一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管及制备方法技术

一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管及制备方法，涉及半导体技术领域，晶体管包括：电流阻挡层，至少部分覆盖于氧化镓样品其中一端面；重掺杂接触层，至少部分覆盖于电流阻挡层；栅槽；二极管接触槽；肖特基二极管阳极电极，贯穿电流阻挡层和重掺杂接触层，源电极，覆盖于二极管接触槽和重掺杂接触层；栅介质层，覆盖于栅槽表面和源电极，栅介质层上有开孔，露出至少部分源电极区域；栅电极，覆盖于栅介质层和源电极，栅电极上有开孔，露出至少部分栅介质层。本发明专利技术将晶体管和二极管从分立应用转化为集成器件，使集成二极管后的晶体管直接具备了第三象限导通能力，节约成本以及器件占用空间。占用空间。占用空间。

【技术实现步骤摘要】
一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管及制备方法。

技术介绍

[0002]氧化镓作为新兴的超宽禁带半导体材料，基于氧化镓材料的晶体管具有潜在耐击穿低损耗的特点，有望用于电力电子领域。氧化镓晶体管现有技术中，槽栅结构垂直场效应晶体管是一种极其有前景的结构。对于晶体管来说，需要集成一个体二极管才能够适用于实际应用。体二极管的作用是提供第三象限导通能力，用于保护晶体管在关态下免受流过负载电流的损坏。现有存在一种水平晶体管的集成方案，此方案为在水平方向上将一个增强型场效应晶体管与一个肖特基二极管反并联，存在电流小，芯片占用面积大等缺陷。如何在槽栅结构垂直场效应晶体管中集成二极管成为一个亟待解决的研究课题。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决至少一种上述存在的技术问题，提出一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管及制备方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：
[0005](一)一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管，包括以下结构：
[0006]氧化镓样品，
[0007]电流阻挡层，至少部分覆盖于氧化镓样品其中一端面；
[0008]重掺杂接触层，至少部分覆盖于电流阻挡层；
[0009]栅槽，栅槽深度大于电流阻挡层和重掺杂总厚度；
[0010]二极管接触槽，二极管接触槽深度大于电流阻挡层和重掺杂接触层总厚度；
>[0011]肖特基二极管阳极电极，贯穿电流阻挡层和重掺杂接触层，与氧化镓样品连接；
[0012]源电极，覆盖于二极管接触槽和重掺杂接触层；
[0013]栅介质层，覆盖于栅槽表面和源电极，栅介质层上有开孔，露出至少部分源电极区域；
[0014]栅电极，覆盖于栅介质层和源电极，栅电极上有开孔，露出至少部分栅介质层；
[0015]漏电极，至少部分覆盖于氧化镓样品的另一端面。
[0016]作为优选方案，所述肖特基二极管阳极电极采用Ni/Au或多晶硅。
[0017]作为优选方案，所述栅介质层采用氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化硅。
[0018]作为优选方案，所述重掺杂接触层的Si离子浓度为1e18 cm
‑3‑
5e20 cm
‑3，能量为10keV
‑
200keV。
[0019]作为优选方案，所述电流阻挡层N离子浓度为1e18 cm
‑3‑
1e19 cm
‑3，能量为200keV
‑
1000keV。
[0020]基于上述垂直晶体管结构，提出一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管制备
方法，包括以下步骤：
[0021]在氧化镓样品其中一端面上制备电流阻挡层，在电流阻挡层上制备重掺杂接触层；
[0022]刻蚀栅槽，以及二极管接触槽，刻蚀深度均大于电流阻挡层和重掺杂接触层总厚度；
[0023]采用光刻手段图形化，在二极管接触槽制备肖特基二极管阳极电极；
[0024]采用光刻手段图形化，在肖特基二极管阳极电极和重掺杂接触层上表面制备源电极；
[0025]在栅槽表面制备栅介质层，采用光刻技术图形化，利用刻蚀方法在栅介质层开孔，露出至少部分源电极区域；
[0026]采用光刻技术图形化，制备栅电极，至少部分覆盖于栅介质层和源电极；
[0027]在氧化镓样品另一端面上制备漏电极，所述漏电极同时作为肖特基二极管阴电极。
[0028]其中，电流阻挡层的制备方法采用氧气氛围高温退火方式实现，所述氧气氛围高温退火包括：在氧气环境下1100℃
‑
1400℃，退火0.5
‑
12小时。
[0029](二)一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管，包括以下结构：
[0030]氧化镓样品，
[0031]电流阻挡层，至少部分覆盖于氧化镓样品其中一端面；
[0032]重掺杂接触层，至少部分覆盖于电流阻挡层；
[0033]二极管接触槽，二极管接触槽深度大于电流阻挡层和重掺杂接触层总厚度；
[0034]肖特基二极管阳极电极，贯穿电流阻挡层和重掺杂接触层，位于电流阻挡层和重掺杂接触层外侧，且与氧化镓样品连接；
[0035]源电极，覆盖于二极管接触槽，以及覆盖至少部分重掺杂接触层；
[0036]栅介质层，覆盖于氧化镓样品表面和源电极表面，栅介质层上有开孔，露出至少部分源电极区域；
[0037]栅电极，覆盖于栅介质层和源电极，栅电极上有开孔，露出至少部分栅介质层；
[0038]漏电极，至少部分覆盖于氧化镓样品的另一端面。
[0039]基于上述垂直晶体管结构，提出一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管制备方法，包括以下步骤：
[0040]在氧化镓样品其中一端面上制备电流阻挡层，在电流阻挡层上制备重掺杂接触层；
[0041]刻蚀二极管接触槽，刻蚀深度大于电流阻挡层和重掺杂接触层总厚度；
[0042]在二极管接触槽制备肖特基二极管阳极电极；
[0043]在肖特基二极管阳极电极，以及部分重掺杂接触层上表面制备源电极；
[0044]在重掺杂接触层、电流阻挡层以及氧化镓外延层表面制备栅介质层，利用刻蚀方法在栅介质层开孔，露出至少部分源电极区域；
[0045]在栅介质层和源电极表面制备栅电极层，利用刻蚀方法在栅电极层开孔，露出至少部分栅介质层；
[0046]在氧化镓样品另一端面上制备漏电极，所述漏电极同时作为肖特基二极管阴电
极。
[0047]进一步提出一种电子器件，采用上述集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管。
[0048]本专利技术的有益效果：
[0049]场效应晶体管在实际应用中，存在负载开启和关闭两种状态。当负载关闭时，流过负载的电流将试图流过晶体管。如果晶体管没有得到保护，电流可能会损坏晶体管。而晶体管中的体二极管提供第三象限导通能力，用于保护晶体管免受负载关闭时的损坏。本专利技术在垂直方向上将晶体管和二极管进行集成，在不增大器件面积的情况下使集成二极管后的晶体管直接具备了第三象限导通能力，节约成本以及器件占用空间。
附图说明
[0050]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0051]图1是集成肖特基二极管的氧化镓垂直槽栅晶体管的结构示意图；
[0052]图2是集成肖特基二极管的氧化镓垂直平面晶体管的结构示意图；
[0053]图3是集成肖特基二极管的氧化镓垂直槽栅晶体管的制备方法流程图；
[0054]图4是集成肖特基二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管，其特征在于，包括以下结构：氧化镓样品，电流阻挡层，至少部分覆盖于氧化镓样品其中一端面；重掺杂接触层，至少部分覆盖于电流阻挡层；栅槽，栅槽深度大于电流阻挡层和重掺杂总厚度；二极管接触槽，二极管接触槽深度大于电流阻挡层和重掺杂接触层总厚度；肖特基二极管阳极电极，贯穿电流阻挡层和重掺杂接触层，与氧化镓样品连接；源电极，覆盖于二极管接触槽和重掺杂接触层；栅介质层，覆盖于栅槽表面和源电极，栅介质层上有开孔，露出至少部分源电极区域；栅电极，覆盖于栅介质层和源电极，栅电极上有开孔，露出至少部分栅介质层；漏电极，至少部分覆盖于氧化镓样品的另一端面。2.根据权利要求1所述的集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管，其特征在于，所述肖特基二极管阳极电极采用Ni/Au或多晶硅。3.根据权利要求1所述的集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管，其特征在于，所述栅介质层采用氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化硅。4.根据权利要求1所述的集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管，其特征在于，所述重掺杂接触层的Si离子浓度为1e18 cm
‑3‑
5e20 cm
‑3，能量为10keV
‑
200keV。5.根据权利要求1所述的集成肖特基二极管的氧化镓晶体管，其特征在于，所述电流阻挡层N离子浓度为1e18 cm
‑3‑
1e19 cm
‑3，能量为200keV
‑
1000keV。6.一种集成肖特基二极管的氧化镓垂直晶体管，其特征在于，包括以下结构：氧化镓样品，电流阻挡层，至少部分覆盖于氧化镓样品其中一端面；重掺杂接触层，至少部分覆盖于电流阻挡层；二极管接触槽，二极管接触槽深度大于电流阻挡层和重掺杂接触层总厚度；肖特基二极管阳极电极，贯穿电流阻挡层和重掺杂接触层，位于电流阻挡层和重掺杂接触层外侧，且与氧化镓样品连接；源电极，覆盖于二极管接触槽，以及覆盖至少部分重掺杂接触层；栅介质层，覆盖于氧化镓样品表面和源电极表面，栅介质层上有开孔，露出至少部分源电极区域；栅电极，覆盖于栅介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：周选择，徐光伟，赵晓龙，侯小虎，龙世兵，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：