高击穿电压肖特基二极管及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高击穿电压肖特基二极管及制作方法，其自下而上包括衬底(5)、Ga

High breakdown voltage Schottky diode and manufacturing method thereof

The invention discloses a high breakdown voltage Schottky diode and a manufacturing method thereof. The bottom of the Schottky diode comprises a substrate (5) and a Ga

【技术实现步骤摘要】
高击穿电压肖特基二极管及制作方法
本专利技术属于微电子
，特别涉及一种高击穿电压肖特基二极管，可用于高频电路。
技术介绍
肖特基二极管，又称为肖特基势垒二极管，其原理是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结。肖特基二极管的优点主要包括以下两个方面：1)由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，所以其正向导通电压和正向压降都比PN结二极管低；2)由于肖特基二极管是一种多数载流子导电器件，反向恢复电荷非常少，因而不存在少数载流子寿命和反向恢复问题，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。但是，由于肖特基二极管的电场主要集中在肖特基接触的边缘区域，当肖特基接触边缘区域的电场达到材料的击穿场强时，器件就发生击穿，而其余区域的电场小于材料的击穿场强，因此，为了提高肖特基二极管的击穿电压，就必须减小肖特基接触边缘区域的电场，为此人们采用场限环、场板等结构。其中：场限环结构，是先在肖特基边缘形成一层SiO2，在此基础上做一个或多个保护环结构，利用每个环分担压降的方法，降低肖特基接触边缘的电场，从而实现提高反向击穿电压的目的；场板结构，是先在肖特基接触的金属周围淀积一层SiO2，再在SiO2层上淀积一部分板金属，使之与中间部分的金属连接起来，因此SiO2层可以使反偏时集中于易被击穿区域处的部分电力线从半导体表面出发终止于金属场板，有效地降低肖特基接触边缘的电场，从而提高反向击穿电压。以上两种结构虽能有效地提高肖特基二极管的反向击穿特性，但由于场限环和场板结构都引入了介质，势必会引起寄生效应的增强，导致寄生电容增大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种高击穿电压肖特基二极管及制作方法，以在不增大寄生电容的情况下，提高反向击穿电压。本专利技术的技术方案是这样实现的：一，技术原理本专利技术通过在氧化镓外延层中注入氢离子，减弱肖特基二极管反偏时的电场，实现对反向击穿电压的提高。氧化镓属于单斜晶体，禁带宽度约为4.8eV-4.9eV。根据其它宽禁带半导体材料击穿电场与其禁带宽度的关系，预计氧化镓材料的击穿电场可达到8MV/cm，比碳化硅和氮化镓材料的二倍还要多。氧化镓的电子迁移率可达到300cm2/(V·s)，虽然迁移率的数值不高，但是氧化镓具有很高的巴利加优值，非常适合制备功率器件。目前大尺寸低成本氧化镓单晶衬底可以通过浮区法和导模法获得。氧化镓由于其优异的材料特性和易于大规模生产将在下一代功率器件应用方面具有广阔的前景。肖特基二极管的电场主要集中在肖特基接触的边缘区域，当肖特基接触边缘区域的电场达到材料的击穿场强时，器件就发生击穿，而其余区域的电场均小于材料的击穿场强，也就是说通过降低反偏时肖特基接触边缘区域电场，就可以提高肖特基二极管的击穿电压，为此，本专利技术利用肖特基接触边缘区域到欧姆接触之间电场非均匀分布时，越接近肖特基接触边缘，电场强度越强，随着距离的增加电场非线性变弱的特点，应用离子注入在肖特基接触与欧姆接触之间的区域注入多个宽度相等的H+区域，当肖特基反向偏置时，由于H+对带负电电子的吸引作用，使得肖特基接触边缘的电子浓度有所减小，降低电场强度，提高肖特基二极管反向击穿电压，由肖特基接触至欧姆接触的H+离子注入区依次命名第一H+离子注入区、第二H+离子注入区......，以此类推。其中，第一个H+离子注入区位于肖特基接触边缘的正下方，第二个H+离子注入区与第一个H+离子注入区之间的距离为0.5μm～0.8μm，其余H+离子注入区域之间的距离随着远离肖特基接触区域依次增加，使得欧姆接触与肖特基接触之间的电场大致相等，进一步实现对电场的调制作用，提高器件的反向击穿电压。二.实现方案根据上述原理本专利技术的高击穿电压肖特基二极管，自下而上包括衬底、Ga2O3外延层、低掺杂n型Ga2O3薄膜和钝化层，钝化层的中设置圆形金属阳极和环状金属阴极，该环状金属阴极的环心与圆形金属阳极的圆心在同一点，且环状金属阴极的下面为硅离子注入区，圆形金属阳极与低掺杂n型Ga2O3薄膜形成肖特基接触，环状金属阴极与硅离子注入区形成欧姆接触，其特征在于：Ga2O3外延层与低掺杂n型Ga2O3薄膜之间设有用于调节电子浓度的多个H+注入区，这些H+注入区的之间的间距随着远离肖特基接触区域依次增加，增加的范围为0.5um～1.0um，且第一个H+注入区域紧挨肖特基接触边缘，最后一个H+注入区域距离金属阴极内环边缘的距离大于1μm；每个H+离子注入区域的浓度大于5×1018cm-3；每个H+注入区域的宽度为2-3um；每个H+注入区的深度为20～50μm。根据上述原理本专利技术的高击穿电压肖特基二极管制作方法，包括如下步骤：1)对在衬底上已经外延生长了Ga2O3层的样品进行有机清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中进行腐蚀30-60s，再用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；2)将吹干后的样品放入PECVD设备中淀积厚度为50nm的SiO2掩膜；3)将淀积完SiO2掩膜的样品进行光刻，形成离子注入区，再放入离子注入反应室中进行两次硅离子注入，将进行硅离子注入后样品放入退火炉中，在氮气气氛中进行温度为1000℃，时间为30分钟热退火，以对注入硅离子进行激活；4)将完成硅离子激活的样品放入等离子体反应室中去除光刻胶掩膜；5)将去除光刻胶掩膜的样品进行光刻，形成环状阴极区，放入电子束蒸发台中蒸发金属Ti/Au并进行剥离，其中金属Ti厚度为20-50nm，金属Au厚度为100-200nm，最后在氮气环境中进行温度为550℃，时间为60s的快速热退火，以形成阴极欧姆接触电极；6)将完成阴极欧姆接触电极的样品进行光刻，形成离子注入区，然后放入离子注入反应室中进行多个区域H+离子注入，注入能量为150keV，注入剂量为5×1014cm-2；离子注入后将样品放入退火炉中，在氮气气氛中进行温度为400℃，时间为5分钟的热退火，消除注入对材料的损伤；7)将完成H+注入的样品放入BOE溶液中腐蚀5分钟，去除表面的SiO2掩膜；8)将去除SiO2掩膜的样品进行光刻，形成圆形阳极区，再放入电子束蒸发台中蒸发Pt/Ti/Au并进行剥离，形成金属阳极电极，金属Pt的厚度为10-20nm，金属Ti的厚度为20-50nm，金属Au的厚度为100-200nm；9)将完成阳极电极制备的样品放入PECVD反应室淀积厚度为200nm～300nm的SiN钝化膜；10)将完成淀积钝化膜的器件进行清洗、光刻显影，形成SiN薄膜的刻蚀区，并放入ICP干法刻蚀反应室中，将阴极电极和阳极电极面覆盖的SiN薄膜刻蚀掉，形成二极管；11)将二极管进行清洗、光刻、显影，放入电子束蒸发台中淀积金属Ti/Au，对阴极和阳极的电极加厚，其中Ti厚度为20nm，Au厚度为100nm，至此完成整体器件的制备。本专利技术由于在Ga2O3外延层与低掺杂n型Ga2O3薄膜之间设置了多个H+注入区，且这些H+注入区的之间的间距依次增加，使得在肖特基二极管反偏的时候能利用氢离子对阳极附近电子产生吸引作用，减弱电场在阳极金属接触边缘的集聚，实现对电场的调制作用，提高了二极管的反向击穿电压。附图说明图1是本专利技术的剖面结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本专利技术器件的工艺流程图。具体实施方式以下参照附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高击穿电压肖特基二极管，自下而上包括衬底(5)、Ga

【技术特征摘要】
1.一种高击穿电压肖特基二极管，自下而上包括衬底(5)、Ga2O3外延层(3)、低掺杂n型Ga2O3薄膜(4)和钝化层(8)，钝化层(8)的中设置环状金属阴极(1)，环状金属阴极(1)的中间设有圆形金属阳极(2)，且环状金属阴极(1)的下面为硅离子注入区(7)，圆形金属阳极(2)与低掺杂n型Ga2O3薄膜(4)形成肖特基接触，环状金属阴极(1)与硅离子注入区(7)形成欧姆接触，其特征在于：Ga2O3外延层(3)与低掺杂n型Ga2O3薄膜(4)之间设有用于调节电子浓度的多个H+注入区(6)，这些H+注入区的之间的间距随着远离肖特基接触区域依次增加，增加的范围为0.5μm～1.0μm，且第一个H+注入区域紧挨肖特基接触边缘，最后一个H+注入区域距离金属阴极内环边缘的距离大于1μm；每个H+离子注入区域的浓度大于5×1018cm-3；每个H+注入区域的宽度为2-3μm；每个H+注入区的深度为20～50μm。2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：所述第一个与第二个H+注入区域之间距离为0.3～0.5μm，第二个与第三个H+注入区域之间距离为0.8～1.5μm，第三个与第四个H+注入区域之间距离为1.3～2.5μm······，以此类推。3.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：衬底材料包括蓝宝石、MgAl2O4、Ga2O3和MgO；钝化层包括Si3N4、Al2O3、HfO2和HfSiO中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于：Ga2O3外延层的载流子浓度为1014cm-3～1016cm-3，厚度大于1μm；低掺杂nGa2O3型薄膜的载流子浓度1017cm-3～1018cm-3,厚度大于100nm；硅离子注入区的浓度大于2×1019cm-3，注入区的深度大于50nm。5.高击穿电压肖特基二极管的器件结构的制作方法，包括如下步骤：1)对在衬底上已经外延生长了Ga2O3层的样品进行有机清洗后，放入HF:H2O＝1:1的溶液中进行腐蚀30-60s，再用流动的去离子水清洗并用高纯氮气吹干；2)将吹干后的样品放入PECVD设备中淀积厚度为50nm的SiO2掩膜；3)将淀积完SiO2掩膜的样品进行光刻后，放入离子注入反应室中进行两次硅离子注入，将进行硅离子注入后样品放入退火炉中，在氮气气氛中进行温度为1000℃，时间为30分钟热退火，以对注入硅离子进行激活；4)将完成硅离子激活的样品放入等离子体反应室中去除光刻胶掩膜；5)将去除光刻胶掩膜的样品进行光刻后...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯倩，黄璐，韩根全，李翔，邢翔宇，方立伟，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61