本发明专利技术提供一种倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管及其制备方法，包括：n型衬底；n型GaN漂移区，n型GaN漂移区具有倾斜侧壁；p型掺杂区，排布于n型GaN漂移区中，其中，p型掺杂区的掺杂源包括Mg离子和O离子；倾斜式场板介质层，设置在倾斜侧壁；阳极，设置在n型GaN漂移区和p型掺杂区上；阴极，设置在n型衬底的底面。本发明专利技术可以有效缓解发生在阳极的电场集中和PN结耗尽区侧壁的电场分布，提高结势垒肖特基二极管的反向耐压并减少漏电流。本发明专利技术采用Mg和O双离子注入，采用施主和受主的共掺杂，将两种类型的杂质的溶解度提高到超过任一种杂质在主体半导体中的溶解度极限，从而大大增加P型掺杂区的激活率。区的激活率。区的激活率。
【技术实现步骤摘要】
倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管及其制备方法
[0001]本专利技术属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管及其制备方法。
技术介绍
[0002]近年来，宽禁带半导体——氮化镓(GaN)作为继硅Si，砷化镓(GaAS)之后的新一代半导体，因为其优越的物理和电学性能，被广泛应用在功率和射频器件应用领域。氮化镓(GaN)与碳化硅(SiC)和硅(Si)相比，具有更高的品质因子(BV2/R
ON
)，同时低缺陷密度的GaN衬底的制备技术的发展，使得高性能的GaN电子器件成为研究的重要对象。
[0003]现有GaN基肖特基二极管(SBD)存在明显的缺陷：由于反向漏电流过大导致器件过早发生击穿，这是在高的反向偏压下，肖特基势垒降低以及肖特基结隧穿电流增大引起的。为了在保持肖特基二极管(SBD)低开启电压的同时降低反向漏电流，主要的方法是采取PN的结构与SBD进行交错排列，形成结势垒肖特基二极管(JBS)结构。结势垒肖特基二极管(JBS)在正向导通时，由于内部肖特基二极管(SBD)结构的存在，其开启电压保持在较低的水平，甚至可以出现二次导通现象，从而保留了肖特基二极管(SBD)优良的正向特性；反向偏压下，相邻的PN结互相扩展联通，此时器件的反向特性表现为PN结的反向特性。
[0004]基于GaN的JBS二极管，具有不同于肖特基二极管(SBD)的改进结构，通过引入PN结来降低隧穿电流对击穿电压的限制，从而实现在保持低的开启电压的同时降低反向漏电流，引起了人们高度重视并广泛应用。
[0005]低开启电压和高击穿电压的GaN基结势垒肖特基二极管(JBS)对于推动GaN材料产业化、推进高效能电子器件应用具有重要意义，然而，目前的结势垒肖特基二极管(JBS)结构其击穿电压远远小于理论值，在实际应用中并无优势，这主要是因为存在以下问题：
[0006](1)反向击穿电压远小于理论值。通常击穿在阳极的边缘由于电场的集中导致器件发生提前击穿，或者PN结扩展后结势垒肖特基二极管(JBS)的反向耐压取决于PN结的耗尽区特性。
[0007](2)通过离子注入形成P阱较为困难。GaN的P型掺杂通常以Mg离子作为掺杂剂，但是通过离子注入Mg离子的方式在GaN中形成P阱工艺过程复杂且其P型激活率不高。该过程需要在Mg离子注入后进行多循环快速热退火处理，在超过1350℃的高温中进行周期性脉冲退火，然而，温度过高会导致GaN的热解。
[0008]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
[0009]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倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管及其制备方法，用于解决现有技术中结势垒肖特基二极管反向击穿电压远小
于理论值,器件会过早发生反向击穿，以及通过离子注入形成P阱激活率较低，产生的P阱空穴浓度不足的问题。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管的制备方法，包括：1)提供n型衬底；2)在所述衬底上形成n型GaN漂移层；3)在所述n型GaN漂移层中刻蚀出具有倾斜侧壁的n型GaN漂移区；4)通过离子注入工艺在所述n型GaN漂移区中形成间隔排布的p型掺杂区，其中，所述离子注入工艺的掺杂源包括Mg离子和O离子；5)在所述倾斜侧壁形成倾斜式的场板介质层；6)在所述n型GaN漂移区和所述p型掺杂区上形成阳极，在所述n型衬底的底面形成阴极。
[0011]可选地，步骤4)中，所述Mg离子和所述O离子按比例进行双离子注入，所述p型掺杂区的掺杂源中，所述Mg离子掺杂浓度范围为1
×
10
15
cm
‑3～4
×
10
15
cm
‑3，所述O离子掺杂浓度范围为1
×
10
12
cm
‑3～4
×
10
12
cm
‑3，所述p型掺杂区的掺杂深度范围为200纳米～500纳米。
[0012]可选地，所述p型掺杂区呈栅条状、栅格状或栅网状排布于所述n型GaN漂移区。
[0013]可选地，步骤4)在离子注入后，还包括：在所述n型GaN漂移层表面沉积二氧化硅作为退火帽层，并在1200℃～1400℃和N2氛围下进行快速退火热处理，所述退火帽层的厚度范围为200纳米～500纳米，退火时间为60秒～200秒。
[0014]可选地，步骤3)在所述n型GaN漂移层中刻蚀出具有倾斜侧壁的n型GaN漂移区包括：在所述n型GaN漂移层上形成图形化的刻蚀阻挡层；通过变速率干法刻蚀工艺刻蚀所述n型GaN漂移层，以在所述n型GaN漂移层中刻蚀出具有倾斜侧壁的n型GaN漂移区，其中，所述变速率干法刻蚀工艺的刻蚀速率自所述n型GaN漂移层顶面朝底面逐渐减小，以使得所述n型GaN漂移区的顶部宽度小于底部宽度。
[0015]可选地，所述倾斜侧壁的倾斜角度范围为30
°
～60
°
。
[0016]可选地，所述p型掺杂区与所述场板介质层接触。
[0017]可选地，步骤2)在所述衬底上形成n型GaN漂移层的方法包括氢化物气相外延工艺、分子束外延工艺及金属有机化学气相沉积工艺中的一种，所述n型GaN漂移层的厚度范围为10微米～40微米。
[0018]可选地，步骤5)在所述倾斜侧壁形成倾斜式的场板介质层包括：于所述n型GaN漂移层上形成光阻图形并旋涂聚硅氧烷，以形成图形化的聚硅氧烷；加热固化所述聚硅氧烷以形成所述场板介质层。
[0019]可选地，所述场板介质层的顶端延伸至所述n型GaN漂移区一宽度。
[0020]可选地，步骤6)在所述n型GaN漂移区和所述p型掺杂区上形成阳极的方法包括热蒸发工艺、磁控溅射工艺及电子束蒸镀工艺中的一种。
[0021]本专利技术还提供一种倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管，包括：n型衬底；n型GaN漂移区，设置在所述n型衬底上，所述n型GaN漂移区具有倾斜侧壁；p型掺杂区，排布于所述n型GaN漂移区中，其中，所述p型掺杂区的掺杂源包括Mg离子和O离子；倾斜式场板介质层，设置在所述倾斜侧壁；阳极，设置在所述n型GaN漂移区和所述p型掺杂区上；阴极，设置在所述n型衬底的底面。
[0022]可选地，所述p型掺杂区的掺杂源中，Mg离子掺杂浓度范围为1
×
10
15
cm
‑3～4
×
10
15
cm
‑3，O离子掺杂浓度范围为1
×
10
12
cm
‑3～4
×
10
12
cm
‑3，所述p型掺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管的制备方法，其特征在于，包括：1)提供n型衬底；2)在所述衬底上形成n型GaN漂移层；3)在所述n型GaN漂移层中刻蚀出具有倾斜侧壁的n型GaN漂移区；4)通过离子注入工艺在所述n型GaN漂移区中形成间隔排布的p型掺杂区，其中，所述离子注入工艺的掺杂源包括Mg离子和O离子；5)在所述倾斜侧壁形成倾斜式的场板介质层；6)在所述n型GaN漂移区和所述p型掺杂区上形成阳极，在所述n型衬底的底面形成阴极。2.根据权利要求1所述的倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述Mg离子和所述O离子按比例进行双离子注入，所述p型掺杂区的掺杂源中，所述Mg离子掺杂浓度范围为1
×
10
15
cm
‑3～4
×
10
15
cm
‑3，所述O离子掺杂浓度范围为1
×
10
12
cm
‑3～4
×
10
12
cm
‑3，所述p型掺杂区的掺杂深度范围为200纳米～500纳米。3.根据权利要求1所述的倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管的制备方法，其特征在于：所述p型掺杂区呈栅条状、栅格状或栅网状排布于所述n型GaN漂移区。4.根据权利要求1所述的倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管的制备方法，其特征在于：步骤4)在离子注入后，还包括：在所述n型GaN漂移层表面沉积二氧化硅作为退火帽层，并在1200℃～1400℃和N2氛围下进行快速退火热处理，所述退火帽层的厚度范围为200纳米～500纳米，退火时间为60秒～200秒。5.根据权利要求1所述的倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管的制备方法，其特征在于：步骤3)在所述n型GaN漂移层中刻蚀出具有倾斜侧壁的n型GaN漂移区包括：在所述n型GaN漂移层上形成图形化的刻蚀阻挡层；通过变速率干法刻蚀工艺刻蚀所述n型GaN漂移层，以在所述n型GaN漂移层中刻蚀出具有倾斜侧壁的n型GaN漂移区，其中，所述变速率干法刻蚀工艺的刻蚀速率自所述n型GaN漂移层顶面朝底面逐渐减小，以使得所述n型GaN漂移区的顶部宽度小于底部宽度。6.根据权利要求1所述的倾斜式GaN基结势垒肖特基二极管的制备方法，其特征在于：所述倾斜侧壁的倾斜角度范围为30
°
～60
°
。7.根据权利要求1所述的倾斜式GaN基结势垒肖特基二极...
【专利技术属性】
技术研发人员：敖辉，韩甲俊，马正蓊，刘新科，庄文荣，
申请(专利权)人：东莞市中器集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。