半导体器件结构、肖特基二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件结构、肖特基二极管及其制备方法，肖特基二极管的制备方法包括：提供具有凹槽结构的生长基底，生长第一N型氮化镓层及第二N型氮化镓层，剥离生长衬底，形成阴极金属层及阳极金属层。本发明专利技术在生长基底上进行侧向外延生长形成第一N型氮化镓层，可以提高氮化镓晶体质量，提高表面平整度，减少晶体缺陷，制作垂直结构的肖特基二极管，有利于承受较大的电流及电压，另外，设置阴阳电极上下平行错开，有利于避免两电极直接对冲击穿芯片，提高氮化镓肖特基二极管的耐压特性与降低其漏电流。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件结构、肖特基二极管及其制备方法
本专利技术属于半导体
，特别是涉及一种半导体器件结构、肖特基二极管及其制备方法。
技术介绍
随着大功率器件在军事、民用等各个领域的广泛使用，人们对肖特基二极管的需求也越来越大，对其性能的要求也越来越高。长久以来，人们一直使用硅基肖特基二极管器件，但随着硅工艺的多年发展，相应的硅基肖特基二极管性能已经接近其理论极限。氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料，它具有禁带宽度大、击穿电场大、电子漂移速度高等特性，采用其制作出的肖特基二极管也具有耐高温、耐高压和导通电阻小的优良特性，是制作新一代肖特基二极管的理想材料。目前，氮化镓肖特基二极管除了氮化镓材料本身的问题，反向击穿电压与漏电流与理论上的理想值还相差甚远，国际上很多研究小组都在寻找不同的方法，从结构或工艺上来解决与改进这一问题，以提高氮化镓肖特基二极管的耐压特性与降低其漏电流，以使得器件可以在更大的功率下进行工作。因此，如何提供一种半导体器件结构、肖特基二极管及其制备方法以解决现有技术中的上述问题实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种半导体器件结构、肖特基二极管及其制备方法，用于解决现有技术中氮化镓晶体生长质量差以及氮化镓肖特基二极管的耐压特性与漏电流难以有效改善等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种肖特基二极管的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：提供生长基底，所述生长基底中形成有若干个凹槽结构；于所述生长基底上形成第一N型氮化镓层，所述第一N型氮化镓层填充于所述凹槽结构中并延伸至所述凹槽结构周围的所述生长基底上；于所述第一N型氮化镓层上形成第二N型氮化镓层，所述第二N型氮化镓层的掺杂浓度低于所述第一N型氮化镓层的掺杂浓度；剥离所述生长基底以于所述第一N型氮化镓层靠近所述生长基底的一侧形成连接面；于所述连接面上形成与所述第一N型氮化镓层电连接的阴极金属层，于所述第二N型氮化镓层上形成与所述第二N型氮化镓层电连接的阳极金属层。可选地，剥离所述生长基底之前还包括步骤：提供临时支撑衬底，将形成有所述第二N型氮化镓层的结构转移至所述临时支撑衬底上，所述第二N型氮化镓层远离所述第一N型氮化镓层的一侧与所述临时支撑衬底相接触，且在形成所述阳极金属层之前去除所述临时支撑衬底。可选地，所述制备方法还包括步骤：于所述连接面与所述阴极金属层之间形成与二者均电连接的金属衬底。可选地，各所述凹槽结构呈平行等间距排布或呈周期性间隔排布。可选地，所述凹槽结构之间的距离小于10μm，所述凹槽结构的底部宽度介于0.1μm-3μm之间。可选地，所述生长基底自下而上包括半导体衬底和牺牲介质层，其中，所述牺牲介质层中形成有若干个显露所述半导体衬底的开口，所述开口构成所述凹槽结构。可选地，所述开口的内壁及其周围的所述牺牲介质层上形成有生长辅助层，所述生长辅助层位于所述开口中的相对的表面构成所述凹槽结构。可选地，所述半导体衬底与所述牺牲介质层之间还形成有缓冲层，所述开口贯穿所述缓冲层以显露所述半导体衬底。可选地，剥离所述生长基底之后且在形成所述阴极金属层之前还包括步骤：于所述连接面上形成介质层，且所述介质层中形成有显露所述连接面的连接部开口，并至少于所述连接部开口中形成键合金属层，所述阴极金属层通过所述键合金属层与所述第一N型氮化镓层电连接。可选地，位于所述连接部开口中的所述键合金属层与所述阳极金属层上下平行且对应错开。本专利技术还提供一种半导体器件结构，其中，所述半导体器件结构可以参考本专利技术提供的制备方法制备，当然，也可以采用其他方法制备，所述半导体器件结构包括：生长基底，所述生长基底中形成有若干个凹槽结构；第一N型氮化镓层，填充于所述凹槽结构中并延伸至所述凹槽结构周围的所述生长基底上；以及第二N型氮化镓层，形成于所述第一N型氮化镓层上，且所述第二N型氮化镓层的掺杂浓度低于所述第一N型氮化镓层的掺杂浓度。可选地，所述生长基底自下而上包括半导体衬底和牺牲介质层，其中，所述牺牲介质层中形成有若干个显露所述半导体衬底的开口，所述开口构成所述凹槽结构。可选地，所述牺牲介质层包括SiO2层、Si3N4层中的至少一种。可选地，所述开口内壁及其周围的所述介质层上形成有生长辅助层，所述生长辅助层位于所述开口中的相对的表面构成所述凹槽结构。可选地，所述半导体衬底与所述牺牲介质层之间还形成有缓冲层，所述开口贯穿所述缓冲层以显露所述半导体衬底。可选地，所述缓冲层包括AlxGa1-xN层、BN层以及AlN层中的至少一种，其中，0≤x≤0.5。可选地，所述生长辅助层包括AlN层。可选地，各所述凹槽结构呈平行等间距排布或呈周期性间隔排布。可选地，所述凹槽结构之间的距离小于10μm。可选地，所述凹槽结构的底部宽度介于0.1μm-3μm之间。本专利技术还提供一种肖特基二极管，所述肖特基二极管可以参考本专利技术提供的制备方法制备，当然，也可以采用其他方法制备，所述肖特基二极管包括：第一N型氮化镓层，具有相对的下表面及上表面；第二N型氮化镓层，形成于所述第一N型氮化镓层的上表面上，且所述第二N型氮化镓层的掺杂浓度低于所述第一N型氮化镓层的掺杂浓度；阳极金属层，形成于所述第二N型氮化镓层上并与所述第二N型氮化镓层电连接；介质层及键合金属层，所述介质层形成于所述第一N型氮化镓层的下表面上，且形成有显露所述下表面的连接部开口，所述键合金属层至少形成于所述连接部开口中；阴极金属层，形成于所述键合金属层远离所述第一N型氮化镓层的一侧并通过所述键合金属层与所述第一N型氮化镓层电连接。可选地，所述键合金属层与所述阴极金属层之间形成有与二者均电连接的金属衬底。可选地，位于所述连接部开口中的所述键合金属层与所述阳极金属层上下平行且对应错开。如上所述，本专利技术在生长基底上进行侧向外延生长形成第一N型氮化镓层，可以提高氮化镓晶体质量，提高表面平整度，减少晶体缺陷，制作垂直结构的肖特基二极管，有利于承受较大的电流及电压，另外，设置阴阳电极上下平行错开，有利于避免两电极直接对冲击穿芯片，提高氮化镓肖特基二极管的耐压特性与降低其漏电流。附图说明图1显示为本专利技术实施例一提供的肖特基二极管制备流程图。图2(a)-3及图5-12显示为本专利技术实施例一提供的肖特基二极管制备方法中各步骤得到的结构的示意图，其中，图12也显示为实施例三中肖特基二极管的一示例的结构示意图。图4显示为图3结构的扫描电镜图。元件标号说明101生长基底1011半导体衬底1012缓冲层1013牺牲介质层1014生长辅助层102第一N型氮化镓层102a连接面103第二N型氮化镓层104临时支撑衬底105介质层...

【技术保护点】
1.一种肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n提供生长基底，所述生长基底中形成有若干个凹槽结构；/n于所述生长基底上形成第一N型氮化镓层，所述第一N型氮化镓层填充于所述凹槽结构中并延伸至所述凹槽结构周围的所述生长基底上；/n于所述第一N型氮化镓层上形成第二N型氮化镓层，所述第二N型氮化镓层的掺杂浓度低于所述第一N型氮化镓层的掺杂浓度；/n剥离所述生长基底以于所述第一N型氮化镓层靠近所述生长基底的一侧形成连接面；/n于所述连接面上形成与所述第一N型氮化镓层电连接的阴极金属层，于所述第二N型氮化镓层上形成与所述第二N型氮化镓层电连接的阳极金属层。/n

【技术特征摘要】
1.一种肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
提供生长基底，所述生长基底中形成有若干个凹槽结构；
于所述生长基底上形成第一N型氮化镓层，所述第一N型氮化镓层填充于所述凹槽结构中并延伸至所述凹槽结构周围的所述生长基底上；
于所述第一N型氮化镓层上形成第二N型氮化镓层，所述第二N型氮化镓层的掺杂浓度低于所述第一N型氮化镓层的掺杂浓度；
剥离所述生长基底以于所述第一N型氮化镓层靠近所述生长基底的一侧形成连接面；
于所述连接面上形成与所述第一N型氮化镓层电连接的阴极金属层，于所述第二N型氮化镓层上形成与所述第二N型氮化镓层电连接的阳极金属层。


2.根据权利要求1所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，剥离所述生长基底之前还包括步骤：提供临时支撑衬底，将形成有所述第二N型氮化镓层的结构转移至所述临时支撑衬底上，所述第二N型氮化镓层远离所述第一N型氮化镓层的一侧与所述临时支撑衬底相接触，且在形成所述阳极金属层之前去除所述临时支撑衬底。


3.根据权利要求1所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤：于所述连接面与所述阴极金属层之间形成与二者均电连接的金属衬底。


4.根据权利要求1所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，各所述凹槽结构呈平行等间距排布或呈周期性间隔排布。


5.根据权利要求4所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述凹槽结构之间的距离小于10μm，所述凹槽结构的底部宽度介于0.1μm-3μm之间。


6.根据权利要求1所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述生长基底自下而上包括半导体衬底和牺牲介质层，其中，所述牺牲介质层中形成有若干个显露所述半导体衬底的开口，所述开口构成所述凹槽结构。


7.根据权利要求6所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，所述开口的内壁及其周围的所述牺牲介质层上形成有生长辅助层，所述生长辅助层位于所述开口中的相对的表面构成所述凹槽结构，和/或，所述半导体衬底与所述牺牲介质层之间还形成有缓冲层，所述开口贯穿所述缓冲层以显露所述半导体衬底。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，剥离所述生长基底之后且在形成所述阴极金属层之前还包括步骤：于所述连接面上形成介质层，且所述介质层中形成有显露所述连接面的连接部开口，并至少于所述连接部开口中形成键合金属层，所述阴极金属层通过所述键合金属层与所述第一N型氮化镓层电连接。


9.根据权利要求8所述的肖特基二极管的制备方法，其特征在于，位于所述连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝茂盛，袁根如，张楠，陈朋，马艳红，
申请(专利权)人：上海芯元基半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31