本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體，尤其是場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管。

背景技術(shù)：

1、氧化鎵(ga2o3)作為一種具有廣闊前景的半導(dǎo)體材料而得到了廣泛的研究，由于其具備寬帶隙（4.5-4.9?ev），高臨界擊穿場強（8?mv/cm），巴利佳功率優(yōu)值高(3000左右）等優(yōu)點；且ga2o3單晶成本較低。因此基于氧化鎵材料的功率器件近年來備受關(guān)注。而常規(guī)的氧化鎵sbd在陽極邊緣處容易出現(xiàn)電場集中效應(yīng)。對于這一缺陷研究人員提出了將邊緣終端結(jié)構(gòu)植入到器件中以實現(xiàn)緩解電場集中效應(yīng)的作用，其終端結(jié)構(gòu)包括有場板結(jié)構(gòu)、磨角結(jié)構(gòu)、階梯結(jié)構(gòu)等，除此之外，場限環(huán)結(jié)構(gòu)也是相對有效的方法之一，場限環(huán)的加入能夠更好地削減峰值電場以及擴展耗盡區(qū)，進一步提升器件的耐壓能力。但由于氧化鎵材料目前p型摻雜技術(shù)的缺失，我們可以選擇采用例如nio或cu2o等天然p型半導(dǎo)體材料作為場限環(huán)材料。

2、為了實現(xiàn)較高的功率品質(zhì)因子(pfom)，氧化鎵肖特基二極管應(yīng)在正向?qū)ǖ臅r候應(yīng)當具有較低的特征導(dǎo)通電阻，在反向關(guān)斷的時候應(yīng)當具有較高的擊穿電壓。但由于肖特基二極管勢壘高度較低的原因現(xiàn)有的氧化鎵肖特基二極管實現(xiàn)的擊穿電壓往往較低。通過植入邊緣終端結(jié)構(gòu)或者對漂移層摻雜濃度、厚度等參數(shù)的改變在實現(xiàn)器件擊穿電壓改善的同時往往會引起器件導(dǎo)通電阻的增大，所以如何平衡這兩者以實現(xiàn)pfom性能最大程度的增長成為氧化鎵功率二極管的核心問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，簡化了工藝步驟，使其能夠有效地工業(yè)生產(chǎn)，本發(fā)明的器件設(shè)計緩解了終端區(qū)的電場擁擠現(xiàn)象，改善電場分布，進一步提高了氧化鎵sbd器件的耐壓性能和器件的可靠性。在該結(jié)構(gòu)下，器件的擊穿電壓得到了大幅提升且只略微提高特征導(dǎo)通電阻，最終實現(xiàn)了高的pfom值。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

3、場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，包括自下而上順序?qū)盈B設(shè)置的陰極金屬層（1）、高摻雜n型氧化鎵襯底（2）、低摻雜n型氧化鎵外延層（3）、陽極金屬層（4）；所述陽極金屬層與低摻雜n型氧化鎵外延層頂部處的主結(jié)（5）相接；低摻雜n型氧化鎵外延層頂部處還設(shè)有若干個場限環(huán)（6）。

4、所述主結(jié)（5）置于陽極金屬層（4）邊緣處。

5、所述低摻雜n型氧化鎵外延層為導(dǎo)電漂移層，具有多個橫向排列且間隔程度呈現(xiàn)線性增長趨勢的p型半導(dǎo)體環(huán)區(qū)。

6、所述場限環(huán)設(shè)置于所述導(dǎo)電漂移層的頂部。

7、各場限環(huán)在低摻雜n型氧化鎵外延層頂部處間隔設(shè)置于同一水平面，且多個場限環(huán)之間的距離呈線性增長。

8、所述場限環(huán)的厚度不大于1?μm。

9、所述場限環(huán)為重摻雜結(jié)構(gòu)，摻雜類型與導(dǎo)電漂移層相反。

10、所述場限環(huán)中的雜質(zhì)摻雜濃度不小于4.0×1017cm-3。

11、所述陽極金屬層采用的材料為au、ni、pt和tin的金屬；所述陰極金屬層采用的材料為ti、au；所述高摻雜n型氧化鎵襯底厚度為500~650?μm，摻雜濃度為1018~1020cm-3的氧化鎵材料；所述低摻雜n型氧化鎵外延層厚度為5~15?μm，摻雜濃度為1015~1017cm-3的氧化鎵材料。

12、場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管的制備方法，包括以下步驟；

13、步驟s1、采用氫化物氣相外延hvpe或金屬有機化合物化學氣相沉積mocvd工藝，在高摻雜n型氧化鎵襯底頂部外延生長低摻雜n型氧化鎵外延層；

14、步驟s2、在低摻雜n型氧化鎵外延層3表面旋涂光刻膠，采用標準光刻工藝形成終端區(qū)溝槽開口圖案，采用反應(yīng)離子刻蝕工藝對低摻雜n型氧化鎵外延層進行刻蝕，形成用于淀積場限環(huán)的凹槽；

15、步驟s3、采用食人魚溶液中浸泡15?min以去除干蝕刻損傷。之后，晶圓片依次在食人魚溶液中浸泡15分鐘，然后在緩沖氧化物蝕刻boe溶液中浸泡30分鐘，以修復(fù)蝕刻損傷；

16、步驟s4、然后，陰極金屬經(jīng)電子束蒸發(fā)，在經(jīng)過470℃，1分鐘的退火后，在高摻雜n型氧化鎵襯底底部形成歐姆接觸；

17、步驟s5、在低摻雜n型氧化鎵外延層上旋涂光刻膠，采用標準光刻工藝形成和場限環(huán)開口圖案；

18、步驟s6、根據(jù)開口圖案，采用包括磁控濺射或電子束蒸發(fā)工藝在溝槽處沉積低摻雜p型nio外延層、場限環(huán)結(jié)構(gòu)；

19、步驟s7、在低摻雜n型氧化鎵外延層及場限環(huán)表面旋涂光刻膠，采用標準光刻工藝形成陽極金屬層開口圖案；

20、步驟s8、在低摻雜n型氧化鎵襯底頂部及p型nio的主結(jié)層淀積陽極金屬層。

21、本發(fā)明所述方案簡化了工藝步驟，使該器件的生產(chǎn)方法能夠有效地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，并緩解了終端區(qū)的電場擁擠現(xiàn)象，改善電場分布，進一步提高了氧化鎵sbd器件的耐壓性能和器件的可靠性。在該結(jié)構(gòu)下，器件的擊穿電壓得到了大幅提升且只略微提高特征導(dǎo)通電阻，最終實現(xiàn)了高的pfom值。

22、本發(fā)明的氧化鎵肖特基二極管在導(dǎo)電漂移層頂部設(shè)置場限環(huán)層后，可以實現(xiàn)器件內(nèi)部擊穿位置的轉(zhuǎn)移、耗區(qū)的擴展，使得器件的擊穿電壓得到大幅度的改善，而其對于導(dǎo)通電阻的影響較小，只會使導(dǎo)通電阻略微提升，并緩和擊穿電壓與特征導(dǎo)通電阻的矛盾關(guān)系。

23、本發(fā)明通過結(jié)合場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)擴展耗盡區(qū)，削減峰值電場提升器件的耐壓能力，使得電場分布更加均勻，因而本發(fā)明提出的器件可以在降低工藝生產(chǎn)成本的同時，優(yōu)化電場分布，從而顯著地提升器件的耐壓性能。

技術(shù)特征：

1.場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：包括自下而上順序?qū)盈B設(shè)置的陰極金屬層（1）、高摻雜n型氧化鎵襯底（2）、低摻雜n型氧化鎵外延層（3）、陽極金屬層（4）；所述陽極金屬層與低摻雜n型氧化鎵外延層頂部處的主結(jié)（5）相接；低摻雜n型氧化鎵外延層頂部處還設(shè)有若干個場限環(huán)（6）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：所述主結(jié)（5）置于陽極金屬層（4）邊緣處。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：所述低摻雜n型氧化鎵外延層為導(dǎo)電漂移層，具有多個橫向排列且間隔程度呈現(xiàn)線性增長趨勢的p型半導(dǎo)體環(huán)區(qū)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：所述場限環(huán)設(shè)置于所述導(dǎo)電漂移層的頂部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：各場限環(huán)在低摻雜n型氧化鎵外延層頂部處間隔設(shè)置于同一水平面，且多個場限環(huán)之間的距離呈線性增長。

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：所述場限環(huán)的厚度不大于1?μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：所述場限環(huán)為重摻雜結(jié)構(gòu)，摻雜類型與導(dǎo)電漂移層相反。

8.?根據(jù)權(quán)利要求7所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：所述場限環(huán)中的雜質(zhì)摻雜濃度不小于4.0×1017?cm-3。

9.?根據(jù)權(quán)利要求7所述的場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，其特征在于：所述陽極金屬層采用的材料為au、ni、pt和tin的金屬；所述陰極金屬層采用的材料為ti、au；所述高摻雜n型氧化鎵襯底厚度為500~650?μm，摻雜濃度為1018~1020?cm-3的氧化鎵材料；所述低摻雜n型氧化鎵外延層厚度為5~15?μm，摻雜濃度為1015~1017?cm-3的氧化鎵材料。

10.場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管的制備方法，其特征在于：包括以下步驟；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出場限環(huán)終端結(jié)構(gòu)下的高壓氧化鎵肖特基二極管，包括自下而上順序?qū)盈B設(shè)置的陰極金屬層（1）、高摻雜N型氧化鎵襯底（2）、低摻雜N型氧化鎵外延層（3）、陽極金屬層（4）；所述陽極金屬層與低摻雜N型氧化鎵外延層頂部處的主結(jié)（5）相接；低摻雜N型氧化鎵外延層頂部處還設(shè)有若干個場限環(huán)（6）；本發(fā)明簡化了工藝步驟，使其能夠有效地工業(yè)生產(chǎn)，本發(fā)明的器件設(shè)計緩解了終端區(qū)的電場擁擠現(xiàn)象，改善電場分布，進一步提高了氧化鎵SBD器件的耐壓性能和器件的可靠性。在該結(jié)構(gòu)下，器件的擊穿電壓得到了大幅提升且只略微提高特征導(dǎo)通電阻，最終實現(xiàn)了高的PFOM值。

技術(shù)研發(fā)人員：朱敏敏,馬豪威,楊丹,張海忠
受保護的技術(shù)使用者：福州大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30