GaN基垂直型肖特基二极管及其制备方法与流程

本发明属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种gan基垂直型肖特基二极管及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，宽禁带半导体——氮化镓(gan)因其优越的材料性能，广泛应用在功率和射频器件应用领域。垂直肖特基二极管，因具有良好的性能，引起了人们高度重视并广泛应用。该二极管的主要特点为：1)开启电压低，损耗低；2)易于设计，可以大幅简化电路。

2、然而，现有的垂直氮化镓肖特基二极管也存在明显的缺陷：1)耐压能力不足；2)反向加压时，容易产生较大的漏电流。

3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种gan基垂直型肖特基二极管及其制备方法，用于解决现有技术中氮化镓肖特基二极管耐压低和反向漏电流较大的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，包括：1)提供n型衬底；2)在所述n型衬底上形成n型gan漂移层；3)在所述n型gan漂移层中刻蚀出多个隔离槽结构，以隔离出多个n型gan漂移区；4)在所述n型gan漂移区的周侧注入第一缺陷离子和第二缺陷离子，以在所述n型gan漂移区的周侧形成高阻区，所述第一缺陷离子包括c离子和n离子中的一种或两种，所述第二缺陷离子包括he离子；5)在所述n型gan漂移区上形成阳极，在所述n型衬底的底面形成阴极。

3、可选地，步骤4)包括：4-1)在所述n型gan漂移区上形成遮挡层，在所述遮挡层中对应所述n型gan漂移区的周侧处形成注入窗口；4-2)在所述注入窗口依次注入所述第一缺陷离子和所述第二缺陷离子，以在所述n型gan漂移区的周侧形成高阻区；4-3)去除所述遮挡层。

4、可选地，在所述n型gan漂移区的周侧依次注入所述第一缺陷离子和所述第二缺陷离子包括：进行第一次离子注入，注入离子为所述第一缺陷离子，注入能量为180kev～220kev，注入剂量为大于或等于3e15cm-2；进行第二次离子注入，注入离子为所述第二缺陷离子，注入能量为130kev～170kev，注入剂量为大于或等于3e15cm-2；进行第三次离子注入，注入离子为所述第一缺陷离子，注入能量为130kev～170kev，注入剂量为大于或等于2e15cm-2；进行第四次离子注入，注入离子为所述第二缺陷离子，注入能量为50kev～60kev，注入剂量为大于或等于2e15cm-2。

5、可选地，在所述n型gan漂移区的周侧形成高阻区后，在200℃～500℃下退火0.5小时～3小时，以修复离子注入所造成的损伤。

6、可选地，所述高阻区的深度为300纳米～500纳米，宽度为15微米～50微米。

7、可选地，所述高阻区的深度小于所述隔离槽结构的深度。

8、可选地，所述阳极的外边缘不超过所述高阻区的外边缘。

9、可选地，步骤2)在所述n型衬底上形成n型gan漂移层的方法包括氢化物气相外延工艺、分子束外延工艺及金属有机化学气相沉积工艺中的一种，所述n型gan漂移层的厚度范围为15微米～40微米。

10、本发明还提供一种gan基垂直型肖特基二极管，所述gan基垂直型肖特基二极管包括：n型衬底；n型gan漂移层，所述n型gan漂移层背离n型衬底的一面具有隔离槽结构，以形成n型gan漂移区；高阻区，形成在所述n型gan漂移区的周侧，所述高阻区通过第一缺陷离子和第二缺陷离子注入形成，所述第一缺陷离子包括c离子和n离子中的一种或两种，所述第二缺陷离子包括he离子；阳极，形成在所述n型gan漂移区上；阴极，形成在所述n型衬底的底面。

11、可选地，所述高阻区的深度为300纳米～500纳米，宽度为15微米～50微米。

12、可选地，所述高阻区的深度小于所述隔离槽结构的深度。

13、可选地，所述阳极的外边缘不超过所述高阻区的外边缘。

14、可选地，所述n型衬底的厚度范围为200微米～400微米，所述n型gan漂移层的厚度范围为15微米～40微米。

15、如上所述，本发明提供了一种双离子注入终端的gan基垂直型肖特基二极管及其制备方法，具有以下有益效果：

16、本发明提出了一种gan基垂直型肖特基二极管及其制备方法，在所述n型gan漂移区的周侧注入第一缺陷离子和第二缺陷离子，所述第一缺陷离子包括c离子和n离子中的一种或两种，所述第二缺陷离子包括he离子，以在所述n型gan漂移区的周侧形成高阻区，具有以下优点：

17、1)本发明采用离子注入的方式形成终端高阻区，终端高阻区的工艺稳定性好且性能可控性高。

18、2)he离子与c离子或n离子可在注入区域(阳极下方电场拥挤区域)形成高阻区，从而有效地分散电场，使得肖特基二极管可以承受较高的反向电压。

19、3)在常温下，器件处于较小的反向偏压时，漏电流主要是由热电子发射(te)和可变范围跳跃(vrh)模型主导，在高反向偏压下，在原本he离子注入的基础上再增加注入c离子或n离子可引入更多缺陷，使漏电流优先占据缺陷，从而减小反向高压下的漏电，提高器件的耐压水平。

技术特征：

1.一种gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于，步骤4)包括：

3.根据权利要求2所述的gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于：在所述注入窗口依次注入第一缺陷离子和第二缺陷离子包括：

4.根据权利要求1所述的gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于：在所述n型gan漂移区的周侧形成高阻区后，在200℃～500℃下退火0.5小时～3小时，以修复离子注入所造成的损伤。

5.根据权利要求1所述的gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于：所述高阻区的深度为300纳米～500纳米，宽度为15微米～50微米。

6.根据权利要求1所述的gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于：所述高阻区的深度小于所述隔离槽结构的深度。

7.根据权利要求1所述的gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于：步骤2)在所述n型衬底上形成n型gan漂移层的方法包括氢化物气相外延工艺、分子束外延工艺及金属有机化学气相沉积工艺中的一种，所述n型gan漂移层的厚度范围为15微米～40微米。

8.根据权利要求1所述的gan基垂直型肖特基二极管的制备方法，其特征在于：所述阳极的外边缘不超过所述高阻区的外边缘。

9.一种gan基垂直型肖特基二极管，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的gan基垂直型肖特基二极管，其特征在于：所述高阻区的深度为300纳米～500纳米，宽度为15微米～50微米。

11.根据权利要求9所述的gan基垂直型肖特基二极管，其特征在于：所述高阻区的深度小于所述隔离槽结构的深度。

12.根据权利要求9所述的gan基垂直型肖特基二极管，其特征在于：所述阳极的外边缘不超过所述高阻区的外边缘。

技术总结
本发明提供一种GaN基垂直型肖特基二极管及其制备方法，方法包括：1)提供n型衬底；2)在n型衬底上形成n型GaN漂移层；3)在n型GaN漂移层中刻蚀出多个隔离槽结构，以隔离出多个n型GaN漂移区；4)在n型GaN漂移区的周侧注入第一缺陷离子和第二缺陷离子，以在n型GaN漂移区的周侧形成高阻区，第一缺陷离子包括C离子和N离子中的一种或两种，第二缺陷离子包括He离子；5)在n型GaN漂移区上形成阳极，在n型衬底的底面形成阴极。本发明可以有效提高肖特基二极管的反向耐压以及减小反向高压下的漏电。

技术研发人员：王瑞,韩甲俊,李博,敖辉,刘新科,庄文荣
受保护的技术使用者：东莞市中镓半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11