[发明专利]一种氮化镓异质结MIS栅控功率二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及氮化镓异质结MIS(肖特基金属/绝缘介质/半导体)栅控功率二极管及其制造方法。

背景技术

作为第三代宽禁带半导体的典型代表，氮化镓(GaN)具有很多优良的特性：高临界击穿电场(～3.5×10⁶V/cm)、高电子迁移率(～2000cm²/v·s)、高的二维电子气(2DEG)浓度(～10¹³cm^-2)和良好的高温工作能力等。基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)(或异质结场效应晶体管HFET，调制掺杂场效应晶体管MODFET，以下统称为HEMT器件)在半导体领域已经得到应用，尤其是在射频/微波领域已经应用于无线通信、卫星通信等。另外，基于宽禁带GaN材料的该类器件具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高、效率高等特性，可以满足电力电子系统对半导体器件更大功率、更高频率、更小体积、更低功耗和更恶劣工作环境的要求。

二极管在半导体领域占有极其重要的地位，如开关和整流器，近年来，由于工艺和材料等的进步，基于氮化镓异质结材料的二极管也已经取得了较大发展。对于高效功率开关应用,开启电压和反向耐压能力是二极管的关键指标。然而，受肖特基金属与GaN半导体之间的金属-半导体接触的限制，传统的GaN异质结肖特基二极管的开启电压较大且反向漏电和耐压不够理想。目前人们已经提出了多种技术来实现出氮化镓异质结二极管的低开启电压和高耐压,在正向开启电压方面有凹槽技术和氟离子注入技术，然而其反向漏电受肖特基接触势垒的限制，耐压仍不甚理想；在反向耐压方面，有结终端结构，但器件正向导通电流受到肖特基接触载流能力的限制，较大的开启电压会增加器件的正向工作损耗，因此开发一种具有低正向开启电压、高反向耐压的GaN基功率二极管对于实际应用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述传统氮化镓异质结功率二极管存在的问题，提出了一种具有高反向耐压、高正向电流、低开启电压、低导通电阻和低功耗的新型氮化镓异质结MIS栅控功率二极管。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮化镓异质结MIS栅控功率二极管，如图1所示，包括衬底基片1、设置在衬底基片1上表面的外延层2和设置在外延层2上表面的势垒层3，所述外延层2和势垒层3形成异质结；所述势垒层3两端分别设置有第一欧姆接触金属4和第二欧姆接触金属5，所述势垒层3在与第二欧姆接触金属5侧面连接处具有凹槽7，所述凹槽7与第一欧姆接触金属4之间的势垒层3上表面具有钝化层6；所述凹槽7底部及与钝化层6相连的侧壁以及钝化层6上表面具有绝缘介质8；所述第二欧姆接触金属5的上表面及凹槽7中具有肖特基金属9，所述肖特基金属9在绝缘介质8上表面向第一欧姆接触金属5方向延伸。

进一步的，所述外延层为GaN层，所述势垒层为AlXN层，所述X为Ga、In和Ga与In的混合物中的一种。

进一步的，所述绝缘介质8为SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、MgO和HfO₂中的一种或多种组合，其厚度为1-100nm。

进一步的，所述阳极金属9包括Ni、Au、Ir、Pd、Pt、Mo、Se、Be、W、TiN、Ta、TaN中的任一种或任意几种组合。

一种氮化镓异质结MIS功率二极管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在衬底基片1上层依次外延生长外延层2和势垒层3；

第二步：采用光刻技术，在势垒层3上表面两端器件的阳极和阴极区域淀积欧姆金属，并在纯氮气氛围下进行高温快速热退火，分别形成第一欧姆接触金属4和第二欧姆接触金属5；

第三步：采用离子注入技术或干法刻蚀台面技术，形成器件间隔离：其中离子注入技术是采用高能离子注入有源区外的其他区域，高能离子使这些区域的晶格损坏，异质结被破坏无法形成导电通道从而形成器件隔离；干法刻蚀台面技术是采用电感耦合等离子体刻蚀技术，采用氯气和氯化硼混合等离子体刻蚀有源区外的势垒层3和外延层2，使该区域异质结消失，不能形成导电通道因而形成期间隔离；

第四步：在第一欧姆接触金属4和第二欧姆接触金属5之间的势垒层3上表面生长钝化层6；

第五步：采用氟基气体刻蚀与第二欧姆接触金属5侧面相连钝化层6，形成凹槽7；