一种肖特基二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体功率器件技术领域，特别是涉及一种具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

肖特基二极管具有导通电压低、无反向恢复、开关频率快等优点，是最常见的功率器件之一。然而，肖特基二极管在较大的反向电压下会出现电极边缘的电场拥挤现象，这导致反向泄漏电流的异常增加和较低的击穿电压。目前，多种终端结构用于缓解电场拥挤并提升肖特基二极管的耐压性能，如场板、金属保护环、结终端扩展、结势垒肖特基、倾斜台面等。在这些终端结构中，场板是最常见的结构，因为它可以有效地抑制电场拥挤，而不会引起导通电压和导通电阻的显著变化。一般而言，场板的制造相对容易，并与其他工艺兼容，但抑制电场拥挤的效率与pn结相比相对较低。结终端扩展结构中pn结的宽耗尽区抑制电场拥挤的效率较高，但代价是较小的导电面积和较高的导通电阻。

发明内容

为克服上述现有技术在平衡导通电阻和击穿电压方面的挑战，本发明利用场板和结终端扩展结构的协同作用，提供了一种具有场板辅助结终端扩展结构肖特基二极管及其制备方法。通过改变场板和结终端扩展结构的相对空间位置，实现了导通电阻和耐压性能的平衡并获得高的巴利加优值。相比于N型结构由主体结构的中心向边缘逐渐扩展，N型结构由所述主体结构的边缘向所述主体结构的中心逐渐延伸更有利于实现高的巴利加优值。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，本发明提供了一种具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管，包括：第一电极、第二电极以及主体结构；

所述主体结构包括：

重掺杂P型材料的衬底；

在所述衬底的上表面生长的轻掺杂P型材料的漂移层；

对所述漂移层进行刻蚀处理后得到的第一凹槽结构；

在所述第一凹槽结构中沉积形成的N型结构；所述N型结构的顶部与所述漂移层的顶部在同一平面上；所述N型结构由所述主体结构的边缘向所述主体结构的中心逐渐延伸；

沉积在所述漂移层和所述N型结构上的场板；所述场板和所述漂移层形成第二凹槽结构；

其中，在所述衬底的下表面沉积有所述第一电极；在所述第二凹槽结构中沉积有所述第二电极。

可选地，所述衬底为高浓度硼掺杂的p型金刚石半导体材料，所述衬底的掺杂浓度为10

可选地，所述漂移层为高浓度硼掺杂的p型金刚石半导体材料，所述漂移层的掺杂浓度为10

可选地，所述N型结构与所述漂移层为同质材料或异质材料；所述N型结构的掺杂浓度为10

可选地，所述N型结构的长度小于所述场板的长度。

可选地，所述第一电极为欧姆接触电极；所述第二电极为肖特基金属接触电极。

可选地，所述欧姆接触电极的材料为第一合金、第二合金、第三合金或者第四合金；所述第一合金为Ti、Pt、Au组成的合金，所述第二合金为Ti、Al、Ti、Au组成的合金，所述第三合金为Ti、Al、Mo、Au组成的合金，所述第四合金为Ti、Au组成的合金；

所述肖特基接触电极的材料为Al、Zr、Cu、氮化钛等材料。

可选地，所述场板的材料为高k介电氧化物或半电阻材料；所述半电阻材料为SiO

第二方面，本发明提供了一种具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的制备方法，包括：

在重掺杂P型材料的衬底的上表面生长轻掺杂P型材料的漂移层；

对所述漂移层进行刻蚀处理后，得到第一凹槽结构，并在所述第一凹槽结构中沉积形成N型结构；所述N型结构的顶部与所述漂移层的顶部在同一平面上；所述N型结构由所述主体结构的边缘向所述主体结构的中心逐渐延伸；

在所述漂移层和所述N型结构上沉积形成场板；所述场板和所述漂移层形成第二凹槽结构；

在所述衬底的下表面沉积形成第一电极；

在所述第二凹槽结构中沉积形成第二电极。

可选地，所述对所述漂移层进行刻蚀处理后，得到第一凹槽结构，并在所述第一凹槽结构中沉积形成N型结构，具体包括：

在所述漂移层表面沉积一层牺牲介质层；

在所述牺牲介质层上涂覆光刻胶，并通过光刻显影技术完成N型结构掩埋区域的图形转移；

去除无光刻胶保护区域的牺牲介质层，然后洗去光刻胶，减薄无牺牲介质层保护区域的漂移层，形成第一凹槽结构；

在所述第一凹槽结构中沉积形成N型结构，并去除剩余的牺牲介质层。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管，与传统的终端结构相比，本发明设计的N型结构由器件侧面边缘向器件中心延伸，且N型结构的长度应小于场板的长度。在这种设计情况下，pn结的耗尽区远离肖特基接触而减少对正向导通路径的影响。同时，pn结的耗尽区中的电场强度可以缓解场板边缘处的电场尖峰，大幅度提高传统终端结构肖特基二极管的耐压性能，且制备工艺简单、制备成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例一所述的具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的结构示意图；

图2为本发明实施例二所述的具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的制备方法的流程示意图；

图3为本发明实施例三所述的具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的制备过程示意图；

图4为本发明对照例所述的具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的结构示意图；

图5为本发明实施例三所述的具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的模拟电场分布剖面图；

图6为本发明对照例所述的具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的模拟电场分布剖面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管，其特征在于，包括：第一电极6、第二电极7以及主体结构。

所述主体结构包括：

重掺杂P型材料的衬底1，在所述衬底1的上表面生长的轻掺杂P型材料的漂移层2，对所述漂移层进行刻蚀处理后得到的第一凹槽结构，在所述第一凹槽结构中沉积形成的N型结构4，沉积在所述漂移层2和所述N型结构4上的场板5；所述场板5和所述漂移层2形成第二凹槽结构。

其中，在所述衬底1的下表面沉积有所述第一电极6；在所述第二凹槽结构中沉积有所述第二电极7。

所述N型结构4的顶部与所述漂移层2的顶部在同一平面上；如图1所示，所述N型结构4由所述主体结构的边缘向所述主体结构的中心逐渐延伸；

在本实施例中，所述衬底1为高浓度硼掺杂的p型金刚石半导体材料，所述衬底1的掺杂浓度为10

所述漂移层2为高浓度硼掺杂的p型金刚石半导体材料，所述漂移层2的掺杂浓度为10

所述N型结构4与所述漂移层2为同质材料或异质材料；所述N型结构4的掺杂浓度为10

在本实施例中，所述N型结构4的长度小于所述场板5的长度。所述场板的材料为高k介电氧化物或半电阻材料；所述半电阻材料为SiO

在本实施例中，所述第一电极6为欧姆接触电极；所述第二电极7为肖特基金属接触电极。

所述欧姆接触电极的材料为第一合金、第二合金、第三合金或者第四合金等；所述第一合金为Ti、Pt、Au组成的合金，所述第二合金为Ti、Al、Ti、Au组成的合金，所述第三合金为Ti、Al、Mo、Au组成的合金，所述第四合金为Ti、Au组成的合金。所述肖特基接触电极的材料为Al、Zr、Cu和氮化钛等材料。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了一种具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基二极管的制备方法，包括：

步骤201：在重掺杂P型材料的衬底的上表面生长轻掺杂P型材料的漂移层。

步骤202：对所述漂移层进行刻蚀处理后，得到第一凹槽结构，并在所述第一凹槽结构中沉积形成N型结构；所述N型结构的顶部与所述漂移层的顶部在同一平面上；所述N型结构由所述主体结构的边缘向所述主体结构的中心逐渐延伸。

步骤203：在所述漂移层和所述N型结构上沉积形成场板；所述场板和所述漂移层形成第二凹槽结构。

步骤204：在所述衬底的下表面沉积形成第一电极。

步骤205：在所述第二凹槽结构中沉积形成第二电极。

其中，步骤202具体包括：

在所述漂移层表面沉积一层牺牲介质层，并在所述牺牲介质层上涂覆光刻胶，并通过光刻显影技术完成N型结构掩埋区域的图形转移。

去除无光刻胶保护区域的牺牲介质层，然后洗去光刻胶，减薄无牺牲介质层保护区域的漂移层，形成第一凹槽结构。

在所述第一凹槽结构中沉积形成N型结构，并去除剩余的牺牲介质层。

本发明提供了一种具有场板辅助结终端扩展结构肖特基二极管的制备方法，以p型掺杂的金刚石材料为例，包括以下步骤：

步骤1，在重掺杂P型金刚石衬底上生长轻掺杂P型金刚石漂移层；

步骤2，在漂移层表面沉积一层容易去除的牺牲介质层；

步骤3，在牺牲介质层上涂覆光刻胶A，通过光刻显影技术完成N型金刚石掩埋区域的图形转移；去除无光刻胶保护区域的牺牲介质层，然后洗去光刻胶，减薄无牺牲介质层保护区域的金刚石漂移层形成凹槽结构；

步骤4，在凹槽结构中沉积形成N型结构，然后去除牺牲介质层；

步骤5，在N型结构和漂移层上利用B光刻胶定义场板区域，然后利用PECVD、ALD或磁控溅射方法在无光刻胶保护区域沉积一层高k介电氧化物或半电阻材料(如SiO

实施例三

本发明实施例提供了一种具有场板辅助结终端扩展结构的肖特基金刚石二极管器件的制备方法，包括在样品背面制备欧姆接触电极，正面N型区域金刚石材料的刻蚀及金刚石材料的选择再生长，正面区域高k介电氧化物或半电阻材料的制备，正面肖特基电极的制备。其具体方法包括如下步骤：

步骤1，在重掺杂P型金刚石衬底1上生长轻掺杂P型金刚石漂移层2，如图3中的(a)所示。

步骤2，在金刚石漂移层2表面沉积一层厚度为100nm的金属Al作为牺牲介质层3，如图3中的(b)所示。

步骤3，在牺牲介质层3上涂覆光刻胶，通过光刻显影技术完成N型金刚石掩埋区域的图形转移；通过刻蚀的方法去除无光刻胶保护区域的牺牲介质层，然后去除光刻胶，利用ICP等干法刻蚀方法减薄无牺牲介质层保护区域的金刚石漂移层形成第一凹槽结构，第一凹槽结构的深度为200nm，如图3中的(c)所示。

步骤4，在第一凹槽结构中生长形成N型金刚石4，使得N型金刚石4的顶部与金刚石漂移层2的顶部在同一平面上，然后去除牺牲介质层3，如图3中的(d)所示。

步骤5，在N型金刚石和金刚石漂移层2上利用光刻胶定义场板区域，利用PECVD、ALD或磁控溅射等方法在无光刻胶保护区域沉积一层厚度为100nm的Al

步骤6，在重掺杂P型金刚石衬底1的背面形成欧姆接触电极6，如图3中的(f)所示。

步骤7，在场板5及金刚石漂移层2上沉积形成肖特基金属接触电极7，如图1所示。

在实施例的基础上，本发明对照例还提供了如图4所示的一种带场板辅助结终端扩展结构的肖特基金刚石二极管器件，对照例的器件制备方法与本实施例的器件制备方法相同，区别仅在于N型金刚石结构从器件中心往器件边缘逐渐扩展，用于进一步阐述本发明实施例的积极效果，且如图5和图6所示可知，所述N型结构由所述主体结构的边缘向所述主体结构的中心逐渐延伸，可以缓解电极边缘处的电场拥挤，大幅度提高肖特基二极管的耐压性能。而所述N型结构由所述主体结构的中心向所述主体结构的边缘逐渐扩展虽具有一定的积极效果，但是对于缓解电极边缘处的电场拥挤和提高器件耐压性能方面的作用有限。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。