一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法及肖特基二极管

摘要

本发明公开了一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法及肖特基二极管，在蓝宝石基GaN样品上制备光刻胶腌膜；然后采用感应耦合等离子干法刻蚀工艺在制备有光刻胶腌膜的蓝宝石基GaN样品上进行刻蚀操作，直到刻蚀到n+GaN层；再对刻蚀后的蓝宝石基GaN样品进行低温快速热退火处理，修复刻蚀损伤；然后采用光刻和电子束工艺在快速热退火处理后的蓝宝石基GaN样品上蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属层；再进行高温快速热退火处理形成相应的欧姆接触；采用电子束进行Ni/Au肖特基接触制备。本发明能够快速、高效的在Ar环境下修复GaN台面刻蚀后的损伤，且修复效果明显。

说明书

技术领域

本发明属于宽禁带半导体器件技术领域，具体涉及一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法及肖特基二极管。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料，凭借其高的临界击穿场强、高的电子饱和漂移速度，正迅速成为高频大功率器件的首选材料。尤其在功率二极管整流器件领域更是具有重要的应用前景，肖特基二极管(SBD)作为一种重要的两端电子元件在检波、混频等电路中具有重要的应用。但是目前存在的一个重要问题在于制备的肖特基二极管的反向漏电都普遍较大，使得器件在很低的反向偏压下就发生了提前的预击穿，严重降低了器件的性能和应用，所以如何有效的减小反向漏电对于扩大GaN肖特基二极管的应用极为重要。本发明旨在提出一种在GaN台面深刻蚀后，在400～500℃Ar环境下快速热退火的后处理方法，整个过程简单且有效，并且能够降低GaN肖特基二极管的反向漏电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法及肖特基二极管，改善蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电，经过低温快速热退火处理，GaN肖特基二极管的反向漏电获得数量级的降低。

本发明采用以下技术方案：

一种蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法，在蓝宝石基GaN样品上制备光刻胶腌膜；然后采用感应耦合等离子干法刻蚀工艺在制备有光刻胶腌膜的蓝宝石基GaN样品上进行刻蚀操作，直到刻蚀到n

具体的，制备光刻胶腌膜前，先依次用丙酮、异丙醇、去离子水对蓝宝石基GaN样品进行清洗。

具体的，台面刻蚀所需的光刻胶腌膜厚度大于等于刻蚀的台面深度。

进一步的，光刻胶腌膜的厚度为6～7μm。

具体的，低温快速热退火处理在Ar环境下进行，时间为5～20min，温度为400～500℃。

具体的，蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属层的厚度为280～400nm。

具体的，蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属层后，高温快速热退火处理在Ar环境下进行，温度为750～850℃，时间为20～30s。

具体的，肖特基阳极金属为Ni/Au。

本发明的另一个技术方案是，一种肖特基二极管。

具体的，势垒高度为0.908～0.92eV，理想因子为1.052～1.08。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于Ar环境快速热退火的蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法，在蓝宝石基GaN样品上制备光刻胶腌膜；再进行刻蚀操作至刻蚀到n

进一步的，先进行清洗获得较洁净的氮化镓表面，有利于提高器件的电学性能，同时可以比较有效的防止光刻胶的脱落现象。

进一步的，使用光刻胶作为GaN深台面刻蚀的腌膜，最终需要保证制备的光刻胶腌膜厚度大于等于台面刻蚀的4.5μm厚度，本工艺最终确定AZ4620厚度在6～7μm，使得圆形台面部分得到很好的保护。

进一步的，对台面刻蚀完后的GaN，在400～500℃Ar环境下对刻蚀过后的GaN样片进行5～20min的RTA操作，能够较为有效的使得氮化镓深台面刻蚀后的损伤得到修复，减小肖特基二极管的反向漏电。

进一步的，第一次退火在一定程度上来有效的修复刻蚀所带来的损伤，最终获得较为理想的电学特性。

进一步的，采用氮化镓欧姆接触较为成熟的金属工艺，能够确保获得比接触电阻较低的欧姆接触。

进一步的，经过快速热退火使最里层的金属Ti和氮化镓形成合金，并获得良好的欧姆接触特性。

进一步的，采用金属Ni作为肖特基阳极金属，廉价便宜，且金属Ni的功函数大，也容易和氮化镓形成相应的肖特基接触，目前工艺也最为成熟。

采用本发明制备的蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管，采用Ar环境下RTA操作处理台面刻蚀后的损伤，制备的肖特基二极管反向漏电有明显的降低，为进一步制备GaN基垂直结构肖特基二极管打下基础。

综上所述，本发明能够快速、高效的在Ar环境下修复GaN台面刻蚀后的损伤，且修复效果明显。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为在Ar环境下快速热退火处理前后蓝宝石基GaN-SBD反向电学特性对比图；

图2为正向线性电学特性图；

图3为正向半对数电学特性图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明提供了一种基于Ar气快速热退火的蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法，在蓝宝石基GaN样品上制备光刻胶腌膜；再进行刻蚀操作至刻蚀到n

本发明一种基于Ar气快速热退火的蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管反向漏电改善方法，包括以下步骤：

S1、将蓝宝石基GaN样品在丙酮、异丙醇、去离子水当中依次进行清洗；

S2、将以上清洗完毕的GaN样品采用光刻工艺制备AZ4620光刻胶腌膜；

台面刻蚀所需的AZ4620光刻胶腌膜厚度必须大于等于刻蚀的4.5μm台面深度，优选6～7μm。

S3、采用感应耦合等离子(ICP)干法刻蚀工艺对以上样品进行刻蚀操作，直到刻蚀到n

S4、对刻蚀过后的GaN样片，在Ar环境下采用低温快速热退火(RTA)的方式处理5～20min，温度控制在400～500℃；

S5、采用光刻和电子束工艺在以上RTA处理过的氮化镓样片上蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属层，并采用高温RTA快速退火设备在750～850℃，Ar环境处理20～30s，以形成相应的欧姆接触；

S6、采用电子束在以上基础上进行Ni/Au肖特基接触的制备；

肖特基阳极金属选择功函数较大的Ni/Au。

S7、对制备的GaN-SBD，采用4200半导体参数分析仪进行基本的正反向电学特性测试。

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。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，在GaN台面刻蚀之后，在Ar环境的RTA快速退火中处理，时间5min，温度控制在400℃。

实施例2

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，在GaN台面刻蚀之后，在Ar环境的RTA快速退火中处理，时间5min，温度控制在420℃。

实施例3

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，在GaN台面刻蚀之后，在Ar环境的RTA快速退火中处理，时间5min，温度控制在450℃。

实施例4

将台面刻蚀完的GaN样品依次在丙酮、异丙醇、去离子水当中进行清洗，在GaN台面刻蚀之后，在Ar环境的RTA快速退火中处理，时间5min，温度控制在470℃。

上述的四个实例中，均可以完成对GaN深台面刻蚀后的损伤修复，其主要效果在于减小了刻蚀后的N，Ga空位等缺陷，体现了该工艺修复损伤，快速，高效的优点。

请参阅图1，图中表示的是在Ar环境下RTA处理前后GaN准垂直肖特基二极管反向电学特性的变化，从图中可以看出在经过处理后，肖特基二极管的反向漏电有了非常明显的降低，表明Ar环境下RTA对于减小蓝宝石基GaN肖特基二极管的反向漏电有非常明显的效果。

请参阅图2，可以清楚的看到未进行处理和Ar处理的SBD都展现出良好的正向电学特性，3V时候的正向电流密度已经大于100A/cm

请参阅图3，从半对数图中，我们可以看出，两种情况下，正向电流很快达到100A/cm

综上所述，本发明创新型的提出了基于Ar环境下RTA工艺来对蓝宝石基GaN准垂直肖特基二极管进行反向漏电改善，相比于不进行处理的二极管器件，该方法优点是操作简单，易于实施，为GaN宽禁带半导体功率整流器件的进一步应用打下基础。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。