[發明專利]一種帶場板的肖特基結金剛石二極管器件的制備方法

有效

• 申請號: 201811386860.8
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109449213B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 郁鑫鑫;周建軍;孔月嬋
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/40;H01L21/04
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明提出的是一種帶場板的肖特基結金剛石二極管器件的制備方法，具體實施步驟包括：（1）樣品的清潔處理；（2）背面歐姆接觸金屬的制備及合金處理；（3）犧牲介質層的制備；（4）場板埋層區域犧牲介質層的刻蝕；（5）場板埋層區域金剛石材料層的刻蝕；（6）金剛石材料的選擇性外延生長；（7）犧牲介質層的去除；（8）離子注入區域的定義和高阻區域的離子注入；（9）帶場板肖特基接觸的制備。本發明基于選區再生長和離子注入非晶化技術開發具有有效提升器件耐壓能力的帶埋層場板結構的金剛石肖特基二極管器件，具有邊緣電場抑制能力強、抗輻照能力強、導通電阻低、工作溫度穩定性好等優點。

技術領域

本發明涉及的是一種帶場板的肖特基結金剛石二極管器件的制備方法，屬于半導體器件制備技術領域。

背景技術

金剛石半導體材料具有超寬的帶隙、高的臨界擊穿場強、高的載流子飽和漂移速度以及高熱導率等優異的特性，使其成為高性能功率器件研制的優選材料。采用金剛石研制的肖特基結二極管器件具有導通電阻低、工作電流密度高、抗輻照以及高溫穩定好等優勢。

金剛石肖特基二極管器件主要由肖特基接觸和歐姆接觸構成。由于邊緣效應的問題，在肖特基接觸邊緣存在強的峰值電場，從而導致器件耐壓能力顯著下降。傳統硅肖特基二極管器件為解決這一問題，通常采用注入不同導電類型的雜質，在肖特基接觸金屬邊緣位置形成pn結，或者在該區域通過刻蝕后再淀積介質的方式來形成埋層式場板結構。由于金剛石材料p型摻雜比較容易實現，但n型摻雜很難實現，同時采用注入摻雜后需要極高的溫度才可以激活摻雜雜質，而采用介質埋層技術將會在介質和金剛石材料接觸面引入大的界面態，嚴重影響器件的穩定性和可靠性。

發明內容

本發明針對現有金剛石肖特基結二極管器件邊緣強電場導致器件耐壓能力下降的問題，通過選區再生長和離子注入非晶化技術，提出一種帶場板的肖特基結金剛石二極管器件的制備方法。

本發明的技術解決方案：一種帶場板的肖特基結金剛石二極管器件的制備方法，包括如下步驟：

（1）采用丙酮、乙醇等有機試劑，通過超聲的方式清洗金剛石材料樣品，樣品的結構包括高摻雜金剛石襯底，輕摻雜金剛石外延層和非摻雜金剛石外延層，高摻雜金剛石襯底和輕摻雜金剛石外延層摻雜后導電類型同時為n或p型；

（2）在樣品背面通過蒸發或濺射的方法制備Ti/Al，Ti/Au等以Ti為基底的歐姆接觸金屬層，并在真空條件下進行合金處理，Ti的厚度大于10nm小于50nm，合金時真空低于3E-4Pa，合金溫度高于600度；

（3）利用PECVD、ALD或磁控濺射方法在樣品表面生長一層材質為SiO₂、Si₃N₄、V₂O₅、Al₂O₃等易通過濕法腐蝕去除的犧牲介質層；

（4）通過常規光刻、顯影工藝，利用A光刻膠定義場板埋層區域掩模，然后利用干法或濕法刻蝕方法刻蝕無光刻膠保護區域的介質層；

（5）利用丙酮等有機溶劑，通過超聲的方式去除A光刻膠，以犧牲介質層作為掩模，利用干法刻蝕的方法刻蝕掉掩模以外區域的非故意摻雜層，刻蝕部分輕摻雜層，刻蝕厚度小于200nm；

（6）利用MPCVD設備在正面淀積金剛石層，生長溫度在400℃到900℃間，生長時可摻雜或不摻雜；

（7）在背面涂上一層光刻膠，利用鹽酸、氫氟酸、磷酸等非強氧化性酸溶液或氨水等弱堿性溶液超聲去除犧牲介質層及其上金剛石層，去除溫度低于50℃；