肖特基势垒二极管及其制造方法_5

文档序号:8463154阅读:来源:国知局
。因此,在防扩散金属膜90中,形成在肖特基接触金属膜40的凹进部分上的部分相对于除了在肖特基接触金属膜40的凹进部分外的部分上形成的部分凹进。因此,如果在接合金属膜60插入防扩散金属膜90和导电支撑衬底50之间的情况下,将防扩散金属膜90和导电支撑衬底50直接接合在一起并且绝缘膜30的开口大,即肖特基接触金属膜40的凹进部分大,则可在防扩散金属膜90的凹进部分和接合金属膜60之间形成间隙。然后,执行在防扩散金属膜90的凹进部分上形成嵌入金属膜80和通过在接合金属膜60插入在导电支撑衬底50和防扩散金属膜90之间以及导电支撑衬底50和嵌入金属膜80之间的情况下,将导电支撑衬底50接合到防扩散金属膜90上和嵌入金属膜80上的步骤。因此,嵌入金属膜80完全填充防扩散金属膜90的凹进部分和接合金属膜60之间的空间,从而防止其间出现间隙。因此,例如,就导通电阻、击穿电压和通过取决于例如III族氮化物膜20是否剥离的外观而确定的良率方面而言,可改进SBD。
[0127]在第十实施例中的制造SBD的方法中,在基础复合衬底10的基础III族氮化物膜13上,形成III族氮化物膜20 (图13 (A));在III族氮化物膜20上形成具有开口的绝缘膜30 (图13(B));在绝缘膜30的开口下方的III族氮化物膜20上和绝缘膜30上,形成肖特基接触金属膜40 (图13 (C));在肖特基接触金属膜40上形成防扩散金属膜90 (图13 (D))的步骤分别类似于在第九实施例中的制造SBD的方法中,在基础复合衬底10的基础III族氮化物膜13上,形成III族氮化物膜20 (图12 (A));在III族氮化物膜20上形成具有开口的绝缘膜30 (图12 (B));在绝缘膜30的开口下方的III族氮化物膜20上和绝缘膜30上,形成肖特基接触金属膜40 (图12 (C));在肖特基接触金属膜40上形成防扩散金属膜90 (图12(D))的步骤。
[0128]参照图13(E),在防扩散金属膜90的凹进部分上形成嵌入金属膜80的步骤中,形成嵌入金属膜80的方法类似于第七实施例中的制造SBD的方法中形成嵌入金属膜80的方法。在防扩散金属膜90的凹进部分上形成嵌入金属膜80的步骤致使防扩散金属膜90的凹进部分减小或变平。
[0129]参照图13 (F),在通过在接合金属膜60插入导电支撑衬底50和防扩散金属膜90之间以及在导电支撑衬底50和嵌入金属膜80之间的情况下,将导电支撑衬底50接合到防扩散金属膜90和嵌入金属膜80上得到接合衬底100的步骤中,形成嵌入金属膜80致使防扩散金属膜90的凹进部分减小或变平。因此,它们通过接合金属膜60接合在一起,而没有造成间隙。在接合金属膜60插入其间的情况下接合导电支撑衬底50的步骤优选地包括与第六实施例中的制造SBD的方法中在接合金属膜60插入其间的情况下接合导电支撑衬底50的步骤的子步骤类似的子步骤。
[0130]在第十实施例中的制造SBD的方法中,从接合衬底100去除基础复合衬底10 (图13 (G));在III族氮化物膜20上形成第一电极72并且在导电支撑衬底50上形成第二电极75 (图13(H))分别类似于在第六实施例中的制造SBD的方法中,从接合衬底100去除基础复合衬底10(图9(E));在III族氮化物膜20上形成第一电极72并且在导电支撑衬底50上形成第二电极75(图9(F))。
[0131]参照图9 (F)、图10(G)、图11 (H)、图12(G)和图13 (H),关于第六实施例至第十实施例中的制造SBD的方法,为了有助于将SBD制造成芯片,优选地,第一电极72被图案化,使得第一电极72位于III族氮化物膜20的主表面的部分上。将第一电极72图案化的方法不特别受限制。出于有效图案化的缘故,光刻等是合适的。
[0132]实例
[0133]实例I
[0134]实例I对应于第一实施例中的SBD和第六实施例中的至少SBD的方法。
[0135]1.形成III族氮化物膜
[0136]首先,参照图9(A),制备基础复合衬底10,基础复合衬底10包括:基础支撑衬底11,其厚度为450 μ m ;基础接合膜12,其由厚度为400nm的3102膜形成,设置在基础支撑衬底11的一个主表面上;基础III族氮化物膜13,其由厚度为150nm的GaN膜形成,设置在基础接合膜12上。基础III族氮化物膜的主表面是作为(0001)平面的Ga原子平面。如图14中所示,通过在基础接合膜12插入基础支撑衬底11和其中形成有离子注入区的基础III族氮化物膜母基板13D的情况下,将基础支撑衬底11和基础III族氮化物膜母基板13D结合在一起,此后沿着离子注入区13i将基础III族氮化物膜母基板13D分成基础III族氮化物膜13和剩余的基础III族氮化物膜母基板30E,得到这个基础复合衬底10。基础III族氮化物膜13具有大约IX 15CnT2的低位错密度和高结晶度。
[0137]制备分别包括作为基础支撑衬底11的以下三个不同衬底的三个不同基础复合衬底作为基础复合衬底10。制备是钼衬底、莫来石衬底和铱稳定氧化锆-莫来石衬底的三个不同衬底。至于莫来石衬底的化学组分,它包括64摩尔%的Al2O3和36摩尔%的S1 2。至于铱稳定氧化锆-莫来石衬底的化学组分,它包括30质量%的铱稳定氧化锆和70质量的莫来石。至于铱稳定氧化锆的化学组分,它包括10摩尔%的Y2O3和90摩尔%的ZrO 2。至于莫来石的化学组分,它包括60摩尔%的Al2O3和40摩尔%的S1 2。这些基础支撑衬底11均具有两英寸(5.08cm)的直径和450 μ m的厚度,并且使其主表面经受精确镜面抛光,使得其粗糙度Ra(粗糙度Ra在本文中是指在JIS B0601:2001下限定的算术平均粗糙度Ra,下文中也同样如此)小于10nm。另外,跨从室温(25°C )至1200°C的温度范围,钼衬底和的铱稳定氧化锆-莫来石衬底的热膨胀系数等于GaN的热膨胀系数。跨从室温(25°C )至1200°C的温度范围,莫来石衬底的热膨胀系数是GaN的热膨胀系数的80%。
[0138]接下来,在基础复合衬底10的基础III族氮化物膜13上,应用M0CVD,形成由厚度为I μπι且施主浓度为1.5X 118cnT3的n +-GaN层形成的η+型III族氮化物层21和由厚度为7 ym且施主浓度为5.5 X 115CnT3的n __GaN层形成的η型III族氮化物层22作为III族氮化物膜20。关于得到的III族氮化物膜20,没有出现裂缝并且它具有通过CL(阴极电致发光)测得的15CnT2量级的低位错密度。
[0139]2.形成具有开口的绝缘膜
[0140]接下来,参照图9 (B),在III族氮化物膜20上,应用等离子体CVD,使用硅烷气体和氨气作为原料气体形成由厚度为500nm的Si3N4膜形成的绝缘膜30。随后,使用RTA (快速热退后)炉,在氮气气氛下在600°C下执行退火三分钟。
[0141]接下来,用缓冲氢氟酸(是指质量比为1:5的50质量%的氢氟酸的水溶液和40质量%的氯化铵的水溶液的混合物),使用通过光刻在绝缘膜30上形成的抗蚀剂掩膜执行蚀刻15分钟,以去除抗蚀剂掩膜的开口中的绝缘膜30。在蚀刻之后,通过丙酮去除抗蚀剂掩膜。以此方式,将绝缘膜30形成为从平面图看具有带弧形顶点的矩形开口的200 μ mX 5000 μ m形状的场板,弧形顶点的半径曲率是50 μ m。
[0142]3.形成肖特基接触金属膜
[0143]接下来,参照图9 (C),在具有开口的绝缘膜30上,通过光刻形成抗蚀剂膜。在绝缘膜30的开口下方的III族氮化物膜20上和绝缘膜30上,通过EB气相沉积连续地形成厚度为500埃的Ni层和厚度为3000埃的Au层,通过用丙酮剥离抗蚀剂掩膜进行图案化,然后通过RTA(快速热退火)炉在氮气气氛中在400°C下退火三分钟,成为合金。因此,以肖特基接触金属膜40的一部分在绝缘膜30的一部分上延伸的方式,形成肖特基接触金属膜40?在绝缘膜30的该部分上延伸的肖特基接触金属膜40的部分具有15 μ m的宽度(下文中,被称为肖特基接触金属膜40的绝缘接触部分40b的宽度)。
[0144]4.形成接合衬底
[0145]接下来,参照图9(D),制备厚度为两英寸(5.08cm)和厚度为320 ym的Si衬底作为导电支撑衬底50。这个Si衬底具有小于0.001 Ω cm的电阻并且被掺杂p型。
[0146]接下来,在导电支撑衬底50上,应用EB气相沉积,以形成厚度为500埃的Ni层、厚度为4000埃的Pt层和厚度为500埃的Au层作为接合金属膜60。另外,在这个金属膜上,应用电阻加热气相沉积,以形成厚度为5 μ m的Au-Sn层(化学组分:70质量%的Au和30质量%的Sn) ο
[0147]接下来,通过晶片结合器将肖特基接触金属膜40的Au层和接合金属膜60的Au-Sn层接合在一起,从而得到接合衬底100。用于接合的条件是小于IPa的真空气氛、300°C的温度和10分钟的接合时间。在它们接合在一起之后,使用超声显微镜确认接合表面没有缺陷(保持空隙)等。
[0148]5.从接合衬底去除基础复合衬底
[0149]接下来,参照图9(E),通过去除基础支撑衬底11、基础接合膜12和基础III族氮化物膜13,从接合衬底100去除基础复合衬底10。
[0150]在基础支撑衬底11是钼衬底的情况下,制备直径为3英寸(7.62cm)且厚度为500 μm的蓝宝石衬底(未示出)。在蜡插入这个蓝宝石衬底和接合衬底100的导电支撑衬底50的Si衬底之间的情况下,将Si衬底结合到这个蓝宝石衬底,其外侧表面也受蜡保护。接下来,制备35质量%硝酸的水溶液。在以200rpm搅拌的硝酸水溶液中,将结合到蓝宝石衬底的接合衬底100浸没40分钟,从而蚀刻掉作为基础支撑衬底的钼衬底。用盐酸和纯水冲洗所得的衬底。随后,将它浸没在缓冲氢氟酸中10分钟,从而蚀刻掉作为基础接合膜12的S12膜。在由此得到的衬底上,暴露作为基础III族氮化物膜13的基础GaN膜。
[0151]在基础支撑衬底11是莫来石衬底的情况下,用表面研磨机研磨作为接合衬底100的基础支撑衬底11的莫来石衬底,使得厚度变成40 μ m。接下来,制备直径为3英寸(7.62cm)且厚度为500 μm的蓝宝石衬底(未示出)。在蜡插入这个蓝宝石衬底和接合衬底100的导电支撑衬底50的Si衬底之间的情况下,将Si衬底结合到这个蓝宝石衬底,其外侧表面也受蜡保护。接下来,制备50质量%氢氟酸的水溶液。在以200rpm搅拌的氢氟酸水溶液中,将结合到蓝宝石衬底的接合衬底100浸没30分钟,从而蚀刻掉作为基础接合膜12的S1J莫并因此剥离作为基础支撑衬底11的莫来石衬底。在由此得到的衬底上,暴露作为基础III族氮化物膜13的基础GaN膜。
[0152]在基础支撑衬底11是铱稳定氧化锆-莫来石衬底的情况下,用表面研磨机研磨作为接合衬底100的基础支撑衬底11的铱稳定氧化锆-莫来石衬底,使得厚度变成40 μ m。接下来,制备直径为3英寸(7.62cm)且厚度为500 μm的蓝宝石衬底(未示出)。在蜡插入这个蓝宝石衬底和接合衬底100的导电支撑衬底50的Si衬底之间的情况下,将Si衬底结合到这个蓝宝石衬底,其外侧表面也受蜡保护。接下来,制备50质量%氢氟酸的水溶液。在以200rpm搅拌的氢氟酸水溶液中,将结合到蓝宝石衬底的接合衬底100浸没8小时,从而蚀刻掉作为基础接合膜12的S12膜并因此剥离作为基础支撑衬底11的莫来石衬底。在由此得到的衬底上,暴露作为基础III族氮化物膜13的基础GaN膜。
[0153]接下来,使用氯气作为蚀刻气体,通过ICP-RIE蚀刻掉作为所得衬底下方的基础III族氮化物膜13的基础GaN膜。
[0154]6.形成第一电极和第二电极
[0155]接下来,参照图9(F),在所得衬底的III族氮化物膜20上,通过光刻形成抗蚀剂掩膜。在这个膜上,应用EB气相沉积,以连续形成厚度为200埃的Ti层、厚度为300埃的Al层、再一个厚度为200埃的Ti层、最后厚度为3000埃的Au层,从而形成从平面图看300 μ mX 5100 μ m的矩形形状的第一电极72。在所得衬底的导电支撑衬底50上,应用EB气相沉积,以连续形成厚度为200埃的Ti层、厚度为300埃的Pt层、厚度为3000埃的Au层,从而形成第二电极75。接下来,使用RTA,在氮气气氛下在250°C下对第一电极72和第二电极75进行退火3分钟。
[0156]将由此得到的SBD结合到UV可固化切割胶带上,使得III族氮化物膜20上形成的第一电极72被向下引导。按照芯片图案,用切割器将作为导电支撑衬底50的Si衬底从其主表面切割至300 μ m的深度。随后,用破碎器破碎被切割部分,使得剩余部分被分开。因此,它被制造成具有400 μ mX 5200 μ m的主表面的SBD芯片。
[0157]用曲线量测仪测量由此得到的SBD芯片。它具有600V或更大的对反向偏置的击穿电压。在正向偏置操作中,可以使5A或更大电流成功流动通过Im
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