层260的上表面延伸至第二III-N化合物层180内。高势垒区320自开口300的底部向下延伸，但未延伸至第四III-N化合物层160及第一III-N化合物层140内，因此高势垒区320的底部位于第二III-N化合物层180中。在本实施例中，高势垒区320由植入负电荷离子材料(例如，卤素原子)的III-N化合物材料所构成。举例来说，上述卤素原子可为氟、氯或其他适合的卤素原子。
在本实施例中，介电层260的开口300向下延伸至第二III-N化合物层180内，使得高势垒区320的顶部位于第二III-N化合物层180内。在其他实施例中，介电层260的开口300底部可仅延伸至第三III-N化合物层200内，使得高势垒区320的顶部位于第三III-N化合物层200内，如图2所示。
请参照图1F，在高势垒区320内形成开口340，开口340自开口300的底部向下延伸至穿透第四III-N化合物层160，并延伸至第一III-N化合物层140内。举例来说，可先利用沉积制程(例如，旋转涂布制程)形成光阻作为蚀刻掩模层，之后进行微影制程定义出开口340的图案，再进行干蚀刻制程(例如，电浆蚀刻制程)，进而形成开口340。在本实施例中，开口340的底部位于二维电子气150下方，且高势垒区320环绕开口340。
请参照图1G，在介电层260上形成一金属材料层360，并将开口300及开口340填满。举例来说，先利用沉积制程(例如，旋转涂布制程或其他适合的制程)形成光阻掩模层，之后进行微影制程定义出图案，再透过蒸镀制程或 其他适合的制程形成金属材料层360，后续去除光阻掩模层。在本实施例中，金属材料层360包括Ni/Au的复合结构或其他适合的金属材料。
金属材料层360及高势垒区320构成二极管元件的阳极区，其根据功能性大致区分为第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III，第一阳极区I包括肖特基金属且为主要电流导通的电极区域，第二阳极区II至少包括高势垒材料以有效分散阳极的边缘电场，而第三阳极区III作为场板区域，用于加强分散电场。
具体而言，第一阳极区I由从开口340的底部垂直地向上延伸至介电层260上方的金属材料层360所构成，换句话说，第一阳极区I自介电层260上方的金属材料层360顶部垂直地向下延伸至第一III-N化合物层140内，且第一阳极区I的底部位于二维电子气(即，通道区)下方。再者，第二阳极区II由高势垒区320以及从高势垒区320的顶部垂直地向上延伸至介电层260上方的金属材料层360所构成，换句话说，第二阳极区II自介电层260上方垂直地向下延伸至第二III-N化合物层180内，且第二阳极区II的底部位于第二III-N化合物层180中，由于第二阳极区II未延伸至第一III-N化合物层140及第四III-N化合物层160内，因此可避免影响导通电压。第三阳极区III则由第一阳极区I及第二阳极区II之外的金属材料层360所构成，且第三阳极区III完全位于介电层260上方，而未延伸至介电层260的开口300内。
在本实施例中，利用蚀刻的方式制作第一阳极区I，且亦利用蚀刻的方式制作第二阳极区II中高势垒区320之外的区域，因此可有效降低二极管元件的导通电压。再者，从上视方向来看，第二阳极区II环绕第一阳极区I，且第三阳极区III环绕第二阳极区II及第一阳极区I。
在本实施例中，第二阳极区II内的高势垒区320邻接第一阳极区I的侧壁，且高势垒区320仅局部覆盖第一阳极区I的侧壁，而露出第一阳极区I的侧壁邻近于二维电子气(通道区)的一部份。再者，高势垒区320露出第一阳极区I的侧壁位于第三III-N化合物层200上方的一部分。在本实施例中，透过相同制程步骤同时形成第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III，然而在其他实施例中，也可透过不同制程步骤分别形成第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III，因此第一阳极区I的材料可选择性相同或不同 于第二阳极区II及/或第三阳极区III的材料。
在本实施例中，二极管元件的阳极区由第一阳极区I、第二阳极区II及第三阳极区III所构成，然而阳极区也可仅由第一阳极区I及第二阳极区II所构成，而不包括第三阳极区III。举例来说，可仅将金属材料层360填入开口300及开口340，而未将金属材料层360自开口300延伸至介电层260的上表面，如图4所示。
请参照图1H，在金属材料层360以及介电层260上形成一金属材料层380，并填满介电层260的开口280，以在阴极区240、第一阳极区I及第二阳极区II上形成二极管元件用以外部电性连接的电极。举例来说，先利用沉积制程(例如，旋转涂布制程或其他适合的制程)形成光阻掩模层，之后进行微影制程定义出图案，再透过蒸镀制程或其他适合的制程形成金属材料层380，后续去除光阻掩模层。在本实施例中，金属材料层380包括Ti/Au或Ti/Al的复合结构或其他适合的金属材料。
在上述图1A及1H所示的制造方法中，采用电浆蚀刻制程，在介电层260内形成开口280及开口300，并同时在开口300下方的III-N化合物材料层内植入卤素原子(例如，氟、氯或其他适合的卤素原子)，进而形成高势垒区320。此时，高势垒区320的顶部至少位于第三III-N化合物层200的上表面下方，例如高势垒区320的顶部位于第三III-N化合物层200或第二III-N化合物层180内。
在另一实施例中，可采用其他适合的蚀刻制程，先在介电层260内形成开口280及开口300，接着再进行离子植入(ion implantation)制程，将卤素原子(例如，氟、氯或其他适合的卤素原子)植入开口300下方的III-N化合物材料层的内部，进而形成高势垒区320。此时，高势垒区320的顶部与第三III-N化合物层200的上表面共平面，如图3或4所示。
又另一实施例中，可采用适合的蚀刻制程，先在介电层260内形成开口280及开口300，接着再进行氧化制程，将开口300下方的第二III-N化合物层180及第三III-N化合物层200氧化，进而形成由III族氧化物所构成的高势垒区320。此时，高势垒区320的顶部与第三III-N化合物层200的上表面共平面，亦如图3或4所示。然而在其他实施例中，由III族氧化物所构成的高势垒区320的顶部可选择性低于第三III-N化合物层200的上表面。
在其他实施例中，可采用适合的蚀刻制程，先在介电层260内形成开口280及开口300，其中开口300进一步穿过第三III-N化合物层200而延伸至第二III-N化合物层180内。接着，进行沉积制程，在开口300内填入绝缘材料(例如，SiO2、Si3N4、Al2O3、AlON或其他适合的绝缘材料)，进而形成由绝缘材料所构成的高势垒区320。
当上述绝缘材料仅局部填入位于第二III-N化合物层180内的开口300时，高势垒区320的顶部低于第二III-N化合物层180的上表面，如图1H所示。当上述绝缘材料填满位于第二III-N化合物层180内的开口300而未填满位于第三III-N化合物层200内的开口300时，高势垒区320的顶部低于第三III-N化合物层200的上表面，如图2所示。当上述绝缘材料填满位于第二III-N化合物层180以及第三III-N化合物层200内的开口300时，高势垒区320的顶部与第三III-N化合物层200的上表面共平面，如图3或4所示。另外，上述绝缘材料也可选择性突出于第三III-N化合物层200的上表面，亦即高势垒区320的顶部高于第三III-N化合物层200的上表面。
在上述图1A及1H及图2至4所示的制造方法中，透过沉积及微影制程形成图案化的光阻，接着透过蒸镀制程或其他适合的制程形成金属材料层380，因而在金属材料层360以及介电层260上形成图案化的金属材料层380，此图案化的金属材料层380在阴极区240与第一阳极区I及第二阳极区II上形成各自独立的电极，如图1I中的阴极电极C及阳极电极A所示。在其他实施例中，如图5A及5B所示，采用上述相同制程形成图案化的金属材料层380，而一部分的金属材料层380自第一阳极区I及第二阳极区II上方延伸至开口280内而接触金属材料层240’，但与阴极区240正上方另一部分的金属材料层380互相分离且各自独立，因此在图5A及5B中，二极管元件的阳极电极A除了包括第一阳极区I、第二阳极区II以及第三阳极区III之外，还包括金属材料层240’以及将金属材料层240’与第一阳极区I及第二阳极区II互相电性连接的金属材料层380。此时，第三阳极区III仅形成于邻近阴极区240/阴极电极C的一侧。再者，形成金属材料层240’的方法及步骤可选择性相同于形成阴极区240的方法及步骤。
根据本发明上述各种实施例，透过电浆蚀刻制程或是透过蚀刻制程配合离子植入制程、氧化制程或沉积制程，而形成二极管元件的阳极区(包括第一 阳极区I及第二阳极区II)，不仅能够降低导通电压且减少阳极电容进而增加切换速度及减少切换损耗，还能够同时藉由阳极区内的高势垒区阻挡漏电流或分散电场进而解决漏电流过大的问题。因此，本发明上述各种实施例可利用简单的制程步骤有效提升肖特基二极管元件的品质及性能。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可更动与组合上述各种实施例。
Claims (20)
1.一种二极管元件，包括：
一III-N化合物材料层，具有一通道区位于其中；
一阴极区，位于该III-N化合物材料层上；
一第一阳极区，位于该III-N化合物材料层上，且延伸至该III-N化合物材料层内，其中该第一阳极区的一底部位于该通道区下方；以及
一第二阳极区，位于该阴极区与该第一阳极区之间的该III-N化合物材料层上，且延伸至该III-N化合物材料层内，其中该第二阳极区包括一高势垒区，该高势垒区邻接该第一阳极区的一侧壁；其中该高势垒区局部覆盖该第一阳极区的该侧壁，而露出该侧壁邻近于该通道区的一部分。
2.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区的一顶部位于该III-N化合物材料层内。
3.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区的一顶部与该III-N化合物材料层的一上表面共平面。
4.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区包括该III-N化合物材料层内的一III-N化合物材料，且该III-N化合物材料内含有卤素原子。
5.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区包括该III-N化合物材料层内的一III-N化合物材料所构成的III族氮氧化物。
6.如权利要求1所述的二极管元件，其中该高势垒区包括一绝缘材料。
7.如权利要求1所述的二极管元件，还包括一第三阳极区，该第三阳极区位于该III-N化合物材料层上，其中该第二阳极区位于该第三阳极区与该第一阳极区之间。
8.如权利要求1所述的二极管元件，其中该III-N化合物材料层至少包括由下往上依序堆叠的一第一III-N化合物层、一第二III-N化合物层及一第三III-N化合物层，该通道区邻近于该第一III-N化合物层与该第二III-N化合物层之间的一界面，且其中该高势垒区的一底部位于该第二III-N化合物层内。
9.如权利要求8所述的二极管元件，其中该III-N化合物材料层还包括一第四III-N化合物层，该第四III-N化合物层位于该第一III-N化合物层与该第二III-N化合物层之间，且其中该高势垒区露出该第一阳极区的该侧壁位于该第三III-N化合物层上方的一部分。
10.如权利要求1所述的二极管元件，还包括：
一金属材料层，位于该III-N化合物材料层上，且与该阴极区彼此分离；以及
另一金属材料层，自该第一阳极区及该第二阳极区延伸至该金属材料层。
11.一种二极管元件的制造方法，包括：
提供一III-N化合物材料层，该III-N化合物材料层具有一通道区位于其中；
在该III-N化合物材料层上形成一阴极区；
在该III-N化合物材料层上形成一第一阳极区，其中该第一阳极区延伸至该III-N化合物材料层内，且该第一阳极区的一底部位于该通道区下方；以及
在该阴极区与该第一阳极区之间的该III-N化合物材料层上形成一第二阳极区，其中该第二阳极区延伸至该III-N化合物材料层内，且该第二阳极区包括一高势垒区，该高势垒区邻接该第一阳极区的一侧壁；
其中该高势垒区局部覆盖该第一阳极区的该侧壁，而露出该侧壁邻近于该通道区的一部分。
12.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，其中该高势垒区的一顶部位于该III-N化合物材料层内。
13.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，其中该高势垒区的一顶部与该III-N化合物材料层的一上表面共平面。
14.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，其中在该III-N化合物材料层内的一III-N化合物材料中植入卤素原子而形成该高势垒区。
15.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，其中将该III-N化合物材料层内的一III-N化合物材料氧化成III族氧化物而形成该高势垒区。
16.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，其中该高势垒区包括一绝缘材料。
17.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，还包括在该III-N化合物材料层上形成一第三阳极区，其中该第二阳极区位于该第三阳极区与该第一阳极区之间。
18.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，其中该III-N化合物材料层至少包括由下往上依序堆叠的一第一III-N化合物层、一第二III-N化合物层及一第三III-N化合物层，该通道区邻近于该第一III-N化合物层与该第二III-N化合物层之间的一界面，且其中该高势垒区的一底部位于该第二III-N化合物层内。
19.如权利要求18所述的二极管元件的制造方法，其中该III-N化合物材料层还包括一第四III-N化合物层，该第四III-N化合物层位于该第一III-N化合物层与该第二III-N化合物层之间，且其中该高势垒区露出该第一阳极区的该侧壁位于该第三III-N化合物层上方的一部分。
20.如权利要求11所述的二极管元件的制造方法，还包括：
在该III-N化合物材料层上形成一金属材料层，其中该金属材料层与该阴极区彼此分离；以及
形成另一金属材料层，自该第一阳极区及该第二阳极区延伸至该金属材料层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190412 |
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