[發(fā)明專利]垂直氮化鎵肖特基二極管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210443424.6
• 申請(qǐng)日: 2012-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN103107204A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱廷剛;安荷·叭剌;黃平;何約瑟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萬國(guó)半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/872
• 分類號(hào): H01L29/872;H01L23/485
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化鎵半導(dǎo)體器件，尤其是垂直氮化鎵肖特基二極管，形成在絕緣襯底上，隨后剝離。

背景技術(shù)

肖特基二極管是利用金屬接觸半導(dǎo)體層制成的一種半導(dǎo)體器件。金屬和半導(dǎo)體層之間的結(jié)為整流結(jié)，其表征是通過自由載流子低于PN結(jié)的能量勢(shì)壘，以及與PN結(jié)中的雙極電流傳導(dǎo)相反的單極電流傳導(dǎo)。就這點(diǎn)來說，肖特基二極管開始電流傳導(dǎo)的正向偏壓小于普通的PN結(jié)二極管，但反向偏壓泄漏電流大于普通的PN結(jié)二極管。由于肖特基二極管為雙極器件，它們的開關(guān)速度通常大于PN結(jié)二極管。肖特基二極管對(duì)于開關(guān)損耗是主要的能耗來源的器件（例如開關(guān)模式電源（SMPS）來說，是非常理想的選擇。

已知許多氮化物化合物半導(dǎo)體材料制成的電子器件。這種電子器件也稱為Ⅲ-氮半導(dǎo)體器件，正如基于Ⅲ族氮材料制成的半導(dǎo)體器件。氮化物化合物半導(dǎo)體器件較寬的帶隙以及較高的擊穿電壓等優(yōu)良特性，使得它們非常適用于高壓和高溫器件。尤其是提出了一種具有高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻的Ⅲ-V氮化鎵化合物半導(dǎo)體肖特基二極管。通過使用Ⅲ-氮半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘二極管，可以提高開關(guān)模式電源的效率。

然而，氮化物半導(dǎo)體肖特基二極管與以硅襯底的肖特基二極管相比，具有明顯的不足。以硅襯底的肖特基二極管采用垂直傳導(dǎo)路徑，而氮化物肖特基二極管經(jīng)常依賴水平傳導(dǎo)路徑。這是因?yàn)椋锇雽?dǎo)體器件通常形成在絕緣襯底和/或絕緣緩沖層上方，絕緣緩沖層外延生長(zhǎng)在導(dǎo)電或非導(dǎo)電襯底上。因此，肖特基二極管的陽極和陰極都形成在器件的頂面上，與襯底相對(duì)，形成水平傳導(dǎo)器件。當(dāng)器件正向偏置時(shí)，由于正向電流必須流經(jīng)一段相當(dāng)長(zhǎng)的傳導(dǎo)路徑，并且產(chǎn)生非均勻的電流分布，因此帶有水平傳導(dǎo)路徑的肖特基二極管具有較高的接通電阻。

更確切地說，氮化物半導(dǎo)體器件通常作為生長(zhǎng)在襯底材料上的外延層，襯底材料包括硅、藍(lán)寶石、碳化硅以及降壓氮化鎵襯底。雖然在大塊氮化鎵結(jié)晶襯底上生長(zhǎng)氮化鎵層的效果最好，但是降壓氮化鎵襯底所用的材料非常昂貴，大多數(shù)的電子器件使用大塊氮化鎵襯底并不現(xiàn)實(shí)。碳化硅襯底也是如此。同時(shí)，盡管硅襯底是成本最低的材料，但是由于氮化鎵外延層和硅襯底之間的晶格失配很顯著，因此在硅襯底上生長(zhǎng)一個(gè)氮化鎵層的所產(chǎn)生的效果很差。

藍(lán)寶石襯底對(duì)于氮化物半導(dǎo)體器件來說，是很好的選擇，其成本較低，大量使用于LED制備和充分的晶格匹配，形成高質(zhì)量的外延層。因此，建立在絕緣藍(lán)寶石襯底上的氮化鎵半導(dǎo)體器件為水平傳導(dǎo)器件或準(zhǔn)垂直傳導(dǎo)器件。在絕緣藍(lán)寶石襯底上制備垂直傳導(dǎo)的氮化鎵器件存在許多困難與挑戰(zhàn)。

此外，可靠的氮化鎵半導(dǎo)體器件需要有效的端接結(jié)構(gòu)，降低陽極電極邊緣處的電場(chǎng)擁擠效應(yīng)，尤其是高壓器件。傳統(tǒng)的端接結(jié)構(gòu)包括p-型保護(hù)環(huán)，在氮化鎵肖特基二極管的陽極端有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。然而，由于氮化物半導(dǎo)體器件本身具有很寬的帶隙，利用傳統(tǒng)的植入和退火工藝，難以形成退火的或激活的p-型區(qū)。因此，用于氮化物半導(dǎo)體器件的傳統(tǒng)的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，并不能被激活。

美國(guó)專利號(hào)7,229,866提出了一種在傳導(dǎo)和非傳導(dǎo)襯底上制備氮化鎵肖特基二極管，還提出了使用未激活的保護(hù)環(huán)。制備未激活的保護(hù)環(huán)是通過離子植入到半導(dǎo)體接觸層中，在半導(dǎo)體接觸層中植入?yún)^(qū)并沒有完全退火，植入的粒子未被激活。植入?yún)^(qū)構(gòu)成一個(gè)高阻抗區(qū)，嵌入的缺陷密度使運(yùn)行時(shí)的可靠性變差。

發(fā)明內(nèi)容

依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，垂直傳導(dǎo)的氮化物肖特基二極管包括一個(gè)第一導(dǎo)電類型的氮化物半導(dǎo)體襯底；一個(gè)形成在氮化物半導(dǎo)體襯底正面的第一金屬層，構(gòu)成一個(gè)肖特基結(jié)，第一金屬層構(gòu)成肖特基二極管的陽極電極；一個(gè)形成在第一屬層上的第二金屬層；一個(gè)形成在氮化物半導(dǎo)體襯底背面的第三金屬層，第三金屬層同半導(dǎo)體襯底構(gòu)成歐姆接觸，形成肖特基二極管的陰極電極；一個(gè)形成在第二金屬層上的焊錫球；以及一個(gè)形成在氮化物半導(dǎo)體襯底正面的晶圓級(jí)成型層，晶圓級(jí)成型層封裝第二金屬層和至少一部分焊錫球。肖特基二極管具有一個(gè)來自焊錫球的垂直電流通路，穿過陽極電極和肖特基結(jié)，一直到陰極電極。