一種金剛石肖特基二極管及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件技術領域，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】
[0002]金剛石由碳原子組成，屬于立方晶系，其結構是布拉維格子為面心立方的復式格子。其高禁帶寬度(5.5eV)、高擊穿場強(lOMV/cm)、高電子和空穴迀移率(4500cm2/(V.s)和3800cm2/(V-s))和高熱導率(22W/(_.Κ))，使金剛石在高頻、高效、大功率、高溫領域如電力能源電子學、信息電子學、環(huán)境電子學等方面有著廣泛的應用前景。并且隨著微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)技術的發(fā)展，用金剛石制成的半導體器件越來越多，其性能也越來越好。相對于S1、SiC、GaN、GaAs等半導體器件有無法比擬的優(yōu)勢。近年來，隨著航空航天，電力機車，電動汽車，直流高壓傳送等方面的廣泛發(fā)展，對半導體功率轉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)有的半導體材料由于其內(nèi)稟特性逐漸顯露出了在擊穿場強、自熱效應，電流密度等方面無法滿足功率器件要求致命弱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，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強、降低反向漏電流，改善了金剛石肖特基二極管的性能。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是，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構、或底層為單一鉿層的多個單一金屬層的復合層結構。
[0005]進一步的，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單一金屬層復合形成。
[0006]進一步的，肖特基電極設置為場板結構，且場板結構中介質層為一種或多種材料。
[0007]進一步的，歐姆電極為單一金屬層或復合層，其中，單一金屬層由鈀、鈦、金、鎳和鉑中的一種沉積形成，復合層為由鈀、鈦、金、鎳和鉑中一種或多種形成的多個單一金屬層復合形成。
[0008]進一步的，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]進一步的，金剛石肖特基二極管經(jīng)過退火處理。
[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構、或包括底層為單一鉿層的多個單一金屬層的復合層結構；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型金剛石接觸時形成的肖特基勢皇高度要高于目前國際上已發(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。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明中金剛石肖特基二極管的結構示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例中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。
【具體實施方式】
[0020]金剛石肖特基二極管主要結構為金屬電極和P型(硼摻雜)金剛石薄膜形成二極管，它的其中一個重要應用是高耐壓，大電流，耐高溫的大功率電力轉換。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啟電壓低、耐高溫特性好、整流比大和開關速度快等優(yōu)點。由于金剛石的擊穿電場要遠大于其它半導體，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，導通電阻更小。并且由于其高的熱導率可以有效的散熱，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、舒、錯等金屬已在金剛石肖特基二極管應用廣泛。在金剛石肖特基二極管的結構中，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，而重摻雜(P+)層可以有效地減小歐姆接觸電阻，從而減小二極管的導通電阻。在電極結構上，將場板結構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的器件內(nèi)部電場分布，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為單一鉿層結構、或底層為單一鉿層的多個單一金屬層的復合層結構。
[0023]本發(fā)明在具體實施時，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單一金屬層復合形成。肖特基電極4設置為場板結構，且場板結構中介質層為一種或多種材料。介質層選用現(xiàn)有技術中的材料。
[0024]歐姆電極I為單一金屬層或復合層，其中，單一金屬層由鈀、鈦、金、鎳和鉑中的一種沉積形成，復合層為由鈀、鈦、金、鎳和鉑中一種或多種形成的多個單一金屬層復合形成。
[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:通過高溫高壓或化學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。采用化學氣相沉積技術在P型高摻雜金剛石襯底2上外延生長一層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單一金屬層的復合層，以形成復合層的肖特基電極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，這兩個步驟的先后順序不予限定。
[0032]本發(fā)明的其它實施例子，可以根據(jù)實際需要改變P型高摻雜金剛石襯底和P型低摻雜金剛石層的濃度、厚度來實現(xiàn)。本發(fā)明不限于單晶金剛石，還適合于多晶金剛石，適用于各種技術合成的金剛石。
【主權項】
1.一種金剛石肖特基二極管，其特征在于，包括依次層疊設置的歐姆電極(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)為單一鉿層結構、或底層為單一鉿層的多個單一金屬層的復合層結構。
2.如權利要求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單一金屬層復合形成。
3.如權利要求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)設置為場板結構，且場板結構中介質層為一種或多種材料。
4.如權利要求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，所述復合層為由鈀、鈦、金、鎳和鉑中一種或多種形成的多個單一金屬層復合形成。
5.如權利要求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)過退火處理。
8.如權利要求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)為單一鉿層結構、或包括底層為單一鉿層的多個單一金屬層的復合層結構；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。
【專利摘要】本發(fā)明公開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構、或包括底層為單一鉿層的多個單一金屬層的復合層結構。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】H01L29-872, H01L29-16, H01L21-329
【公開號】CN104617159
【申請?zhí)枴緾N201510023353
【發(fā)明人】王宏興, 胡超, 王瑋, 張景文, 卜忍安, 侯洵
【申請人】王宏興
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月17日