CN107104047A - 氮化镓肖特基二极管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种氮化镓肖特基二极管的制造方法，该方法包括：在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层；在铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层；制造氮化镓肖特基二极管的阴极；制造氮化镓肖特基二极管的阳极；对制造阳极后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理。移除了阳极金属和铝镓氮界面附近的浅陷阱，减少了器件的阳极漏电现象，改善了器件的击穿电压，提高了器件的性能。

Description

氮化镓肖特基二极管的制造方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种氮化镓肖特基二极管的制造方法。

背景技术

随着高效完备的功率转换电路及系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件吸引了越来越多的关注。由于氮化镓具有较宽的禁带宽度，高电子饱和漂移速率，较高的击穿场强，良好的热稳定性，耐腐蚀和抗辐射性能，所以氮化镓在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势。是国际上广泛关注的新型宽禁带化合物半导体材料。而氮化镓肖特基二极管由于具有宽禁带和高电子迁移率等特点，使其在大功率和高速电子设备等方面有广泛的应用。

虽然氮化镓肖特基二极管具有宽禁带和高电子迁移率等特点，但氮化镓肖特基二极管中铝镓氮/氮化镓异质结的陷阱在阳极漏电和击穿电压方面有很大影响，使器件的性能降低。

发明内容

本发明实施例提供一种氮化镓肖特基二极管的制造方法，移除了阳极金属和铝镓氮界面附近的浅陷阱，减少了器件的阳极漏电现象，改善了器件的击穿电压，提高了器件的性能。

本发明实施例提供一种氮化镓肖特基二极管的制造方法，包括：在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层；

在所述铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层；

制造所述氮化镓肖特基二极管的阴极；

制造所述氮化镓肖特基二极管的阳极；

对制造所述阳极后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理。

进一步地，如上所述的方法，所述退火处理的温度为400摄氏度，所述退火处理的时间为20分钟，所述退火处理在氮气氛围中。

进一步地，如上所述的方法，所述制造所述氮化镓肖特基二极管的阴极具体包括：

刻蚀左侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第一氧化层开孔，在所述第一氧化层开孔内刻蚀所述氮化硅钝化层直到所述铝镓氮势垒层表面，形成阴极接触孔；

在所述阴极接触孔内，所述阴极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阴极金属层；

采用电子束工艺蒸发所述阴极金属层中的金属；

对所述PETEOS氧化层上方的阴极金属层进行光刻，刻蚀，形成阴极。

进一步地，如上所述的方法，所述制造所述氮化镓肖特基二极管的阳极具体包括：

刻蚀右侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第二氧化层开孔，在所述第二氧化层开孔内刻蚀所述氮化硅钝化层直到所述铝镓氮势垒层表面，形成阳极接触孔；

在所述阳极接触孔内、所述阳极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阳极金属层；

采用电子束工艺蒸发所述阳极金属层中的金属；

对所述PETEOS氧化层上方的阳极金属层进行光刻，刻蚀，形成阳极。

进一步地，如上所述的方法，所述在所述阴极接触孔内，所述阴极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阴极金属层具体为：

所述在所述阴极接触孔内，所述阴极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积钛层，铝层，钛层及氮化钛层，以形成阴极金属层。

进一步地，如上所述的方法，所述在所述阳极接触孔内、所述阳极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阳极金属层具体为：

在所述阳极接触孔内、所述阳极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积氮化钛层，钛层，铝层，钛层及氮化钛层，以形成阳极金属层。

进一步地，如上所述的方法，所述在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层具体为：

采用外延生长工艺在所述硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层。

进一步地，如上所述的方法，所述在所述铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层具体为：

采用化学气相沉积的工艺在所述铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层。

本发明实施例提供一种氮化镓肖特基二极管的制造方法，通过在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层；在铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层；制造氮化镓肖特基二极管的阴极；制造氮化镓肖特基二极管的阳极；对制造阳极后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理。移除了阳极金属和铝镓氮界面附近的浅陷阱，减少了器件的阳极漏电现象，改善了器件的击穿电压，提高了器件的性能。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明氮化镓肖特基二极管的制造方法实施例一的流程图；

图2为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层后的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层后的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在制造氮化镓肖特基二极管的阴极后的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在制造氮化镓肖特基二极管的阳极后的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中制造氮化镓肖特基二极管的阴极的流程图；

图7为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中形成阴极接触孔后的结构示意图；

图8为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中制造氮化镓肖特基二极管的阳极的流程图；

图9为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中形成阳极接触孔后的结构示意图。

附图标记：

1-硅衬底 2-氮化镓缓冲层 3-铝镓氮势垒层

4-氮化硅钝化层 5-PETEOS氧化层 6-阴极

7-阳极 8-阴极接触孔 9-阳极接触孔

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。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。

图1为本发明氮化镓肖特基二极管的制造方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法可分为以下几个步骤。

步骤101，在硅衬1上依次生长氮化镓缓冲层2及铝镓氮势垒层3。

进一步地，图2为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层后的结构示意图，如图2所示，本实施例中，在硅衬底1上依次生长氮化镓缓冲层2及铝镓氮势垒层3具体为：采用外延生长工艺在硅衬底1上依次生长氮化镓缓冲层2及铝镓氮势垒层3。具体地，首先采用外延生长工艺在硅衬底1上生长氮化镓缓冲层2，然后采用外延生长工艺在氮化镓缓冲层2上生长铝镓氮势垒层3。

步骤102，在铝镓氮势垒层3上依次沉积氮化硅钝化层4和PETEOS氧化层5。

进一步地，图3为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层后的结构示意图，如图3所示，本实施例中，在铝镓氮势垒层3上依次沉积氮化硅钝化层4和PETEOS氧化层5具体为：采用化学气相沉积的工艺在铝镓氮势垒层3上依次沉积氮化硅钝化层4和PETEOS氧化层5。具体地，首先在铝镓氮势垒层3上采用化学气相沉积的工艺沉积氮化硅钝化层4，然后采用化学气相沉积的工艺在氮化硅钝化层4上沉积PETEOS氧化层5。

步骤103，制造氮化镓肖特基二极管的阴极6。

具体地，图4为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在制造氮化镓肖特基二极管的阴极后的结构示意图，如图4所示，本实施例中，在对在铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层后形成的图案上，制造氮化镓肖特基二极管的阴极6，在制造氮化镓肖特基二极管的阴极时包括形成阴极接触孔，沉积阴极金属层，对阴极金属层进行刻蚀等。

步骤104，制造氮化镓肖特基二极管的阳极7。

具体地，图5为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中在制造氮化镓肖特基二极管的阳极后的结构示意图，如图5所示，本实施例中，在对制造氮化镓肖特基二极管的阴极6后形成的图案上，制造氮化镓肖特基二极管的阳极7，在制造氮化镓肖特基二极管的阳极时包括形成阳极接触孔，沉积阳极金属层，对阳极金属层进行刻蚀等。

步骤105，对制造阳极7后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理。

具体地，本实施例中，退火处理的温度和时间为移除阳极金属和铝镓氮界面附近的浅陷阱要求的温度和时间。

本实施例中，对制造阳极7后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理，退火时促进电荷进入浅陷阱中，对浅陷阱进行填充，陷阱不再俘获沟道中的电子，达到减少器件的阳极漏电现象，改善器件的击穿电压的效果。

本实施例中，在氮化镓肖特基二极管的阴极和阳极后，还包括对氮化镓肖特基二极管的后续其他操作，这些操作与现有技术相同，在此不再一一赘述。

本实施例提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法，通过在硅衬底1上依次生长氮化镓缓冲层2及铝镓氮势垒层3；在铝镓氮势垒层3上依次沉积氮化硅钝化层4和PETEOS氧化层5；制造氮化镓肖特基二极管的阴极6；制造氮化镓肖特基二极管的阳极7；对制造阳极后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理。移除了阳极金属和铝镓氮界面附近的浅陷阱，减少了器件的阳极漏电现象，改善了器件的击穿电压，提高了器件的性能。

进一步地，图6为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中制造氮化镓肖特基二极管的阴极的流程图，如图6所示，本实施例提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中，步骤103中制造氮化镓肖特基二极管的阴极具体包括如下几个步骤。

步骤103a，刻蚀左侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第一氧化层开孔，在第一氧化层开孔内刻蚀氮化硅钝化层直到铝镓氮势垒层表面，形成阴极接触孔8。

具体地，图7为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中形成阴极接触孔后的结构示意图，如图7所示，本实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀左侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第一氧化层开孔，在第一氧化层开孔内刻蚀氮化硅钝化层直到铝镓氮势垒层表面。第一氧化层开孔的周围尺寸和刻蚀掉的氮化硅钝化层的周围尺寸相同，以使形成的阴极接触孔的截面为矩形。

步骤103b，在阴极接触孔8内，阴极接触孔8上方及PETEOS氧化层5上方沉积阴极金属层。

进一步地，本实施例中，在阴极接触孔8内，阴极接触孔8上方及PETEOS氧化层5上方沉积阴极金属层具体为：

在阴极接触孔8内，阴极接触孔8上方及PETEOS氧化层5上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积钛层，铝层，钛层及氮化钛层，以形成阴极金属层。在阴极金属层中，钛层的厚度可以为200埃，铝层的厚度可以为1200埃，氮化钛层的厚度可以为200埃。

步骤103c，采用电子束工艺蒸发阴极金属层中的金属。

步骤103d，对PETEOS氧化层5上方的阴极金属层进行光刻，刻蚀，形成阴极6。

具体地，如图4所示，本实施例中，对PETEOS氧化层5上方右侧区域的阴极金属层进行光刻，刻蚀后，保留PETEOS氧化层5上方阴极接触孔周围区域的阴极金属层。在PETEOS氧化层5上方左侧保留的阴极金属层、阴极接触孔中的阴极金属层形成阴极6。

进一步地，图8为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中制造氮化镓肖特基二极管的阳极的流程图，如图8所示，本实施例中，在步骤104中，制造氮化镓肖特基二极管的阳极具体分为以下几个步骤。

步骤104a，刻蚀右侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第二氧化层开孔，在第二氧化层开孔内刻蚀氮化硅钝化层直到铝镓氮势垒层表面，形成阳极接触孔9。

具体地，图8为本发明实施例一提供的氮化镓肖特基二极管的制造方法中形成阳极接触孔后的结构示意图，如图8所示，本实施例中，采用干法刻蚀工艺刻蚀右侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第二氧化层开孔，在第二氧化层开孔内刻蚀氮化硅钝化层直到铝镓氮势垒层表面。第二氧化层开孔的周围尺寸大于刻蚀掉的氮化硅钝化层的周围尺寸，其中第二氧化层开孔的尺寸大于第一氧化层开孔的尺寸。

步骤104b，在阳极接触孔9内、阳极接触孔9上方及PETEOS氧化层5上方沉积阳极金属层。

进一步地，本实施例中，在阳极接触孔9内、阳极接触孔9上方及PETEOS氧化层5上方沉积阳极金属层具体为：

在阳极接触孔9内、阳极接触孔9上方及PETEOS氧化层5上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积氮化钛层，钛层，铝层，钛层及氮化钛层，以形成阳极金属层。

步骤104c，采用电子束工艺蒸发阳极金属层中的金属。

步骤104d，对PETEOS氧化层上方的阳极金属层进行光刻，刻蚀，形成阳极7。

具体地，如图5所示，本实施例中，对PETEOS氧化层5上方左侧区域的阳极金属层进行光刻，刻蚀后，保留PETEOS氧化层5上方阳极接触孔周围区域的阳极金属层。在PETEOS氧化层5上方右侧保留的阳极金属层、阳极接触孔中的阳极金属层形成阳极7。

优选地，本实施例中，步骤105中，对制造阳极7后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理时，退火处理的温度为400摄氏度，退火处理的时间为20分钟，退火处理在氮气氛围中。

本实施例中，退火处理的温度为400摄氏度，退火处理的时间为20分钟，退火处理在氮气氛围中，能够使阳极金属和铝镓氮界面附近的浅陷阱充分移除，进一步减少了器件的阳极漏电现象，改善了器件的击穿电压，提高了器件的性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种氮化镓肖特基二极管的制造方法，其特征在于，包括：

在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层；

在所述铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层；

制造所述氮化镓肖特基二极管的阴极；

制造所述氮化镓肖特基二极管的阳极；

对制造所述阳极后的氮化镓肖特基二极管进行退火处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为400摄氏度，所述退火处理的时间为20分钟，所述退火处理在氮气氛围中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述制造所述氮化镓肖特基二极管的阴极具体包括：

刻蚀左侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第一氧化层开孔，在所述第一氧化层开孔内刻蚀所述氮化硅钝化层直到所述铝镓氮势垒层表面，形成阴极接触孔；

在所述阴极接触孔内，所述阴极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阴极金属层；

采用电子束工艺蒸发所述阴极金属层中的金属；

对所述PETEOS氧化层上方的阴极金属层进行光刻，刻蚀，形成阴极。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述制造所述氮化镓肖特基二极管的阳极具体包括：

刻蚀右侧部分区域的PETEOS氧化层，形成第二氧化层开孔，在所述第二氧化层开孔内刻蚀所述氮化硅钝化层直到所述铝镓氮势垒层表面，形成阳极接触孔；

在所述阳极接触孔内、所述阳极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阳极金属层；

采用电子束工艺蒸发所述阳极金属层中的金属；

对所述PETEOS氧化层上方的阳极金属层进行光刻，刻蚀，形成阳极。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述阴极接触孔内，所述阴极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阴极金属层具体为：

在所述阴极接触孔内，所述阴极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积钛层，铝层，钛层及氮化钛层，以形成阴极金属层。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述阳极接触孔内、所述阳极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方沉积阳极金属层具体为：

在所述阳极接触孔内、所述阳极接触孔上方及所述PETEOS氧化层上方采用磁控溅射镀膜工艺依次沉积氮化钛层，钛层，铝层，钛层及氮化钛层，以形成阳极金属层。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述在硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层具体为：

采用外延生长工艺在所述硅衬底上依次生长氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层具体为：

采用化学气相沉积的工艺在所述铝镓氮势垒层上依次沉积氮化硅钝化层和PETEOS氧化层。