氮化镓肖特基二极管的制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓肖特基二极管的制备方法。

背景技术：

肖特基二极管是利用金属接触半导体层制成的一种半导体器件。其和传统意义上的半导体二极管相比，具有于反向恢复时间极短的特点，因此，肖特基二极管广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路中。氮化镓材料是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射等特点，其成为制备短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。综上，使用氮化镓材料制备的肖特基二极管结合了上述条特技二极管和氮化镓材料的优势，具有高频、低损耗的特点，在开关功率系统中有很好的应用前景。

在现有的氮化镓肖特基二极管的制备中，阳极金属与氮化镓材料接触形成了肖特基接触，而阴极金属与氮化镓材料接触形成了欧姆接触。但是，由于制备用的阳极金属与阴极金属的金属材料和制备工艺的差异，肖特基接触电阻将远大于欧姆接触电阻，这就导致在使用氮化镓肖特基二极管时，将造成由于大的肖特基接触电阻产生大能耗，进而产生大量热量，降低二极管寿命。

技术实现要素：

本发明提供了一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，用以解决现有的氮化镓肖特基二极管的制备过程中，产生的肖特基接触电阻将远大于欧姆接触电阻的问题，实现降低肖特基接触电阻，提高氮化镓肖特基二极管寿命的有益效果。

本发明提供的氮化镓肖特基二极管的制备方法，包括：

在氮化镓外延片的表面沉积钝化层；

制备所述氮化镓肖特基二极管的阴极；

在所述钝化层的中心进行干法刻蚀，形成肖特基接触孔；

在所述肖特基接触孔内，所述钝化层的表面和所述阴极的表面沉积金属钛，形成欧姆金属层；对所述欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构；

制备所述氮化镓肖特基二极管的阳极；

其中，所述欧姆金属结构呈栅状结构，且被所述阳极包裹。

进一步地，在上述制备方法中，所述制备所述氮化镓肖特基二极管的阴极，包括：

对所述钝化层进行干法刻蚀，形成两个欧姆接触孔；

在两个所述欧姆接触孔内和所述钝化层的表面沉积第一金属，形成第一金属层；

对所述第一金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成所述阴极。

进一步地，在上述制备方法中，所述在两个所述欧姆接触孔内和所述钝化层的表面沉积第一金属，形成第一金属层，包括：

采用电子束蒸发工艺，在两个所述欧姆接触孔内和所述钝化层的表面依次沉积金属钛，金属铝，金属镍和金属铜，形成所述第一金属层。

进一步地，在上述制备方法中，所述制备所述氮化镓肖特基二极管的阳极，包括：

在所述肖特基接触孔内，所述钝化层的表面，所述阴极的表面和所述欧姆金属结构的表面沉积第二金属，形成第二金属层；

对所述第二金属层进行光刻和刻蚀，形成所述阳极。

进一步地，在上述制备方法中，所述在所述肖特基接触孔内，所述钝化层的表面，所述阴极的表面和所述欧姆金属结构的表面沉积第二金属，形成第二金属层，包括：

采用电子束蒸发工艺，在所述肖特基接触孔内，所述钝化层的表面，所述阴极的表面和所述欧姆金属结构的表面依次沉积金属镍和金属铜，形成所述第二金属层。

进一步地，在上述制备方法中，所述退火处理为在氮气的条件下，采用840℃的退火温度进行退火时间为30s的退火工艺。

进一步地，在上述制备方法中，所述在氮化镓外延片的表面沉积钝化层，包括：

采用低压力化学气相沉积法在所述氮化镓外延片的表面沉积氮化硅，形成所述钝化层。

进一步地，在上述制备方法中，所述欧姆金属结构的栅条个数包括3个。

进一步地，在上述制备方法中，所述欧姆金属结构的厚度为30纳米。

进一步地，在上述制备方法中，在所述在氮化镓外延片的表面沉积钝化层之前，还包括：

依次制备所述氮化镓外延片的衬底，缓冲层和势垒层。

本发明提供的一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，通过在氮化镓外延片的表面沉积钝化层；制备氮化镓肖特基二极管的阴极；在该钝化层的中心进行干法刻蚀，形成肖特基接触孔；在该肖特基接触孔内，该钝化层的表面和该阴极的表面沉积金属钛，形成欧姆金属层；对该欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构；制备氮化镓肖特基二极管的阳极；其中，欧姆金属结构呈栅状结构，且被阳极包裹。通过本发明提供的制备方法，在制备阳极前，在肖特基接触孔内制备呈栅状结构的欧姆金属结构，并使该欧姆金属结构被阳极包裹，从而实现在不影响氮化镓肖特基二极管输出性能的情况下，减小肖特基结面积，从而减小肖特基接触电阻，提高氮化镓肖特基二极管的器件性能和寿命。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种氮化镓肖特基二极管的制备方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种氮化家肖特基二极管的制备方法的流程示意图；

图3为执行实施例二的步骤200后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图4为执行实施例二的步骤201后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图5为执行实施例二的步骤202后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图6为执行实施例二的步骤203后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图7为执行实施例二的步骤204后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图8为执行实施例二的步骤205后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图9为执行实施例二的步骤206后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图10为执行实施例二的步骤207后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图；

图11为执行实施例二的步骤208后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图。

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。

图1为本发明实施例一提供的一种氮化镓肖特基二极管的制备方法的流程示意图，如图1所示制备方法包括如下步骤：

步骤101、在氮化镓外延片的表面沉积钝化层。

步骤102、制备氮化镓肖特基二极管的阴极。

具体的，首先在氮化镓外延片的表面沉积钝化层，例如，可以采用低压力化学气相沉积法在氮化镓外延片的表面沉积氮化硅，从而形成钝化层；其中，钝化层的厚度可为30纳米。而对氮化镓肖特基二极管的阴极 的制备工艺可以采用目前的成熟制备工艺，本领域技术人员可根据实际情况自行选择，本发明对此不进行限定。

步骤103、在钝化层的中心进行干法刻蚀，形成肖特基接触孔。

步骤104、在肖特基接触孔内，钝化层的表面和阴极的表面沉积金属钛，形成欧姆金属层；对欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构。

具体的，在完成阴极的制备之后，在钝化层的中心处，对该钝化层进行干法刻蚀，形成深至氮化镓外延片的表面的肖特基接触孔。在该肖特基接触孔内，钝化层的表面和阴极的表面沉积金属钛，从而形成欧姆金属层；对该欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构。其中，退火处理具体可为在氮气的条件下，采用840℃的退火温度进行退火时间为30s的退火工艺。而欧姆金属结构的栅条个数包括3个，欧姆金属结构的厚度为30纳米。

步骤105、制备氮化镓肖特基二极管的阳极，使欧姆金属结构被阳极包裹。

在肖特基接触孔内，沿欧姆金属结构的表面制备氮化镓肖特基二极管的阳极，使该欧姆金属结构被阳极包裹。而对氮化镓肖特基二极管的阳极的制备工艺可以采用目前的成熟制备工艺，本领域技术人员可根据实际情况自行选择，本发明对此不进行限定。

本发明实施例一提供一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，通过在氮化镓外延片的表面沉积钝化层；制备氮化镓肖特基二极管的阴极；在该钝化层的中心进行干法刻蚀，形成肖特基接触孔；在该肖特基接触孔内，该钝化层的表面和该阴极的表面沉积金属钛，形成欧姆金属层；对该欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构；制备氮化镓肖特基二极管的阳极；其中，欧姆金属结构呈栅状结构，且被阳极包裹。通过本发明提供的制备方法，在制备阳极前，在肖特基接触孔内制备呈栅状结构的欧姆金属结构，并使该欧姆金属结构被阳极包裹，从而实现在不影响氮化镓肖特基二极管输出性能的情况下，减小肖特基结面积，从而减小肖特基接触电阻，提高氮化镓肖特基二极管的器件性能和寿命。

为了进一步说明本发明提供的氮化镓肖特基二极管的制备方法，在图1所示制备方法的基础上，图2为本发明实施例二提供的一种氮化家肖特基二极管的制备方法的流程示意图，图2所示的实施例二对氮化镓肖特基二极管的制备方法进行详细的描述。

步骤200、依次制备氮化镓外延片的衬底，缓冲层和势垒层。

在图1所示方法中的步骤101之前，还可包括步骤200。具体的，图3为执行实施例二的步骤200后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，如图3所示，通过采用沉积的工艺依次制备氮化镓外延片中的衬底11，缓冲层12和势垒层13，其中，衬底11的材质采用硅元素制备，其厚度可为625微米；缓冲层12的材质采用化合物氮化镓制备，其厚度可为3微米；势垒层13的材质采用化合物氮化镓铝制备，其厚度可为25微米。通过步骤200，制备出氮化镓外延片，为后续器件其他部件的制备奠定基础。

步骤201、在氮化镓外延片中的势垒层的表面沉积钝化层。

具体的，图4为执行实施例二的步骤201后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，如图4所示，在氮化镓外延片中的势垒层13的表面沉积钝化层14。步骤201的执行方法与图1中的步骤101相同，在此不做赘述。

步骤202、对钝化层进行干法刻蚀，形成两个欧姆接触孔。

步骤203、在两个欧姆接触孔内和钝化层的表面沉积第一金属，形成第一金属层。

步骤204、对第一金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成阴极。

上述图1所示方法中的步骤102具体可包括步骤202-204。具体的，图5为执行实施例二的步骤202后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，如图5所示，通过采用干法刻蚀的工艺，在氮化镓肖特基二极管的钝化层14的边缘处，对钝化层14进行刻蚀并形成两个中心对称的欧姆接触孔15，而每个欧姆接触孔15的直径可采用5微米。

图6为执行实施例二的步骤203后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，如图6所示，首先在两个欧姆接触孔15内和钝化层14的表面沉积第一金属，形成第一金属层16。进一步地，可采用电子束蒸发工艺，在两个欧姆接触孔15内和钝化层14的表面依次沉积金属钛，金属铝，金属镍和金属铜，以形成第一金属层16，该第一金属层16的厚度可采用300纳米。

图7为执行实施例二的步骤204后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，如图7所示，在形成第一金属层16之后，对第一金属层16采用光刻，刻蚀和退火处理的工艺，形成阴极17。具体的，通过对第一金属层16进行光刻和刻蚀，使仅有欧姆接触孔15内及其边缘部分的第一金属层16被保留，再通过进行退火处理，使形成钛，铝，镍和铜的合金，而第一金属层16与势垒层13中的氮化镓铝进行反应之后也可以在其接触面上形成合金，从而得到具有较低欧姆接触电阻的阴极17。其中，光刻的程序包括了涂胶、曝光和显影，而退火处理具体可采用在氮气的条件下，采用840℃的退火温度进行退火时间为30s的退火工艺。

步骤205、在钝化层的中心进行干法刻蚀，形成肖特基接触孔。

步骤206、在肖特基接触孔内，钝化层的表面和阴极的表面沉积金属钛，形成欧姆金属层；对欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构。

图8为执行实施例二的步骤205后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，图9为执行实施例二的步骤206后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图。如图8所示，在钝化层14的中心进行干法刻蚀，形成肖特基接触孔18；在肖特基接触孔18内，钝化层14的表面和阴极17的表面沉积金属钛，形成欧姆金属层；图9所示，对欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构19。其中，欧姆金属结构19中的栅条个数包括3个，欧姆金属结构19的厚度可采用30纳米。步骤205和步骤206的执行方法分别与图1中的步骤103和步骤104相同，在此不做赘述。

步骤207、在肖特基接触孔内，钝化层的表面，阴极的表面和欧姆金属结构的表面沉积第二金属，形成第二金属层。

步骤208、对第二金属层进行光刻和刻蚀，形成阳极。

上述图1所示方法中的步骤105具体可包括步骤207和步骤208。图10为执行实施例二的步骤207后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，如图10所示，在制备完欧姆金属结构19之后，在肖特基接触孔18内，钝化层14的表面，阴极17的表面以及欧姆金属结构19的表面沉积第二金属，形成第二金属层20。具体的，可采用电子束蒸发工艺，在肖特基接触孔 18内，钝化层14的表面，阴极17的表面和欧姆金属结构19的表面依次沉积金属镍和金属铜，形成第二金属层20，其中，该第二金属层20的厚度可采用300纳米。

图11为执行实施例二的步骤208后的氮化镓肖特基二极管剖面结构示意图，如图11所示，在形成第二金属层20之后，对该第二金属层20采用光刻和刻蚀的工艺，仅保留位于肖特基接触孔18处及其边缘的第二金属层20，并形成阳极21，其中，光刻的程序包括了涂胶、曝光和显影，阳极21的厚度可采用300纳米。需要说明的是，形成的阳极21与氮化镓外延片中的势垒层13接触形成肖特基接触，同时还将欧姆金属结构19完全覆盖，使欧姆金属结构19与空气隔绝，用以减小肖特基接触电阻，提高氮化镓肖特基二极管的器件性能和寿命。

本发明实施例二提供了一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，通过依次制备氮化镓外延片的衬底，缓冲层和势垒层；在氮化镓外延片的表面沉积钝化层；对钝化层进行干法刻蚀，形成两个欧姆接触孔；在两个欧姆接触孔内和钝化层的表面沉积第一金属，形成第一金属层；对第一金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成阴极；在钝化层的中心进行干法刻蚀，形成肖特基接触孔；在肖特基接触孔内，钝化层的表面和阴极的表面沉积金属钛，形成欧姆金属层；对欧姆金属层进行光刻，刻蚀和退火处理，形成呈栅状结构的欧姆金属结构；在肖特基接触孔内，钝化层的表面，阴极的表面和欧姆金属结构的表面沉积第二金属，形成第二金属层；对第二金属层进行光刻和刻蚀，形成阳极，使该欧姆金属结构被阳极包裹，从而实现在不影响氮化镓肖特基二极管输出性能的情况下，减小肖特基结面积，从而减小肖特基接触电阻，提高氮化镓肖特基二极管的器件性能和寿命。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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。