CN115083921A - 氧化镓肖特基二极管制备方法及氧化镓肖特基二极管 - Google Patents
氧化镓肖特基二极管制备方法及氧化镓肖特基二极管 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种氧化镓肖特基二极管制备方法及氧化镓肖特基二极管，该方法包括在衬底的上表面依次生长氧化镓外延层、氧化镍层、介质层；基于预设斜面图形对介质层进行刻蚀处理，直至露出氧化镍层，得到梯形状斜面结构；在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧制备阳极；在衬底的下表面制备阴极，通过上述方法制备的氧化镓肖特基二极管，其梯形状斜面结构可以调制器件沟道的电场分布，使耗尽区沿着场板方向向外扩展，显著增大了肖特基结边缘处的曲率，缓解了肖特基结边缘处的电场集中效应。采用该方法制备的氧化镓肖特基二极管，可有效降低峰值电场，降低器件漏电，提高器件击穿电压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种氧化镓肖特基二极管制备方法及氧化镓肖特基二极管。
背景技术
近年来，功率半导体器件领域以氧化镓为代表的超宽禁带电力电子器件逐渐成为重点，并有望在某些特定领域取代传统Si基功率器件。超宽禁带氧化镓作为一种新的半导体材料，在击穿场强、巴利加(Baliga)优值和成本等方面优势突出。目前共发现α、β、γ、δ、ε五种氧化镓的结晶形态，其中，以β结构的氧化镓最为稳定。国际上通常采用巴利加优值(～Eb3)来评判材料是否适合制作功率器件。β-Ga2O3材料的巴利加优值是GaN材料的4倍，是SiC材料的10倍，是Si材料的3444倍。
目前，肖特基结在边、角处存在曲率，当二极管处于反向偏置时，肖特基结边缘处电场线的分布相较于体内会有明显的集中，局部过大的电场使得器件在肖特基结边缘处更容易发生击穿，造成器件实际的击穿电压远低于氧化镓材料理论的击穿电压值。因此，已有的肖特基二极管，其击穿电压和导通特性还远低于氧化镓材料的预期值。
发明内容
本发明实施例提供了一种氧化镓肖特基二极管制备方法及氧化镓肖特基二极管，以解决现有的氧化镓肖特基二极管击穿电压低的问题。
第一方面，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：
在衬底的上表面依次生长氧化镓外延层、氧化镍层、介质层；
基于预设斜面图形对介质层进行刻蚀处理，直至露出氧化镍层，得到梯形状斜面结构；
在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧制备阳极；
在衬底的下表面制备阴极。
在一种可能的实现方式中，氧化镍层采用热氧化与溅射混合生长方法生长。
在一种可能的实现方式中，基于预设斜面图形对介质层进行刻蚀处理，包括：
基于预设斜面图形，在介质层上涂光刻胶，并对光刻胶的预设区域进行曝光、显影和回流处理，得到预设斜面图形在介质层上的光刻胶斜面图形；
根据光刻胶斜面图形对介质层进行刻蚀处理。
在一种可能的实现方式中，回流处理的方式为变温回流处理方式。
在一种可能的实现方式中，变温回流处理的回流起始温度处于60℃至120℃之间，变温回流处理的回流结束温度处于120℃至220℃之间。
在一种可能的实现方式中，在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧制备阳极，包括：
在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧涂光刻胶，对光刻胶进行光刻和显影处理，以形成场板图形；
基于场板图形蒸发金属制备阳极。
在一种可能的实现方式中，氧化镍层厚度处于5nm至10μm之间。
在一种可能的实现方式中，介质层材料为二氧化硅或氮化硅。
在一种可能的实现方式中，介质层的厚度大于500nm。
第二方面，本发明实施例提供了一种氧化镓肖特基二极管，氧化镓肖特基二极管由如上第一方面的氧化镓肖特基二极管制备方法制备得到。
本发明实施例提供了一种氧化镓肖特基二极管制备方法，首先在衬底的上表面依次生长氧化镓外延层、氧化镍层、介质层；基于预设斜面图形对介质层进行刻蚀处理，直至露出氧化镍层，得到梯形状斜面结构；在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧制备阳极；在衬底的下表面制备阴极。通过上述方法制备的氧化镓肖特基二极管，其梯形状斜面结构可以调制器件沟道的电场分布，使耗尽区沿着场板方向向外扩展，显著增大了肖特基结边缘处的曲率，缓解了肖特基结边缘处的电场集中效应。如此，制备得到的氧化镓肖特基二极管可有效降低峰值电场，降低器件漏电，提高器件击穿电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管制备方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
图1是本发明实施例提供的氧化镓肖特基二极管制备方法的实现流程图。
如图1所示，在一些实施例中，氧化镓肖特基二极管制备方法，包括：
S110，在衬底的上表面依次生长氧化镓外延层、氧化镍层、介质层。
本实施例中，衬底为N+高浓度衬底。氧化镓外延层为N-低浓度氧化镓外延层。介质层可以为二氧化硅或氮化硅，在此不作限定。
S120，基于预设斜面图形对介质层进行刻蚀处理，直至露出氧化镍层，得到梯形状斜面结构。
本实施例中，梯形状斜面结构为两端对称结构，斜面倾斜角度在此不作限定。
S130，在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧制备阳极。
本实施例中，可以采用蒸发金属的处理方式制备阳极。阳极可以是快速热退火合金，以形成欧姆接触电阻，合金的材质可以是Ni/Au或Pt/Au等，在此不作限定。
S140，在衬底的下表面制备阴极。
本实施例中，可以采用蒸发金属的处理方式制备阴极，阴极可以是快速热退火合金，以形成欧姆接触电阻，合金的材质可以是Ti/Au，在此不作限定。
本实施例中，氧化镓肖特基二极管制备方法首先在衬底的上表面依次生长氧化镓外延层、氧化镍层、介质层；基于预设斜面图形对介质层进行刻蚀处理，直至露出氧化镍层，得到梯形状斜面结构；在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧制备阳极；在衬底的下表面制备阴极。通过上述方法制备的氧化镓肖特基二极管，其梯形状斜面结构可以调制器件沟道的电场分布，使耗尽区沿着场板方向向外扩展，显著增大了肖特基结边缘处的曲率，缓解了肖特基结边缘处的电场集中效应。如此，制备得到的氧化镓肖特基二极管可有效降低峰值电场，降低器件漏电，提高器件击穿电压。
在一些实施例中，氧化镍层采用热氧化与溅射混合生长方法生长。
具体的，氧化镍层采用热氧化与溅射混合生长方法制备。底层氧化镍采用热氧化方式实现，避免溅射中等离子体对氧化镓外延层表面的损伤，使得底层氧化镍与氧化镓外延层的界面接触更好。上层氧化镍采用厚溅射方式实现，增加生长速度，减少整体工艺的周期时间。
在一些实施例中，基于预设斜面图形对介质层进行刻蚀处理，包括：
基于预设斜面图形，在介质层上涂光刻胶，并对光刻胶的预设区域进行曝光、显影和回流处理，得到预设斜面图形在介质层上的光刻胶斜面图形；
根据光刻胶斜面图形对介质层进行刻蚀处理。
具体的，预设斜面图形是按照预设尺寸人为规定的图形。预设区域是基于预设斜面图形确定的区域。根据光刻胶斜面图形对介质层进行刻蚀处理，去除光刻胶，得到梯形状斜面结构。
在一些实施例中，回流处理的方式为变温回流处理方式。
具体的，采用变温回流处理方式得到的光刻胶斜面图形更为光滑。
在一些实施例中，变温回流处理的回流起始温度处于60℃至120℃之间，变温回流处理的回流结束温度处于120℃至220℃之间。
在一些实施例中，在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧制备阳极，包括：
在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧涂光刻胶，对光刻胶进行光刻和显影处理，以形成场板图形；
基于场板图形蒸发金属制备阳极。
在一些实施例中，氧化镍层厚度处于5nm至10μm之间。
具体的，氧化镍层厚度处于5nm至10μm之间，氧化镍层最优厚度处于100nm至500nm之间，其中，采用热氧化处理方式的底层氧化镍层厚度处于3nm至20nm之间。
在一些实施例中，介质层材料为二氧化硅或氮化硅。
在一些实施例中，介质层的厚度大于500nm。
为了更好地理解上述实施例提供的氧化镓肖特基二极管的制备方法，下面提供一种实现方式。
如图2所示，在N+衬底的上表面生长氧化镓外延层。
如图3所示，在氧化镓外延层的上表面生长氧化镍层。
如图4所示，在N+衬底的下表面蒸发阴极金属制备阴极(该步骤可以放在任何步骤之前或者之后)。
如图5所示，在氧化镍层的上表面生长介质层，并在介质层的上表面涂光刻胶。
如图6所示，对光刻胶进行曝光、显影处理，形成光刻胶方形图形。
如图7所示，对光刻胶方形图形进行变温回流处理，变温回流处理的回流起始温度处于60℃至120℃之间，变温回流处理的回流结束温度处于120℃至220℃之间，得到光刻胶斜面图形。
如图8所示，对介质层进行刻蚀处理，直至露出氧化镍层，得到梯形状斜面结构。
如图9所示，在氧化镍层的上表面和梯形状斜面结构的内侧涂光刻胶，进行光刻、显影处理，形成场板图形，在场板图形上蒸发阳极金属制备阳极。
本发明设计了一种氧化镓肖特基二极管，其梯形状斜面结构可以调制器件沟道的电场分布，使耗尽区沿着场板方向向外扩展，显著增大了肖特基结边缘处的曲率，缓解了肖特基结边缘处的电场集中效应。如此，制备得到的氧化镓肖特基二极管可有效降低峰值电场，降低器件漏电，提高器件击穿电压。
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精神和范围，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：
在衬底的上表面依次生长氧化镓外延层、氧化镍层、介质层；
基于预设斜面图形对所述介质层进行刻蚀处理，直至露出所述氧化镍层，得到梯形状斜面结构；
在所述氧化镍层的上表面和所述梯形状斜面结构的内侧制备阳极；
在所述衬底的下表面制备阴极。
2.如权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述氧化镍层采用热氧化与溅射混合生长方法生长。
3.如权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述基于预设斜面图形对所述介质层进行刻蚀处理，包括：
基于所述预设斜面图形，在所述介质层上涂光刻胶，并对所述光刻胶的预设区域进行曝光、显影和回流处理，得到所述预设斜面图形在所述介质层上的光刻胶斜面图形；
根据所述光刻胶斜面图形对所述介质层进行刻蚀处理。
4.如权利要求3所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述回流处理的方式为变温回流处理方式。
5.如权利要求4所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述变温回流处理的回流起始温度处于60℃至120℃之间，所述变温回流处理的回流结束温度处于120℃至220℃之间。
6.如权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述在所述氧化镍层的上表面和所述梯形状斜面结构的内侧制备阳极，包括：
在所述氧化镍层的上表面和所述梯形状斜面结构的内侧涂光刻胶，对所述光刻胶进行光刻和显影处理，以形成场板图形；
基于所述场板图形蒸发金属制备阳极。
7.如权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述氧化镍层厚度处于5nm至10μm之间。
8.如权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述介质层材料为二氧化硅或氮化硅。
9.如权利要求1所述的氧化镓肖特基二极管制备方法，其特征在于，所述介质层的厚度大于500nm。
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由如权利要求1-9任一项所述的氧化镓肖特基二极管制备方法制备得到。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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