CN114709138A - 一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统 - Google Patents
一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114709138A CN114709138A CN202210130623.5A CN202210130623A CN114709138A CN 114709138 A CN114709138 A CN 114709138A CN 202210130623 A CN202210130623 A CN 202210130623A CN 114709138 A CN114709138 A CN 114709138A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gallium oxide
- thermal oxidation
- forming
- schottky
- oxide material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 187
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 187
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 120
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 95
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 92
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 92
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 29
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 28
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 7
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 claims description 6
- 238000001657 homoepitaxy Methods 0.000 claims description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 5
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/46—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/428
- H01L21/477—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统，具体包括：对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区；通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，然后在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。通过氧气退火处理，在待处理的氧化镓材料的正面形成热氧化区域，降低氧化镓材料的表面处氧空位密度，进而改善氧化镓肖特基二极管的反向漏电，提升氧化镓肖特基二极管器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统。
背景技术
功率半导体器件在电力、交通、通信技术、军事、航天、国防等很多方面都有着重要的应用，而现有的功率半导体器件种类繁多，按照器件材料类型可将之分为：传统的硅基功率半导体器件，以及碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓等宽禁带功率半导体器件。目前，功率半导体器件的主力仍然是硅基功率半导体器件，而基于第三代半导体SiC和GaN的宽禁带半导体器件，也已经开始进入工业应用领域。然而，由于Si的禁带宽度较窄，所以对于传统的硅基功率半导体器件来说，其临界电场较小，同时在相同的击穿电压下，硅基功率半导体器件拥有更大的导通电阻，增加了功率损耗。至于SiC和GaN，它们虽然具有较大的禁带宽度，但不能使用与生长Si单晶相同的熔体生长法，生产成本较高。另一种超宽禁带功率半导体材料——氧化镓具有极大的禁带宽度和不小的电子迁移率，并且可以在高温下正常工作。其中，氧化镓的理论击穿场强可达到Si的20倍、GaN和SiC的2－3倍，其功率品质因子也远大于Si、GaN和SiC等材料，因此在相同的击穿电压下，氧化镓拥有更低的导通电阻，可以有效降低功率损耗，这表明氧化镓在功率半导体器件中有巨大的应用潜力，并且可以使用与生长Si单晶相同的熔体生长法对氧化镓单晶块进行大规模生产，以此降低生产成本。由于目前氧化镓材料只实现了n型掺杂，所以主要的研究方向在肖特基二极管和场效应晶体管。
而肖特基二极管作为功率半导体器件的一个重要组成部分，其结构简单，工艺要求较低，同时其拥有较大的电流密度、开关速度较快、具有较好的频率特性。然而，现有的肖特基二极管中氧化镓表面存在缺陷，导致肖特基二极管反向漏电增加，进而影响肖特基二极管的器件性能。
发明内容
本发明提供了一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统，减少氧化镓表面缺陷，改善氧化镓肖特基二极管的反向漏电。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种氧化镓肖特基二极管制备方法，包括：
对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区；
通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，然后在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
实施本申请实施例，在形成肖特基电极之前，对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，形成热氧化区域，进而降低氧化镓材料的表面处氧空位密度，提升肖特基界面质量，降低隧穿效应导致的反向漏电，以提升最终制备获得的氧化镓肖特基二极管的器件特性。
作为优选方案，所述对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区，具体为：
预先设置退火处理温度和退火处理时间；
根据所述退火处理温度和所述退火处理时间，将待处理的氧化镓材料置于氧气氛围下进行退火处理，以此在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区。
实施本申请实施例的优选方案，可以通过调整退火处理温度和退火处理时间，改变对肖特基界面的影响，从而获得所需的处理效果，提升氧化镓肖特基二极管制备方法的适用性。
作为优选方案，在所述对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区之前，还包括：
通过同质外延、异质外延或者异质集成的方式，在衬底材料上形成氧化镓漂移层，得到待处理的所述氧化镓材料。
实施本申请实施例的优选方案，筛选衬底材料，可以通过不同的处理方式，在衬底材料上形成相应的氧化镓漂移层，调节器件的电学特性等性能，以满足不同的器件需求。
作为优选方案，所述通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，具体为：
对所述氧化镓材料的背面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，以此在所述氧化镓材料的背面形成欧姆电极；
或者，对所述热氧化区表面上的欧姆接触区域进行离子注入并激活处理，并通过光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，以此在所述热氧化区的表面上形成欧姆电极。
实施本申请实施例的优选方案，可以在氧化镓材料的背面或者热氧化区的表面形成欧姆电极，以根据不同的实际需求，制备不同结构的氧化镓肖特基二极管。当需要在热氧化区的表面上形成欧姆电极时，通过离子注入，在热氧化区表面上的欧姆接触区域形成重掺杂区域，并结合光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，降低欧姆金属与氧化镓接触的电阻值。
作为优选方案，所述在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备，具体为：
利用光刻技术，在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形；
根据所述肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
实施本申请实施例的优选方案，采用光刻工艺，在热氧化区表面形成肖特基电极图形，并对肖特基电极图形进行金属沉积和剥离处理，提升肖特基金属与氧化镓接触的稳定性，完成器件制备。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种氧化镓肖特基二极管制备系统，包括：
退火处理模块，用于对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区；
电极形成模块，用于通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，然后在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
作为优选方案，所述退火处理模块，具体包括：
预设单元，用于预先设置退火处理温度和退火处理时间；
退火处理单元，用于根据所述退火处理温度和所述退火处理时间，将待处理的氧化镓材料置于氧气氛围下进行退火处理，以此在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区。
作为优选方案，所述一种氧化镓肖特基二极管制备系统，还包括：
预处理模块，用于在所述对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理之前，通过同质外延、异质外延或者异质集成的方式，在衬底材料上形成氧化镓漂移层，得到待处理的所述氧化镓材料。
作为优选方案，所述电极形成模块，具体包括：
欧姆电极形成单元，用于对所述氧化镓材料的背面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，以此在所述氧化镓材料的背面形成欧姆电极；或者，对所述热氧化区表面上的欧姆接触区域进行离子注入并激活处理，并通过光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，以此在所述热氧化区的表面上形成欧姆电极；
肖特基电极形成单元，用于利用光刻技术，在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形；根据所述肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种氧化镓肖特基二极管，所述氧化镓肖特基二极管是根据本发明提供的氧化镓肖特基二极管制备方法制备而成；
所述氧化镓肖特基二极管包括：
衬底材料；
氧化镓漂移层，设置于所述衬底材料之上；
热氧化区，位于所述氧化镓漂移层的上表面；
欧姆电极，位于所述衬底材料的下表面，或者位于所述热氧化区的上表面；
肖特基电极，位于所述热氧化区的上表面；
其中，所述欧姆电极和所述肖特基电极相互不接触。
附图说明
图1：为本发明实施例一提供的一种氧化镓肖特基二极管制备方法的流程示意图；
图2：为本发明实施例一提供的一种氧化镓肖特基二极管制备方法的预处理流程示意图；
图3：为本发明实施例一提供的水平结构的氧化镓肖特基二极管的制备流程示意图；
图4：为本发明实施例一提供的垂直结构的氧化镓肖特基二极管的制备流程示意图；
图5：为本发明实施例一提供的氧化镓肖特基二极管的XPS测试结果示意图；
图6：为本发明实施例一提供的氧化镓肖特基二极管的电容－电压测试结果示意图；
图7：为本发明实施例一提供的氧化镓肖特基二极管的电流－电压测试结果示意图；
图8：为本发明实施例一提供的氧化镓肖特基二极管的多组电流－电压测试结果示意图；
图9：为本发明实施例一提供的氧化镓肖特基二极管的参数统计结果示意图；
图10：为本发明实施例二提供的一种氧化镓肖特基二极管制备系统的结构示意图；
图11：为本发明实施例二提供的一种氧化镓肖特基二极管制备系统的退火处理模块的结构示意图；
图12：为本发明实施例二提供的一种氧化镓肖特基二极管制备系统的电极形成模块的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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：
请参照图1，为本发明实施例提供的一种氧化镓肖特基二极管制备方法，该方法包括步骤S11至步骤S12，各步骤具体如下：
步骤S11：对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区。
作为优选方案，步骤S11具体包括步骤S111至步骤S112，各步骤具体如下：
步骤S111：预先设置退火处理温度和退火处理时间。
步骤S112：根据所述退火处理温度和所述退火处理时间，将待处理的氧化镓材料置于氧气氛围下进行退火处理，以此在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区。
实施本申请实施例，在形成肖特基电极之前，对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，形成热氧化区域，进而降低氧化镓材料的表面处氧空位密度，提升肖特基界面质量，降低隧穿效应导致的反向漏电，以提升最终制备获得的氧化镓肖特基二极管的器件特性。其中，氧气退火处理的温度范围为200至600℃，氧气退火处理的时间范围为1分钟至1小时，可以通过调整退火温度和退火时间，改变对肖特基界面的影响，进而满足实际需求。
作为优选方案，请参照图2，在步骤S11之前，还包括步骤S01，具体如下：
步骤S01：通过同质外延、异质外延或者异质集成的方式，在衬底材料上形成氧化镓漂移层，得到待处理的所述氧化镓材料。
实施本申请实施例的优选方案，筛选衬底材料，可以通过不同的处理方式，在衬底材料上形成相应的氧化镓漂移层，调节器件的电学特性等性能，以满足不同的器件需求。
步骤S12：通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，然后在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
作为优选方案，步骤S12具体包括步骤S121至步骤S123，各步骤具体如下：
步骤S121：对所述氧化镓材料的背面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，以此在所述氧化镓材料的背面形成欧姆电极；或者，对所述热氧化区表面上的欧姆接触区域进行离子注入并激活处理，并通过光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，以此在所述热氧化区的表面上形成欧姆电极。
实施本申请实施例的优选方案，可以在氧化镓材料的背面或者热氧化区的表面形成欧姆电极，以根据不同的实际需求，制备不同结构的氧化镓肖特基二极管。当需要在热氧化区的表面上形成欧姆电极时，通过注入离子，在热氧化区表面上的欧姆接触区域形成重掺杂区域，并结合光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，降低欧姆金属与氧化镓接触的电阻值。
步骤S122：利用光刻技术，在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形。
步骤S123：根据所述肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
实施本申请实施例的优选方案，采用光刻工艺，在热氧化区表面形成肖特基电极图形，并对肖特基电极图形进行金属沉积和剥离处理，提升肖特基金属与氧化镓接触的稳定性，完成器件的制备。
具体地，制备所得的所述氧化镓肖特基二极管的结构为垂直结构或者水平结构，作为一个举例，一种水平结构的氧化镓肖特基二极管的制备方法，请参照图3，步骤如下：
(1)制备漂移层：在绝缘衬底材料101上外延粗糙度RMS＜1nm的n型氧化镓漂移层102，或者在绝缘衬底材料101上异质集成粗糙度RMS＜1nm的n型氧化镓漂移层102，得到待处理的氧化镓材料；其中，绝缘衬底材料101可以为绝缘氧化镓、蓝宝石、SiC、Si等绝缘材料，n型氧化镓漂移层102的掺杂程度可以为均匀掺杂也可以为非均匀掺杂，并且n型氧化镓漂移层102可以采用通式为(Alx-1Gax)2O3的铝镓氧材料，其中x为Ga的组分，且0<x<1；通过在氧化镓材料中引入Al元素，获得(Alx-1Gax)2O3单晶半导体材料，进一步增加其禁带宽度，并提升其抗击穿能力；
(2)氧气退火处理：将待处理的氧化镓材料正面向上并置于氧气氛围下，利用退火炉，对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，以此在n型氧化镓漂移层102的上表面形成热氧化区103；
(3)制备欧姆电极：对热氧化区103的上表面的欧姆接触区域进行离子注入并激活处理，并通过光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，在热氧化区103的上表面形成欧姆电极104；
(4)制备肖特基电极：利用光刻技术，在热氧化区103的上表面定义出肖特基电极图形，然后基于肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在热氧化区103的上表面形成肖特基电极105，以此得到水平结构的氧化镓肖特基二极管X；其中，欧姆电极104和肖特基电极105相互不接触。
而作为另一个举例，一种垂直结构的氧化镓肖特基二极管的制备方法，请参照图4，步骤如下：
(1)制备漂移层：在导电衬底材料201上外延粗糙度RMS＜1nm的n型氧化镓漂移层102，或者在导电衬底材料201上异质集成粗糙度RMS＜1nm的n型氧化镓漂移层102，得到待处理的氧化镓材料；其中，导电衬底材料201可以为导电氧化镓、SiC、Si等导电材料，并且导电衬底材料201的掺杂浓度大于氧化镓漂移层102的掺杂浓度，或者得到的待处理的氧化镓材料整体为同一浓度结构；另外地，n型氧化镓漂移层102的掺杂程度可以为均匀掺杂也可以为非均匀掺杂，并且n型氧化镓漂移层102可以采用通式为(Alx-1Gax)2O3的铝镓氧材料，其中x为Ga的组分，且0＜x＜1；通过在氧化镓材料中引入Al元素，获得(Alx-1Gax)2O3单晶半导体材料，进一步增加其禁带宽度，并提升其抗击穿能力；
(2)氧气退火处理：将待处理的氧化镓材料正面向上并置于氧气氛围下，利用退火炉，对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，以此在n型氧化镓漂移层102的上表面形成热氧化区103；
(3)制备欧姆电极：对导电衬底材料201的下表面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，在导电衬底材料201的下表面形成欧姆电极104；
(4)制备肖特基电极：利用光刻技术，在热氧化区103的上表面定义出肖特基电极图形，然后基于肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在热氧化区103的上表面形成肖特基电极105，以此得到垂直结构的氧化镓肖特基二极管Y。
作为对比，目前已有的垂直结构的氧化镓肖特基二极管的制备方法，步骤如下：
(1)制备漂移层：在导电衬底材料上外延粗糙度RMS＜1nm的n型氧化镓漂移层，得到待处理的氧化镓材料；
(2)制备欧姆电极：对待处理的氧化镓材料的下表面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，以此在待处理的氧化镓材料的下表面形成欧姆电极；
(3)制备肖特基电极：利用光刻技术，在待处理的氧化镓材料的上表面定义出肖特基电极图形，然后基于肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在待处理的氧化镓材料的上表面形成肖特基电极，以此得到传统的垂直结构的氧化镓肖特基二极管Z。
以垂直结构的氧化镓肖特基二极管Y为氧退火组，传统的垂直结构的氧化镓肖特基二极管Z为对照组，分别进行性能测试，具体步骤如下：
首先采用ESCALAB 250Xi对其进行XPS测试，结果如图5所示。以Ga 3d5/2峰为基准，相对于对照组，氧退火组的W 4f7/2峰向低结合能一侧偏移0.07eV，同时O 2S峰也发生了偏移，说明势垒减小了0.07eV。同时计算峰面积发现，氧退火组的W-O含量增加，Ga亚氧态含量降低。
再采用标准配置的4200电学测试系统在空气中测试，结果如图6、7、8所示。图6是电容－电压测试结果，其中，从左下到右上的曲线表示测试获得的氧化镓肖特基二极管的C-V(电容－电压)曲线，从左上到右下的曲线表示通过C-V曲线获得的
曲线。结合式(1)和式(2)，计算得到氧化镓肖特基二极管掺杂浓度Nd和势垒高度qφb，因此可以看出，相比于对照组，氧退火组的氧化镓肖特基二极管掺杂浓度Nd和势垒高度qφb降低。
其中，C表示测量获得的氧化镓肖特基二极管的单位面积电容，V表示测量的外加电压，Vbi表示内建电势，k表示玻尔兹曼常数，T表示热力学温度，q表示电子电荷量，εs表示氧化镓材料的相对介电常数，ε0表示真空介电常数，Nc表示氧化镓导带处的有效态密度。
图7是电流－电压测试结果，其中，趋于直线的两条曲线分别表示对照组和氧退火组的氧化镓肖特基二极管的J-V(电流－电压)曲线，直线部分的斜率的倒数表示其导通电阻，而弧形曲线则表示偏微分导通电阻，指的是J-V曲线在各个电压下的斜率求得的导通电阻。因此可以看出，相比于对照组，氧退火组的氧化镓肖特基二极管导通电阻更小。
图8是多组电流－电压测试结果，可以看出，相比于对照组，氧退火组的氧化镓肖特基二极管均匀性更好、势垒高度qφb降低。
图9是从图8中提取的器件参数统计结果，其中，图(a)表示对照组和氧退火组的氧化镓肖特基二极管的理想因子，图(b)表示对照组和氧退火组的氧化镓肖特基二极管的反向漏电电流，图(c)表示对照组和氧退火组的氧化镓肖特基二极管的正向导通电流，图(d)表示对照组和氧退火组的氧化镓肖特基二极管的特征导通电阻，因此可以看出，相比于对照组，氧退火组的氧化镓肖特基二极管理想因子更接近1、正向导通电流更大、反向漏电更小、特征导通电阻更小。
实施例二：
相应地，请参照图10，为本发明实施例提供的一种氧化镓肖特基二极管制备系统的结构示意图，所述氧化镓肖特基二极管的制备系统包括退火处理模块1和电极形成模块2，各模块具体如下：
退火处理模块1，用于对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区；
电极形成模块2，用于通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，然后在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
作为优选方案，所述氧化镓肖特基二极管制备系统，还包括预处理模块3，具体如下：
预处理模块3，用于在所述对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理之前，通过同质外延、异质外延或者异质集成的方式，在衬底材料上形成氧化镓漂移层，得到待处理的所述氧化镓材料。
作为优选方案，请参照图11，所述退火处理模块1包括预设单元和退火处理单元，各单元具体用于：
预设单元，用于预先设置退火处理温度和退火处理时间；
退火处理单元，用于根据所述退火处理温度和所述退火处理时间，将待处理的氧化镓材料置于氧气氛围下进行退火处理，以此在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区。
作为优选方案，请参照图12，所述电极形成模块2包括欧姆电极形成单元和肖特基电极形成单元，各单元具体用于：
欧姆电极形成单元，用于对所述氧化镓材料的背面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，以此在所述氧化镓材料的背面形成欧姆电极；或者，对所述热氧化区表面上的欧姆接触区域进行离子注入并激活处理，并通过光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，以此在所述热氧化区的表面上形成欧姆电极；
肖特基电极形成单元，用于利用光刻技术，在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形；根据所述肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
实施例三
本发明实施例还提供了氧化镓肖特基二极管，所述氧化镓肖特基二极管是根据实施例一提供的制备方法制备而成；
请参照图3和图4，所述氧化镓肖特基二极管包括：
衬底材料；
氧化镓漂移层，设置于所述衬底材料之上；
热氧化区，位于所述氧化镓漂移层的上表面；
欧姆电极，位于所述衬底材料的下表面，或者位于所述热氧化区的上表面；
肖特基电极，位于所述热氧化区的上表面；
其中，所述欧姆电极和所述肖特基电极相互不接触。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，包括：
对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区；
通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，然后在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
2.如权利要求1所述的一种氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区，具体为：
预先设置退火处理温度和退火处理时间；
根据所述退火处理温度和所述退火处理时间，将待处理的氧化镓材料置于氧气氛围下进行退火处理，以此在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区。
3.如权利要求1所述的一种氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，在所述对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区之前，还包括：
通过同质外延、异质外延或者异质集成的方式，在衬底材料上形成氧化镓漂移层，得到待处理的所述氧化镓材料。
4.如权利要求1所述的一种氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，具体为：
对所述氧化镓材料的背面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，以此在所述氧化镓材料的背面形成欧姆电极；
或者，对所述热氧化区表面上的欧姆接触区域进行离子注入并激活处理，并通过光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，以此在所述热氧化区的表面上形成欧姆电极。
5.如权利要求1所述的一种氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备，具体为：
利用光刻技术，在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形；
根据所述肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
6.一种氧化镓肖特基二极管制备系统，其特征在于，包括：
退火处理模块，用于对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理，在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区；
电极形成模块，用于通过预设的处理流程，在所述氧化镓材料的背面或者所述热氧化区的表面形成欧姆电极，然后在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形，并根据所述肖特基电极图形，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
7.如权利要求6所述的一种氧化镓肖特基二极管制备系统，其特征在于，所述退火处理模块，具体包括：
预设单元，用于预先设置退火处理温度和退火处理时间；
退火处理单元，用于根据所述退火处理温度和所述退火处理时间，将待处理的氧化镓材料置于氧气氛围下进行退火处理，以此在所述氧化镓材料的正面形成热氧化区。
8.如权利要求6所述的一种氧化镓肖特基二极管制备系统，其特征在于，还包括：
预处理模块，用于在所述对待处理的氧化镓材料进行氧气退火处理之前，通过同质外延、异质外延或者异质集成的方式，在衬底材料上形成氧化镓漂移层，得到待处理的所述氧化镓材料。
9.如权利要求6所述的一种氧化镓肖特基二极管制备系统，其特征在于，所述电极形成模块，具体包括：
欧姆电极形成单元，用于对所述氧化镓材料的背面进行刻蚀，并通过金属沉积和氮气退火处理，以此在所述氧化镓材料的背面形成欧姆电极；或者，对所述热氧化区表面上的欧姆接触区域进行离子注入并激活处理，并通过光刻技术、金属沉积、剥离和氮气退火处理，以此在所述热氧化区的表面上形成欧姆电极；
肖特基电极形成单元，用于利用光刻技术，在所述热氧化区的表面形成肖特基电极图形；根据所述肖特基电极图形，结合金属沉积和剥离处理，在所述热氧化区上形成所述肖特基电极图形对应的肖特基电极，完成氧化镓肖特基二极管的制备。
10.一种氧化镓肖特基二极管，其特征在于，所述氧化镓肖特基二极管是根据权利要求1至5任意一项制备方法制备而成；
所述氧化镓肖特基二极管包括：
衬底材料；
氧化镓漂移层，设置于所述衬底材料之上；
热氧化区，位于所述氧化镓漂移层的上表面；
欧姆电极，位于所述衬底材料的下表面，或者位于所述热氧化区的上表面；
肖特基电极，位于所述热氧化区的上表面；
其中，所述欧姆电极和所述肖特基电极相互不接触。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210130623.5A CN114709138A (zh) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | 一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210130623.5A CN114709138A (zh) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | 一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114709138A true CN114709138A (zh) | 2022-07-05 |
Family
ID=82166981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210130623.5A Pending CN114709138A (zh) | 2022-02-11 | 2022-02-11 | 一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114709138A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015002343A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 株式会社タムラ製作所 | 半導体素子及びその製造方法 |
| CN106876483A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-20 | 西安电子科技大学 | 高击穿电压肖特基二极管及制作方法 |
| CN110783413A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 横向结构氧化镓的制备方法及横向结构氧化镓 |
| CN111129163A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-05-08 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 肖特基二极管及其制备方法 |
| CN111129164A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-05-08 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 肖特基二极管及其制备方法 |
| CN111243963A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种增强氧化镓半导体器件欧姆接触的方法 |
| CN113257924A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-13 | 中国科学技术大学 | 带高阻层的肖特基二极管及其制备方法、功率二极管模块 |
| CN113871454A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-31 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | 基于二氧化硅边缘终端的氧化镓肖特基势垒二极管及其制备方法 |
-
2022
- 2022-02-11 CN CN202210130623.5A patent/CN114709138A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015002343A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 株式会社タムラ製作所 | 半導体素子及びその製造方法 |
| CN106876483A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-20 | 西安电子科技大学 | 高击穿电压肖特基二极管及制作方法 |
| CN110783413A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 横向结构氧化镓的制备方法及横向结构氧化镓 |
| CN111129163A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-05-08 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 肖特基二极管及其制备方法 |
| CN111129164A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-05-08 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 肖特基二极管及其制备方法 |
| CN111243963A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种增强氧化镓半导体器件欧姆接触的方法 |
| CN113257924A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-13 | 中国科学技术大学 | 带高阻层的肖特基二极管及其制备方法、功率二极管模块 |
| CN113871454A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-31 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | 基于二氧化硅边缘终端的氧化镓肖特基势垒二极管及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3732857B2 (ja) | 耐電圧降伏性単結晶炭化ケイ素半導体デバイス及びその製造方法 | |
| US6180958B1 (en) | Structure for increasing the maximum voltage of silicon carbide power transistors | |
| CN101283439B (zh) | 形成具有高反型层迁移性的碳化硅mosfets的方法 | |
| CN1088256C (zh) | 产生欧姆接触及制造设有该种欧姆接触的半导体器件的方法 | |
| JP3184320B2 (ja) | ダイヤモンド電界効果トランジスタ | |
| EP0966763B1 (en) | Structure for increasing the maximum voltage of silicon carbide power transistors | |
| CN109841616B (zh) | 碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法 | |
| JP2002261041A (ja) | ＳｉＣ半導体のイオン注入層及びその製造方法 | |
| JP2003086816A (ja) | ＳｉＣ基板、ＳｉＣ半導体素子及びその製造方法 | |
| EP1856719A2 (en) | Boron-doped diamond semiconductor | |
| WO1998035390A9 (en) | Structure for increasing the maximum voltage of silicon carbide power transistors | |
| Yuan et al. | Recent progress in diamond-based MOSFETs | |
| CN108604600A (zh) | 碳化硅半导体装置及其制造方法 | |
| DiLorenzo et al. | Nonalloyed and in situ Ohmic contacts to highly doped n‐type GaAs layers grown by molecular beam epitaxy (MBE) for field‐effect transistors | |
| KR20100123589A (ko) | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 | |
| CN114709138A (zh) | 一种氧化镓肖特基二极管及其制备方法和制备系统 | |
| Na et al. | High-quality schottky and ohmic contacts in planar 4H-SiC metal semiconductor field-effect transistors and device performance | |
| JP2000049363A (ja) | ショットキーダイオード及びその製造方法 | |
| CN115410922A (zh) | 一种垂直型氧化镓晶体管及其制备方法 | |
| CN115602721A (zh) | 一种降低接触电阻的方法及组件 | |
| Sang et al. | Effect of the field oxidation process on the electrical characteristics of 6500V 4H-SiC JBS diodes | |
| Kundeti | The properties of SiC barrier diodes fabricated with Ti schottky contacts | |
| CN116581151B (zh) | 一种低开启电压氧化镓肖特基二极管及其制备方法 | |
| CN113471302B (zh) | 一种带内外电位保护环的肖特基二极管 | |
| CN114203797B (zh) | 基于异质结的超结氧化镓晶体管及其制作方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220705 |