带边缘终端的金刚石肖特基二极管的制备方法与流程

1.本发明属于半导体器件制备技术领域，特别是一种带边缘终端的金刚石肖特基二极管的制备方法。


背景技术：

2.金刚石具有超宽禁带、高击穿电场、高热导率等优异的材料特性，是研制高耐压电子器件的理想材料。然而，金刚石掺杂难度大，特别是n型掺杂激活率极低，严重制约了金刚石电子器件的发展。通过p型掺杂虽然也可以研制肖特基二极管器件，但n型掺杂的缺失使得金刚石肖特基二极管的边缘终端种类受限，导致其击穿电压远低于理论预期值。氧化镓也是一种超宽禁带半导体材料，击穿电场高达8mv/cm。与金刚石相反，氧化镓的p型掺杂难度较高，目前尚未取得突破，但n型掺杂技术已经非常成熟，并广泛应用到氧化镓肖特基二极管、氧化镓mosfet器件中。n型氧化镓可以通过激光脉冲沉积、磁控溅射、化学气相沉积等多种方式在异质衬底上生长获得。


技术实现要素：

3.本发明针对现有金刚石肖特基二极管器件由于肖特基电极边缘电场聚集导致器件击穿电压下降的问题，通过选择性n型氧化镓异质外延生长技术，提出一种带边缘终端的金刚石肖特基二极管的制备方法，具有边缘电场抑制能力强、耐压高、高温稳定性好和承受电流能力高的特点，可应用于二极管功率开关器件以及相关器件的研制生产中。
4.实现本发明的技术方案为：一种带边缘终端的金刚石肖特基二极管的制备方法，步骤如下：
5.步骤1，在洁净的高掺杂p型掺杂金刚石衬底上生长轻掺杂p型金刚石外延层；
6.步骤2，在样品表面生长掩模层，通过光刻、显影工艺，利用光刻胶定义刻蚀区域，然后刻蚀无光刻胶保护区域的掩模层，去除光刻胶；
7.步骤3，以剩余掩模层为掩模刻蚀轻掺杂p型金刚石外延层；
8.步骤4，以掩模层为掩模生长n型氧化镓外延层；
9.步骤5，通过剥离法去除掩膜层以及其上面的n型氧化镓外延层；
10.步骤6，在样品背面淀积金刚石欧姆接触金属层，并退火形成欧姆接触；
11.步骤7，通过光刻、显影工艺，利用光刻胶定义肖特基接触区域，然后淀积肖特基接触金属，剥离形成欧姆电极。
12.本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)边缘电场抑制能力强；(2)击穿电压高；(3)高温稳定性好；(4)正向承受电流能力高。
附图说明
13.图1为带边缘终端的金刚石肖特基二极管的结构示意图。
14.图2(a)～图2(j)为带边缘终端的金刚石肖特基二极管制备流程图。
具体实施方式
15.本发明基于金刚石上氧化镓异质外延生长技术，开发了采用n型氧化镓来制备保护环和场限环的边缘终端技术，该技术可以有效降低金刚石肖特基二极管的边缘电场，实现击穿电压高、高温稳定性好和承受电流能力高的金刚石肖特基二极管器件。
16.如图1、图2(a)～图2(j)所述，本发明提出一种带边缘终端的金刚石肖特基二极管的制备方法，包括在高掺杂金刚石衬底上进行轻掺杂金刚石外延层；选择性外延掩膜制备；轻掺杂金刚石的刻蚀；n型氧化镓的选择性外延生长；氧化镓外延层的剥离；背面欧姆接触的制备；正面肖特基电极的制备。具体方法如下：
17.步骤1，在洁净的高掺杂p型掺杂金刚石衬底1上生长轻掺杂p型金刚石外延层2；
18.步骤2，在样品表面生长掩模层3，通过常规光刻、显影工艺，利用光刻胶4定义刻蚀区域，然后刻蚀无光刻胶保护区域的掩模层3，通过丙酮等有机清洗去除光刻胶4；
19.步骤3，以剩余掩模层3为掩模刻蚀轻掺杂p型金刚石外延层2；
20.步骤4，以掩模层3为掩模生长n型氧化镓外延层5；
21.步骤5，通过剥离法去除掩膜层3以及其上面的氧化镓外延层5；
22.步骤6，在样品背面淀积金刚石欧姆接触金属层6，并退火形成欧姆接触；
23.步骤7，通过常规光刻、显影工艺，利用光刻胶7定义肖特基接触区域，然后淀积肖特基接触金属8，通过丙酮等有机溶液剥离形成欧姆电极。
24.进一步的，所述高掺杂金刚石衬底1为单晶或多晶，掺杂类型为p型，掺杂浓度高于1e19cm-3
.
25.进一步的，所述轻掺杂金刚石外延层2掺杂类型为p型，掺杂浓度在1e14cm-3
到1e18cm-3
之间。
26.进一步的，在步骤2、3和4中，所述掩模层3为si3n4、sio2、al2o3或ni、ir等单层或多层介质或金属结构。
27.进一步的，在步骤2中，定义的刻蚀区的宽度为100nm～10μm，刻蚀区的间距为100nm～10μm，刻蚀区的数量为2～100。
28.进一步的，在步骤3中，轻掺杂p型金刚石外延层2的刻蚀深度最小为0，最大不超过外延层2的厚度。
29.进一步的，在步骤4中所述n型氧化镓外延方法为激光脉冲沉积、磁控溅射、化学气相沉积或分子束外延，掺杂浓度在1e14cm-3
到1e19cm-3
之间，厚度为100nm～10μm之间。
30.进一步的，在步骤5中，所述金刚石欧姆接触金属层6为ti、al、au、pt、ni、mo、cu、ag、pd、w、fe中的一种或多种的组合，厚度为10nm～1μm，退火气氛为氮气，退火温度在400℃到800℃之间。
31.进一步的，在步骤6中，所述肖特基接触金属8为ti、al、au、pt、ni、mo、cu、ag、pd、w、fe中的一种或多种的组合，肖特基电极的边缘在n型氧化镓外延层上。
32.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
33.实施例
34.一种带边缘终端的金刚石肖特基二极管的制备方法，包括以下步骤：
35.(1)在洁净的高掺杂p型掺杂金刚石衬底1上生长1μm掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
的p型金刚石外延层2，如图2(a)所示；
36.(2)在样品表面生长2μm厚的sio2掩模层3，通过常规光刻、显影工艺，利用光刻胶4定义刻蚀区域，刻蚀区的宽度为5μm，间距为5μm，然后刻蚀无光刻胶保护区域的sio2掩模层3，通过丙酮等有机清洗去除光刻胶4，如图2(b)、图2(c)、图2(d)所示；
37.(3)以sio2掩模层3为掩模刻蚀0.2μm深的轻掺杂p型金刚石外延层2，如图2(e)所示；
38.(4)以sio2掩模层3为掩模生长0.2μm掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
的n型氧化镓外延层5，如图2(f)所示；
39.(5)通过氢氟酸剥离法去除sio2掩膜层3以及其上面的氧化镓外延层5，如图2(g)所示；
40.(6)在样品背面淀积20/500nm ti/au金刚石欧姆接触金属层6，并在氮气氛围下700℃退火形成欧姆接触，如图2(h)所示；
41.(7)通过常规光刻、显影工艺，利用光刻胶7定义肖特基接触区域，然后淀积20/500nm ti/au肖特基接触金属8，通过丙酮等有机溶液剥离形成肖特基电，如图2(i)、如图2(j)所示。
42.以上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精神和范围。