肖特基勢壘二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有高擊穿電壓并且允許大電流從中流過的肖特基勢皇二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用III族氮化物膜的肖特基勢皇二極管(下文中也被稱為SBD)的優(yōu)異性表現(xiàn)在高頻特性、擊穿電壓特性、低開關(guān)損耗等，因此近年來受到關(guān)注。例如，日本專利特許公開N0.2006-156457 (PTD I)公開了使用生長在硅襯底上的III族氮化物膜。
[0003]引用列表
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]PTDl:日本專利特許公開 N0.2006-156457

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]關(guān)于日本專利特許公開N0.2006-156457 (PTDl)中公開的SBD (肖特基勢皇二極管)，SBD中使用的III族氮化物膜生長在其化學(xué)組分與III族氮化物不同的硅襯底上。因此，膜具有IXlO8cm2或更大的高位錯密度，從而難以保持高擊穿電壓。另外，為了在硅襯底上生長具有與硅襯底的化學(xué)組分不同的化學(xué)組分的III族氮化物膜，必須在硅襯底上生長具有低結(jié)晶度的III族氮化物緩沖膜，然后在III族氮化物緩沖膜上生長III族氮化物膜。因為III族氮化物緩沖膜具有高電阻，所以難以在具有允許大電流從中通過的垂直結(jié)構(gòu)的SBD中使用III族氮化物緩沖膜。
[0008]盡管可通過使用III族氮化物襯底作為III族氮化物膜將在其上生長的基礎(chǔ)襯底解決以上問題，但價格高的III族氮化物襯底增加了制造SBD的成本。
[0009]本發(fā)明的一個目的是解決上述問題并且提供具有高擊穿電壓并且允許大電流從中流過的低成本肖特基勢皇二極管及其制造方法。
[0010]問題的解決方案
[0011]根據(jù)一方面，本發(fā)明是一種肖特基勢皇二極管，所述肖特基勢皇二極管包括在從第一主表面?zhèn)鹊降诙鞅砻鎮(zhèn)鹊姆较蛏弦来尾贾玫?第一電極、III族氮化物膜、絕緣膜，其具有開口、肖特基接觸金屬膜、接合金屬膜、導(dǎo)電支撐襯底、以及第二電極。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的這個方面的肖特基勢皇二極管中，所述肖特基接觸金屬膜的一部分可在所述絕緣膜的一部分上延伸。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的這個方面的肖特基勢皇二極管還可包括設(shè)置在所述接合金屬膜和所述肖特基接觸金屬膜的凹進(jìn)部分之間的嵌入金屬膜，所述肖特基接觸金屬膜的所述凹進(jìn)部分由于所述絕緣膜存在所述開口而形成。它還可包括設(shè)置在所述肖特基接觸金屬膜和所述接合金屬膜之間以及所述嵌入金屬膜和所述接合金屬膜之間的防擴(kuò)散金屬膜。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的這個方面的肖特基勢皇二極管還可包括設(shè)置在所述肖特基接觸金屬膜和所述接合金屬膜之間的防擴(kuò)散金屬膜。它還可包括設(shè)置在所述接合金屬膜和所述防擴(kuò)散金屬膜的凹進(jìn)部分之間的嵌入金屬膜，所述防擴(kuò)散金屬膜的所述凹進(jìn)部分由于所述絕緣膜存在所述開口而形成。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的這個方面的肖特基勢皇二極管中，所述第一電極可位于所述III族氮化物膜的主表面的一部分上。
[0016]根據(jù)另一方面，本發(fā)明是一種制造肖特基勢皇二極管的方法，所述方法包括以下步驟:在基礎(chǔ)復(fù)合襯底的基礎(chǔ)III族氮化物膜上形成III族氮化物膜，所述基礎(chǔ)復(fù)合襯底包括基礎(chǔ)支撐襯底和接合至所述基礎(chǔ)支撐襯底的一個主表面?zhèn)鹊乃龌A(chǔ)III族氮化物膜；在所述III族氮化物膜上，形成具有開口的絕緣膜；在所述絕緣膜的開口下面的所述III族氮化物膜上和在所述絕緣膜上，形成肖特基接觸金屬膜；通過將導(dǎo)電支撐襯底接合到所述肖特基接觸金屬膜上，來獲得接合襯底，其中使接合金屬膜插入在導(dǎo)電支撐襯底和所述肖特基接觸金屬膜之間；從所述接合襯底去除所述基礎(chǔ)復(fù)合襯底；在所述III族氮化物膜上形成第一電極并且在所述導(dǎo)電支撐襯底上形成第二電極。
[0017]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的這個方面的制造肖特基勢皇二極管的方法，在形成肖特基接觸金屬膜的所述步驟中，所述肖特基接觸金屬膜可被形成為所述肖特基接觸金屬膜的一部分在所述絕緣膜的一部分上延伸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的這個方面的制造肖特基勢皇二極管的方法還包括在形成肖特基接觸金屬膜的所述步驟之后和獲得接合襯底的所述步驟之前，在所述肖特基接觸金屬膜的凹進(jìn)部分上形成嵌入金屬膜的步驟，可通過將所述導(dǎo)電支撐襯底接合到所述肖特基接觸金屬膜上以及將所述導(dǎo)電支撐襯底接合到所述嵌入金屬膜上，來執(zhí)行獲得接合襯底的所述步驟，其中使所述接合膜插入所述導(dǎo)電支撐襯底和所述肖特基接觸金屬膜之間已經(jīng)所述導(dǎo)電支撐襯底和所述嵌入金屬膜之間。所述方法還包括在形成嵌入金屬膜的所述步驟之后和獲得接合襯底的所述步驟之前，在所述肖特基接觸金屬膜上以及在所述嵌入金屬膜上形成防擴(kuò)散金屬膜的步驟，可通過將所述導(dǎo)電支撐襯底接合到所述防擴(kuò)散金屬膜上，來執(zhí)行獲得接合襯底的所述步驟，其中使所述接合膜插入所述導(dǎo)電支撐襯底和所述防擴(kuò)散金屬膜之間。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的這個方面的制造肖特基勢皇二極管的方法還包括在所述形成肖特基接觸金屬膜的步驟之后和所述得到接合襯底的步驟之前，在所述肖特基接觸金屬膜上形成防擴(kuò)散金屬膜的步驟，可通過將所述導(dǎo)電支撐襯底接合到所述防擴(kuò)散金屬膜上，來執(zhí)行獲得接合襯底的所述步驟，其中使所述接合膜插入所述導(dǎo)電支撐襯底和所述防擴(kuò)散金屬膜之間。所述方法還包括在形成防擴(kuò)散金屬膜的所述步驟之后和獲得接合襯底的所述步驟之前，在所述防擴(kuò)散金屬膜的凹進(jìn)部分上形成嵌入金屬膜的步驟，可通過將所述導(dǎo)電支撐襯底接合到所述防擴(kuò)散金屬膜上以及將所述導(dǎo)電支撐襯底接合到所述嵌入金屬膜上，來執(zhí)行獲得接合襯底的所述步驟，其中使所述接合膜插入所述導(dǎo)電支撐襯底和所述防擴(kuò)散金屬膜之間已經(jīng)所述導(dǎo)電支撐襯底和所述嵌入金屬膜之間。
[0020]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的這個方面的制造肖特基勢皇二極管的方法，所述第一電極可形成在所述III族氮化物膜的主表面的一部分上。
[0021]本發(fā)明的有益效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，可提供具有高擊穿電壓并且允許大電流流動的低成本肖特基勢皇二極管及其制造方法。
【附圖說明】
[0023]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管的示例的示意性剖視圖。
[0024]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管的另一個示例的示意性剖視圖。
[0025]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管的又一個示例的示意性剖視圖。
[0026]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管的又一個示例的示意性剖視圖。
[0027]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管的又一個示例的示意性剖視圖。
[0028]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管中的III族氮化物膜、具有開口的絕緣膜和肖特基勢皇金屬膜的布置狀態(tài)的示例的示意性平面圖。
[0029]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管中的III族氮化物膜、具有開口的絕緣膜和肖特基勢皇金屬膜的布置狀態(tài)的另一個示例的示意性平面圖。
[0030]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的肖特基勢皇二極管中的III族氮化物膜、具有開口的絕緣膜和肖特基勢皇金屬膜的布置狀態(tài)的又一個示例的示意性平面圖。
[0031]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的制造肖特基勢皇二極管的方法的示例的示意性剖視圖。
[0032]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的制造肖特基勢皇二極管的方法的另一個示例的示意性剖視圖。
[0033]圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的制造肖特基勢皇二極管的方法的又一個示例的示意性剖視圖。
[0034]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的制造肖特基勢皇二極管的方法的又一個示例的示意性剖視圖。
[0035]圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的制造肖特基勢皇二極管的方法的又一個示例的示意性剖視圖。
[0036]圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造肖特基勢皇二極管的方法的制造基礎(chǔ)復(fù)合襯底的方法的示例的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0037][肖特基勢皇二極管]
[0038]參照圖1至圖5，本發(fā)明的實施例中的SBD(肖特基勢皇二極管)包括在從第一主表面?zhèn)鹊降诙鞅砻鎮(zhèn)鹊姆较蛏弦来尾贾玫牡谝浑姌O72、III族氮化物膜20、具有開口的絕緣膜30、肖特基接觸金屬膜40、接合金屬膜60、導(dǎo)電支撐襯底50和第二電極75。
[0039]在本實施例的SBD中，第一電極72、III族氮化物膜20、具有開口的絕緣膜30、肖特基接觸金屬膜40、接合金屬膜60、導(dǎo)電支撐襯底50和第二電極75依次布置，因此，SBD具有高擊穿電壓并且允許大電流從中通過。
[0040]除了圖1至圖5之外，還參照圖6至圖8，在本實施例的SBD中，優(yōu)選地，肖特基接觸金屬膜40的一部分在絕緣膜30的一部分上延伸。在這種情況下，肖特基接觸金屬膜40具有:肖特基接觸部分40a，其被定位為在絕緣膜30的開口下方與III族氮化物膜20的上表面接觸；絕緣接觸部分40b，其被定位為與作為絕緣膜30的一部分的開口的外圍部分的上表面接觸。因此，肖特基接觸金屬膜40的肖特基接觸部分40a的邊緣上的電場集中減輕并且在肖特基接觸金屬膜40和絕緣膜30之間不存在間隙，因此，得到具有高擊穿電壓的SBDo如果肖特基接觸金屬膜40的一部分沒有在絕緣膜的一部分上延伸，則肖特基接觸金屬膜40的邊緣上出現(xiàn)電場集中并且在肖特基接觸金屬膜40和絕緣膜30之間存在間隙。因為此間隙被具有高粘附性和小逸出功的金屬材料(例如，Sn合金)填充，并且因為金屬材料和III族氮化物膜彼此接觸的部分被定位為靠近歐姆接觸，所以阻礙SBD的擊穿電壓提尚O
[0041]在本實施例的SBD中，肖特基接觸金屬膜40在絕緣膜30的一部分上延伸的部分具有優(yōu)選地I ym或更大且100 μm或更小、且更優(yōu)選地15 μm或更大且30 μπι或更小的寬度W (即，肖特基接觸金屬膜40的絕緣接觸部分40b的寬度W)，以確保肖特基接觸金屬膜40在絕緣膜30的一部分上延伸的部分和肖特基接觸金屬膜40的這個部分之間的粘附性，并且沒有多余地占據(jù)沒有促成電流的區(qū)域。
[0042]參照圖6至圖8，在本實施例的SBD中，絕緣膜30的開口的平面圖形狀和肖特基接觸金屬膜40的主表面形狀不受特別限制。為了減輕肖特基接觸金屬膜40的肖特基接觸部分40a的邊緣上的電場集中并且允許起作用的主表面具有大面積，這些形狀優(yōu)選地是具有弧形頂點(diǎn)、圓形和橢圓形中的至少一個。例如，這些形狀優(yōu)選地是具有弧形頂點(diǎn)的正方形(圖6)、具有弧形頂點(diǎn)的矩形(圖7)、圓形(圖8)等。關(guān)于絕緣膜30的開口的二維尺寸，為了穩(wěn)定地形成絕緣膜30的開口并且允許肖特基接觸金屬膜40的絕緣接觸部分40b具有制造成芯片所需的合適工藝余量，通過彼此相對的兩邊之間的距離或徑向尺寸限定的開口的大小如下。最短距離或最短徑向尺寸優(yōu)選地是50 μπι或更大且更優(yōu)選地200 μπι或更大，最長距離或最長徑向尺寸優(yōu)選地是(芯片寬度-60) y m或更小且更優(yōu)選地(芯片寬度-100)μπι或更小。例如，在芯片具有1500 μm(芯片寬度)X 1500 μm(芯片寬度)的正方形形狀的情況下，最長距離優(yōu)選地是1440 μπι或更小且更優(yōu)選地1400 μπι或更小。在下文中，將描述具體實施例。
[0043]第一實施例
[0044]參照圖1，本發(fā)明的實施例中的SBD包括在從第一主表面?zhèn)鹊降诙鞅砻鎮(zhèn)鹊姆较蛏弦来尾贾玫牡谝浑姌O72、111族氮化物膜20、具有開口的絕緣膜30、肖特基接觸金屬膜40、接合金屬膜60、導(dǎo)電支撐襯底50和第二電極75。肖特基接觸金屬膜40的一部分在絕緣膜30的一部分上延伸。如上所述，第一實施例的SBD可具有高擊穿電壓并且允許大電流從中流過。
[0045]第一電極72不特別受限制。然而，為了實現(xiàn)令人滿意的與III族氮化物膜20和外部電極(未示出)的電連接，第一電極72優(yōu)選地具有包括從III族氮化物膜20側(cè)起依次定位的Al層和Au層的電極結(jié)構(gòu)?？紤]到III族氮化物膜20、第一電極72和外部電極之間的粘附性，本文中的第一電極72具有由從III族氮化物膜20起依次定位的Ti層、Al層、Ti層和Au層制成的四層結(jié)構(gòu)。另外，第二電極75不特別受限制。然而，為了實現(xiàn)令人滿意的與導(dǎo)電支撐襯底50和外部電極(未示出)的電連接，本文中的第二電極75具有由從導(dǎo)電支撐襯底50側(cè)起依次定位的Ti層、Pt層和Au層制成的三層結(jié)構(gòu)。
[0046]III族氮化物膜20不特別受限制。然而，為了實現(xiàn)高擊穿電壓，III族氮化物膜20優(yōu)選地具有I X 16CnT2或更小的位錯密度。具有此低位錯密度的III族氮化物膜20是通過在包括基礎(chǔ)支撐襯底和接合到基礎(chǔ)支撐襯底的一個主表面?zhèn)鹊幕A(chǔ)III族氮化物膜的基礎(chǔ)復(fù)合襯底的該基礎(chǔ)III族氮化物膜上生長得到的，如隨后結(jié)合第六實施例例證的。出于同時在III族氮化物膜20和肖特基接觸金屬膜40之間形成肖特基結(jié)并且在III族氮化物膜20和第一電極72之間形成歐姆結(jié)的目的，優(yōu)選地，III族氮化物膜20包括具有相對高的施主濃度并且形成在第一電極72側(cè)的n+型族氮化物層21和具有相對低的施主濃度并且形成在相反側(cè)的η型III族氮化物層22。
[0047]具有開口的絕緣膜30不特別受限制。然而，為了實現(xiàn)是非開口部分