氮化镓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，特别是涉及一种氮化镓肖特基二极管及其制备方法。

背景技术：

1、第三代半导体材料的氮化镓是制备功率器件的重要半导体材料，它具有更大的禁带宽度和更高的击穿电场，可制造出高耐压、大电流和高稳定性的器件。垂直氮化镓基肖特基二极管，因其具有高耐压、高工作频率和低反向漏电流等一系列的优异性能，引起了人们的高度重视，并广泛应用在功率器件和射频器件领域。在功率器件的应用中，二极管的整流特性是必不可少的。为了实现更低的导通电压，通常采用肖特基势垒二极管(sbd)，因为其导通电压低于1v、远低于pn结二极管(pnd)(>3v)的导通电压，特别是对于宽带隙材料，例如氮化镓和碳化硅构建的二极管。

2、现有的氮化镓垂直二极管目前存在导通电压升高、反向漏电增大以及耐压能力不足的问题。

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氮化镓肖特基二极管及其制备方法，用于解决现有技术中氮化镓垂直二极管导通电压升高和反向漏电增大的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，所述制备方法包括：提供衬底，在所述衬底上形成n型重掺杂gan层；在所述n型重掺杂gan层上形成n型轻掺杂的gan漂移层；在所述gan漂移层中定义器件凸台区，并在所述gan漂移层中刻蚀出自所述器件凸台区朝两侧下沉的倾斜台面；在所述器件凸台区和倾斜台面上形成非晶氧化镓层：在所述器件凸台区上的非晶氧化镓层中形成显露所述gan漂移层的阳极开孔；在所述衬底背面制备阴极；在所述器件凸台区的非晶氧化镓层上和所述阳极开孔中制备阳极。

3、可选地，所述衬底包括氮化镓单晶衬底，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为50微米～500微米；通过金属有机化学气相沉积工艺在所述衬底上形成n型重掺杂的gan层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为8微米～15微米；采用氢化物气相外延工艺、分子束外延工艺或金属有机化学气相沉积工艺在所述n型重掺杂gan层上形成n型轻掺杂的gan漂移层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1016cm-3～5×1016cm-3，厚度为20微米～50微米。

4、可选地，形成倾斜台面包括：在所述gan漂移层上沉积硬掩膜层；在所述硬掩膜层上旋涂光刻胶层，并通过曝光-显影工艺形成显露出器件凸台区两侧的光刻窗口；将所述光刻窗口转移至所述硬掩膜层中；基于所述硬掩膜层，对所述gan漂移层进行cl2变速率干法刻蚀，以在所述gan漂移层中刻蚀出自所述器件凸台区朝两侧下沉的倾斜台面，所述斜面的倾角为40°～60°。

5、可选地，采用等离子增强原子层沉积工艺在所述器件凸台区和倾斜台面上形成非晶氧化镓层，所述非晶氧化镓层的厚度为80纳米～120纳米。

6、可选地，采用磁控溅射工艺在所述器件凸台区和倾斜台面上形成非晶氧化镓层，并进行退火工艺以增强所述非晶氧化镓层与所述gan漂移层的结合。

7、可选地，采用磁控溅射工艺或电子束蒸发沉积工艺在所述衬底背面制备阴极，并在氮气的氛围及750℃～850℃下退火30～90秒，以形成欧姆接触，所述阴极包括ti/al/ni/au叠层，其中ti、al、ni、au的厚度分别为20纳米～30纳米、80纳米～120纳米、20纳米～30纳米和40纳米～80纳米。

8、可选地，制备阳极包括：在所述非晶氧化镓层上旋涂光刻胶层；通过曝光-显影工艺在所述光刻胶层中形成显露所述器件凸台区的光刻窗口；采用磁控溅射工艺、热蒸发工艺或者电子束蒸发工艺在所述器件凸台区和所述光刻胶层上形成阳极金属；通过金属剥离工艺去除所述光刻胶层上方的阳极金属，以在所述器件凸台区和所述阳极开孔中形成阳极，所述阳极包括ni/au叠层，其中ni、au的厚度分别为15纳米～25纳米和40纳米～80纳米。

9、本发明还提供一种氮化镓肖特基二极管，包括：衬底；n型重掺杂gan层，设置在所述衬底上；n型轻掺杂的gan漂移层，设置在所述n型重掺杂gan层上，所述gan漂移层包括器件凸台区以及自所述器件凸台区朝两侧下沉的倾斜台面；非晶氧化镓层，设置在所在所述器件凸台区和倾斜台面上，所述器件凸台区上的非晶氧化镓层中设置有显露所述gan漂移层的阳极窗口；阳极，设置在所述器件凸台区的非晶氧化镓层上和所述阳极开孔中；阴极，设置在所述衬底背面并与所述衬底形成欧姆接触。

10、可选地，所述衬底包括氮化镓单晶衬底，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为50微米～500微米；通过金属有机化学气相沉积工艺在所述衬底上形成n型重掺杂的gan层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为8微米～15微米；采用氢化物气相外延工艺、分子束外延工艺或金属有机化学气相沉积工艺在所述n型重掺杂gan层上形成n型轻掺杂的gan漂移层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1016cm-3～5×1016cm-3，厚度为20微米～50微米。

11、可选地，所述斜面的倾角为40°～60°。

12、可选地，所述非晶氧化镓层的厚度为80纳米～120纳米。

13、可选地，所述阴极包括ti/al/ni/au叠层，其中ti、al、ni、au的厚度分别为20纳米～30纳米、80纳米～120纳米、20纳米～30纳米和40纳米～80纳米，所述阳极包括ni/au叠层，其中ni、au的厚度分别为15纳米～25纳米和40纳米～80纳米。

14、如上所述，本发明提出了一种具有非晶氧化镓层的氮化镓肖特基二极管及其制备方法，通过在阳极金属与氮化镓之间生长非晶氧化镓层，并在非晶氧化镓层刻蚀出开孔以制备阳极，本发明具有以下有益效果：

15、1)本发明的具有非晶氧化镓层的氮化镓肖特基二极管，通过非晶氧化镓层屏蔽肖特基结，可以避免在高电场下存在由于镜像力引起的肖特基势垒降低和反向漏电的问题，使得本发明的氮化镓肖特基二极管具有较稳定的开启电压，同时可以缓解阳极周围的电场集中，提高器件的击穿电压以及减小反向漏电。

16、2)本发明利用等离子增强原子层沉积工艺(peald)生长非晶氧化镓层，相比于传统工艺形成sio2、al2o3等介质层材料，等离子增强原子层沉积工艺(peald)生长非晶氧化镓层可以大幅度减小器件的厚度及大小，简化制备过程，降低生产成本。

17、3)本发明的非晶氧化镓层与氮化镓之间具有更好的晶格适配，可以提高非晶氧化镓与氮化镓的结合能力，从而更好的发挥非晶氧化镓层提高器件耐压的效果。

技术特征：

1.一种氮化镓肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的氮化镓肖特基二极管的制备方法，其特征在于：所述衬底包括氮化镓单晶衬底，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为50微米～500微米；通过金属有机化学气相沉积工艺在所述衬底上形成n型重掺杂的gan层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为8微米～15微米；采用氢化物气相外延工艺、分子束外延工艺或金属有机化学气相沉积工艺在所述n型重掺杂gan层上形成n型轻掺杂的gan漂移层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1016cm-3～5×1016cm-3，厚度为20微米～50微米。

3.根据权利要求1所述的氮化镓肖特基二极管的制备方法，其特征在于：形成倾斜台面包括：

4.根据权利要求1所述的氮化镓肖特基二极管的制备方法，其特征在于：采用等离子增强原子层沉积工艺在所述器件凸台区和倾斜台面上形成非晶氧化镓层，所述非晶氧化镓层的厚度为80纳米～120纳米。

5.根据权利要求1所述的氮化镓肖特基二极管的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射工艺在所述器件凸台区和倾斜台面上形成非晶氧化镓层，并进行退火工艺以增强所述非晶氧化镓层与所述gan漂移层的结合。

6.根据权利要求1所述的氮化镓肖特基二极管的制备方法，其特征在于：制备阳极包括：

7.一种氮化镓肖特基二极管，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的氮化镓肖特基二极管，其特征在于：所述衬底包括氮化镓单晶衬底，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为50微米～500微米；通过金属有机化学气相沉积工艺在所述衬底上形成n型重掺杂的gan层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1018cm-3～5×1018cm-3，厚度为8微米～15微米；采用氢化物气相外延工艺、分子束外延工艺或金属有机化学气相沉积工艺在所述n型重掺杂gan层上形成n型轻掺杂的gan漂移层，其掺杂剂为硅，掺杂浓度为2×1016cm-3～5×1016cm-3，厚度为20微米～50微米。

9.根据权利要求7所述的氮化镓肖特基二极管，其特征在于：所述斜面的倾角为40°～60°。

10.根据权利要求7所述的氮化镓肖特基二极管，其特征在于：所述非晶氧化镓层的厚度为80纳米～120纳米。

技术总结
本发明提供一种氮化镓肖特基二极管及其制备方法，制备方法包括：在衬底上形成n型重掺杂GaN层；在n型重掺杂GaN层上形成n型轻掺杂的GaN漂移层；在GaN漂移层中定义器件凸台区，并在GaN漂移层中刻蚀出自器件凸台区朝两侧下沉的倾斜台面；在器件凸台区和倾斜台面上形成非晶氧化镓层：在器件凸台区上的非晶氧化镓层中形成显露GaN漂移层的阳极开孔；在衬底背面制备阴极；在器件凸台区的非晶氧化镓层上和阳极开孔中制备阳极。本发明的氮化镓肖特基二极管具有较稳定的开启电压，同时可以缓解阳极周围的电场集中，提高器件的击穿电压以及减小反向漏电。

技术研发人员：韩甲俊,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：2024/2/21