阅读说明：本技术 横向结构氧化镓的制备方法及横向结构氧化镓 (Preparation method of gallium oxide with transverse structure and gallium oxide with transverse structure ) 是由 吕元杰 刘宏宇 王元刚 周幸叶 宋旭波 梁士雄 谭鑫 冯志红 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明适用于半导体器件技术领域,提供了一种横向结构氧化镓的制备方法及横向结构氧化镓,该方法包括：在衬底上外延制备n型掺杂氧化镓沟道层,并制备n型掺杂氧化镓台面；在所述n型掺杂氧化镓台面上制备介质层台面,获得样品；在所述样品的第一端沉积阳极金属制备阳极电极,在所述样品的第二端上沉积阴极金属制备阴极电极,使得可以通过外延制备n型掺杂氧化镓沟道层的方法,提高横向结构氧化镓的击穿电压和导通特性,以及通过阳极电极和介质层台面形成的阳极场板,改变横向结构氧化镓电场分布,使阳极下的电场分布更加均匀,提高横向结构氧化镓的击穿特性和导通特性。(The invention is suitable for the technical field of semiconductor devices, and provides a preparation method of gallium oxide with a transverse structure and the gallium oxide with the transverse structure, wherein the method comprises the following steps: epitaxially preparing an n-type gallium oxide-doped channel layer on a substrate, and preparing an n-type gallium oxide-doped table top; preparing a dielectric layer table top on the n-type doped gallium oxide table top to obtain a sample; the anode electrode is prepared by depositing anode metal on the first end of the sample, and the cathode electrode is prepared by depositing cathode metal on the second end of the sample, so that the breakdown voltage and the conduction characteristic of the transverse-structure gallium oxide can be improved by the method for preparing the n-type doped gallium oxide channel layer through epitaxy, the electric field distribution of the transverse-structure gallium oxide is changed through an anode field plate formed by the anode electrode and the dielectric layer table board, the electric field distribution under the anode is more uniform, and the breakdown characteristic and the conduction characteristic of the transverse-structure gallium oxide are improved.)

横向结构氧化镓的制备方法及横向结构氧化镓

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种横向结构氧化镓的制备方法及横向结构氧化镓。

背景技术

氧化镓(Ga₂O₃)与以碳化硅SiC、氮化镓GaN为代表的第三代半导体材料相比较，具有更宽的禁带宽度，其击穿场强相当于SiC和GaN的2倍以上。因此从理论上说，在制造相同耐压的二极管器件时，器件的导通电阻可降为SiC的1/10以及GaN的1/3。另外，氧化镓半导体材料的巴利伽优值是SiC的18倍，是GaN的4倍以上，因此氧化镓是一种性能优异的宽禁带半导体材料，其适于功率器件和高压开关器件的制备。

然而，虽然超宽禁带氧化镓肖特基二极管虽然具有高击穿、低导通电阻等优势，但由于氧化镓材料难以实现有效的P型注入，导致镜像力致势垒降低效应限制氧化镓肖特基二极管特性，使得超宽禁带氧化镓肖特基二极管的击穿电压和导通特性还远低于氧化镓材料的预期值，因此开发新型半导体器件终端结构势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种横向结构氧化镓的制备方法及横向结构氧化镓，以解决现有技术中超宽禁带氧化镓肖特基二极管的击穿电压和导通特性较低的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种横向结构氧化镓的制备方法，包括：

在衬底上外延制备n型掺杂氧化镓沟道层，并制备n型掺杂氧化镓台面；

在所述n型掺杂氧化镓台面上制备介质层台面，获得样品，其中，所述介质层台面的一端与所述n型掺杂氧化镓台面对齐，另一端在n型掺杂氧化镓台面范围内；

在所述样品的第一端沉积阳极金属制备阳极电极，在所述样品的第二端上沉积阴极金属制备阴极电极，所述第一端为所述介质层台面与所述n型掺杂氧化镓台面边缘对齐的一端；所述第二端为所述介质层台面与所述n型掺杂氧化镓台面边缘未对齐的一端。

在一实施例中，所述在衬底上外延制备n型掺杂氧化镓沟道层，包括：

在衬底上生成未掺杂的氧化镓层；

在所述未掺杂的氧化镓层上外延n型掺杂氧化镓沟道层。

在一实施例中，所述n型掺杂氧化镓沟道层中的掺杂金属为硅、锡或者锗，掺杂浓度为1.0×10¹⁵cm^-3至1.0×10²⁰cm^-3；

所述n型掺杂氧化镓沟道层的厚度为10nm至50μm。

在一实施例中，所述衬底包括高阻氧化镓衬底、半绝缘碳化硅衬底、氧化镁衬底或者蓝宝石衬底中任一种。

在一实施例中，所述n型掺杂氧化镓台面的两个短边在所述衬底的两个短边范围内；

所述n型掺杂氧化镓台面的台面角度为大于或等于30°且小于或等于90°。

在一实施例中，所述在所述n型掺杂氧化镓台面上制备介质层台面，获得样品，包括：

在所述n型掺杂氧化镓台面上采用化学气相沉积方法或者原子层沉积方法生长介质层；

通过刻蚀方法刻蚀掉所述介质层的一端的部分介质，获得介质层台面；

所述衬底、所述n型掺杂氧化镓台面以及所述介质层台面构成样品。

在一实施例中，所述介质层的厚度为50nm至1000nm。

在一实施例中，所述在所述样品的第一端沉积阳极金属制备阳极电极，包括：

在所述样品的第一端的上面及侧面沉积阳极金属制备阳极电极，且所述阳极金属覆盖所述介质层台面的部分超过所述介质层台面的边缘的距离为小于或等于10μm，并且所述阳极电极与所述n型掺杂氧化镓台面的侧面形成肖特基接触。

在一实施例中，所述在所述样品的第二端上沉积阴极金属制备阴极电极，包括：

在所述样品的第二端中显露的所述n型掺杂氧化镓台面的上面及侧面沉积阴极金属制备阴极电极，并对所述样品以及所述阴极电极进行退火处理，使所述阴极金属和所述n型掺杂氧化镓台面之间形成欧姆接触。

本发明实施例的第二方面提供了一种横向结构氧化镓，包括：包括采用上述任一实施例提供的横向结构氧化镓的制备方法制备得到的横向结构氧化镓。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过在衬底上外延制备n型掺杂氧化镓沟道层，并制备n型掺杂氧化镓台面；在所述n型掺杂氧化镓台面上制备介质层台面，获得样品；在所述样品的第一端沉积阳极金属制备阳极电极，在所述样品的第二端上沉积阴极金属制备阴极电极，使得可以通过外延制备n型掺杂氧化镓沟道层的方法，提高横向结构氧化镓的击穿电压和导通特性，以及通过阳极电极和介质层台面形成的阳极场板，改变横向结构氧化镓电场分布，使阳极下的电场分布更加均匀，提高横向结构氧化镓的击穿特性和导通特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的横向结构氧化镓的制备方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的n型掺杂氧化镓沟道层的示意图；

图3是本发明实施例提供的n型掺杂氧化镓台面的示意图；

图4是本发明实施例提供的介质层台面的示意图；

图5是本发明实施例提供的离子注入区域的示意图；

图6是本发明实施例提供的横向结构氧化镓的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种横向结构氧化镓的制备方法的实现流程示意图，详述如下。

步骤101，在衬底上外延制备n型掺杂氧化镓沟道层，并制备n型掺杂氧化镓台面。

可选的，衬底包括高阻氧化镓衬底、半绝缘碳化硅衬底、氧化镁衬底或者蓝宝石衬底中任一种。

可选的，如图2所示，在衬底上外延制备n型掺杂氧化镓沟道层时，可以首先在衬底上生成未掺杂的氧化镓层，然后在所述未掺杂的氧化镓层上外延n型掺杂氧化镓沟道层。

可选的，n型掺杂氧化镓沟道层中的掺杂金属为硅、锡或者锗，掺杂浓度为1.0×10¹⁵cm^-3至1.0×10²⁰cm^-3，掺杂浓度可以是从上到下或者从下到上梯形浓度变化，也可以是掺杂浓度逐步渐变。n型掺杂氧化镓沟道层也可以称为n型低掺杂氧化镓沟道层。

所述n型掺杂氧化镓沟道层的厚度为10nm至50μm。

可选的，如图3所示，在制备n型掺杂氧化镓台面时，可以对n型掺杂氧化镓沟道层的两端进行刻蚀，使得形成一个横截面面积小于衬底的横截面面积的一个台面。可选的，所述n型掺杂氧化镓台面的两个短边在所述衬底的两个短边范围内，即n型掺杂氧化镓台面的横截面的长边小于所述衬底的横截面的长边，如图3所示n型掺杂氧化镓台面。

可选的，所述n型掺杂氧化镓台面的台面角度为大于或等于30°且小于或等于90°。

可选的，击穿电压是肖特基势垒二极管等电力电子器件的关键参数，氧化镓肖特基势垒二极管的n-层内的平均电场强度超过临界电场值时就可以被击穿，而氧化镓基势垒二极管的实际n-层平均电场强度远低于理论极限，这是由于氧化镓材料内存在大量缺陷。即当电场方向与缺陷排布方向一致时，在缺陷处会产生尖峰电场，当这一电场强度超过理论极限就会发生击穿，这导致n-层的耐压性大幅下降。本实施例中采用的氧化镓n-层采用外延法生长，氧化镓分子层层堆垛，因此缺陷排布方向垂直于衬底排布，电场平行于衬底分布，电场方向与缺陷排布方向垂直，这使得n-层更不容易产生击穿，从而大幅提升氧化镓基势垒二极管的击穿电压。

步骤102，在所述n型掺杂氧化镓台面上制备介质层台面，获得样品。

其中，所述介质层台面的一端与所述n型掺杂氧化镓台面对齐，另一端在n型掺杂氧化镓台面范围内。

可选的，获得的样品的示意图如图4所示。其中在所述n型掺杂氧化镓台面上制备介质层台面可以包括以下流程：在所述n型掺杂氧化镓台面上采用化学气相沉积方法或者原子层沉积方法生长介质层；通过刻蚀方法刻蚀掉所述介质层的一端的部分介质，获得介质层台面；所述衬底、所述n型掺杂氧化镓台面以及所述介质层台面构成样品。

可选的，介质层采用的材料可以为SiN、SiO₂、Al₂O₃和HfO₂中任一种材料。介质层的厚度可以在50nm至1000nm之间。

可选的，在所述n型掺杂氧化镓台面上生长介质层采用的化学气相沉积方法可以为等离子体增强化学的气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)、或者低压力化学气相沉积法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，LPCVD)，采用的原子层沉积法可以为原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)。

其中，所述PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，利用等离子体的化学活性很强的特性，促进反应，使得很容易在基片上沉积出所期望的薄膜的方法。所述LPCVD是将一种或多种气态物质，在较低压力下，用热能激活，使其发生热分解或者化学反应，沉积在衬底表面形成所需的薄膜。

其中，所述ALD是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。

可选的，刻蚀方法可以为干法刻蚀也可以为湿法腐蚀。可选的，可以在介质层表面涂上光刻胶，显影露出需要刻蚀掉的介质层的光刻图形，然后将露出的部分介质层的介质去掉，获得样品。

可选的，在获得样品之后，制备阳极电极以及阴极电极之前，还包括：在所述样品第二端中显露的所述n型掺杂氧化镓台面区域进行离子注入。

可选的，如图5所示，在所述样品第二端中显露的所述n型掺杂氧化镓台面的正面及侧面进行离子注入，图5中n⁺所在的三角区域即为离子注入区域。

可选的，离子注入是指当真空中有一束离子束射向一块固体材料时受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中的这一现象。

步骤103，在所述样品的第一端沉积阳极金属制备阳极电极，在所述样品的第二端上沉积阴极金属制备阴极电极。

其中，所述第一端为所述介质层台面与所述n型掺杂氧化镓台面边缘对齐的一端；所述第二端为所述介质层台面与所述n型掺杂氧化镓台面边缘未对齐的一端。

可选的，在所述样品的第一端沉积阳极金属制备阳极电极，包括：

在所述样品的第一端的上面及侧面沉积阳极金属制备阳极电极，且所述阳极金属覆盖所述介质层台面的部分超过所述介质层台面的边缘的距离为小于或等于10μm，并且所述阳极电极与所述n型掺杂氧化镓台面的侧面形成肖特基接触。如图6所示阳极电极。

可选的，阳极金属可以为Ni/Au合金或Pt/Au合金等。

可选的，阳极金属超过介质层台面的边缘，可以形成阳极场板，能够改变横向结构氧化镓的电场分布，使阳极下的电场分布更加均匀，提高横向结构氧化镓的击穿特性。

可选的，在所述样品的第二端上沉积阴极金属制备阴极电极，包括：

在所述样品的第二端中显露的所述n型掺杂氧化镓台面的上面及侧面沉积阴极金属制备阴极电极，并对所述样品以及所述阴极电极进行退火处理，使所述阴极金属和所述n型掺杂氧化镓台面之间形成欧姆接触。如图6所示阴极电极。可选的，阴极金属可以为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金等。

可选的，样品中阴极金属可以沉积为与介质层台面的上表面齐平。

上述横向结构氧化镓的制备方法，通过在衬底上外延制备n型掺杂氧化镓沟道层，并制备n型掺杂氧化镓台面；在所述n型掺杂氧化镓台面上制备介质层台面，获得样品；在所述样品的第一端沉积阳极金属制备阳极电极，在所述样品的第二端上沉积阴极金属制备阴极电极，使得可以通过外延制备n型掺杂氧化镓沟道层的方法，提高横向结构氧化镓的击穿电压和导通特性，以及通过阳极电极和介质层台面形成的阳极场板，改变横向结构氧化镓电场分布，使阳极下的电场分布更加均匀，提高横向结构氧化镓的击穿特性和导通特性。

本实施例还提供了一种横向结构氧化镓，如图6所示，包括采用上述任一实施例提供的横向结构氧化镓的制备方法制备得到的横向结构氧化镓，并具有与横向结构氧化镓的制备方法相同的有益效果。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。