[发明专利]一种基于自对准工艺的条形沟槽结构GaN垂直肖特基二极管电学性能改善方法

说明书

本发明公开了一种基于自对准工艺的条形沟槽结构GaN垂直肖特基二极管电学性能改善方法，采用标准光刻工艺在自支撑衬底GaN的正面制备光刻胶刻蚀掩膜；采用感应耦合等离子体ICP干法刻蚀工艺对自支撑衬底GaN进行对准标记刻蚀实验；采用电子束工艺在自支撑衬底GaN衬底的背面蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属层并进行快速退火处理形成欧姆接触；采用光刻和电子束工艺在自支撑衬底GaN衬底正面制备条形金属Ni掩膜；再采用ICP干法刻蚀工艺在条形金属Ni掩膜上进行刻蚀，然后在自支撑衬底GaN正面注入Ar离子；最后在离子注入完的自支撑衬底GaN衬底正面制备Ni/Al复合金属层，形成金属‑绝缘层‑半导体结构GaN肖特基二极管。本发明能够有效减小普通垂直GaN肖特基二极管的反向漏电，提高击穿电压。

技术领域

本发明属于宽禁带半导体器件技术领域，具体涉及一种基于自对准工艺的条形沟槽结构GaN垂直肖特基二极管电学性能改善方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料，凭借其高的临界击穿场强、高的电子饱和漂移速度，正迅速成为高频大功率器件的首选材料。尤其在功率二极管整流器件领域更是具有重要的应用前景，肖特基二极管(SBD)作为一种重要的两端电子元件在检波、混频等电路中具有重要的应用。但是目前存在的一个重要问题在于制备的肖特基二极管的反向漏电都普遍较大，使得器件在很低的反向偏压下就发生了提前的预击穿，严重降低了器件的性能和应用，所以如何有效的减小反向漏电量级对于扩大GaN肖特基二极管的应用极为重要。本发明旨在提出一种GaN自对准沟槽结构，并最终形成相应的金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的GaN-SBD，最终能够有效降低GaN肖特基二极管的反向漏电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于自对准工艺的条形沟槽结构GaN垂直肖特基二极管电学性能改善方法，最终减小自支撑GaN衬底垂直肖特基二极管反向漏电，提高器件的击穿电压，有利于减少功率损耗，提高器件整体耐压水平。

本发明采用以下技术方案：

一种基于自对准工艺的条形沟槽结构GaN垂直肖特基二极管电学性能改善方法，采用标准光刻工艺在自支撑衬底GaN的正面制备光刻胶刻蚀掩膜；然后采用感应耦合等离子体ICP干法刻蚀工艺对自支撑衬底GaN进行对准标记刻蚀实验；再采用电子束工艺在自支撑衬底GaN衬底的背面蒸镀Ti/Al/Ni/Au金属层，并进行快速退火处理形成欧姆接触；采用光刻和电子束工艺在欧姆接触制备好的自支撑衬底GaN衬底正面制备条形金属Ni掩膜；再采用ICP干法刻蚀工艺在条形金属Ni掩膜上进行刻蚀，然后在刻蚀完的自支撑衬底GaN正面注入Ar离子；最后采用光刻和电子束工艺在离子注入完的自支撑衬底GaN衬底正面制备Ni/Al复合金属层，形成金属-绝缘层-半导体结构GaN肖特基二极管。

具体的，采用标准光刻工艺在自支撑衬底GaN的正面制备光刻胶刻蚀掩膜的厚度为1～1.5μm。

具体的，自支撑衬底GaN衬底背面蒸镀的Ti/Al/Ni/Au金属层厚度为200～300nm。

具体的，快速退火处理的温度为750～850℃，退火处理的时间为20～30s。

进一步的，快速退火处理在惰性气体Ar环境下进行。

具体的，条形金属Ni掩膜的厚度为200～300nm。

具体的，在条形金属Ni掩膜上进行刻蚀的时间为5～15min。

具体的，采用离子注入工艺在刻蚀完的自支撑衬底GaN正面注入Ar离子。

具体的，Ni/Al复合金属层的厚度为50～100nm。

具体的，采用标准光刻工艺在自支撑衬底GaN的正面制备光刻胶刻蚀掩膜前，先将自支撑衬底GaN在丙酮、无水乙醇、去离子水中依次进行超声清洗。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：