專利名稱：肖特基勢(shì)壘二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致上涉及肖特基勢(shì)壘二極管，具體而言涉及具有改進(jìn)的 反向耐受電壓的肖特基勢(shì)壘二極管。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)與硅(Si)相比具有極好的特性。例如，前者具有 是后者大約三倍的帶隙，前者具有是后者的大約IO倍的高擊穿電場(chǎng)強(qiáng) 度，以及前者具有更大的飽和電子速度等。期望GaN同時(shí)產(chǎn)生傳統(tǒng)Si 功率器件幾乎不能達(dá)到的高耐受電壓和小損耗，g卩，低導(dǎo)通電阻。因 而，希望GaN被應(yīng)用于功率器件(功率半導(dǎo)體器件)。
傳統(tǒng)上，已提出了采用GaN襯底的肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)、 pn結(jié)二極管、金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)晶體管和其他的半導(dǎo)體器件 (例如，參見(jiàn)日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)No.2006-100801 (專利文獻(xiàn)l))。傳 統(tǒng)上，功率器件采用了通常以沉積在藍(lán)寶石、碳化硅(SiC)等組份不 同的襯底上的GaN外延層形式的GaN材料。相比較而言，沉積在GaN 襯底上的GaN外延層與沉積在組份不同的襯底上的GaN外延層相比， 具有較低的雜質(zhì)濃度和較低的位錯(cuò)密度。因此，揭示了在GaN襯底上 進(jìn)行GaN外延生長(zhǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)高耐受電壓和低導(dǎo)通電阻的功率器件(例 如，參見(jiàn)Tatsuya TANABE等人，"Epitaxial Growth of GaN on GaN Substrate and Its Application to Power Device" ， SEI Technical Review, No. 170，(非專利文獻(xiàn)1))。
此外，場(chǎng)板(FP)結(jié)構(gòu)被公開(kāi)為一種用于減小或防止集中在功率 器件的電極端部處的電場(chǎng)來(lái)獲得高耐受電壓的結(jié)構(gòu)(例如，參見(jiàn) Yoshiham TAKADA等人，"AlGaN/GaN HEMT power device " ， Toshiba
5Review, Vol. 59， No. 7 (非專利文獻(xiàn)2))。
專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)No. 2006-100801
非專利文獻(xiàn)1: Tatsuya TANABE等人，"Epitaxial Growth of GaN
on GaN Substrate and Its Application to Power Device" ， SEI Technical
Review, No. 170， 2007年1月，pp. 34-39
非專利文獻(xiàn)2: Yoshiharu TAKADA等人，"AlGaN/GaN HEMT
power device" ， Toshiba Review, Vol. 59， No. 7， 2004年7月，pp. 35-38

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題
本發(fā)明進(jìn)一步研究了采用GaN襯底來(lái)獲得高耐受電壓的肖特基勢(shì) 壘二極管。結(jié)果，本發(fā)明人最初明確的是，將場(chǎng)板(FP)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于 例如使用在諸如Si襯底或藍(lán)寶石襯底等組分不同的襯底上沉積的GaN 外延層所制造的SBD，不能獲得小的漏電流。換言之，如果用在組分 不同的襯底上沉積的GaN外延層來(lái)制造SBD，則由于傳統(tǒng)上一般這樣 制作用于功率器件的GaN材料，所以應(yīng)用于該SBD的FP結(jié)構(gòu)沒(méi)有減 輕在肖特基電極的端部處集中的電場(chǎng)，以及不能夠獲得充分有效地減 小的反向漏電流和充分有效地提高的反向耐受電壓。
因此，本發(fā)明主要構(gòu)想允許場(chǎng)板結(jié)構(gòu)減輕集中電場(chǎng)并且因而有效 地獲得提高的反向耐受電壓的肖特基勢(shì)壘二極管。
解決問(wèn)題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明人研究了為什么應(yīng)用于用在組分不同襯底上沉積的GaN外 延層制造SBD的FP結(jié)構(gòu)不能充分有效地減輕電場(chǎng)。結(jié)果，本發(fā)明人 推斷，因?yàn)橹T如Si襯底、藍(lán)寶石襯底這樣的組分不同襯底與GaN具有 不同的晶體結(jié)構(gòu)，所以沉積的GaN外延層具有超過(guò)1 x 108 cn^的高位 錯(cuò)密度，并且因此，本發(fā)明人提出了本發(fā)明，其構(gòu)造如下根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種肖特基勢(shì)壘二極管，包括氮 化鎵襯底，具有主表面；外延層，沉積在主表面上；絕緣層，沉積在 外延層的表面上，并且具有開(kāi)口；肖特基電極，沉積在開(kāi)口中，與外 延層接觸；以及場(chǎng)板電極，連接到肖特基電極，并且還與絕緣層重疊， 其中，氮化鎵襯底具有至多為1 x 10、!!1—2的位錯(cuò)密度。
采用具有至多為l x 108 cm'z的低位錯(cuò)密度的氮化鎵襯底減少了外 延層中的位錯(cuò)。因此，在具有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘二極管中，場(chǎng)板 結(jié)構(gòu)在減小反向漏電流的條件下減輕了電場(chǎng)。結(jié)果，進(jìn)一步減小了反 向漏電流，并且能夠獲得提高的反向耐受電壓?？蓛?yōu)選的是，氮化鎵 襯底具有低位錯(cuò)密度。例如，更可優(yōu)選的是，氮化鎵襯底具有至多為1
x 106011-2的位錯(cuò)密度。注意，在現(xiàn)有技術(shù)中，氮化鎵襯底的位錯(cuò)密度 具有大約為1 x 103^—2的最低極限值。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種肖特基勢(shì)壘二極管，包括 氮化鎵層，具有前表面；絕緣層，其沉積在氮化鎵層的前表面上，并 且具有開(kāi)口；肖特基電極，其沉積在開(kāi)口中，與氮化鎵層接觸；以及
場(chǎng)板電極，其連接到肖特基電極，并且還與絕緣層重疊，其中，氮化 鎵層具有與肖特基電極接觸的區(qū)域，該區(qū)域具有至多為1 x 10Scm々的
位錯(cuò)密度。
氮化鎵襯底在具有至多為1 x 108 cn^的位錯(cuò)密度的區(qū)域處與肖特 基電極接觸。因此，在具有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘二極管中，場(chǎng)板結(jié) 構(gòu)在減小反向漏電流的條件下減輕了電場(chǎng)。結(jié)果，進(jìn)一步減小了反向 漏電流，并且能夠獲得提高的反向耐受電壓?？蓛?yōu)選的是，氮化鎵層 與肖特基電極接觸的區(qū)域具有低位錯(cuò)密度。
如這里所指出的，場(chǎng)板結(jié)構(gòu)是指由絕緣層和沉積在該絕緣層上的 場(chǎng)板電極構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。場(chǎng)板電極電連接到肖特基電極，并且肖特基電 極與場(chǎng)板電極電勢(shì)相等。場(chǎng)板結(jié)構(gòu)減輕了工作時(shí)會(huì)引起器件毀壞的、集中在肖特基電極的端部處的電場(chǎng)，并且因而允許肖特基勢(shì)壘二極管 獲得高耐受電壓和高輸出。絕緣層例如可以由諸如SiNx這樣的材料形 成。
在上述的一個(gè)方面中，肖特基勢(shì)壘二極管可優(yōu)選地進(jìn)一步包括 歐姆電極，其沉積在與主表面相反的后表面上，并且具有下述垂直型 結(jié)構(gòu)，所述垂直型結(jié)構(gòu)允許電流從肖特基電極和歐姆電極中的一個(gè)流 到肖特基電極和歐姆電極中的另一個(gè)。
在上述的另一方面中，肖特基勢(shì)壘二極管可優(yōu)選地進(jìn)一步包括 歐姆電極，其沉積在氮化鎵層的與前表面相反的后表面上，并且具有 下述垂直型結(jié)構(gòu)，所述垂直型結(jié)構(gòu)允許電流從肖特基電極和歐姆電極 中的一個(gè)流到肖特基電極和歐姆電極中的另 一個(gè)。
一般而言，對(duì)于功率器件，垂直型結(jié)構(gòu)可以流過(guò)比橫向型結(jié)構(gòu)更 大的電流，并且垂直型結(jié)構(gòu)是更適合于功率器件的結(jié)構(gòu)。藍(lán)寶石是絕 緣性的，并且采用藍(lán)寶石襯底的功率器件不能提供垂直型結(jié)構(gòu)。根據(jù) 本發(fā)明，氮化鎵襯底和氮化鎵層是導(dǎo)電性的，并且能夠?qū)崿F(xiàn)具有在后 表面處沉積的歐姆電極的垂直型結(jié)構(gòu)。
此外，在上述的一個(gè)方面中，肖特基勢(shì)壘二極管可優(yōu)選地具有絕 緣層和場(chǎng)板電極，所述絕緣層具有面對(duì)開(kāi)口并且相對(duì)于外延層的前表 面傾斜至少0.1°且至多60。的角度的端面，所述場(chǎng)板電極與絕緣層重疊 以與該絕緣層的端面接觸。
在上述的另一方面中，肖特基勢(shì)壘二極管可優(yōu)選地具有絕緣層和 場(chǎng)板電極，所述絕緣層具有面對(duì)開(kāi)口并且相對(duì)于氮化鎵層的前表面傾 斜至少0.1°且至多60°的角度的端面，所述場(chǎng)板電極與絕緣層重疊，以 與該絕緣層的端面接觸。
8絕緣層具有相對(duì)于外延層的表面或氮化鎵層的表面傾斜的端面， 并且場(chǎng)板結(jié)構(gòu)能夠更有效地減輕電場(chǎng)。肖特基勢(shì)壘二極管能夠獲得進(jìn) 一步提高的反向耐受電壓。
較小的傾斜角度允許場(chǎng)板結(jié)構(gòu)更有效地減輕電場(chǎng)并且因而提高耐 受電壓。然而，如果傾斜度具有小于0.1。的角度，則角度的重復(fù)性差， 這在制造時(shí)會(huì)引發(fā)問(wèn)題。此外，相對(duì)于肖特基電極，沒(méi)有流過(guò)電流的 場(chǎng)板電極大。這需要極多的材料，這對(duì)制造是不利的。反之，具有超 過(guò)60。的角度的傾斜度降低了減輕電場(chǎng)的效果。更可優(yōu)選的是，傾斜角
度為至少0.1。且至多30。。絕緣層可以具有通過(guò)濕法蝕刻、干法蝕刻等
而傾斜的端面。
此外，在上述的一個(gè)方面和另一方面中，肖特基勢(shì)壘二極管可優(yōu)
選地具有肖特基電極，所述肖特基電極由包括選自由金(Au)、鉬(Pt)、 鎳(Ni)、鈀(Pd)、鈷(Co)、銅(Cu)、銀(Ag)、鴿(W)和 鈦(Ti)組成的組中的至少一種物質(zhì)的材料形成。由諸如金的這些材料 形成的肖特基電極能夠?qū)崿F(xiàn)低漏電流肖特基電極，并且場(chǎng)板結(jié)構(gòu)減輕 了電場(chǎng)。結(jié)果，減小了反向漏電流并且增加了反向耐受電壓。
此外，在上述的一個(gè)方面和另一方面中，肖特基勢(shì)壘二極管可優(yōu) 選地具有厚度為至少ionm且至多5^im的絕緣層。如果絕緣層具有的 厚度小于10nm，則該絕緣層具有低耐受電壓。因此，絕緣層首先被毀 壞，并且不能得到場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的效果。如果絕緣層具有的厚度超過(guò)5pm， 則不能得到通過(guò)場(chǎng)板結(jié)構(gòu)減輕電場(chǎng)自身。例如，對(duì)于耐受電壓為l kV 的設(shè)計(jì)，絕緣層的厚度更優(yōu)選為至少0.2pm且至多2pm。
此外，在上述的一個(gè)方面和另一方面中，肖特基勢(shì)壘二極管可優(yōu) 選地具有沿著至少lpm且至多l(xiāng)mm的長(zhǎng)度與絕緣層重疊的場(chǎng)板電極。 如果FP長(zhǎng)度小于lpm，則難以控制，并且不能可靠地得到場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的 效果。如果長(zhǎng)度超過(guò)lmm，則不能得到通過(guò)FP結(jié)構(gòu)減輕電場(chǎng)自身。因
9為例如對(duì)于耐受電壓為1 kV的設(shè)計(jì)，耗盡層具有延伸到至少2pm且至 多20pm的寬度，所以該長(zhǎng)度更可優(yōu)選為至少5|im且至多40)nm。
本發(fā)明的效果
本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管允許場(chǎng)板結(jié)構(gòu)減輕集中電場(chǎng)，因此， 能夠減小反向漏電流，并且因而有效地獲得提高的反向耐受電壓。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。 圖2是圖1的肖特基勢(shì)壘二極管的立體圖。
圖3示出制造本發(fā)明的第一實(shí)施例的肖特基勢(shì)壘二極管的方法的 每一個(gè)步驟的流程圖。
圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。
圖5示出制造本發(fā)明的第二實(shí)施例的肖特基勢(shì)壘二極管的方法的 每一個(gè)步驟的流程圖。
圖6是不具有FP結(jié)構(gòu)的SBD的橫截面圖。
圖7是采用藍(lán)寶石襯底的SBD的橫截面圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1、 11:肖特基勢(shì)壘二極管
2: GaN獨(dú)立襯底
2a:前表面
2b:后表面
3: GaN外延層
3a:前表面
3C:區(qū)域 4:絕緣層
4a:端面
5、 6、 25、 36:電極 12: GaN基礎(chǔ)層
1013:支撐襯底 32:藍(lán)寶石襯底 34:絕緣層
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在下面的說(shuō) 明中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或相應(yīng)的部件，并且將不再重復(fù)說(shuō) 明。
第一實(shí)施例
圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。 圖2是圖1肖特基勢(shì)壘二極管的立體圖。如圖1和圖2所示，肖特基
勢(shì)壘二極管(SBD) 1包括用作氮化鎵襯底的GaN獨(dú)立襯底2和用作 外延層的GaN外延層3。 GaN外延層3被沉積在GaN獨(dú)立襯底2的用 作主表面的前表面2a上。SBD l還包括絕緣層4。絕緣層4被沉積在 GaN外延層3的前表面3a上。
SBD 1進(jìn)一步包括電極5和電極6，所述電極5與GaN外延層3 的前表面3a接觸，并且還與絕緣層4重疊，所述電極6與GaN獨(dú)立襯 底2的后表面2b相鄰。絕緣層4具有開(kāi)口，并且電極5被提供在絕緣 層4的開(kāi)口中。電極5例如被形成為在平面中為圓形。
電極5包括肖特基電極和場(chǎng)板(FP)電極。肖特基電極是在絕緣 層4的開(kāi)口內(nèi)部并且與GaN外延層3的前表面3a接觸的部分。FP電 極是與絕緣層4重疊的部分。場(chǎng)板電極和絕緣層4形成場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。此 夕卜，肖特基電極與GaN外延層3合作以提供肖特基結(jié)。電極6是與GaN 獨(dú)立襯底2合作以提供歐姆結(jié)的歐姆電極。
GaN獨(dú)立襯底2具有至多為1 x 10、111—2的位錯(cuò)密度。此外，電極 5 (即，肖特基電極)由包括選自由金、鉑、鎳、鈀、鈷、銅、銀、鎢和鈦組成的組中的至少一種物質(zhì)的材料形成。具有至多為1 x 108cm'2 的低位錯(cuò)密度的GaN獨(dú)立襯底2允許GaN外延層3也具有與GaN獨(dú) 立襯底2的位錯(cuò)密度相等的位錯(cuò)密度，即，具有至多為1 x 108(^1—2的 位錯(cuò)密度。因而，具有FP結(jié)構(gòu)的SBD 1具有下述FP結(jié)構(gòu)，在減小反 向漏電流的條件下，以及在采用由能夠?qū)崿F(xiàn)小的漏電流的、諸如金的 電極形成的肖特基電極的條件下，所述FP結(jié)構(gòu)顯著減輕了電場(chǎng)。結(jié)果， 能夠進(jìn)一步減小反向漏電流，并且能夠獲得提高的反向耐受電壓。注 意，例如，對(duì)通過(guò)在溶融的KOH中蝕刻而形成的凹坑的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù) 并且將所計(jì)數(shù)的數(shù)目除以單位面積，能夠測(cè)得位錯(cuò)密度。
此外，SBD 1具有下述垂直型結(jié)構(gòu)，所述垂直型結(jié)構(gòu)允許電流從 肖特基電極和歐姆電極中的一個(gè)流到它們中的另一個(gè)。 一般而言，對(duì) 于功率器件，與橫向型結(jié)構(gòu)相比，垂直型結(jié)構(gòu)可以流過(guò)更大的電流， 并且垂直型結(jié)構(gòu)是更適合于功率器件的結(jié)構(gòu)。在SBD1中，GaN獨(dú)立 襯底2和GaN外延層3是導(dǎo)電性的，并且可以提供具有在后表面處所 提供的歐姆電極的垂直型結(jié)構(gòu)。
絕緣層4可以由氮化硅膜(SiNx)形成。此外，絕緣層4可以包 含具有濃度小于3.8 x 1022 cnT3的氫，更可優(yōu)選地具有濃度小于2.0 x 10"cm—s的氫。因而，在膜中具有低的氫濃度的SiN、可以用作形成FP 結(jié)構(gòu)的絕緣膜。具有低的氫濃度的絕緣層比具有高的氫濃度的絕緣層 更有效，其原因在于，F(xiàn)P結(jié)構(gòu)減輕了在肖特基電極的端部處集中的電 場(chǎng)，從而有效地獲得提高的反向耐受電壓。換言之，SBD1能夠充分有 效地減輕電場(chǎng)，并且獲得提高的反向耐受電壓。
圖i示出具有由t表示的厚度的絕緣層4。期望絕緣層4具有至少 10nm且至多5ium的厚度。如果絕緣層4具有小于10nm的厚度，則絕 緣層4具有低的耐受電壓。因此，絕緣層4首先被毀壞，并且不能得 到FP結(jié)構(gòu)的效果。如果絕緣層4具有超過(guò)5pm的厚度，則不能得到通 過(guò)FP結(jié)構(gòu)減輕電場(chǎng)自身。
12此外，圖1示出表示場(chǎng)板長(zhǎng)度的尺寸L。場(chǎng)板長(zhǎng)度表示場(chǎng)板電極
與絕緣層4重疊的長(zhǎng)度。在本實(shí)施例中，F(xiàn)P長(zhǎng)度是在SBD 1的橫截面 中FP電極沿著其與絕緣層4重疊的長(zhǎng)度，如圖1所示，所述FP長(zhǎng)度 通過(guò)平面幾何形狀為圓形的電極5的中心。換言之，當(dāng)絕緣層4具有 的平面幾何形狀為圓形的開(kāi)口并且電極5或肖特基電極具有的平面幾 何形狀為圓形的一部分時(shí)，F(xiàn)P長(zhǎng)度是在肖特基電極的半徑方向上FP 電極沿著其與絕緣層4重疊的長(zhǎng)度。
換言之，場(chǎng)板長(zhǎng)度是指，在將平面中的肖特基電極的幾何形狀的 重心和存在于幾何形狀的外周上的一點(diǎn)連接起來(lái)的直線方向上，場(chǎng)板 電極沿著其與絕緣層重疊的長(zhǎng)度。期望這樣的FP長(zhǎng)度為至少lpm且至 多l(xiāng)mm。如果FP長(zhǎng)度小于lfim，則難以控制，并且不能可靠地得到 FP結(jié)構(gòu)的效果。如果FP長(zhǎng)度超過(guò)lmm,則不能得到通過(guò)FP結(jié)構(gòu)減輕 電場(chǎng)自身。
此外，如圖l所示，絕緣層4具有端面4a，所述端面4a面對(duì)用作 使電極5與GaN外延層3接觸的部分的開(kāi)口。端面4a相對(duì)于GaN外 延層3的前表面3a傾斜以形成角度e。電極5的與絕緣層4重疊的部 分，g卩，F(xiàn)P電極，重疊在絕緣層4上與端面4a接觸。
相對(duì)于前表面3a傾斜的端面4a允許FP結(jié)構(gòu)更有效地減輕電場(chǎng)， 并且因而允許SBD 1具有進(jìn)一步提高的反向耐受電壓。通過(guò)濕法蝕刻、 干法蝕刻等，絕緣層4可以具有如上所述傾斜的端面4a。端面4a被形
成為具有至少o.r且至多60。的角度e。如果傾斜度具有小于o.r的角
度，則角度的重復(fù)性差，并且此外，需要過(guò)量的材料，這在制造時(shí)會(huì)
引發(fā)問(wèn)題。反之，具有超過(guò)60。的角度的傾斜度降低了減輕電場(chǎng)的效果。
在下文中，將說(shuō)明制造SBD 1的方法。圖3示出制造本發(fā)明的第 一實(shí)施例的肖特基勢(shì)壘二極管的方法的每一個(gè)步驟的流程圖。參照?qǐng)D1至圖3，將說(shuō)明制造本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管的方法。
首先，參照?qǐng)D3，執(zhí)行步驟(S10)以提供半導(dǎo)體層。更具體地，
通過(guò)氫化物氣相外延(HVPE)沉積制備n導(dǎo)電型、(0001)面GaN 獨(dú)立襯底2。 GaN獨(dú)立襯底2具有例如為3 x 1018 cm'3的載流子濃度、 例如為400(am的厚度以及例如為1 x 10、n^的平均位錯(cuò)密度。隨后， 在步驟(S20)中，沉積外延層。更具體地，在GaN獨(dú)立襯底2上，通 過(guò)有機(jī)金屬氣相外延(OMVPE)生長(zhǎng)具有例如為5 x 1015cm—3的載流 子濃度以及例如為7|am的厚度的n導(dǎo)電型外延層，以沉積GaN外延層
3。 GaN外延層3具有例如與GaN獨(dú)立襯底2的平均位錯(cuò)密度，即，1 x 106 cm々相近的平均位錯(cuò)密度。
隨后，在步驟(S30)中，沉積絕緣層。更具體地，在GaN外延 層3上，通過(guò)等離子體氣相沉積(等離子體CVD)沉積SiNx來(lái)沉積絕 緣層4。絕緣層4具有約為lpm的厚度t。這么做時(shí)，使用源氣體氨 (NH3)，并且由甲硅垸(SiH4) 、 NH3和氫氣(H2)沉積SiNx。優(yōu)選 不使用NHb的、由SiH4和N2來(lái)沉積SiNx，這樣能夠降低絕緣層4中 的氫的濃度。
隨后，在步驟(S40)中，沉積歐姆電極。更具體地，GaN獨(dú)立襯 底2具有有機(jī)清洗以及用鹽酸清洗過(guò)的后表面2b，并且之后，在整個(gè) 后表面2b上，通過(guò)離子束沉積(EB沉積)來(lái)沉積Ti/Al/Ti/Au (20 nm/100 nm/20nm/200 nm)。隨后，在氮?dú)鈿夥罩?，?00°C下對(duì)中間產(chǎn)物加熱 大約2分鐘并且使其合金，以提供用作歐姆電極的電極6。
隨后，在步驟(S50)中，蝕刻絕緣層。更具體地，采用光刻法在 絕緣層4上提供圖案。隨后，使用緩沖氟化氫(BHF)濕法蝕刻絕緣層
4。 隨后，中間產(chǎn)物被有機(jī)清洗并且在氧氣和氮?dú)鈿夥罩斜换一匀コ?抗蝕劑。因而，絕緣層4被蝕刻，并且因而提供有開(kāi)口。此時(shí)，開(kāi)口 暴露GaN外延層3。該開(kāi)口例如可以被形成為具有下述幾何形狀的側(cè)表面，所述幾何形狀為直徑最大值為200pm的截錐的圓錐表面。
隨后，在步驟(S60)中，沉積肖特基電極和FP電極。更具體地， 采用光刻法對(duì)中間產(chǎn)物進(jìn)行構(gòu)圖。隨后，用鹽酸對(duì)它進(jìn)行清洗，以在 室溫下對(duì)GaN外延層3的表面進(jìn)行處理3分鐘，并且之后，作為用于 電極的材料，通過(guò)電阻加熱沉積來(lái)沉積Au (400nm)。隨后，當(dāng)去除 抗蝕劑時(shí)，同時(shí)去除(剝離)在抗蝕劑上沉積的電極的材料，因而， 沉積電極5。電極5可以被形成為具有直徑比在絕緣層4中形成的開(kāi)口 的直徑更大的幾何形狀。例如，它可以被形成為平面中的直徑為具有 220pm的圓形。
因而，提供了肖特基電極和FP電極，所述肖特基電極是提供在絕 緣層4的開(kāi)口中、與GaN外延層3的前表面3a接觸的部分，所述FP 電極是連接到肖特基電極并且還與絕緣層4重疊的部分。換言之，電 極5的直徑比絕緣層4的開(kāi)口的直徑大，并且因而，具有與絕緣層4 重疊的部分，以提供FP電極。
通過(guò)上述制造方法，可以制造圖1和圖2所示的SBD 1。以該方 法制造的SBD 1具有在步驟(S10)中提供的、采用具有至多1 x 108 cm'2 的低位錯(cuò)密度的GaN獨(dú)立襯底2的半導(dǎo)體層，以允許GaN外延層3具 有低的位錯(cuò)密度。此外，它具有在步驟(S60)中提供的、使用金作為 用于其的材料(即，用于電極5的材料)的肖特基電極。結(jié)果，減小 反向漏電流，并且能夠獲得提高的反向耐受電壓。
在上述SBD制造方法中，執(zhí)行步驟(S60)，以同時(shí)沉積肖特基 電極和FP電極?？商孢x地，可以提供沉積肖特基電極的步驟以及隨后 的沉積FP電極的步驟。更具體地，參照?qǐng)D1和圖2，可以在絕緣層4 的開(kāi)口中沉積肖特基電極，使其與GaN外延層3接觸，然后，可以沉 積FP電極，以連接肖特基電極并且還與絕緣層4重疊。在該情況下， FP電極可以由與肖特基電極相同的材料形成?？商孢x地，F(xiàn)P電極可以
15由與肖特基電極的材料不同的、諸如良好粘附到絕緣層4的材料的材 料形成。
第二實(shí)施例
圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。
如圖4所示，本實(shí)施例提供了一種肖特基勢(shì)壘二極管(SBD) 11，除了 其不包括GaN獨(dú)立襯底2之外，構(gòu)造與第一實(shí)施例的肖特基勢(shì)壘二極 管1基本相似。
更具體地，肖特基勢(shì)壘二極管11包括支撐襯底13、 GaN基礎(chǔ)層 12、 GaN外延層3、絕緣層4、肖特基電極和場(chǎng)板電極。GaN外延層3 中的與肖特基電極接觸的區(qū)域3c具有至多1 x 108 cm々的位錯(cuò)密度。
支撐襯底13是導(dǎo)電性襯底。支撐襯底13在GaN基礎(chǔ)層12下面。 GaN基礎(chǔ)層12在GaN外延層下面。注意，支撐襯底13和GaN基礎(chǔ)層 12—起制成歐姆接觸。如果支撐襯底13由金屬制成，則可以不要電極 6。其余構(gòu)造與第一實(shí)施例相似。因此，將不再重復(fù)對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
在下文中，將說(shuō)明SBD 11的制造方法。圖5示出制造本發(fā)明的第 二實(shí)施例的肖特基勢(shì)壘二極管的方法的每一個(gè)步驟的流程圖。本實(shí)施 例中的制造SBD ll的方法在構(gòu)成方面上，除了還包括去除GaN獨(dú)立 襯底的步驟之外，與第一實(shí)施例中所述的制造SBD l的方法的基本相 似。
更具體地，與在第一實(shí)施例中所做的相似，執(zhí)行半導(dǎo)體層沉積步 驟(S10)，以制備GaN獨(dú)立襯底2。然后，執(zhí)行離子注入步驟(S70)， 將離子形式的雜質(zhì)從GaN獨(dú)立襯底2的前表面2a或后表面2b注入。 這在GaN獨(dú)立襯底2的前表面2a或后表面2b附近提供包含大量雜質(zhì) 的層。隨后，執(zhí)行支撐襯底沉積步驟(S80)，以將具有使離子注入的 表面與支撐襯底13接合在一起。隨后，執(zhí)行熱處理步驟(S90)，以
16對(duì)接合在一起的GaN獨(dú)立襯底2和支撐襯底13進(jìn)行熱處理。這分割 GaN獨(dú)立襯底2，使得GaN獨(dú)立襯底2的、包含大量雜質(zhì)的區(qū)域用作 邊界。結(jié)果，支撐襯底13和GaN基礎(chǔ)層12可以形成襯底，所述GaN 基礎(chǔ)層在該支撐襯底13上面并且厚度比GaN獨(dú)立襯底2更小。SBD 只需要昂貴的GaN獨(dú)立襯底2的一部分，并且該襯底的其余部分可以 被再利用。因而，SBD可以以降低的成本來(lái)制造。
隨后，執(zhí)行外延層沉積步驟(S20)，以在GaN基礎(chǔ)層12上沉積 GaN外延層3。 GaN外延層3在具有至多1 x 108 cm—2的位錯(cuò)密度的區(qū) 域處與肖特基電極接觸。
注意，雖然在本實(shí)施例中使用GaN獨(dú)立襯底2來(lái)提供GaN基礎(chǔ)層 12，并且此外，GaN基礎(chǔ)層12用于提供GaN外延層3，但是本發(fā)明并 不限于此。
示例
在下文中，將說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。作為本發(fā)明的SBD，制造上 述SBD 1，并且對(duì)SBD1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量它的反向耐受電壓。SBD 1的具 體制造方法以及具有的大小和其他特性與已參照?qǐng)D1至圖3所描述的 一樣，并且FP長(zhǎng)度被設(shè)定為10pm，且絕緣膜4具有相對(duì)于GaN外延 層3的前表面3a傾斜以11。設(shè)定的角度e的端面4a。在將SBD 1浸沒(méi) 在氟基惰性液體中的情況下，采用高耐受電壓探針執(zhí)行電流-電壓測(cè)量 的方法，測(cè)量反向耐受電壓。SBD 1呈現(xiàn)出865V的反向耐受電壓。
此外，作為第一比較示例，制造不具有FP結(jié)構(gòu)的SBD 21。圖6 是不具有FP結(jié)構(gòu)的SBD的橫截面圖。如圖6所示，SBD21包括電極 25，該電極25用作具有直徑為200pm的圓柱形式的肖特基電極。如圖 3所示，制造SBD 11的方法與制造SBD 1的方法的不同在于，制造SBD 11的方法沒(méi)有提供絕緣層，因而不需要步驟(S30)和步驟(S50)。 除了上述的之外，SBD 11的制造方法以及具有大小和其他特性與對(duì)于SBD 1所描述的相似，并且圖6所示的SBD具有GaN獨(dú)立襯底2和 GaN外延層3，所述GaN獨(dú)立襯底2具有1 x 10、m^的位錯(cuò)密度，所 述GaN外延層3具有與GaN獨(dú)立襯底2的位錯(cuò)密度相等即1 x 106 cnT2 的位錯(cuò)密度。測(cè)量不包括FP結(jié)構(gòu)的SBD ll的反向耐受電壓。其呈現(xiàn) 350V的反向耐受電壓。
此外，作為第二比較示例，制造采用藍(lán)寶石襯底的SBD31。圖7 是采用藍(lán)寶石襯底的SBD的橫截面圖。如果使用藍(lán)寶石襯底，它是絕 緣體，則不能制造垂直型結(jié)構(gòu)的SBD。因此，如圖7所示，制造橫向 型結(jié)構(gòu)的、具有FP結(jié)構(gòu)的SBD31。注意，電極36是歐姆電極。
圖7所示的SBD31的具體制造方法，如下首先，在藍(lán)寶石襯底 32上，通過(guò)OMVPE生長(zhǎng)具有例如為5 x 1015 cm—3的載流子濃度且厚 度為7nm的n導(dǎo)電型外延層，以沉積GaN外延層3。圖7所示的GaN 外延層3具有1 x 109 cm^的平均位錯(cuò)密度。隨后，在GaN外延層3上， 通過(guò)等離子體VCD沉積SiNj乍為形成FP結(jié)構(gòu)的絕緣層34。絕緣層 34具有大約為lpm的厚度。
隨后，提供歐姆電極。更具體地，采用光刻法對(duì)中間產(chǎn)物進(jìn)行構(gòu) 圖，之后，進(jìn)行有機(jī)地清洗以及用鹽酸清洗，然后，通過(guò)EB沉積來(lái)沉 積Ti/Al/Ti/Au (20 nm/100 nm/20 nm/200 nm)。隨后，當(dāng)去除抗蝕劑時(shí)， 同時(shí)去除(即，剝離)在抗蝕劑上沉積的電極材料。隨后，在氮?dú)鈿?氛中，在600°C下對(duì)中間產(chǎn)物加熱大約2分鐘并且使其合金，以提供 用作歐姆電極的電極36。
隨后，采用光刻法以在絕緣層34上提供圖案。隨后，使用BHF 濕法蝕刻絕緣層34。隨后，中間產(chǎn)物被有機(jī)地清洗并且在氧氣和氮?dú)?氣氛中被灰化以去除抗蝕劑。因而，絕緣層34被蝕刻，并且因而設(shè)置 有開(kāi)口。該開(kāi)口例如被形成為具有下述幾何形狀的側(cè)表面，所述幾何 形狀具有直徑最大值為200pm的截錐的圓錐表面。隨后，在GaN外延層3上沉積肖特基電極。更具體地，采用光刻 法對(duì)中間產(chǎn)物進(jìn)行構(gòu)圖。隨后，用鹽酸對(duì)它進(jìn)行清洗，以在室溫下對(duì) GaN外延層3的表面進(jìn)行處理3分鐘，并且之后，作為用于電極的材 料，通過(guò)電阻加熱沉積來(lái)沉積Au (400nm)。隨后，當(dāng)去除抗蝕劑時(shí)， 同時(shí)去除(剝離)在抗蝕劑上沉積的電極的材料，并且因而，電極5 被沉積。電極5被形成為具有直徑比形成在絕緣層34中的開(kāi)口的直徑 大的幾何形狀，電極5具有直徑為220pm的圓形。
因而，提供了肖特基電極和FP電極，所述肖特基電極是提供在絕 緣層34的開(kāi)口中、與GaN外延層3的前表面接觸的部分，所述FP電 極是連接到肖特基電極并且還與絕緣層34重疊的部分。換言之，電極 5的直徑比絕緣層34的開(kāi)口的直徑更大，因而具有與絕緣層34重疊的 部分，以提供FP電極。因而，制造了圖7所示SBD31。 SBD31具有 設(shè)定為lOpm的FP長(zhǎng)度。采用藍(lán)寶石襯底的SBD 31呈現(xiàn)130V的反向 耐受電壓。
此外，作為第三比較示例，制造采用藍(lán)寶石襯底并且不具有FP結(jié) 構(gòu)的SBD。其被構(gòu)造成包括不具有圖7所示的電極5和絕緣層34的幾 何形狀而是具有以圖6所示的電極15的幾何形狀的肖特基電極。采用 藍(lán)寶石襯底并且不具有FP結(jié)構(gòu)的SBD呈現(xiàn)100V的反向耐受電壓。
因而，根據(jù)本發(fā)明的具有FP結(jié)構(gòu)的SBD具有的反向耐受電壓是 如第一比較示例中所提供的不具有FP結(jié)構(gòu)的SBD 21的大約2.5倍。 這表明本發(fā)明的SBD 1允許FP結(jié)構(gòu)顯著有效地減輕電場(chǎng)，因而能夠獲 得提高的反向耐受電壓。
此外，包括具有低位錯(cuò)密度的GaN獨(dú)立襯底2的本發(fā)明的SBD 1 相應(yīng)地還具有擁有低位錯(cuò)密度的GaN外延層3，并且結(jié)果，當(dāng)它與第 二比較示例所提供的、采用具有高位錯(cuò)密度的藍(lán)寶石襯底的SBD31相
19比較時(shí)，前者呈現(xiàn)出的反向耐受電壓是后者的反向耐受電壓的大約6.7
倍，并且因而顯著提高了反向耐受電壓。此外，當(dāng)本發(fā)明的SBD l與 第三比較示例所提供的、具有高位錯(cuò)密度且不具有FP結(jié)構(gòu)的SBD相 比較時(shí)，前者呈現(xiàn)出的反向耐受電壓是后者的反向耐受電壓的大約8.7 倍，并且因而顯著提高了反向耐受電壓。與此不同，當(dāng)?shù)诙容^示例 與第三比較示例相比較時(shí)，第二比較示例即具有FP結(jié)構(gòu)的SBD 21， 與第三比較示例即不具有FP結(jié)構(gòu)的SBD相比較，呈現(xiàn)出反向耐受電 壓幾乎不增加。換言之，這揭示出，當(dāng)采用在藍(lán)寶石襯底上沉積的并 且具有高位錯(cuò)密度的GaN外延層3時(shí)，F(xiàn)P結(jié)構(gòu)不顯著有效地減輕電場(chǎng)， 并且提供FP結(jié)構(gòu)并不提供增加的反向耐受電壓。
應(yīng)當(dāng)理解的是，在此所公開(kāi)的實(shí)施例和示例在任何方面都是例示 性且非限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定，而不是由上 述實(shí)施例限定，并且本發(fā)明的范偉旨在包括在等同于權(quán)利要求書(shū)的意 思和范圍之內(nèi)的任何修改。
權(quán)利要求
1.一種肖特基勢(shì)壘二極管(1)，包括具有主表面(2a)的氮化鎵襯底(2)；沉積在所述主表面(2a)上的外延層(3)；沉積在所述外延層(3)的表面上并且具有開(kāi)口的絕緣層(4)；沉積在所述開(kāi)口中并且與所述外延層(3)相接觸的肖特基電極(5)；以及連接于所述肖特基電極(5)并且還與所述絕緣層(4)相重疊的場(chǎng)板電極(5)，其中，所述氮化鎵襯底(2)具有至多1×108cm-2的位錯(cuò)密度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管(1)，進(jìn)一步包括 歐姆電極(6)，在相對(duì)于所述主表面(2a)的后表面(2b)上，所述 歐姆電極(6)沉積在所述氮化鎵襯底(2)上，該肖特基勢(shì)壘二極管具有一垂直型結(jié)構(gòu)，該垂直型結(jié)構(gòu)允許電流 從所述肖特基電極(5)和所述歐姆電極(6)中的一個(gè)流到所述肖特 基電極(5)和所述歐姆電極(6)中的另一個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的肖特基勢(shì)壘二極管(1)，其中 所述絕緣層(4)具有面對(duì)所述開(kāi)口的端面(4a)，所述端面(4a)相對(duì)于所述外延層(3)的前表面(3a)以至少0.1°且至多60°的角度 傾斜；以及所述場(chǎng)板電極(5)以與所述端面(4a)相接觸的方式重疊于所述 絕緣層(4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的肖特基勢(shì)壘二極管(1)，其中， 所述肖特基電極(5)由包括選自由金、鉑、鎳、鈀、鈷、銅、銀、鉤和鈦組成的組中的至少一種物質(zhì)的材料形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的肖特基勢(shì)壘二極管(1)，其中，所述絕緣層(4)具有至少10nm且至多5|im的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管(1)，其中， 所述場(chǎng)板電極(4)沿著至少lpm且至多l(xiāng)mm的長(zhǎng)度與所述絕緣層(4)相重疊。
7. —種肖特基勢(shì)壘二極管(11)，包括 具有前表面(3a)的氮化鎵層(3);沉積在所述氮化鎵層(3)的所述前表面(3a)上并且具有開(kāi)口的 絕緣層(4);沉積在所述開(kāi)口中并且與所述氮化鎵層(3)相接觸的肖特基電極 (5);以及連接于所述肖特基電極(5)并且還與所述絕緣層(4)相重疊的 場(chǎng)板電極(5)，其中，所述氮化鎵層(3)具有與所述肖特基電極(5)相接觸的 一區(qū)域(3c)，所述區(qū)域(3c)具有至多1 x 10、111-2的位錯(cuò)密度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的肖特基勢(shì)壘二極管(11)，進(jìn)一步包括 歐姆電極(6)，在相對(duì)于所述前表面(3a)的后表面上，所述歐姆電 極(6)沉積在所述氮化鎵層(3)上，所述肖特基勢(shì)壘二極管具有一垂直型結(jié)構(gòu)，所述垂直型結(jié)構(gòu)允許 電流從所述肖特基電極(5)和所述歐姆電極(6)中的一個(gè)流到所述 肖特基電極(5)和所述歐姆電極(6)中的另一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的肖特基勢(shì)壘二極管(11)，其中 所述絕緣層(4)具有面對(duì)所述開(kāi)口的端面(4a)，所述端面(4a)相對(duì)于所述氮化鎵層(3)的所述前表面(3a)以至少0.1°且至多60° 的角度傾斜；以及所述場(chǎng)板電極(5)以與所述端面(4a)相接觸的方式與所述絕緣層(4)相重疊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的肖特基勢(shì)壘二極管(11)，其中， 所述肖特基電極(5)由包括選自由金、鉑、鎳、鈀、鈷、銅、銀、鉤和鈦組成的組中的至少一種物質(zhì)的材料形成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的肖特基勢(shì)壘二極管(11)，其中， 所述絕緣層(4)具有至少10nm且至多5pm的厚度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的肖特基勢(shì)壘二極管(11)，其中， 所述場(chǎng)板電極(4)沿著至少lpm且至多l(xiāng)mm的長(zhǎng)度與所述絕緣層(4)相重疊。
全文摘要
一種肖特基勢(shì)壘二極管(1)，包括GaN自支撐襯底(2)，其具有表面(2a)；GaN外延層(3)，其形成在表面(2a)上；以及絕緣層(4)，其形成在GaN外延層(3)的表面(3a)上，并且在其上形成開(kāi)口。肖特基勢(shì)壘二極管(1)還提供有電極(5)。電極(5)由肖特基電極和場(chǎng)板電極構(gòu)成，所述肖特基電極被形成在開(kāi)口內(nèi)，以使其與GaN外延層(3)接觸，所述場(chǎng)板電極連接到肖特基電極并且被形成為與絕緣層(4)重疊。GaN自支撐襯底(2)的位錯(cuò)密度是1×10⁸cm^-2或更少。
文檔編號(hào)H01L29/872GK101569014SQ20088000121
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者堀井拓, 宮崎富仁, 木山誠(chéng) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社