CN107104176A - 氮化镓二极管的制作方法与氮化镓二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氮化镓二极管的制作方法与氮化镓二极管，方法包括：在氮化镓基底上形成介质层；在所述介质层中形成阴极金属，所述阴极金属接触所述氮化镓基底；在所述介质层中形成阳极金属，并在所述阳极金属和所述阴极金属之间的介质层中形成金属场板，所述阳极金属和所述金属场板均接触所述氮化镓基底，在所述介质层上形成未与所述金属场板连接的金属互连层，且所述金属互连层分别与所述阴极金属和所述阳极金属连接。根据本发明，能够提高氮化镓二极管的耐压性。

Description

氮化镓二极管的制作方法与氮化镓二极管
技术领域
本发明涉及半导体技术，尤其涉及一种氮化镓二极管的制作方法与氮化镓二极管。
背景技术
随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多关注。GaN是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度(3.4eV)、高电子饱和速率(2e7cm/s)、高击穿电场(1e10-3e10V/cm)、较高热导率、耐腐蚀和抗辐射等性能，在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势，被认为是研究短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。因此，以氮化镓为基底材料的功率器件(Gallium Nitride Field-effect Transistor)具有好的散热性能、高的击穿电场、高的饱和速度，氮化镓功率器件在大功率高频能量转换和高频微波通讯等方面有着远大的应用前景。
对于现有技术中氮化镓功率器件的耐压比理论耐压低，这会影响氮化镓功率器件的性能，因此需要提高氮化镓功率器件的耐压性。
发明内容
本发明提供一种氮化镓二极管的制作方法与氮化镓二极管，以提高氮化镓二极管的耐压性。
本发明第一个方面提供一种氮化镓二极管的制作方法，包括：
在氮化镓基底上形成介质层；
在所述介质层中形成阴极金属，所述阴极金属接触所述氮化镓基底；
在所述介质层中形成阳极金属，并在所述阳极金属和所述阴极金属之间的介质层中形成金属场板，所述阳极金属和所述金属场板均接触所述氮化镓基底；
在所述介质层上形成未与所述金属场板连接的金属互连层，且所述金属互连层分别与所述阴极金属和所述阳极金属连接。
本发明另一个方面提供一种氮化镓二极管，包括：
氮化镓基底；
介质层，形成于所述氮化镓基底上；
阴极金属，位于所述介质层中且所述阴极金属接触所述氮化镓基底；
阳极金属，位于所述介质层中且所述阳极金属接触所述氮化镓基底；
金属场板，位于所述阴极金属和所述阳极金属之间的介质层中，且所述金属场板接触所述氮化镓基底；
未与所述金属场板连接的金属互连层，位于所述介质层上，且所述金属互连层分别与所述阴极金属和所述阳极金属连接。
由上述技术方案可知，本发明提供的氮化镓二极管的制作方法与氮化镓二极管，通过在阳极金属和阴极金属之间形成金属场板，且由于该金属场板未与金属互连层连接，在氮化镓二极管工作时不会被施加电压，因此相当于增加了添加了浮空的金属场板，通过这个浮空的金属场板，能够扩展氮化镓二极管的耗尽区，减小了氮化镓二极管的肖特基结的电场强度，从而改善氮化镓二极管的耐压性，即提高耐压性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明一实施例的氮化镓二极管的制作方法的流程示意图；
图2A至2F为根据本发明另一实施例的氮化镓二极管的制作方法中各个步骤的剖面结构示意图；
图3为根据本发明再一实施例的氮化镓二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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
本实施例提供一种氮化镓二极管的制作方法，用于制作氮化镓二极管。
如图1所示，为根据本实施例的氮化镓二极管的制作方法的流程示意图。本实施例的氮化镓二极管的制作方法包括：
步骤101，在氮化镓基底上形成介质层。
该介质层可以由一层材料层构成，也可以由多层材料层构成，举例来说，该步骤具体可以是：
在氮化镓基底上形成钝化层；
在钝化层上形成氧化层。
即，本实施例的介质层包括自下而上依次形成的钝化层和氧化层。本实施例的钝化层可以是Si3N4层，氧化层可以是PETEOS(Plasma enhancedtetraethyl orthosilicate，等离子增强沉积四乙氧基硅烷)层。
本实施例的氮化镓基底可以为氮化镓二极管的常用氮化镓基底材料，例如自下而上依次形成的Si衬底、GaN层和AlGaN层。当然，还可以采用其它材料层，具体不再赘述。
步骤102，在介质层中形成阴极金属，阴极金属接触氮化镓基底。
具体地，可以先在介质层中形成阴极接触孔，以使氮化镓基底部分露出，然后在该阴极接触孔中采用电子束蒸发阴极金属材料以形成阴极金属。该阴极金属可以包括自下而上依次形成的Ti层、Al层、Ti层和TiN层。该阴极金属的截面形状可以为T型，例如该阴极金属层的顶部高于介质层，高于介质层的部分的宽度大于位于介质层中的宽度。
步骤103，在介质层中形成阳极金属，并在阳极金属和阴极金属之间的介质层中形成金属场板，阳极金属和金属场板均接触氮化镓基底。
可选地，可以在介质层中同时形成阳极接触孔和金属场板接触孔，露出氮化镓基底，并在阳极接触孔和金属场板接触孔中同时填充金属，并同时进行光刻工艺，以分别形成阳极金属和金属场板。同时形成阳极接触孔和金属场板接触孔是为了简化工艺流程，当然也可以根据实际需要分别形成阳极接触孔和金属场板接触孔。当阳极金属和金属场板的材料相同的情况下，可以同时形成阳极金属和金属场板，当然，若阳极金属和金属场板的材料不同，可以分别在阳极接触孔和金属场板接触孔中填充不同的材料，以形成不同材料的极阳金属和金属场板。本实施例的阳极接触孔和金属场板接触孔的截面可以均为T型。此外，本实施例的氮化镓二极管的俯视方向看，金属场板可以为环形，即形成金属场板接触孔之后，从俯视的方向看氮化镓二极管，该金属场板接触孔呈环形，因此，形成的金属场板也可以为环形。
具体可以通过电子束蒸发金属材料以分别阳极金属和金属场板，即阳极金属和金属场板的材料可以是相同的。本实施例的所用的形成阳极金属的材料可以包括自下而上依次形成的TiN层、Ti层、Al层、Ti层和TiN层。
步骤104，在介质层上形成未与金属场板连接的金属互连层，且金属互连层分别与阴极金属和阳极金属连接。
例如，可以在介质层上面形成绝缘层，在绝缘层中形成金属接触孔，以分别露出阳极金属和阴极金属，然后在金属接触孔中形成金属互连层，具体形成方式与现有技术中一致，在此不再赘述。该金属互连层不与金属场板接触，即在氮化镓二极管正常工作时该金属场板未被施加电压，为浮空的金属场板。若该金属场板为环形，该金属场板为一浮空的金属环。
根据本实施例的氮化镓二极管的制作方法，通过在阳极金属和阴极金属之间形成金属场板，且由于该金属场板未与金属互连层连接，在氮化镓二极管工作时不会被施加电压，因此相当于增加了添加了浮空的金属场板，通过这个浮空的金属场板，能够扩展氮化镓二极管的耗尽区，减小了氮化镓二极管的肖特基结的电场强度，从而改善氮化镓二极管的耐压性，即提高耐压性。
实施例二
本实施例对上述实施例的氮化镓二极管的制作方法做具体补充说明。如图2A至2F所示，为根据本实施例的氮化镓二极管的制作方法的各个步骤的剖面结构示意图。
如图2A所示，生成氮化镓基底201。
具体地，可以在Si衬底上2011依次生长GaN层2012和AlGaN势垒层2013。具体生长方式与现有技术中的一致，在此不再赘述。
如图2B所示，在氮化镓基底201上形成介质层202。
氮化镓基底201包括自下而上依次形成的Si衬底2011、GaN层2012和AlGaN层2013。本实施例的介质层202包括钝化层2021和氧化层2022，具体可以在AlGaN层2013的势垒层表面形成一层Si3N4层作为钝化层2021，并在Si3N4层上形成一层PETEOS层作为氧化层2022。
如图2C所示，在介质层202中形成阴极接触孔203，露出基底201。
可以用采用干法刻蚀介质层202，刻蚀气体为SF6(Sulfur hexafluoride，六氟化硫)，刻蚀功率为10W，刻蚀压强为100mT。具体地，依次刻蚀氧化层2022和钝化层2021。
此外，还可以对阴极接触孔203进行处理，以去除暴露的表面的杂质，避免这些杂质影响氮化镓二极管，举例来说，可以用采用氢氟酸液体、氨水和盐酸的混合液体对阴极接触孔203进行表面处理，其中氢氟酸液体是稀释的氢氟酸(Diluted HF)。
如图2D所示，在阴极接触孔203中形成阴极金属204。
具体可以采用电子束蒸发阴极金属材料，再对阴极金属材料进行光刻、刻蚀等工艺，形成阴极金属204。本实施例的阴极金属材料为包括自下而上依次形成的Ti层、Al层、Ti层和TiN层。所形成的阴极金属204的截面呈T型，即位于介质层上方的阴极金属部分的宽度大于位于介质层中的阴极金属部分。
如图2E所示，同时刻蚀氧化层2022露出钝化层2021，在氧化层2022中分别形成第一阳极孔2051和环形的第一场板孔2061，并刻蚀钝化层2021露出氮化镓基底201，在钝化层2021中分别形成第二阳极孔2062和环形的第二场板孔2062，第二阳极孔2052的宽度小于第一阳极孔2051，第二场板孔2062的宽度小于第一场板孔2061。
形成上述各接触孔的方式可以包括光刻和刻蚀工艺。
本实施例中，阳极接触孔包括第一阳极孔2051和第二阳极孔2052，场板接触孔包括第一场板孔2061和第二场板孔2062。在形成阳极接触孔和场板接触孔后，可以对阳极接触孔和场板接触孔分别进行处理，以去除暴露的表面的杂质，避免这些杂质影响氮化镓二极管，举例来说，可以用采用氢氟酸液体、氨水和盐酸的混合液体对阳极接触孔和场板接触孔进行表面处理，其中氢氟酸液体是稀释的氢氟酸(Diluted HF)。
如图2E所示，阳极接触孔和场板接触孔的截面形状均为T型。
如图2F所示，在阳极接触孔和金属场板接触孔中同时填充金属，分别形成阳极金属207和金属场板208。
具体可以同时在阳极接触孔和场板接触孔中采用电子束蒸发金属材料，再对该金属材料进行光刻、刻蚀等工艺，分别形成阳极金属207和金属场板208。该阳极金属207和金属场板208的高度可以高于介质层202。
形成阳极金属207和金属场板208之后还可以形成金属互连层以及后续的各种工艺，这些工艺均为现有技术，在此不再赘述。具体地，本实施例的金属互连层分别与阴极金属204和阳极金属207接触，但不与金属场板208接触，
根据本实施例的氮化镓二极管的制作方法，通过在阳极金属和阴极金属之间形成金属场板，且由于该金属场板未与金属互连层连接，在氮化镓二极管工作时不会被施加电压，因此相当于增加了添加了浮空的金属场板，通过这个浮空的金属场板，能够扩展氮化镓二极管的耗尽区，减小了氮化镓二极管的肖特基结的电场强度，从而改善氮化镓二极管的耐压性，即提高耐压性。而且，金属场板和阳极金属同时形成，这样能够节省工艺程序，进而减少生产成本。
实施例三
本实施例提供采用上述实施例的制作方法形成的氮化镓二极管。如图3所示，为根据本实施例的氮化镓二极管的结构示意图。
本实施例的氮化镓二极管包括氮化镓基底301、介质层302、阴极金属304、阳极金属307、金属场板308和金属互连层(图中未示出)。
其中，介质层302形成于氮化镓基底301上；阴极金属304位于介质层302中且阴极金属304接触氮化镓基底301；阳极金属307位于介质层302中且阳极金属307接触氮化镓基底301；金属场板308位于阴极金属304和阳极金属307之间的介质层302中，且金属场板308接触氮化镓基底301。
其中，氮化镓基底301包括自下而上依次形成的Si衬底3011、GaN层3012和AlGaN层3013。
可选地，金属场板308呈环形，该金属场板308的界面可以为T型。该金属场板308的截面形状可以与阳极金属307的截面形状相同。
可选地，介质层302包括自下而上依次形成的钝化层3021和氧化层3022。
可选地，金属场板308包括环形的第一场板部件3081和环形的第二场板部件3082，第一场板部件3081位于氧化层3032中，第二场板部件3082位于钝化层3031中，第一场板部件3081的宽度大于第二场板部件3082的宽度。
可选地，钝化层的材料为Si3N4，氧化层的材料为PETEOS。
可选地，本实施例的金属场板包括自下而上依次形成的Ti层、Al层、Ti层和TiN层。
根据本实施例的氮化镓二极管，通过在阳极金属307和阴极金属304之间形成金属场板308，且由于该金属场板未与金属互连层连接，在氮化镓二极管工作时不会被施加电压，因此相当于增加了添加了浮空的金属场板，通过这个浮空的金属场板，能够扩展氮化镓二极管的耗尽区，减小了氮化镓二极管的肖特基结的电场强度，从而改善氮化镓二极管的耐压性，即提高耐压性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种氮化镓二极管的制作方法，其特征在于，包括：
在氮化镓基底上形成介质层；
在所述介质层中形成阴极金属，所述阴极金属接触所述氮化镓基底；
在所述介质层中形成阳极金属，并在所述阳极金属和所述阴极金属之间的介质层中形成金属场板，所述阳极金属和所述金属场板均接触所述氮化镓基底；
在所述介质层上形成未与所述金属场板连接的金属互连层，且所述金属互连层分别与所述阴极金属和所述阳极金属连接。
2.根据权利要求1所述的氮化镓二极管的制作方法，其特征在于，在所述介质层中形成阳极金属，并在所述阳极金属和所述阴极金属之间的介质层中形成金属场板包括：
在所述介质层中同时形成阳极接触孔和环形的金属场板接触孔，露出所述氮化镓基底；
在所述阳极接触孔和金属场板接触孔中同时填充金属，分别形成阳极金属和环形的所述金属场板。
3.根据权利要求2所述的氮化镓二极管的制作方法，其特征在于，在所述氮化镓基底上形成介质层包括：
在所述氮化镓基底上形成钝化层；
在所述钝化层上形成氧化层。
4.根据权利要求3所述的氮化镓二极管的制作方法，其特征在于，所述在所述介质层中同时形成阳极接触孔和环形的金属场板接触孔包括：
同时刻蚀所述氧化层露出所述钝化层，在所述氧化层中分别形成第一阳极孔和环形的第一场板孔；
同时刻蚀所述钝化层露出所述氮化镓基底，在所述钝化层中分别形成第二阳极孔和环形的第二场板孔，所述第二阳极孔的宽度小于所述第一阳极孔，所述第二场板孔的宽度小于所述第一场板孔。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的氮化镓二极管的制作方法，其特征在于，所述金属场板包括自下而上依次形成的TiN层、Ti层、Al层、Ti层和TiN层。
6.一种氮化镓二极管，其特征在于，包括：
氮化镓基底；
介质层，形成于所述氮化镓基底上；
阴极金属，位于所述介质层中且所述阴极金属接触所述氮化镓基底；
阳极金属，位于所述介质层中且所述阳极金属接触所述氮化镓基底；
金属场板，位于所述阴极金属和所述阳极金属之间的介质层中，且所述金属场板接触所述氮化镓基底；
未与所述金属场板连接的金属互连层，位于所述介质层上，且所述金属互连层分别与所述阴极金属和所述阳极金属连接。
7.根据权利要求6所述的氮化镓二极管，其特征在于，所述金属场板呈环形。
8.根据权利要求7所述的氮化镓二极管，其特征在于，所述介质层包括自下而上依次形成的钝化层和氧化层。
9.根据权利要求8所述的氮化镓二极管，其特征在于，所述金属场板包括环形的第一场板部件和环形的第二场板部件，所述第一场板部件位于所述氧化层中，所述第二场板部件位于所述钝化层中，所述第一场板部件的宽度大于所述第二场板部件的宽度。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的氮化镓二极管，其特征在于，所述金属场板包括自下而上依次形成的Ti层、Al层、Ti层和TiN层。
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