氧化镓SBD器件及其制备方法

摘要

本发明提供了一种氧化镓SBD器件及其制备方法，涉及微电子技术领域，该氧化镓SBD器件包括自上往下依次分层设置的肖特基接触区、SiO2隔离区、终端区、N‑外延层、N+衬底区和欧姆接触区，终端区位于N‑外延层上表面与肖特基接触区边缘处相连接，终端区在肖特基接触区边缘连续的一圈，终端区呈槽型结构，肖特基接触区金属边缘处下表面与终端区的连接端设有与槽型结构相配合的凹槽。本发明的上述技术方案的有益效果如下：满足传统氧化镓SBD器件所需要的击穿电压条件下，将传统SBD器件的的终端改为槽型或阶梯型，简化工艺，降低制作难度，提高生产效率，降低生产成本，提高产品的合格率。

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是指一种氧化镓SBD器件及其制备方法。

背景技术

β-Ga2O3作为新近发展起来的一种超宽禁带半导体材料，禁带宽度约为4.8～4.9eV，击穿电场达到8MV/cm，相当于Si的26倍，SiC和GaN的2倍以上。Baliga优值为Si的3000倍；SiC材料的8倍以及GaN材料的4倍；高频Baliga优值为Si材料的150倍；SiC的3倍；以及GaN材料的1.5倍。对于相同耐压等级的单极功率器件，导通电阻可降为SiC的1/10，GaN的1/3，可有效降低器件功耗。理论计算表明，采用30μm厚的n型Ga2O3材料制备的垂直型肖特基二极管(SBD)，理论击穿电压可以达到24000V，而且反向恢复电流几乎为零，能够大大降低器件的开关损耗，提高电机驱动器的性能，简化开关电源电路中的保护电路。

而传统的JTE和GR SBD器件，一般使用离子注入工艺，改工艺相对比较复杂，制作步骤繁琐，在制作工艺难度上较大，导致生产效率低，对产品的合格率也有一定的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种氧化镓SBD器件及其制备方法，将传统SBD器件的的终端改为槽型或阶梯型，在满足传统氧化镓SBD器件所需要的击穿电压条件下，将简化工艺实现，降低了制作难度。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明提供了一种氧化镓SBD器件，包括自上往下依次分层设置的肖特基接触区、SiO2隔离区、终端区、N-外延层、N+衬底区和欧姆接触区，所述终端区位于N-外延层上表面与肖特基接触区边缘处相连接，所述终端区在肖特基接触区边缘连续的一圈，所述终端区呈槽型结构，所述肖特基接触区金属边缘处下表面与终端区的连接端设有与槽型结构相配合的凹槽。

可选的，所述终端区在三维结构下为在肖特基接触区边缘的一圈长方体沟槽。

可选的，所述终端区在肖特基接触区边缘连续的一圈，所述终端区呈阶梯型结构，所述肖特基接触区边缘处下表面与终端区的连接端设有与阶梯型结构相配合的凹槽。

可选的，所述N-外延层的顶面和底面之间的厚度为20μm，其氮离子掺杂浓度为1×1015~1×1016cm-3。

可选的，所述终端区厚度为2μm，宽度为10μm。

可选的，所述终端区边缘与肖特基接触区之间的距离为2μm。

可选的，所述肖特基接触区金属边缘位于终端区内部的介质层上。

本发明还提供了一种氧化镓SBD器件的制备方法，所述方法包括，

在氧化镓衬底上制作第一层外延层，形成N-外延层的漂移区；

基于离子束蒸发淀积金属层，刻蚀形成槽型终端的窗口，得到氧化镓槽型终端；

在所述氧化镓的正面淀积SiO2隔离介质；

制作底面的欧姆接触区和顶面的肖特基金属区，并进行PI胶钝化。

本发明的有益效果是：一种氧化镓SBD器件及其制备方法，涉及微电子技术领域，该氧化镓SBD器件包括自上往下依次分层设置的肖特基接触区、SiO2隔离区、终端区、N-外延层、N+衬底区和欧姆接触区，所述终端区位于N-外延层上表面与肖特基接触区边缘处相连接，所述终端区在肖特基接触区边缘连续的一圈，所述终端区呈槽型结构，所述肖特基接触区金属边缘处下表面与终端区的连接端设有与槽型结构相配合的凹槽。本发明的上述技术方案的有益效果如下：满足传统氧化镓SBD器件所需要的击穿电压条件下，将传统SBD器件的的终端改为槽型或阶梯型，简化工艺，降低制作难度，提高生产效率，降低生产成本，提高产品的合格率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明槽型终端的氧化镓SBD器件实施例的结构示意图；

图2为本发明阶梯槽型终端的氧化镓SBD器件实施例的结构示意图；

图3为本发明槽型终端的氧化镓SBD器件的制备方法流程示意图；

其中：1、肖特基接触区；2、SiO2隔离区；3、终端区；4、N-外延层；5、N+衬底区；6、欧姆接触区。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下将结合图1至图3，对本发明实施例所提供的一种氧化镓SBD器件及其制备方法进行详细说明。

如图1所示，包括自上往下依次分层设置的肖特基接触区1、SiO2隔离区2、终端区3、N-外延层4、N+衬底区5和欧姆接触区6，终端区位于N-外延层上表面与肖特基接触区边缘处相连接，终端区在肖特基接触区边缘连续的一圈，终端区呈槽型结构，肖特基接触区金属边缘处下表面与终端区的连接端设有与槽型结构相配合的凹槽。

终端区在三维结构下为在肖特基接触区边缘的一圈长方体沟槽。

其中终端区3对肖特基接触区的边缘起到保护区的作用，缓解肖特基接触区边缘的峰值电场，达到与其他常见终端类似的效果，同时不会引入附加的结电容和增大反向漏电流。

N-外延层的顶面和底面之间的厚度为20μm，其氮离子掺杂浓度为1×1015~1×1016cm-3。

终端区厚度为2μm，宽度为10μm。

终端区内边缘与肖特基接触区之间的距离为2μm。

肖特基接触区金属边缘位于终端区内部的介质层上。

如图2所示，终端区在肖特基接触区边缘连续的一圈，终端区呈阶梯型结构，肖特基接触区金属边缘处下表面与终端区的连接端设有与阶梯型结构相配合的凹槽。

N-外延层的顶面和底面之间的厚度为20μm，其氮离子掺杂浓度为1×1015~1×1016cm-3。

终端区厚度为2μm，宽度为10μm。

终端区边缘与肖特基接触区之间的距离为2μm。

肖特基接触区金属边缘位于终端区内部的介质层上。

在具体实施过程中，可以根据具体情况，在基本结构不变的情况下，进行一定的变通设计。例如：

示例一、在满足器件的耐压1500V的情况下，N-外延层的浓度可以设计为3×1015cm-3、5×1015cm-3和7×1015cm-3三种不同的做法。浓度的增加会使电场的斜率降低，耐压能力也会随之降低。。

示例二、在满足器件的耐压1500V的情况下，终端区的厚度可以设计为2μm、5μm和10μm三种不同的做法。形成的槽型结构的厚度对于器件的击穿电压的影响很大，越厚的终端对肖特基接触区边缘的保护越强，击穿电压越高。

示例三、在满足器件的耐压1500V的情况下，终端区的长度可以设计为10μm、20μm和30μm三种不同的做法。增加终端区的长度适当衍射耗尽区的宽度，达到提高击穿电压的目的。

示例四、终端区的结构可以为有图1和图2两种不同的做法。图1为终端区呈槽型结构，图2为终端区呈阶梯型的结构，其中厚度从里到外依次增加。两种结构均可以起到保护肖特基结边缘的作用，且不会影响到器件的正向特性。

采用本发明的具有槽型终端的氧化镓SBD器件，在保证电场集中效应抑制作用，不影响反向击穿电压的情况下，将尽可能优化终端区的结构，包括深度，长度和与肖特基接触区的距离等，使之达到最优性能。随着半导体技术的发展，采用本发明还可以制作更多的新型高功率器件。

上述的氧化镓SBD器件的制备方法，如图3所示，在此方法中，终端区通过氧化镓干法刻蚀实现。包括以下具体步骤：

步骤301、在氧化镓衬底上制作第一层外延层，形成N-外延层的漂移区。

本发明实施例中，通过外延工艺在氧化镓衬底上制作第一层外延层，形成N-外延层的漂移区。

步骤302、基于离子束蒸发淀积金属层，刻蚀形成槽型终端的窗口，得到氧化镓槽型终端。

具体的，离子束蒸发淀积金属层，通过刻蚀形成槽型终端的窗口，氧化镓干法刻蚀形成槽型结构，即槽型终端。

步骤303、在氧化镓的正面淀积SiO2隔离介质。

步骤304、制作底面的欧姆接触区和顶面的肖特基金属区，并进行PI胶钝化。

本发明实施例中提供的一种氧化镓SBD器件及其制备方法，涉及微电子技术领域，该氧化镓SBD器件包括自上往下依次分层设置的肖特基接触区、SiO2隔离区、终端区、N-外延层、N+衬底区和欧姆接触区，终端区位于N-外延层上表面与肖特基接触区边缘处相连接，终端区在肖特基接触区边缘连续的一圈，终端区呈槽型结构，肖特基接触区金属边缘处下表面与终端区的连接端设有与槽型结构相配合的凹槽。本发明的上述技术方案的有益效果如下：满足传统氧化镓SBD器件所需要的击穿电压条件下，将传统SBD器件的的终端改为槽型或阶梯型，简化工艺，降低制作难度，提高生产效率，降低生产成本，提高产品的合格率。

以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC），或，一个或多个微处理器（digital singnal processor，简称DSP），或，一个或者多个现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器（CentralProcessing Unit，简称CPU）或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统（system-on-a-chip，简称SOC）的形式实现。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（英文：processor）执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（英文：Read-Only Memory，简称：ROM）、随机存取存储器（英文：Random Access Memory，简称：RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。