一種金剛石肖特基二極管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金剛石肖特基二極管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石由碳原子組成，屬于立方晶系，其結(jié)構(gòu)是布拉維格子為面心立方的復(fù)式格子。其高禁帶寬度(5.5eV)、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)(lOMV/cm)、高電子和空穴迀移率(4500cm2/(V.s)和3800cm2/(V-s))和高熱導(dǎo)率(22W/(_.Κ))，使金剛石在高頻、高效、大功率、高溫領(lǐng)域如電力能源電子學(xué)、信息電子學(xué)、環(huán)境電子學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。并且隨著微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)技術(shù)的發(fā)展，用金剛石制成的半導(dǎo)體器件越來(lái)越多，其性能也越來(lái)越好。相對(duì)于S1、SiC、GaN、GaAs等半導(dǎo)體器件有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，隨著航空航天，電力機(jī)車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)，直流高壓傳送等方面的廣泛發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體功率轉(zhuǎn)換器件提出了高耐壓、大電流、高效率、低損耗、耐高溫等方面的要求，現(xiàn)有的半導(dǎo)體材料由于其內(nèi)稟特性逐漸顯露出了在擊穿場(chǎng)強(qiáng)、自熱效應(yīng)，電流密度等方面無(wú)法滿(mǎn)足功率器件要求致命弱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金剛石肖特基二極管及其制作方法，該金剛石肖特基二極管提高了擊穿場(chǎng)強(qiáng)、降低反向漏電流，改善了金剛石肖特基二極管的性能。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，包括依次層疊設(shè)置的歐姆電極、P型高摻雜金剛石襯底、漂移層和肖特基電極，肖特基電極為單一鉿層結(jié)構(gòu)、或底層為單一鉿層的多個(gè)單一金屬層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
[0005]進(jìn)一步的，肖特基電極中，其它金屬層為由鈦、鎳、鉑或金形成的單一金屬層；或者其它金屬層為由鈦、鎳、鉑和金中的一種或多種形成的多個(gè)單一金屬層復(fù)合形成。
[0006]進(jìn)一步的，肖特基電極設(shè)置為場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，且場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中介質(zhì)層為一種或多種材料。
[0007]進(jìn)一步的，歐姆電極為單一金屬層或復(fù)合層，其中，單一金屬層由鈀、鈦、金、鎳和鉑中的一種沉積形成，復(fù)合層為由鈀、鈦、金、鎳和鉑中一種或多種形成的多個(gè)單一金屬層復(fù)合形成。
[0008]進(jìn)一步的，P型高摻雜金剛石襯底中硼原子的含量為NA>1019cnT3。
[0009]進(jìn)一步的，漂移層為P型低摻雜金剛石層或本征金剛石層，其中P型低摻雜金剛石層中硼原子的含量為NA〈1017cm_3。
[0010]進(jìn)一步的，金剛石肖特基二極管經(jīng)過(guò)退火處理。
[0011]本發(fā)明還提供了上述金剛石肖特基二極管的制作方法，其特征在于，該方法包括以下:
[0012]首先，在P型高摻雜金剛石襯底上外延生長(zhǎng)一層P型低摻雜金剛石層或本征金剛石層作為漂移層；
[0013]然后，在漂移層上表面沉積形成肖特基電極，肖特基電極為單一鉿層結(jié)構(gòu)、或包括底層為單一鉿層的多個(gè)單一金屬層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)；在P型高摻雜金剛石襯底下表面沉積金屬，形成歐姆電極。
[0014]進(jìn)一步的，該方法還包括沉積形成肖特基電極和歐姆電極后的退火處理。
[0015]本發(fā)明一種金剛石肖特基二極管，由于鉿的金屬功函數(shù)較低(3.9eV)，在與p型金剛石接觸時(shí)形成的肖特基勢(shì)皇高度要高于目前國(guó)際上已發(fā)表的鋯(4.05eV)和鉬(約4.6eV)等金屬與金剛石接觸形成的肖特基勢(shì)皇高度，可以降低金剛石肖特基二極管的漏電流，改善了金剛石肖特基二極管的反向性能。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明中金剛石肖特基二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中P型尚慘雜金剛石襯底的不意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中在P型高摻雜金剛石襯底上外延一層P型低摻雜金剛石層或本征金剛石層的示意圖；
[0019]圖4本發(fā)明實(shí)施例中在P型高摻雜金剛石襯底上沉積歐姆電極的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]金剛石肖特基二極管主要結(jié)構(gòu)為金屬電極和P型(硼摻雜)金剛石薄膜形成二極管，它的其中一個(gè)重要應(yīng)用是高耐壓，大電流，耐高溫的大功率電力轉(zhuǎn)換。目前金剛石的P型摻雜已經(jīng)比較成熟，利用P型摻雜金剛石制作的金剛石肖特基二極管具有開(kāi)啟電壓低、耐高溫特性好、整流比大和開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)。由于金剛石的擊穿電場(chǎng)要遠(yuǎn)大于其它半導(dǎo)體，故而在同樣耐壓要求下，金剛石肖特基二極管可以做得更薄，導(dǎo)通電阻更小。并且由于其高的熱導(dǎo)率可以有效的散熱，穩(wěn)定性更好。
[0021]為了優(yōu)化金剛石肖特基二極管的性能，科學(xué)家們一直在嘗試用不同的金屬作為金剛石肖特基二極管的肖特基電極。鉬、銷(xiāo)、舒、錯(cuò)等金屬已在金剛石肖特基二極管應(yīng)用廣泛。在金剛石肖特基二極管的結(jié)構(gòu)中，金剛石薄膜分為兩層，輕摻雜(P-)或者本征金剛石層為漂移區(qū)耐壓，而重?fù)诫s(P+)層可以有效地減小歐姆接觸電阻，從而減小二極管的導(dǎo)通電阻。在電極結(jié)構(gòu)上，將場(chǎng)板結(jié)構(gòu)引入肖特基電極可以有效的改善二極管工作在反向電壓時(shí)的器件內(nèi)部電場(chǎng)分布，從而提高器件的反向擊穿電壓。
[0022]如圖1所示，一種金剛石肖特基二極管，包括依次層疊設(shè)置的歐姆電極1、P型高摻雜金剛石襯底2、漂移層3和肖特基電極4，肖特基電極4為單一鉿層結(jié)構(gòu)、或底層為單一鉿層的多個(gè)單一金屬層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
[0023]本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，肖特基電極4中，其它金屬層為由鈦、鎳、鉑或金形成的單一金屬層；或者其它金屬層為由鈦、鎳、鉑和金中的一種或多種形成的多個(gè)單一金屬層復(fù)合形成。肖特基電極4設(shè)置為場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，且場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中介質(zhì)層為一種或多種材料。介質(zhì)層選用現(xiàn)有技術(shù)中的材料。
[0024]歐姆電極I為單一金屬層或復(fù)合層，其中，單一金屬層由鈀、鈦、金、鎳和鉑中的一種沉積形成，復(fù)合層為由鈀、鈦、金、鎳和鉑中一種或多種形成的多個(gè)單一金屬層復(fù)合形成。
[0025]P型高摻雜金剛石襯底2中硼原子的含量為NA>1019cm_3。
[0026]漂移層3為P型低摻雜金剛石層或本征金剛石層。P型低摻雜金剛石層中硼原子的含量為乂〈1017挪3。
[0027]金剛石肖特基二極管經(jīng)過(guò)退火處理。
[0028]本發(fā)明還提供了上述金剛石肖特基二極管的制作方法，該方法如下:通過(guò)高溫高壓或化學(xué)氣相沉積的方式合成硼摻雜的P型高摻雜金剛石襯底2，如圖2所示。采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)在P型高摻雜金剛石襯底2上外延生長(zhǎng)一層P型低摻雜金剛石層或本征金剛石層3，如圖3所示。在P型高摻雜金剛石襯底下表面沉積金屬形成歐姆電極1，如圖4所示。
[0029]其中，在P型低摻雜金剛石層或本征單晶金剛石層上表面沉積金屬鉿，形成單一鉿層的肖特基電極4，還可以在金屬鉿上沉積鈦、鎳、鉑和金單層或者多個(gè)單一金屬層的復(fù)合層，以形成復(fù)合層的肖特基電極4，如圖1所示。
[0030]本發(fā)明的金剛石肖特基二極管的制作方法，還包括沉積形成肖特基電極4和歐姆電極I后的退火處理。
[0031]在P型高摻雜金剛石襯底下表面沉積金屬形成歐姆電極I和P型低摻雜金剛石層或本征單晶金剛石層上表面沉積金屬鉿形成單一鉿層的肖特基電極4，這兩個(gè)步驟的先后順序不予限定。
[0032]本發(fā)明的其它實(shí)施例子，可以根據(jù)實(shí)際需要改變P型高摻雜金剛石襯底和P型低摻雜金剛石層的濃度、厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明不限于單晶金剛石，還適合于多晶金剛石，適用于各種技術(shù)合成的金剛石。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，包括依次層疊設(shè)置的歐姆電極(I)、P型高摻雜金剛石襯底(2)、漂移層(3)和肖特基電極(4)，所述肖特基電極(4)為單一鉿層結(jié)構(gòu)、或底層為單一鉿層的多個(gè)單一金屬層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，所述肖特基電極(4)中，其它金屬層為由鈦、鎳、鉑或金形成的單一金屬層；或者其它金屬層為由鈦、鎳、鉑和金中的一種或多種形成的多個(gè)單一金屬層復(fù)合形成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，所述肖特基電極(4)設(shè)置為場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，且場(chǎng)板結(jié)構(gòu)中介質(zhì)層為一種或多種材料。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，所述歐姆電極(I)為單一金屬層或復(fù)合層，其中，所述單一金屬層由鈀、鈦、金、鎳和鉑中的一種沉積形成，所述復(fù)合層為由鈀、鈦、金、鎳和鉑中一種或多種形成的多個(gè)單一金屬層復(fù)合形成。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，所述P型高摻雜金剛石襯底⑵中硼原子的含量為NA>1019cm_3。
6.如權(quán)利要求1或2所述的一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，所述漂移層(3)為P型低摻雜金剛石層或本征金剛石層，其中P型低摻雜金剛石層中硼原子的含量為NA< 117Cm 3o
7.如權(quán)利要求1或2所述的一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，所述金剛石肖特基二極管經(jīng)過(guò)退火處理。
8.如權(quán)利要求1至7任一所述的金剛石肖特基二極管的制作方法，其特征在于，該方法包括以下: 首先，在P型高摻雜金剛石襯底(2)上外延生長(zhǎng)一層P型低摻雜金剛石層或本征金剛石層作為漂移層(3); 然后，在漂移層(3)上表面沉積形成肖特基電極(4)，所述肖特基電極(4)為單一鉿層結(jié)構(gòu)、或包括底層為單一鉿層的多個(gè)單一金屬層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)；在P型高摻雜金剛石襯底(2)下表面沉積金屬，形成歐姆電極(I)。
9.如權(quán)利要求8所述的一種金剛石肖特基二極管的制作方法，其特征在于，該方法還包括沉積形成肖特基電極(4)和歐姆電極(I)后的退火處理。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了提供一種金剛石肖特基二極管及其制作方法，該金剛石肖特基二極管，包括依次層疊設(shè)置的歐姆電極、P型高摻雜金剛石襯底、漂移層和肖特基電極，肖特基電極為單一鉿層結(jié)構(gòu)、或包括底層為單一鉿層的多個(gè)單一金屬層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。該方法制作的金剛石肖特基二極管，提高了耐電壓，降低了反向漏電流，改善了金剛石肖特基二極管的反向性能。
【IPC分類(lèi)】H01L29-872, H01L29-16, H01L21-329
【公開(kāi)號(hào)】CN104617159
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510023353
【發(fā)明人】王宏興, 胡超, 王瑋, 張景文, 卜忍安, 侯洵
【申請(qǐng)人】王宏興
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月17日