本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種肖特基二極管，可用于高速集成電路和微波技術(shù)。

背景技術(shù)：

肖特基二極管，又稱(chēng)為肖特基勢(shì)壘二極管，其原理是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)，通常采用硅、氮化鎵等材料制作。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下兩個(gè)方面：1)由于肖特基勢(shì)壘高度低于pn結(jié)勢(shì)壘高度，所以其正向?qū)妷汉驼驂航刀急萷n結(jié)二極管低。2)由于肖特基二極管是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問(wèn)題。肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間，完全不同于pn結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于肖特基二極管的反向恢復(fù)電荷非常少，故開(kāi)關(guān)速度非?？欤_(kāi)關(guān)損耗也特別小，尤其適合于高頻應(yīng)用。但是，肖特基二極管的反向勢(shì)壘較薄，極易發(fā)生擊穿，導(dǎo)致反向擊穿電壓比較低，限制了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種垂直型肖特基二極管及其制作方法，以提高反向擊穿電壓。

一.技術(shù)原理

氧化鎵屬于單斜晶體，禁帶寬度約為4.8ev-4.9ev。根據(jù)其他寬禁帶半導(dǎo)體材料擊穿電場(chǎng)與其禁帶寬度的關(guān)系，預(yù)計(jì)氧化鎵材料的擊穿電場(chǎng)可以達(dá)到8mv/cm，比碳化硅和氮化鎵材料的二倍還要多。氧化鎵的電子遷移率可以達(dá)到300cm²/(v·s)，雖然遷移率的數(shù)值不高，但是氧化鎵具有很高的巴利加優(yōu)值，非常適合制備功率器件。氧化鎵材料的巴利加優(yōu)值大于碳化硅和氮化鎵材料的四倍，這意味著采用氧化鎵材料制作的功率器件的性能高于采用碳化硅和氮化鎵材料制作的功率器件。目前大尺寸低成本氧化鎵單晶襯底可以通過(guò)浮區(qū)法和導(dǎo)模法獲得。氧化鎵由于其優(yōu)異的材料特性和易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)將在下一代功率器件應(yīng)用方面具有廣闊的前景。本發(fā)明針對(duì)上述已有肖特基二極管擊穿電壓低的不足，采用氧化鎵材料制作器件，并通過(guò)刻蝕凹槽并在里面填充不同功函數(shù)的金屬和鐵電介質(zhì)材料，在肖特基二極管反偏時(shí)，在鐵電介質(zhì)材料偶極子和高功函數(shù)金屬的作用下，使得陽(yáng)極下方的載流子濃度得以減小，峰值電場(chǎng)強(qiáng)度減小，從而提高器件的擊穿電壓。

二.技術(shù)方案

根據(jù)上述原理，本發(fā)明中的垂直型肖特基二極管器件結(jié)構(gòu)，自下而上包括高摻雜n型ga2o3襯底和低摻雜n型ga2o3外延層，該外延層上淀積有低功函數(shù)陽(yáng)極電極，高摻雜襯底的下表面淀積有陰極電極，低功函數(shù)陽(yáng)極電極與n型ga2o3外延層形成肖特基接觸，陰極與襯底形成歐姆接觸，其特征在于：

所述低摻雜n型ga2o3外延層上間隔分布有m個(gè)凹槽，m≥6，凹槽中沉積有高功函數(shù)陽(yáng)極電極和有機(jī)鐵電介質(zhì)，且高功函數(shù)陽(yáng)極電極位于有機(jī)鐵電介質(zhì)之上，有機(jī)鐵電介質(zhì)包括偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)、銀納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ag-p(vdf-trfe)、硫化鋅納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物zns-p(vdf-trfe)和鈦酸銅鈣納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ccto-p(vdf-trfe)在內(nèi)的薄膜介質(zhì)材料，其厚度為0.5～1μm。

作為優(yōu)選，所述高摻雜n型ga2o3襯底的電子濃度為10¹⁷cm^-3～10¹⁹cm^-3，厚度大于1μm；所述低摻雜n型ga2o3外延層的載流子濃度為10¹⁴cm^-3～10¹⁶cm^-3，厚度大于1μm。

作為優(yōu)選，所述高功函數(shù)陽(yáng)極電極包括pt、ni、au、pd、mo、w和tan中的一種或多種；所述陰極電極包括ti、al、in、au中的一種或多種。

作為優(yōu)選，所述每個(gè)凹槽的深度為2μm～3μm，寬度為2μm～3μm，凹槽間距為2μm～3μm。

根據(jù)上述原理，本發(fā)明制作垂直型肖特基二極管器件的方法，包括如下步驟：

1)對(duì)外延生長(zhǎng)的ga2o3材料進(jìn)行有機(jī)清洗，然后放入hf:h2o＝1:1的溶液中進(jìn)行腐蝕30-60s，最后用流動(dòng)的去離子水清洗并用高純氮?dú)獯蹈桑?/p>

2)將清洗好的ga2o3材料正面朝下放入icp刻蝕反應(yīng)室中進(jìn)行輕微刻蝕處理，以增大材料下表面的載流子濃度；

3)將刻蝕好的ga2o3材料正面朝下放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中蒸發(fā)金屬ti/au并進(jìn)行剝離，再在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行550℃的60s快速熱退火，形成陰極歐姆接觸電極，其中ti的厚度為20-50nm，au的厚度為100-200nm；

4)對(duì)制備好陰極電極樣品的正面進(jìn)行光刻，形成凹槽刻蝕區(qū)；

5)將光刻好的樣品放入icp刻蝕反應(yīng)室中進(jìn)行刻蝕，形成深度為2μm～3μm深的凹槽，寬度為2μm～3μm，凹槽間距為2μm～3μm；

6)將刻蝕好的樣品放入等離子體反應(yīng)室中去除光刻膠掩膜；

7)將配置好的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)溶液以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂到樣品上，并在80℃的烘箱中烘烤30分鐘，形成穩(wěn)定的p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜，重復(fù)該過(guò)程3-5次，得到厚度為0.5μm～1μm的p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜；

8)將完成p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜制備的樣品放入氧氣等離子刻蝕機(jī)中，再對(duì)非凹槽區(qū)域的p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜進(jìn)行刻蝕；

9)對(duì)完成p(vdf-trfe)刻蝕的樣品進(jìn)行光刻，形成高功函數(shù)陽(yáng)極電極區(qū)域，再放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中蒸發(fā)金屬pt/ti并進(jìn)行剝離，去掉區(qū)域外的金屬，形成高功函數(shù)陽(yáng)極電極，金屬pt的厚度為10-20nm，金屬ti的厚度為20-50nm；

10)將完成高功函數(shù)陽(yáng)極電極制備的樣品放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中蒸發(fā)金屬ti/au，形成低功函數(shù)陽(yáng)極電極，完成垂直型肖特基二極管的制作。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.器件性能好

本發(fā)明通過(guò)刻蝕凹槽并在里面淀積有機(jī)鐵電介質(zhì)與高功函數(shù)陽(yáng)極電極，使肖特基二極管反偏時(shí)，高功函數(shù)陽(yáng)極能形成多個(gè)較大的耗盡區(qū)，起到屏蔽低功函數(shù)陽(yáng)極的作用；同時(shí)由于有機(jī)鐵電介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下形成上表面帶有正電荷，在下表面產(chǎn)生負(fù)電荷距的偶極子，從而能對(duì)下方低摻雜n型ga2o3外延層材料中的電子產(chǎn)生排斥作用，使得肖特基勢(shì)壘的耗盡作用增強(qiáng)，從而提高了肖特基二極管的擊穿電壓；此外由于當(dāng)肖特基二極管正偏時(shí)，低功函數(shù)陽(yáng)極的勢(shì)壘高度較小，二極管正向電流主要從此處流過(guò)，保證了肖特基二極管具有較小的正向?qū)娮琛?/p>

2.制作工藝簡(jiǎn)單

本發(fā)明由于采用旋涂和烘烤的方式在凹槽內(nèi)淀積介質(zhì)，因而工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明制作器件的工藝流程示意圖。

圖3是本發(fā)明制作器件的工藝流程框圖，

圖4是本發(fā)明制作器件各步驟對(duì)應(yīng)的結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的二極管包括高摻雜n型ga2o3襯底1、低摻雜n型ga2o3外延層2、低功函數(shù)陽(yáng)極電極3、高功函數(shù)陽(yáng)極電極4、陰極電極5和有機(jī)鐵電介質(zhì)6；低摻雜n型ga2o3外延層位于高摻雜n型ga2o3襯底之上，高摻雜n型ga2o3襯底的載流子濃度為10¹⁷cm^-3～10¹⁹cm^-3，厚度大于1μm；低摻雜n型ga2o3外延層的載流子濃度為10¹⁴cm^-3～10¹⁶cm^-3，厚度大于1μm；陰極電極位于高摻雜n型ga2o3外延層的下表面，其與襯底形成歐姆接觸，該陰極電極所用金屬包括ti、al、in、au中的一種或多種；外延層上淀積有低功函數(shù)陽(yáng)極電極，其與外延層形成肖特基接觸，該陽(yáng)極電極所用金屬是ti/au；所述低摻雜n型ga2o3外延層上間隔分布有m個(gè)凹槽，m≥6，在凹槽中淀積有機(jī)鐵電介質(zhì)與高功函數(shù)陽(yáng)極電極，高功函數(shù)陽(yáng)極電極位于有機(jī)鐵電介質(zhì)之上，有機(jī)鐵電介質(zhì)使用偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)、銀納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ag-p(vdf-trfe)、硫化鋅納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物zns-p(vdf-trfe)和鈦酸銅鈣納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ccto-p(vdf-trfe)四種薄膜介質(zhì)材料中的一種，其厚度為0.5～1μm。例如，對(duì)于一個(gè)取m＝6的肖特基二極管，使用偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)作為有機(jī)鐵電介質(zhì)，其厚度為0.5μm。

參照?qǐng)D2，本發(fā)明制作肖特基二極管的方法，給出如下四種實(shí)施例：

實(shí)施例1，制作厚度為0.5μm、有機(jī)鐵電介質(zhì)使用偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物p(vdf-trfe)材料的肖特基二極管。

步驟1，清洗，如圖2(a)。

對(duì)已在襯底上外延生長(zhǎng)了ga2o3的樣品放入有機(jī)清洗，即將其先放入丙酮溶液超聲5min，再放入乙醇溶液超聲5min；然后用去離子水清洗；之后放入hf:h2o＝1:1的溶液中進(jìn)行腐蝕50s；最后用流動(dòng)的去離子水清洗并用高純氮?dú)獯蹈伞?/p>

步驟2，刻蝕，如圖2(b)。

將清洗好的樣品正面朝下放入icp刻蝕反應(yīng)室中，對(duì)襯底下表面進(jìn)行輕微刻蝕處理，工藝條件為：上電極功率為100w，下電極功率為10w，反應(yīng)室壓力為30pa，bcl3的流量為10sccm，ar氣的流量為20sccm，刻蝕時(shí)間為5min。

步驟3，制備陰極電極，如圖2(c)。

將刻蝕后的樣品正面朝下放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中蒸發(fā)金屬ti/au，其中金屬ti厚度為20nm，金屬au厚度為120nm，最后在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行550℃的60s快速熱退火，形成陰極歐姆接觸電極。

步驟4，光刻，如圖2(d)。

對(duì)制備好陰極電極的樣品的正面進(jìn)行光刻，形成凹槽刻蝕區(qū)。

步驟5，刻蝕凹槽，如圖2(e)。

將光刻后的樣品放入icp刻蝕反應(yīng)室中，在上電極功率為100w，下電極功率為20w，反應(yīng)室壓力為10pa，cl2的流量為5sccm，ar氣的流量為10sccm的工藝條件下刻蝕掉每個(gè)凹槽刻蝕區(qū)下方的低摻雜n型ga2o3外延層，形成深度為2μm，寬度為3μm的多個(gè)凹槽，凹槽的間距為3μm。

步驟6，去膠，如圖2(f)。

將刻蝕好的樣品放入等離子體反應(yīng)室中，在氧氣流量為200sccm，反應(yīng)室壓力為30pa，射頻功率為300w的工藝條件下進(jìn)行10分鐘的去膠處理，以去除掉非凹槽刻蝕區(qū)的光刻膠掩膜。

步驟7，淀積有機(jī)鐵電介質(zhì)，如圖2(g)。

將配置好的p(vdf-trfe)溶液以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂到樣品上，并在80℃的烘箱中烘烤30分鐘，重復(fù)該過(guò)程3次，形成厚度為0.5μm的穩(wěn)定p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜。

步驟8，去除非凹槽區(qū)域的p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜，如圖2(h)。

將淀積完p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜的樣品放入氧氣等離子體刻蝕機(jī)中，在氧氣流量為200sccm，反應(yīng)室壓力為30pa，射頻功率為200w的工藝條件下進(jìn)行5min的刻蝕，刻蝕掉非凹槽區(qū)域的p(vdf-trfe)薄膜。

步驟9，制備高功函數(shù)陽(yáng)極電極，如圖2(i)。

對(duì)完成p(vdf-trfe)去除的樣品進(jìn)行光刻，形成高功函數(shù)陽(yáng)極電極區(qū)域，再放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中蒸發(fā)金屬pt/ti，然后進(jìn)行剝離，以去掉高功函數(shù)陽(yáng)極電極區(qū)域之外的金屬，其中金屬pt的厚度為20nm，金屬ti的厚度為50nm，形成高功函數(shù)陽(yáng)極電極。

步驟10，制備低功函數(shù)陽(yáng)極電極，如圖2(j)。

將完成高功函數(shù)陽(yáng)極電極制備的樣品放入電子束蒸發(fā)臺(tái)中蒸發(fā)厚度為20nm的ti和厚度為120nm的au，以在整個(gè)低摻雜n型ga2o3外延層上形成低功函數(shù)陽(yáng)極電極，完成整個(gè)器件的制作。

實(shí)施例2，制作厚度為0.6μm、有機(jī)鐵電介質(zhì)使用銀納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ag-p(vdf-trfe)材料的肖特基二極管。

步驟一，清洗。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟1相同。

步驟二，刻蝕。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟2相同。

步驟三，制備陰極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟3相同。

步驟四，光刻。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟4相同。

步驟五，刻蝕凹槽。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟5相同。

步驟六，去膠。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟6相同。

步驟七，淀積有機(jī)鐵電介質(zhì)。

7.1)將配置好的ag-p(vdf-trfe)溶液以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂到樣品上，并在80℃的烘箱中烘烤30分鐘；

7.2)重復(fù)7.1)共3次，形成厚度為0.6μm的穩(wěn)定的ag-p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜。

步驟八，去除非凹槽區(qū)域的ag-p(vdf-trfe)。

將淀積完ag-p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜的樣品放入氧氣等離子體刻蝕機(jī)中，在氧氣流量為200sccm，反應(yīng)室壓力為30pa，射頻功率為200w的工藝條件下進(jìn)行5.2min的刻蝕，刻蝕掉非凹槽區(qū)域的ag-p(vdf-trfe)薄膜。

步驟九，制備高功函數(shù)陽(yáng)極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟9相同。

步驟十，制備低功函數(shù)陽(yáng)極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟10相同。

實(shí)施例3，制作厚度為0.8μm、有機(jī)鐵電介質(zhì)使用硫化鋅納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物zns-p(vdf-trfe)材料的肖特基二極管。

步驟a，清洗。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟1相同。

步驟b，刻蝕。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟2相同。

步驟c，制備陰極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟3相同。

步驟d，光刻。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟4相同。

步驟e，刻蝕凹槽。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟5相同。

步驟f，去膠。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟6相同。

步驟g，淀積有機(jī)鐵電介質(zhì)。

g1.將配置好的zns-p(vdf-trfe)溶液以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂到樣品上，并在80℃的烘箱中烘烤30分鐘，

g2.重復(fù)g1共4次，形成厚度為0.8μm的穩(wěn)定的zns-p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜。

步驟h，去除非凹槽區(qū)域的zns-p(vdf-trfe)。

將淀積完zns-p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜的樣品放入氧氣等離子體刻蝕機(jī)中，在氧氣流量為200sccm，反應(yīng)室壓力為30pa，射頻功率為200w的工藝條件下進(jìn)行5.4min的刻蝕，刻蝕掉非凹槽區(qū)域的zns-p(vdf-trfe)薄膜。

步驟i，制備高功函數(shù)陽(yáng)極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟9相同。

步驟j，制備低功函數(shù)陽(yáng)極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟10相同。

實(shí)施例4，制作厚度為1μm、有機(jī)鐵電介質(zhì)使用鈦酸銅鈣納米顆粒摻雜的偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物ccto-p(vdf-trfe)材料的肖特基二極管。

第一步，清洗。

第二步，刻蝕。

第三步，制備陰極電極。

第四步，光刻。

第五步，刻蝕凹槽。

第六步，去膠。

以上第一步至第六步的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟1至步驟6相同。

第七步，淀積有機(jī)鐵電介質(zhì)。

將配置好的ccto-p(vdf-trfe)溶液以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂到樣品上，并在80℃的烘箱中烘烤30分鐘，重復(fù)該過(guò)程5次，形成厚度為1μm的穩(wěn)定的ccto-p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜。

第八步，去除非凹槽區(qū)域的ccto-p(vdf-trfe)。

將淀積完ccto-p(vdf-trfe)介質(zhì)薄膜的樣品放入氧氣等離子體刻蝕機(jī)中，在氧氣流量為200sccm，反應(yīng)室壓力為30pa，射頻功率為200w的工藝條件下進(jìn)行5.5min的刻蝕，刻蝕掉非凹槽區(qū)域的ccto-p(vdf-trfe)薄膜。

第九步，制備高功函數(shù)陽(yáng)極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟9相同。

第十步，制備低功函數(shù)陽(yáng)極電極。

本步驟的具體實(shí)現(xiàn)與實(shí)施例1的步驟10相同。

以上通過(guò)優(yōu)選實(shí)例詳細(xì)描述了本發(fā)明所提出的一種垂直型肖特基二極管器件的制備方法，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士來(lái)說(shuō)，在了解了本發(fā)明的內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種參數(shù)修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。