一種場(chǎng)效應(yīng)二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種場(chǎng)效應(yīng)二極管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以GaN(氮化鎵)為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料具有禁帶寬、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、飽和電子漂移速度高、熱導(dǎo)率高、異質(zhì)界面二維電子氣濃度高等優(yōu)異的材料性能特點(diǎn)，相比于Si材料，GaN更適合制作大功率、高電流密度、高開關(guān)速度的電力電子器件。與傳統(tǒng)Si器件相比，GaN器件能承載更高的功率密度，具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率，可以減小整個(gè)系統(tǒng)的體積和重量，從而降低系統(tǒng)成本。
[0003]基于GaN的肖特基勢(shì)皇二極管能夠耐受很高的反向擊穿電壓，然而，其正向?qū)妷和ǔＲ_(dá)到IV左右。為擴(kuò)大GaN基肖特基二極管的應(yīng)用范圍，需獲得擊穿電壓高且正向?qū)妷汉艿?接近0V)的二極管。
[0004]為了調(diào)節(jié)GaN 二極管的正向?qū)妷?，通常采用?shì)皇層氟離子注入或勢(shì)皇層刻蝕溝槽的方法。陳敬等人(公開號(hào)CN 101562182A)提出在二極管陽(yáng)極下的一部分勢(shì)皇層中注入氟離子，引入永久負(fù)電荷，可以有效地耗盡肖特基柵下的二維電子氣，從而夾斷導(dǎo)通通路，通過(guò)肖特基柵與二極管陽(yáng)極短接在一起，實(shí)現(xiàn)了二極管的正向?qū)妷河尚ぬ鼗刂茰系赖拈撝惦妷簺Q定，不受肖特基結(jié)勢(shì)皇的影響。但是，氟離子注入工藝復(fù)雜，且會(huì)引起器件穩(wěn)定性的問(wèn)題。因此，很多研究者都對(duì)勢(shì)皇層刻蝕溝槽實(shí)現(xiàn)接近OV的正向?qū)妷旱亩O管進(jìn)行了研究。通常，勢(shì)皇層的溝槽刻蝕的深度難以控制，工藝較為復(fù)雜，刻蝕設(shè)備昂蟲貝ο
[0005]Zhe Xu (Zhe Xu, Jinyan Wang, Yang Liu, Jinbao Cai, Jingqian Liu, MaojunWang, Min Yu, Bing Xie, ffenggang ffu, Xiaohua Ma, and Jincheng Zhang.Fabricat1n ofNormally Off AlGaN/GaN MOSFET Using a Self-Terminating Gate Recess EtchingTechnique, IEEE Electron Device Letters, VOL.34, N0.7, July 2013)等人提出了一種熱氧化和濕法刻蝕的方法來(lái)獲得增強(qiáng)型的氮化鎵金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。該方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是先對(duì)AlGaN層進(jìn)行熱氧化，然后在KOH溶液中進(jìn)行刻蝕。該方法具有易控制，重復(fù)性高的特點(diǎn)，且該刻蝕方法對(duì)AlGaN/GaN具有高的選擇比，可自動(dòng)停止于AlGaN/GaN界面處。然而，由于勢(shì)皇層完全被去除，溝槽下的二維電子氣全部耗盡，因此該方法獲得的MOSFET的閾值電壓太大，因此該結(jié)構(gòu)不適用于二極管。且溝槽底部溝道層表面處受腐蝕的影響，會(huì)增加粗糙度，造成反向漏電的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種場(chǎng)效應(yīng)二極管及其制作方法，該場(chǎng)效應(yīng)二極管能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中開啟電壓高、反向漏電大，且溝槽刻蝕的深度難以控制、制作工藝復(fù)雜的問(wèn)題。
[0007]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]第一方面，本發(fā)明公開了一種場(chǎng)效應(yīng)二極管，包括:
[0009]襯底；
[0010]溝道層，所述溝道層位于所述襯底之上；
[0011]第一勢(shì)皇層，所述第一勢(shì)皇層位于所述溝道層之上；
[0012]刻蝕阻擋層，所述刻蝕阻擋層位于所述第一勢(shì)皇層之上；
[0013]第二勢(shì)皇層，所述第二勢(shì)皇層位于所述刻蝕阻擋層之上；
[0014]掩膜層，所述掩膜層位于所述第二勢(shì)皇層之上；
[0015]溝槽，所述溝槽位于所述第二勢(shì)皇層和所述掩膜層之內(nèi)，且所述溝槽的深度等于所述第二勢(shì)皇層的厚度與所述掩膜層的厚度之和；
[0016]陰極，所述陰極位于所述第二勢(shì)皇層之上；
[0017]陽(yáng)極，所述陽(yáng)極由位于所述溝槽內(nèi)以及所述溝槽外的肖特基電極和位于所述第二勢(shì)皇層之上的陽(yáng)極歐姆接觸電極相短接構(gòu)成。
[0018]進(jìn)一步地，所述陰極和所述陽(yáng)極歐姆接觸電極的材料為鈦、鋁、鎳或金中的任一種或至少兩種的組合，所述肖特基電極為單層或多層金屬，所述金屬為鎳、鉑或鋁中的任一種或至少兩種的組合。
[0019]進(jìn)一步地，所述第二勢(shì)皇層的材料為鋁鎵氮，所述第二勢(shì)皇層的鋁組分的質(zhì)量百分比自上而下逐漸減小。
[0020]進(jìn)一步地，所述溝槽的形狀為倒梯形。
[0021]進(jìn)一步地，還包括:
[0022]背勢(shì)皇層，所述背勢(shì)皇層位于所述襯底和所述溝道層之間，所述背勢(shì)皇層的材料為P型氮化鎵或P型鋁鎵氮。
[0023]第二方面，本發(fā)明公開了一種場(chǎng)效應(yīng)二極管的制作方法，包括:
[0024]提供襯底；
[0025]在所述襯底之上依次制備溝道層、第一勢(shì)皇層、刻蝕阻擋層、第二勢(shì)皇層和掩膜層；
[0026]在所述第二勢(shì)皇層之上依次制備陰極和陽(yáng)極歐姆接觸電極；
[0027]在所述陰極和所述陽(yáng)極歐姆接觸電極之間的第二勢(shì)皇層和掩膜層之內(nèi)制備溝槽，且所述溝槽的深度等于所述第二勢(shì)皇層的厚度與所述掩膜層的厚度之和；
[0028]在所述溝槽之上制備肖特基電極，所述肖特基電極與所述陽(yáng)極歐姆接觸電極相短接。
[0029]進(jìn)一步地，在所述陰極和所述陽(yáng)極歐姆接觸電極之間的第二勢(shì)皇層之內(nèi)制備溝槽，且所述溝槽的深度等于所述第二勢(shì)皇層的厚度，包括:
[0030]利用光刻技術(shù)確定需要形成溝槽的區(qū)域；
[0031]去除所述需要形成溝槽的區(qū)域的掩膜層；
[0032]對(duì)所述第二勢(shì)皇層進(jìn)行熱氧化；
[0033]利用濕法腐蝕技術(shù)將所述需要形成溝槽的區(qū)域的第二勢(shì)皇層腐蝕掉，形成溝槽。
[0034]進(jìn)一步地，所述熱氧化的溫度為500-700攝氏度，所述濕法腐蝕技術(shù)用到的液體為氫氧化鉀，腐蝕的時(shí)間為30-60分鐘。
[0035]本發(fā)明所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管具有低正向開啟電壓、低反向漏電流和高擊穿電壓的優(yōu)點(diǎn)，且通過(guò)在第一勢(shì)皇層和第二勢(shì)皇層之間引入刻蝕阻擋層，制備溝槽時(shí)，溝槽的深度等于第二勢(shì)皇層的厚度，使得溝槽刻蝕的深度容易控制，可得開啟電壓接近為OV的二極管，且制作工藝簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0036]為了更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明示例性實(shí)施例的技術(shù)方案，下面對(duì)描述實(shí)施例中所需要用到的附圖做一簡(jiǎn)單介紹。顯然，所介紹的附圖只是本發(fā)明所要描述的一部分實(shí)施例的附圖，而不是全部的附圖，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖得到其他的附圖。
[0037]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的結(jié)構(gòu)圖。
[0038]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管在陽(yáng)極施加較小正向電壓(小于IV)時(shí)，在溝槽處沿A-A7分布的能帶結(jié)構(gòu)圖。
[0039]其中，B區(qū)為刻蝕阻擋層；C區(qū)為第一勢(shì)皇層；D區(qū)為溝道層；EC為導(dǎo)帶底；EV為價(jià)帶頂；EF為費(fèi)米能級(jí)。
[0040]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管在反偏狀態(tài)時(shí)，在溝槽處沿A-A7分布的能帶結(jié)構(gòu)圖。
[0041]圖4是本發(fā)明實(shí)施例一提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的制作方法的流程圖。
[0042]圖5是本發(fā)明實(shí)施例一提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的制作方法中步驟在陰極和陽(yáng)極歐姆接觸電極之間的第二勢(shì)皇層和掩膜層之內(nèi)制備溝槽，且溝槽的深度等于第二勢(shì)皇層的厚度與掩膜層的厚度之和的流程圖。
[0043]圖6是本發(fā)明實(shí)施例二提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的結(jié)構(gòu)圖。
[0044]圖7是本發(fā)明實(shí)施例二提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的制作方法的流程圖。
[0045]圖8是本發(fā)明實(shí)施例三提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的結(jié)構(gòu)圖。
[0046]圖9是本發(fā)明實(shí)施例四提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的結(jié)構(gòu)圖。
[0047]圖10是本發(fā)明實(shí)施例四提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的制作方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，通過(guò)【具體實(shí)施方式】，完整地描述本發(fā)明的技術(shù)方案。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下獲得的所有其他實(shí)施例，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0049]實(shí)施例一:
[0050]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的場(chǎng)效應(yīng)二極管的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該場(chǎng)效應(yīng)二極管包括:
[0051]襯底I。
[0052]