一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件制作方法，其中包括：步骤一、提供衬底以及衬底上的外延层；步骤二、提供外延层表面进行图形化并刻蚀凹槽；步骤三、在凹槽之间的外延层表面淀积第一阳极金属；步骤四、在凹槽中和第一层阳极金属表面覆盖第二阳极金属；步骤五、在器件背面制作阴极。本发明专利技术能够提高器件的正向输出电流以及反向阻断电压，提高氮化镓功率二极管的器件性能。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法。
技术介绍
现代科技对半导体功率器件的体积，可靠性，耐压，功耗等方面不断提出更高的要求。随着晶体管特征尺寸的缩小，由于短沟道效应等物理规律和制作成本的限制，主流硅基材料与CMOS技术正发展到10纳米工艺节点而很难继续提升。氮化镓具有较宽的禁带宽度，高热导率、强原子键、化学稳定性好、工作温度高、击穿电压高、抗辐照能力强等性质，适用于光电子、高温大功率器件和高频微波器件等应用。所以氮化镓被认为是新一代集成电路半导体材料，具有广阔的应用前景。半导体功率二极管的几何结构包括两类：横向结构和垂直结构。以蓝宝石为生长衬底的横向结构的大功率氮化镓基二极管具备大尺寸、低成本以及良好的CMOS工艺兼容性等优点，但是较难获得很高的输出电流，散热效率低，电流拥塞，电流密度低，生产成本高，并且不可避免会受到由表面态导致的高压电流坍塌等难题的困扰。在现有技术中，为解决横向结构的大功率氮化镓基半导体二极管的散热问题，倒装焊技术被提出，但是，倒装焊技术工艺复杂，生产成本高。另外，传统垂直结构的氮化镓基二极管的衬底成本极高，并且对衬底剥离技术要求极高，不易实现。因此，亟需设计一种新型垂直结构的氮化镓基功率二极管及其制作方法，从而解决横向结构大功率氮化镓基半导体二极管输出电流小、电流坍塌等问题，有效应用于高压大功率电子应用领域。
技术实现思路
本专利技术提供的垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法，能够针对现有技术的不足，有效提高氮化镓基半导体二极管器件的输出电流，解决电流坍塌问题，提高氮化镓基半导体二极管器件的性能。第一方面，本专利技术提供一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件制作方法，其中包括：步骤一、提供衬底以及所述衬底上的外延层；步骤二、提供所述外延层表面进行图形化并刻蚀凹槽；步骤三、在所述凹槽之间的所述外延层表面淀积第一阳极金属；步骤四、在所述凹槽中和所述第一层阳极金属表面覆盖第二阳极金属；步骤五、在所述器件背面制作阴极。可选地，所述步骤一中的衬底为重掺杂N+-GaN衬底，所述外延层为轻掺杂N--GaN外延层。可选地，所述步骤二通过栅槽刻蚀工艺刻蚀得到所述凹槽。可选地，所述步骤三还包括对所述第一阳极金属进行图形化的步骤，用于实现与所述凹槽之间的外延层表面接触。可选地，所述第一阳极金属为合金或非合金。可选地，所述第一阳极金属为高温合金，用于与所述外延层表面实现良好接触。可选地，所述步骤四还包括对所述第二阳极金属进行图形化的步骤，用于覆盖所述凹槽内和所述第一阳极金属表面。另一方面，本专利技术提供一种根据上述的方法制作的二极管器件，其中包括：衬底以及所述衬底上的外延层；淀积在所述外延层表面刻蚀的凹槽之间的第一阳极金属；填充在所述外延层表面刻蚀的凹槽内并覆盖所述第一阳极金属表面的第二阳极金属；位于所述器件背面的阴极。本专利技术实施例提供的垂直结构的氮化镓功率二极管器件及其制作方法，能够避免传统垂直结构氮化镓功率二极管的高温注入激活导致的半导体材料损伤，提高器件的正向输出电流以及反向阻断电压，降低工艺难度，提高氮化镓功率二极管的器件性能。附图说明图1为本专利技术一实施例的垂直结构氮化镓功率二极管器件整体结构示意图；图2A-2E为本专利技术一实施例的垂直结构的氮化镓功率二极管器件的制作工艺结构示意图。图3为本专利技术一个实施例的垂直结构的GaN功率二极管器件的制作方法工艺流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。第一方面，本专利技术提供一种垂直结构氮化镓(GaN)功率二极管器件结构。图1示出了本专利技术的一个实施例的垂直结构氮化镓功率二极管器件整体结构示意图。如图所示，100为重掺杂的N+-GaN衬底，具体的，在氮化镓半导体材料中大量加入例如磷、砷或锑等V族杂质形成N+衬底，特别的，可以通过热扩散或离子注入形成重掺杂的N+-GaN衬底；101为轻掺杂的N--GaN外延层/漂移区，具体的，在氮化镓半导体材料中少量加入例如磷、砷或锑等V族杂质形成N--GaN外延层/漂移区，特别的，可以通过热扩散或离子注入形成N--GaN外延层/漂移区；102为在N--GaN外延层/漂移区101上淀积的第一层阳极金属，具体的，可以通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀、溅射、原子层沉积(ALD)等工艺进行淀积，特别的，第一层阳极金属的材料可以包括但不限于Ti或Al，优选的，第一层阳极金属经过图形化制作；103为填充在N--GaN外延层/漂移区101通过栅槽刻蚀技术所刻蚀的凹槽中，并覆盖在第一层阳极金属102的表面的第二层阳极金属，具体的，第二层阳极金属103可以通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀、溅射、原子层沉积(ALD)等工艺实现，特别的，第二层阳极金属的材料可以包括但不限于Ni或Au，优选的，第二层阳极金属经过图形化制作；108是二极管器件的阴极。图2A-2E示出了本专利技术一实施例的垂直结构的氮化镓功率二极管器件的制作工艺结构示意图。如图2A所示，提供重掺杂的N+-GaN衬底100以及轻掺杂的N--GaN外延层/漂移区101。具体的，在GaN半导体材料中分别大量或少量加入例如磷、砷或锑等V族杂质，即可形成重掺杂的N+-GaN衬底100或轻掺杂的N--GaN外延层/漂移区101。特别的，可以通过热扩散或离子注入形成重掺杂的N+-GaN衬底100或轻掺杂的N--GaN外延层/漂移区101。如图2B所示，在轻掺杂的N--GaN外延层/漂移区101中通过栅槽刻蚀技术刻蚀图形化凹槽。具体的，栅槽刻蚀可以包括使用诸如SiO2等氧化物形成阻挡层，通过旋涂光刻胶并进行干法刻蚀/湿法腐蚀等步骤在阻挡层表面进行图形化，得到刻蚀窗口。随后使用干法刻蚀技术刻蚀上述图形化的刻蚀窗口中的N--GaN外延层/漂移区101材料，形成N--GaN外延层/漂移区表面对应的凹槽，随后去除剩余阻挡层。得到如图2B所示的具有凹槽的器件。如图2C所示，在上述凹槽之间的N--GaN外延层/漂移区表面淀积第一层阳极金属。具体的，可以通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀、溅射、原子层沉积(ALD)等工艺淀积第一层阳极金属102。特别的，第一层阳极金属的材料可以包括但不限于Ti或Al，第一次层阳极金属102可以以合金或者非合金方式存在，并可以通过高温合金后与N--GaN外延层/漂移区表面形成良好的接触。优选的，第一层阳极金属经过图形化制作。如图2D所示，第二层阳极金属103填充在N--GaN外延层/漂移区101通过栅槽刻蚀技术刻蚀得到的凹槽中，并覆盖在第一层阳极金属102的表面。具体的，第二层阳极金属103可以通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀、溅射、原子层沉积(ALD)等工艺实现，特别的，第二层阳极金属的材料可以包括但不限于Ni或Au。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件制作方法，其特征在于，包括：步骤一、提供衬底以及所述衬底上的外延层；步骤二、提供所述外延层表面进行图形化并刻蚀凹槽；步骤三、在所述凹槽之间的所述外延层表面淀积第一阳极金属；步骤四、在所述凹槽中和所述第一层阳极金属表面覆盖第二阳极金属；步骤五、在所述器件背面制作阴极。

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构的氮化镓功率二极管器件制作方法，其特征在于，包括：步骤一、提供衬底以及所述衬底上的外延层；步骤二、提供所述外延层表面进行图形化并刻蚀凹槽；步骤三、在所述凹槽之间的所述外延层表面淀积第一阳极金属；步骤四、在所述凹槽中和所述第一层阳极金属表面覆盖第二阳极金属；步骤五、在所述器件背面制作阴极。2.根据权利要求1所述的二极管器件制作方法，其特征在于，所述步骤一中的衬底为重掺杂N+-GaN衬底，所述外延层为轻掺杂N--GaN外延层。3.根据权利要求1所述的二极管器件制作方法，其特征在于，所述步骤二通过栅槽刻蚀工艺刻蚀得到所述凹槽。4.根据权利要求1所述的二极管器件制作方法，其特征在于，所述步骤三还包括对所述第一阳极金属进行图形化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康玄武，刘新宇，郑英奎，黄森，王鑫华，魏珂，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11