一种高频肖特基二极管及其制备方法与流程

1.本技术属于半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种高频肖特基二极管及其制备方法。


背景技术：

2.肖特基二极管，属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短，正向导通压降仅0.4v左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。
3.随着倍频器、混频器等电路工作频率的提高，肖特基二极管的阳极直径需要减小到1微米以下，以减小结电容提升截止频率，如图1所示。但是传统的肖特基二极管面临“边缘效应”的影响，导致击穿。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种高频肖特基二极管及其制备方法，能够较容易实现肖特基二极管寄生电容小，击穿电压高，提高工作频率和耐受功率，有效提升二极管器件的成品率和一致性。
5.本技术是通过如下技术方案实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种高频肖特基二极管的制备方法，包括：
7.在重掺杂半导体层上制备轻掺杂半导体层；所述轻掺杂半导体层的第一预设掺杂浓度低于所述重掺杂半导体层的第二预设掺杂浓度；
8.在所述轻掺杂半导体层上制备导电层，所述导电层的宽度小于所述轻掺杂半导体层的宽度；
9.在所述轻掺杂半导体层上表面和所述导电层上表面制备预设形状的钝化层，所述钝化层未覆盖所述导电层的中部区域；
10.对所述导电层进行湿法腐蚀，形成保护环，露出部分所述轻掺杂半导体层；
11.在所述轻掺杂半导体层的露出部分制备第一电极，所述第一电极、所述钝化层、所述保护环和所述轻掺杂半导体层之间形成空气腔；
12.在所述重掺杂半导体层下表面形成第二电极。
13.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述在所述轻掺杂半导体层上表面和所述导电层上表面制备预设形状的钝化层，包括：
14.在所述轻掺杂半导体层上表面和所述导电层上表面制备钝化层，所述钝化层包覆所述导电层；
15.在所述钝化层上表面的外侧制备预设图案的介质掩膜层，所述介质掩膜层未覆盖所述钝化层的中部区域
16.对所述钝化层进行刻蚀，形成所述预设形状的钝化层。
17.在第一方面的一种可能的实现方式中，制备完所述第一电极后，去除所述介质掩膜层。
18.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述对所述导电层进行湿法腐蚀，形成保护环，包括：
19.通过预设温度、预设浓度的腐蚀液，对所述导电层进行湿法腐蚀，去除所述导电层的目标区域的部分，形成所述保护环；其中，在所述导电层的厚度方向的投影上，所述钝化层的开口区域位于所述目标区域中，所述开口区域与所述导电层的中部区域对应。
20.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述保护环的宽度小于所述预设形状的钝化层的宽度；
21.所述保护环的内侧与所述第一电极的第一横向距离小于所述预设形状的钝化层的内侧与所述第一电极的第二横向距离。
22.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述导电层的材料为金属或多晶硅。
23.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述导电层厚度范围为1纳米～1微米。
24.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一电极的直径范围为10纳米-10微米。
25.在第一方面的一种可能的实现方式中，具有所述第一预设掺杂浓度的所述轻掺杂半导体用于形成阳极肖特基接触；
26.具有所述第二预设掺杂浓度的所述重掺杂半导体用于形成阴极欧姆接触。
27.第二方面，本技术实施例提供了一种高频肖特基二极管，包括：
28.重掺杂半导体层；
29.轻掺杂半导体层，形成于所述重掺杂半导体层上表面，所述轻掺杂半导体层的第一预设掺杂浓度低于所述重掺杂半导体层的第二预设浓度；
30.保护环，形成于所述轻掺杂半导体层上表面，且所述保护环的外侧边缘与所述轻掺杂半导体层的外侧边缘之间具有预设距离；
31.钝化层，形成于所述轻掺杂半导体层靠近边缘的部分上和所述保护环上，且所述钝化层的内侧边缘超过所述保护环的内侧边缘；
32.第一电极，形成于所述轻掺杂半导体层的露出部分之上，所述第一电极位于所述保护环中且不与所述保护环接触，所述第一电极、所述钝化层、所述保护环和所述轻掺杂半导体层围成空气腔；
33.第二电极，形成于所述重掺杂半导体层下表面。
34.可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
35.本技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
36.本技术实施例，通过对钝化层、保护环和第一电极的制备，实现了保护环、空气腔和第一电极的自对准，能够较容易实现寄生电容小，击穿电压高的肖特基二极管，提高工作频率和耐受功率，有效提升二极管器件的成品率和一致性。
37.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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。
39.图1是本技术一实施例提供的传统肖特基二极管结构示意图；
40.图2是本技术一实施例提供的高频肖特基二极管的制备方法的示意性流程图；
41.图3是本技术一实施例提供的重掺杂半导体层和轻掺杂半导体层的初始效果图；
42.图4是本技术一实施例提供的正面溅射导电层的效果图；
43.图5是本技术一实施例提供的导电层上沉淀钝化层的效果图；
44.图6是本技术一实施例提供的湿法腐蚀形成保护环的效果图；
45.图7是本技术一实施例提供的溅射法制备第一电极形成空气腔的效果图；
46.图8是本技术一实施例提供的制备第二电极的效果图；
47.图9是图8中高频肖特基二极管a-a处的截面图。
具体实施方式
48.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，以便透彻理解本技术实施例。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技术。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技术的描述。
49.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
50.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
51.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0052]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0053]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0054]
对于传统的肖特基二极管面临“边缘效应”的影响，导致击穿的问题，本发明采用保护环结构可以削弱电场尖峰，抑制“边缘效应”。
[0055]
并且对于阳极直径亚微米级的肖特基二极管器件的阳极与保护环之间的对准难以实现，且钝化层的存在会增加阳极与保护环之间的寄生电容，影响截止频率的问题，本发明采用空气腔减小寄生电容，提高工作频率。
[0056]
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0057]
图2是本技术一实施例提供的高频肖特基二极管的制备方法的示意性流程图，参照图2，对该高频肖特基二极管的制备方法的详述如下：
[0058]
在步骤101中，在重掺杂半导体层上制备轻掺杂半导体层。
[0059]
如图3所示，在重掺杂半导体层201上制备轻掺杂半导体层202。其中，轻掺杂半导体层202的第一预设掺杂浓度低于重掺杂半导体层201的第二预设掺杂浓度。
[0060]
在一种实施例中，具有第一预设掺杂浓度的轻掺杂半导体202用于形成阳极肖特基接触；具有第二预设掺杂浓度的重掺杂半导体201用于形成阴极欧姆接触。
[0061]
示例性的，重掺杂半导体201和轻掺杂半导体202可以为si、ge、gesi、gaas、inp、gan、aln、inn、sic、zno、ga2o3或金刚石等半导体的体掺杂，轻掺杂半导体的浓度较低以利于形成阳极肖特基接触，重掺杂半导体的浓度较高以利于形成阴极欧姆接触。
[0062]
在步骤102中，在轻掺杂半导体层上制备导电层。
[0063]
如图4所示，在轻掺杂半导体层202上制备导电层203。其中，导电层203的宽度小于轻掺杂半导体层202的宽度。
[0064]
在一种实施例中，导电层203的材料为金属或多晶硅。
[0065]
在一种实施例中，正面溅射的导电层203厚度范围为1纳米～1微米。
[0066]
在步骤103中，在轻掺杂半导体层上表面和导电层上表面制备预设形状的钝化层，钝化层未覆盖导电层的中部区域。
[0067]
在一种实施例中，步骤103可以包括：
[0068]
在轻掺杂半导体层202上表面和导电层203上表面制备钝化层204，钝化层204包覆导电层203，如图5中的(a)所示。之后，在钝化层204上表面的外侧制备预设图案的介质掩膜层205，介质掩膜层205未覆盖钝化层204的中部区域，如图5中的(b)所示。对钝化层204进行刻蚀，形成预设形状的钝化层204，将导电层203的中部区域裸露出来，如图5中的(c)所示。
[0069]
示例性的，沉淀的钝化层204可以采用sin、sio2、aln、hfo、nio等半导体工艺中常见到的介质材料。
[0070]
示例性的，在钝化层204上刻蚀形成阳极孔(即如图5所示钝化层204中部的开口区域)，本方法适用的阳极孔直径在10纳米-10微米范围，阳极孔直径即为第一电极(阳极)的尺寸。对钝化层204的刻蚀可以采用icp干法实现，钝化层204刻蚀之后，保留光刻胶。
[0071]
在步骤104中，对导电层进行湿法腐蚀，形成保护环，露出部分轻掺杂半导体层。
[0072]
在一些实施例中，步骤104可以包括：通过预设温度、预设浓度的腐蚀液，对导电层203进行湿法腐蚀，去除导电层203的目标区域的部分，形成所述保护环2031；其中，在导电层203的厚度方向的投影上，钝化层204的开口区域位于导电层203的目标区域中，开口区域与导电层203的中部区域对应，如图6所示。
[0073]
示例性的，腐蚀过程采用湿法慢速腐蚀实现，预设温度、预设浓度的腐蚀液选择低温、低浓度腐蚀液，具体温度和浓度根据实际情况选择。
[0074]
示例性的，通过预设深度的横向腐蚀，在导电层203的厚度方向的投影上，使得导
电层203的目标区域大于钝化层204的开口区域。
[0075]
在步骤105中，在轻掺杂半导体层的露出部分制备第一电极，第一电极、钝化层、保护环和轻掺杂半导体层之间形成空气腔207。
[0076]
在一种实施例中，制备完第一电极206后，去除介质掩膜层205，如图7中的(a)和(b)所示。其中，第一电极206为阳极。
[0077]
在一种实施例中，保护环2031的宽度小于预设形状的钝化层204的宽度。保护环2031的内侧与第一电极206的第一横向距离小于预设形状的钝化层204的内侧与第一电极206的第二横向距离。
[0078]
示例性的，钝化层204下方靠近阳极孔的导电层203由于横向腐蚀被去除，形成空气腔207。利用步骤103刻蚀钝化层204的光刻，进行了钝化层204的刻蚀、保护环2031的制备，以及第一电极206的溅射，实现了保护环2031、空气腔207、第一电极206的自对准。同时，空气207腔利用空气介电常数低的特点，减小了阳极的寄生电容，同时，由于减小了阳极和介质之间的接触，也会对泄漏电流起到减小作用。因此空气腔207减小寄生电容的同时，减小了泄漏电流。
[0079]
在一种实施例中，第一电极206的直径范围为10纳米-10微米。
[0080]
在步骤106中，在重掺杂半导体层下表面形成第二电极。
[0081]
如图8所示，在重掺杂半导体层201的下表面形成第二电极208。其中，第二电极208为阴极，制备于材料背面，形成纵向结构。
[0082]
上述高频肖特基二极管的制备方法，通过采用保护环结构，能够提高肖特基二极管的击穿电压和耐受功率。通过湿法腐蚀制备保护环，实现第一电极(阳极)、保护环以及空气腔的自对准，有效提升二极管器件的成品率和一致性。第一电极(阳极)与保护环之间存在一个空气腔，有利于减小寄生电容和泄漏电流，能够提高肖特基二极管的工作频率。
[0083]
本技术实施例还提供了一种高频肖特基二极管，参见图8和图9，该氧化镓二极管器件，包括：重掺杂半导体层201、轻掺杂半导体层202、保护环2031、钝化层204、第一电极206和第二电极208。
[0084]
轻掺杂半导体层202形成于重掺杂半导体层201上表面，轻掺杂半导体层202的第一预设掺杂浓度低于重掺杂半导体层201的第二预设浓度。保护环2031形成于轻掺杂半导体层202上表面，且保护环2031的外侧边缘与轻掺杂半导体层202的外侧边缘之间具有预设距离。钝化层204形成于轻掺杂半导体层202靠近边缘的部分上和保护环2031上，且钝化层204的内侧边缘超过保护环2031的内侧边缘。第一电极206形成于轻掺杂半导体层202的露出部分之上，第一电极206位于保护环2031中且不与保护环2031接触，第一电极206、钝化层204、保护环2031和轻掺杂半导体202层围成空气腔207。第二电极208形成于重掺杂半导体层201下表面。
[0085]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0086]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。