一種高壓肖特基二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種肖特基二極管，尤其是一種可以提供高壓的肖特基二極管以及高壓肖特基二極管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]肖特基二極管又稱(chēng)肖特基勢(shì)皇二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)SBD)，它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管，也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。在通信電源、變頻器等中比較常見(jiàn)。
[0003]肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極，以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極，利用二者接觸面上形成的勢(shì)皇具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然，金屬A中沒(méi)有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢(shì)皇，其電場(chǎng)方向?yàn)锽 — A。但在該電場(chǎng)作用之下，A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從A — B的漂移運(yùn)動(dòng)，從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡，便形成了肖特基勢(shì)皇。
[0004]SiC材料禁帶寬度大，擊穿電場(chǎng)高，飽和漂移速度和熱導(dǎo)率大，化學(xué)性能穩(wěn)定，抗輻射能力強(qiáng)，結(jié)實(shí)耐磨損。這些內(nèi)在材料優(yōu)越性能使其成為制作高功率、高頻、耐高溫、抗輻射器件的理想材料，在航天、航空、石油勘探、核能、通信等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]近年來(lái)，溝槽技術(shù)被廣泛使用，常用的溝槽型結(jié)構(gòu)是由介質(zhì)層及導(dǎo)電介質(zhì)組成的。肖特基勢(shì)皇二極管使用溝槽結(jié)構(gòu)有兩個(gè)重要原因，其一，傳統(tǒng)平面型結(jié)構(gòu)容易表面擊穿，對(duì)器件的可靠性帶來(lái)挑戰(zhàn)，而溝槽結(jié)構(gòu)肖特基勢(shì)皇二極管克服了平面型結(jié)構(gòu)的這一缺點(diǎn)；其二，溝槽型肖特基勢(shì)皇二極管利用電荷平衡原理可以提高器件的擊穿電壓。
[0006]肖特基二極管最大的缺點(diǎn)是其反向偏壓較低及反向漏電流偏大，像使用硅及金屬為材料的肖特基二極體，其反向偏壓額定耐壓最高只到50V，而反向漏電流值為正溫度特性，容易隨著溫度升高而急遽變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種由碳化硅作為襯底，有溝槽結(jié)構(gòu)的耐高壓肖特基二極管，以及高壓肖特基二極管的制備方法。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明高壓肖特基二極管，包括襯底、外延層、金屬接觸層和保護(hù)層；所述襯底上表面外延生長(zhǎng)有外延層；多個(gè)溝槽，間隔形成于所述外延層中；所述金屬接觸層設(shè)于外延層的上表面；所述金屬接觸層兩端各設(shè)有一個(gè)歐姆接觸金屬，肖特基接觸金屬設(shè)置于金屬接觸層的中心部位，歐姆接觸金屬與肖特基接觸金屬之間設(shè)置有源層；所述肖特基接觸金屬上表面設(shè)有保護(hù)層；所述歐姆接觸為高壓肖特基二極管的陰極；所述肖特基接觸為高壓肖特基二極管的陽(yáng)極。
[0009]進(jìn)一步，所述溝槽的槽壁介質(zhì)采用的是S1，厚度為1 um?3um,深度為2 um?7um,溝槽的間隔寬度為1 um?2um，溝槽的寬度為0.5um，所述溝槽的開(kāi)口直徑小于底部的直徑；所述溝槽內(nèi)填充有P型硅。
[0010]在以上結(jié)構(gòu)中，當(dāng)介質(zhì)厚度為1 um?3um時(shí)，介質(zhì)的交界位置以及溝槽底部的電場(chǎng)基本相等，漂移區(qū)電場(chǎng)分布更加均勻，獲得最大的擊穿電壓。
[0011]進(jìn)一步，所述肖特基接觸金屬所采用的是Ni或Ti，肖特基接觸金屬的厚度為1.3um,肖特基接觸金屬的厚度大于有源層的厚度。
[0012]進(jìn)一步，所述碳化娃外延層的厚度約為3um?8um，所述碳化娃外延層的厚度大于襯底的厚度。
[0013]在以上結(jié)構(gòu)中，當(dāng)外延層的厚度為6 μπι時(shí)，既能滿足擊穿電壓的要求，也可以最大限度的減小串聯(lián)電阻，提高截止頻率；碳化硅材料禁帶寬度大，擊穿電場(chǎng)高，飽和漂移速度和熱導(dǎo)率大，化學(xué)性能穩(wěn)定，抗輻射能力強(qiáng)，結(jié)實(shí)耐磨損。
[0014]進(jìn)一步，所述保護(hù)層為Au，厚度為1?2um ;所述保護(hù)層覆蓋了整個(gè)肖特基接觸金屬的上表面。
[0015]進(jìn)一步，所述襯底采用的是SiC材料，厚度為300 μ m，襯底周?chē)幸粚覵1薄膜；所述有源層采用的是ZnO。
[0016]一種高壓肖特基二極管的制備方法，其特征在于:包括以下幾個(gè)步驟:
步驟一:采用SiC材料，制作襯底；
步驟二:在SiC基底上外延生長(zhǎng)厚度約為6 μ m的外延層；
步驟三:在外延層的表面的中間部位刻蝕多個(gè)溝槽，在碳化硅的表面覆蓋一層Si02薄膜，使碳化硅與外界隔離出來(lái)，凹槽的內(nèi)壁覆蓋一層Si02薄膜，在溝槽中填充P型硅，填滿后去掉多余的P型硅，在凹槽的開(kāi)口覆蓋一層S1j莫；
步驟四:外延層兩端在高真空中電子束蒸發(fā)厚度為1.3um的T1、N1、Ag合金，在氬氣保護(hù)下，950攝氏度退火，形成歐姆接觸；
步驟五:外延層中間部分在高真空中電子束蒸發(fā)厚度為1.0um的Ti或Ni，在氬氣保護(hù)下，650攝氏度退火，形成肖特基接觸；歐姆接觸與肖特基接觸之間填充有源層ZnO薄膜；步驟六:在肖特基接觸金屬上蒸Au作為加厚及防氧化保護(hù)層。
[0017]進(jìn)一步，所述溝槽的形狀為橢球形或圓柱形，溝槽的寬度為0.5um。
[0018]進(jìn)一步，所述P型硅的摻雜濃度為2X1016/cm3?3.4X1016/cm3。
[0019]進(jìn)一步，所述襯底的摻雜濃度為1 X 1019/cm3?2.0X 1019/cm3 ;所述碳化娃外延層的摻雜濃度為 2.6X1016/cm3 ?3.0 X 1016/cm3。
[0020]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
1、利用溝槽刻版帶光角度離子注入的方法形成P型阱區(qū)，在器件反向偏壓時(shí)與N型外延層實(shí)現(xiàn)雙向耗盡，并非傳統(tǒng)技術(shù)中在溝槽淀積絕緣層單向耗盡，從而能提高外延層濃度，保證器件導(dǎo)通壓降要求的同時(shí)，提高器件的擊穿電壓；
2、所述溝槽的側(cè)壁的厚度較小，能在器件反向耐壓時(shí)形成有效耗盡，從而減小漏電流；而所述溝槽的深度較大，能提高器件的可靠性。
[0021]3、歐姆接觸與肖特基接觸之間通過(guò)有源層ZnO連接，可以克服半導(dǎo)體襯底附加電阻的影響，減小電阻，提高擊穿電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0022]本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
圖1是高壓肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中標(biāo)記:1為保護(hù)層，2為肖特基接觸金屬，3為歐姆接觸金屬，4為外延層，5為襯底，6為有源層，7為溝槽。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0025]本說(shuō)明書(shū)(包括