一种多级沟槽自保护肖特基二极管器件及制作方法与流程

本发明属于半导体器件，具体涉及一种多级沟槽自保护肖特基二极管器件单元结构及其制作方法。

背景技术：

1、在宽禁带半导体材料中，ga2o3具有4.8ev的禁带宽度、8mv/cm的理想击穿电场强度和高达3400的bfom值，大约是gan的4倍，sic的10倍。因此在如今具有更高功率密度以及更低功耗需求的电力电子应用中，ga2o3材料具有更为重大的研究意义以及更为广阔的市场应用前景。与n型掺杂的容易程度相反，目前还没有在ga2o3中成功实现p型掺杂的报导，这使得ga2o3相较于可进行双极型掺杂的材料而言在双极型功率器件中的应用受到限制。由于氧化镓缺乏有效的p型半导体，因而它无法像sic、gan一样做成常规体内注入或者外延p型半导体的肖特基二极管。目前为了减小ga2o3肖特基二极管反向漏电流，器件只能够做成鳍式结构，利用场板的特点分散肖特基界面的电场，使电场沿着场板分布。当器件工作在正向导通时，电流先沿着鳍型外延导通再流向体内，最后达到阴极。虽然该结构能实现一定的耐压和正向导通，但存在明显的缺点，首先对场板的绝缘介质的质量和厚度有很高的要求，质量差的绝缘介质和不恰当的厚度都会使场板某处电场过大和引起可靠性失效，其次正向导通时，由于鳍型宽度有限电流通过鳍型外延时，电流导通路径无法扩展，因而增加了导通电阻，最后器件因不能电导调制，在高浪涌电流下，器件很容易失效，在功率电路中运用范围有限。所以需要进一步开发导通电阻小、耐压高、抗浪涌能力强的肖特基二极管。

2、为了实现减小导通电阻、降低金属-半导体界面的电场和提高抗浪涌额能力，在ga2o3外延层上引入了nio等p型氧化物势垒层，制作了平面异质结型势垒肖特基二极管(jbs，junction barrier schottky diode)。研究发现异质结势垒可以有效地屏蔽部分电场，从而可以提高器件电压能力，平面型肖特基二极管电流具有更宽的导通路径，因而具有更小的导通电阻，异质结可以在一定的正向电压下开启，因而具有电导调制效应，具备抗浪涌能力。然而，由于p型氧化物势垒层在氧化镓外延表面上，在反向阻断状态下耗尽区扩展不够，电场屏蔽的能力有限，金属-半导体界面的电场依旧很强，随着反向电压的增加漏电流显著增加，严重影响肖特基接触的稳定性，对器件长期工作的可靠性影响很大。并且在正向导通时，异质结开启电压较大，通常电导调制效应比较慢，器件面临失效的风险增加，另一方面ga2o3垂直型器件通常选用的晶面是(001)，而ga2o3载流子最大迁移率晶面是(010)，因而平面型器件无法发挥最优晶面的特性。

技术实现思路

1、针对现有技术中氧化镓平面异质结型势垒肖特基二极管存在的器件反向偏置时表面电场依然较大，正向导通时电导调制效应较慢以及无法发挥ga2o3最优面特性的不足，本发明的目的在于提供一种低表面电场、电导调制效应快和使用ga2o3最优面的新型氧化镓肖特基二极管器件单元结构，以制作高耐压、大电流、高可靠性的氧化镓sbd器件。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

3、本发明提供一种多级沟槽自保护肖特基二极管器件，包括：氧化镓衬底，位于所述氧化镓衬底上侧的氧化镓外延层，所述氧化镓外延层上部设有多级沟槽，所述多级沟槽包括m≥2级子沟槽，第一级子沟槽至第m级子沟槽的开口距离依次缩小，所述氧化镓外延层表面与所述多级沟槽底部设有高阻区，所述多级沟槽表面沉积有肖特基金属，所述肖特基金属与所述氧化镓外延层形成肖特基接触，所述肖特基金属与所述高阻区形成欧姆接触。

4、进一步的，所述高阻区为p型氧化物沉积制得。

5、更进一步的，所述p型氧化物为nio、cu2o中的一种。

6、进一步的，所述高阻区为所述多级沟槽底部氧化镓外延层通过离子注入形成。

7、更进一步的，所述离子注入的元素为n、mg中的一种。

8、进一步的，所述肖特基接触部分位于所述多级沟槽侧壁，部分位于所述多级沟槽底部。

9、进一步的，所述高阻区部分为p型氧化物沉积制得，部分为所述多级沟槽底部氧化镓外延层通过离子注入形成。

10、进一步的，所述氧化镓衬底底侧沉积有阴极金属。

11、进一步的，所述肖特基金属表面沉积有绝缘介质形成的钝化层。

12、本发明还提供上述多级沟槽自保护肖特基二极管器件的制作方法，包括以下步骤：

13、刻蚀所述氧化镓外延层，形成包括m级子沟槽的多级沟槽；

14、在所述氧化镓外延层表面与所述多级沟槽底部形成高阻区；

15、在所述多级沟槽表面沉积肖特基金属，与所述氧化镓外延层形成肖特基接触，与所述高阻区形成欧姆接触。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

17、本发明外延层采用多级沟槽结构，在沟槽底部和外延层表面设置高阻区，与外延层构成异质结，形成的异质结势垒可以屏蔽反向电场，减小器件的漏电流；器件正向导通时多个侧壁二极管可以同时导通，减小了导通电阻，并且电流主要通过侧壁流通，实际中选取迁移率最高的晶向[010]，有利于降低器件的导通电阻；电流流经沟槽下方的高阻区，在该处与表面的电极形成电势差，有利于异质结提前开启，提高了器件的抗浪涌能力，增强了电导调制效应。

技术特征：

1.一种多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，包括：氧化镓衬底，位于所述氧化镓衬底上侧的氧化镓外延层，所述氧化镓外延层上部设有多级沟槽，所述多级沟槽包括m≥2级子沟槽，第一级子沟槽至第m级子沟槽的开口距离依次缩小，所述氧化镓外延层表面与所述多级沟槽底部设有高阻区，所述多级沟槽表面沉积有肖特基金属，所述肖特基金属与所述氧化镓外延层形成肖特基接触，所述肖特基金属与所述高阻区形成欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述高阻区为p型氧化物沉积制得。

3.根据权利要求2所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述p型氧化物为nio、cu2o中的一种。

4.根据权利要求1所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述高阻区为所述多级沟槽底部氧化镓外延层通过离子注入形成。

5.根据权利要求4所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述离子注入的元素为n、mg中的一种。

6.根据权利要求1所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述肖特基接触部分位于所述多级沟槽侧壁，部分位于所述多级沟槽底部。

7.根据权利要求1所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述高阻区部分为p型氧化物沉积制得，部分为所述多级沟槽底部氧化镓外延层通过离子注入形成。

8.根据权利要求1所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述氧化镓衬底底侧沉积有阴极金属。

9.根据权利要求1所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件，其特征在于，所述肖特基金属表面沉积有绝缘介质形成的钝化层。

10.权利要求1～9任一项所述的多级沟槽自保护肖特基二极管器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种多级沟槽自保护肖特基二极管器件，包括：氧化镓衬底，位于所述氧化镓衬底上侧的氧化镓外延层，所述氧化镓外延层上部设有多级沟槽，所述多级沟槽包括M≥2级子沟槽，第一级子沟槽至第M级子沟槽的开口距离依次缩小，所述氧化镓外延层表面与所述多级沟槽底部设有高阻区，所述多级沟槽表面沉积有肖特基金属，所述肖特基金属与所述氧化镓外延层形成肖特基接触，所述肖特基金属与所述高阻区形成欧姆接触。本发明的肖特基二极管器件具有低表面电场，电导调制效应快，能够制作高耐压、大电流、高可靠性的氧化镓SBD器件。

技术研发人员：袁俊,徐东,彭若诗,郭飞,王宽,魏强民,黄俊,杨冰,吴畅
受保护的技术使用者：湖北九峰山实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13