热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管及制作方法，包括：β

【技术实现步骤摘要】
热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管及制作方法


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管及制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，β
‑
Ga2O3已成为下一代电力电子器件的主要候选材料。Ga2O3的超宽带隙(4.6～4.9eV)可转化为大的临界电场(8MV/cm)，比宽带隙材料氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)高2倍以上。与其他超宽带隙半导体(氮化铝、金刚石等)和宽带隙半导体材料相比，Ga2O3材料的另一个优点是，目前市场上已可以提供高质量的熔融生长衬底。
[0003]随着外延技术进步带来Ga2O3外延浓度的进一步下降和外延质量的进一步提高，传统的平面型Ga2O3二极管的金半接触的界面电场进一步增大，这会导致非常大的漏电流，且随着高压大功率器件应用温度的逐渐升高，漏电流进一步增大。与此同时，不可忽视的另一个问题：β
‑
Ga2O3材料的低各向异性热导率(300K时为11～27W/m K)会带来同样功率密度下严重的器件过热问题。
[0004]以上问题耦合成为了制约β
‑
Ga2O3材料功率器件技术走向成熟的主要障碍。除非通过热电协同设计技术来克服这一热挑战，否则新兴的β
‑
Ga2O3器件技术将无法实现巴利加优值(Baliga
’
s Figure of Merit，简称BFOM)建议的优越电气性能。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管及其制作方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，包括：
[0007]β
‑
Ga2O3衬底；
[0008]β
‑
Ga2O3漂移层，位于所述β
‑
Ga2O3衬底的上表面；
[0009]凹槽阵列，包括若干凹槽，间隔分布于所述β
‑
Ga2O3漂移层上；所述凹槽阵列中每一凹槽宽度相同、彼此平行、间隔相同；所述凹槽阵列与所述β
‑
Ga2O3漂移层面内的[100]晶向分别呈一定角度布局；
[0010]绝缘层，填充于所述凹槽阵列中每一凹槽内，覆盖每一凹槽顶部侧边缘处的部分所述β
‑
Ga2O3漂移层的上表面；
[0011]场板终端，位于沟槽阵列有源区四周的所述β
‑
Ga2O3漂移层上表面，且所述场板终端为自内而外呈一定斜坡角度或呈台阶状分布的斜场板结构；
[0012]阳极，位于所述绝缘层、所述β
‑
Ga2O3漂移层，以及部分所述场板终端的上表面；
[0013]阴极，位于所述β
‑
Ga2O3衬底的下表面。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述凹槽阵列中每一凹槽宽度为1μm～2μm、深度为500nm～1000nm；相邻凹槽之间的间距为1μm～6μm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述凹槽阵列与所述β
‑
Ga2O3漂移层面内的[100]晶向分别呈0
°
～90
°
布局。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述场板终端的高度为100nm～2000nm。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述场板终端的形状为方形或圆形。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述斜场板结构是角度为8.5
°
～10
°
的倾斜斜面或阶梯状台面。
[0019]第二方面，本专利技术实施例提供了一种热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管的制作方法，包括：
[0020]选取β
‑
Ga2O3衬底；
[0021]在所述β
‑
Ga2O3衬底的下表面形成阴极；
[0022]在所述β
‑
Ga2O3衬底的上表面生长β
‑
Ga2O3漂移层；
[0023]利用掩膜刻蚀工艺在所述β
‑
Ga2O3漂移层的上表面形成与所述β
‑
Ga2O3漂移层面内[100]晶向呈一定角度布局的凹槽阵列；
[0024]在所述凹槽阵列中每一凹槽内，以及每一所述凹槽顶部侧边缘处的所述部分β
‑
Ga2O3漂移层的上表面生长绝缘层；在所述凹槽阵列中每一凹槽内填充第一层阳极金属；
[0025]在所述β
‑
Ga2O3漂移层、所述绝缘层和所述第一层阳极金属的上表面生长场板终端介质；
[0026]以不同环型光刻胶为掩膜，刻蚀对应环形中间的场板终端介质，直至刻蚀到所述绝缘层和所述第一层阳极金属为止，形成自内而外呈一定斜坡角度或呈台阶状分布的场板终端；
[0027]在所述第一层阳极金属、所述绝缘层，以及部分所述场板终端的上表面继续生长第二层阳极金属形成最终的阳极。
[0028]在本专利技术的一个实施例中，所述凹槽阵列中每一凹槽宽度相同、彼此平行、间隔相同，且所述凹槽阵列与所述β
‑
Ga2O3漂移层面内的[100]晶向分别呈0
°
～90
°
布局。
[0029]在本专利技术的一个实施例中，所述场板终端的一定斜坡角度范围为8.5
°
～10
°
。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，所述场板终端的形状为方形或圆形。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]本专利技术提出的热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，充分从优化器件结构设计和版图布局角度出发：一方面采用了优化的呈一定斜坡角度或呈台阶状分布的斜场板终端技术和沟槽结构，极大缓解了肖特基结部分的电场集边效应、器件常温和高温下的反向漏电，使器件在兼顾低开启电压V
ON
和高瞬时电流I
F
的同时，有效的提升了击穿电压能力，使器件具有高耐压特性，实验表明本专利技术设计的MOSβ
‑
Ga2O3二极管的耐压值可以达到1700V；另一方面综合考虑了MOSβ
‑
Ga2O3二极管的鳍栅(Fin)宽度、沟槽宽度、沟槽数量、电流密度以及其在不同晶相热特性(热导率不同)的多沟槽设计技术和版图布局的设计权衡，最大程度的从器件结构设计和版图布局角度综合优化了大电流MOSβ
‑
Ga2O3二极管热电特性，区别于双面封装散热等非器件级热管理技术，提出了该类热敏感器件热电协同设计技术的新型实用思路。
[0033]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0034]图1是本专利技术实施例提供的一种热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管的结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，其特征在于，包括：β
‑
Ga2O3衬底；β
‑
Ga2O3漂移层，位于所述β
‑
Ga2O3衬底的上表面；凹槽阵列，包括若干凹槽，间隔分布于所述β
‑
Ga2O3漂移层上；所述凹槽阵列中每一凹槽宽度相同、彼此平行、间隔相同，且所述凹槽阵列与所述β
‑
Ga2O3漂移层面内的[100]晶向呈一定角度布局；绝缘层，填充于所述凹槽阵列的每一凹槽内，并覆盖于每一凹槽顶部侧边缘处的部分所述β
‑
Ga2O3漂移层的上表面；场板终端，位于沟槽阵列有源区四周的所述β
‑
Ga2O3漂移层的上表面，且所述场板终端为自内而外呈一定斜坡角度或呈台阶状分布的斜场板结构；阳极，位于所述绝缘层、所述β
‑
Ga2O3漂移层，以及部分所述场板终端的上表面；阴极，位于所述β
‑
Ga2O3衬底的下表面。2.根据权利要求1所述的热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，其特征在于，所述凹槽阵列中每一凹槽宽度为1μm～2μm、深度为500nm～1000nm；相邻凹槽之间的间距为1μm～6μm。3.根据权利要求1所述的热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，其特征在于，所述凹槽阵列与所述β
‑
Ga2O3漂移层面内的[100]晶向分别呈0
°
～90
°
布局。4.根据权利要求1所述的热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，其特征在于，所述场板终端的高度为100nm～2000nm。5.根据权利要求1所述的热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，其特征在于，所述场板终端的形状为方形或圆形。6.根据权利要求1所述的热电优化设计的沟槽MOS型氧化镓功率二极管，其特征在于，所述斜场板结构是角度为8.5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李园，杨一彤，陆小力，何云龙，马晓华，赵元富，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：