[發明專利]一種肖特基二極管及其制作方法

有效

• 申請號: 201410663922.0
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104465795B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 陳洪維
• 申請（專利權）人: 蘇州捷芯威半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 路凱,胡彬

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種肖特基二極管及其制作方法。

背景技術

在高壓開關應用領域中，希望二極管具有反向漏電小、反向耐壓大和正向導通壓降小的特性。基于寬禁帶半導體材料，特別是氮化鎵材料的功率電子器件具有優越的特性。因此，氮化鎵肖特基二極管近年來逐漸成為研究的熱點。在氮化鎵襯底上同質外延氮化鎵的技術尚處于小尺寸、高成本的階段，雖然可以獲得質量較高的外延材料和較理想的器件性能，但是基于成本的考慮尚未被廣泛的采用。目前氮化鎵材料主要是在異質材料上外延生長而得，氮化鎵材料的缺陷密度仍處于較高的水平(一般為10⁸cm^-3)，因而垂直結構的氮化鎵肖特基二極管仍不能獲得理想的性能。但是基于鋁鎵氮/氮化鎵異質結構所形成的水平方向的高電子遷移率的二維電子氣溝道制作的高電子遷移率器件(HEMT)已經被廣泛的應用于射頻和電力電子領域。一方面是因為氮化鎵是寬禁帶半導體材料具有比硅材料大10倍左右臨界擊穿電場以及相應的高耐壓的特性，另一方面是由于二維電子氣溝道能夠提供非常小的導通電阻，從而減少開關器件的功率損耗。因此基于鋁鎵氮/氮化鎵異質結構的水平二極管逐漸成為業界的重要研究方向。在鋁鎵氮/氮化鎵異質結構上直接沉積肖特基金屬所形成的肖特基二極管，由于肖特基金屬與二維電子氣之間的鋁鎵氮勢壘層厚度一般達到20nm左右，會形成比較大的肖特基勢壘厚度，并且在鋁鎵氮勢壘層的表面態密度較大會形成費米能級釘扎效應使得肖特基勢壘高度比較大，從而使得肖特基的正向開啟電壓較大(>1V)，不利于減小二極管的導通損耗。為了減小肖特基二極管的正向導通電壓，陽極溝槽結構被提出來，通過在陽極區域刻蝕去除鋁鎵氮勢壘層和部分氮化鎵溝道層，然后沉積陽極金屬，使得陽極金屬從側壁與二維電子氣溝道形成金半接觸，從而消除了20nm厚的鋁鎵氮勢壘層所形成的肖特基勢壘厚度，減小了二極管的正向開啟電壓(<0.7V),同時高電子遷移率的二維電子氣溝道提供了很低的導通電阻，從而形成具有低導通電壓和低導通電阻的高性能肖特基二極管。并且由于氮化鎵材料的寬禁帶特性，其二維電子氣溝道中的空穴濃度非常低，因而具有非常小的反向恢復時間。但現有的氮化鎵肖特基二極管仍然存在不足之處。例如，在高電場下場致熱電子發射或電子隧穿效應會使得反向漏電增大，導致器件的耐壓特性降低。

現在，也有很多的文獻和專利中提出了不同結構的肖特基二極管，以改善其肖特基二極管的性能。例如，

文獻“Fast Switching GaN Based Lateral power Schottky Barrier Diode with Low Onset Voltage and Strong Reverse Blocking”提出了將肖特基二極管的陽極11設計為溝槽形加場板結構，場板下介質為氮化硅層12，溝槽中陽極11金屬直接與二維電子氣13接觸，如圖1所示，此文獻提出通過增加場板結構和增大陽極和陰極的距離能夠提高肖特基二極管的耐壓。

Yuvaraj Dora等人發明的專利號為US8772842B2的專利“Semiconductor Diodes With Low Reverse Bias Currents”提出了如圖2所示的肖特基二極管：陽極21采用了兩層復合介質層結構，其中一層22用于形成階梯狀的場板結構，另一層23用于鈍化層，起到降低峰值電場、提高擊穿電壓的作用。

Yifeng Wu等人發明的專利號為US7898004B2的專利“Semiconductor Heterostucture Diodes”也提出多階梯結構的肖特基二極管：如圖3所示，采用單層介質層，用來形成陽極階梯式場板結構，起到降低峰值電場的作用。陽極31溝槽底部金屬與半導體材料32形成肖特基接觸，構成陽極結構。