肖特基勢(shì)壘二極管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及肖特基勢(shì)壘二極管。所述肖特基勢(shì)壘二極管包括：GaN層（3）和肖特基電極（4），所述肖特基電極（4）形成在所述GaN層（3）上，其中，使與所述肖特基電極（4）相接觸的所述GaN層（3）的區(qū)域（3c）的位錯(cuò)密度為1×108cm-2或更小以減小反向泄漏電流，通過(guò)使所述肖特基電極（4）中與所述GaN層（3）相接觸的部分由Ni或Ni合金構(gòu)成來(lái)增加勢(shì)壘高度。由于在肖特基勢(shì)壘二極管反向偏置時(shí)，由位錯(cuò)導(dǎo)致的反向泄漏電流小，所以由于肖特基電極的勢(shì)壘高度增加而可以增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】肖特基勢(shì)壘二極管
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年7月23日、 申請(qǐng)人:為“住友電氣工業(yè)株式會(huì)社”、申請(qǐng)?zhí)?為“200980131020.X”、發(fā)明名稱(chēng)為“肖特基勢(shì)壘二極管和制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法”的 發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種肖特基勢(shì)壘二極管和制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法。例如，本發(fā) 明涉及一種具有增強(qiáng)耐受電壓的肖特基勢(shì)壘二極管和制造這種肖特基勢(shì)壘二極管的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]氮化鎵(GaN)具有各種優(yōu)良的性質(zhì)，諸如是硅(Si)帶隙大約三倍大的帶隙、是硅
(Si)的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度大約十倍大的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、以及比硅(Si)的飽和電子速度更高的飽 和電子速度。至于GaN，實(shí)現(xiàn)了在常規(guī)Si功率器件中難以實(shí)現(xiàn)的高耐受電壓和低損耗，也就 是說(shuō)，可以期望低導(dǎo)通電阻，并且由此，期望將GaN應(yīng)用到功率器件(功率半導(dǎo)體元件)，諸如 肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)。
[0004]作為這種肖特基勢(shì)壘二極管，公開(kāi)了一種包括藍(lán)寶石襯底、形成在該藍(lán)寶石襯底 上的緩沖層、形成在該緩沖層上的未摻雜GaN層、形成在該未摻雜GaN層上的n型GaN層以 及由鎳(Ni)或鎳硅化物(NiSi)制成的且形成在該n型GaN層上的肖特基電極的肖特基勢(shì) 壘二極管(例如，非專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。該非專(zhuān)利文獻(xiàn)I公開(kāi)了，熱處理肖特基電極的結(jié)果使勢(shì)壘
高度變高。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007]非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:Q.Z.Liu, L.S.Yu, et al.，"Ni and Ni silicide Schottky contacts on n-GaN' JOURNAL OF APPLIED PHYSICS V0LUME84, NUMBER2, 15JULY1998, pp.8 81-886

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009]然而，在前述中的非專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，n型GaN層形成在藍(lán)寶石襯底上。由于藍(lán)寶石 具有與GaN不同的晶格常數(shù)和位錯(cuò)密度，所以形成在藍(lán)寶石襯底上的GaN層通常具有差的 結(jié)晶度。另外，前述的非專(zhuān)利文獻(xiàn)I沒(méi)有公開(kāi)用于增強(qiáng)n型GaN層結(jié)晶度的技術(shù)。因此，由 于在前述非專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)的n型GaN層具有差的結(jié)晶度，所以存在不能有效率地增強(qiáng) 肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓的問(wèn)題。
[0010]已根據(jù)上述問(wèn)題制作了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種可以增強(qiáng)其耐受電 壓的肖特基勢(shì)壘二極管，以及制造這種肖特基勢(shì)壘二極管的方法。
[0011]解決問(wèn)題的方式
[0012]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)真研究的結(jié)果是，不能增強(qiáng)前述非專(zhuān)利文獻(xiàn)I中的肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓的原因是由于與肖特基電極接觸的GaN層的高位錯(cuò)密度。換 句話(huà)說(shuō)，當(dāng)GaN層具有高位錯(cuò)密度時(shí)，即使肖特基電極的勢(shì)壘高度增加，反向泄漏電流也會(huì) 增加。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)真研究的結(jié)果是，由與肖特基電極接觸的GaN層的位 錯(cuò)密度造成的反向泄漏電流的增加對(duì)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓有很大的影響。結(jié)果， 即使如前述非專(zhuān)利文獻(xiàn)I 一樣增加了肖特基電極的勢(shì)壘高度，由于該反向泄漏電流，也不 能有效率地增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
[0013]由此，本發(fā)明的一方面的肖特基勢(shì)壘二極管包括GaN襯底、形成在該GaN襯底上的 GaN層和形成在該GaN層上的肖特基電極。該肖特基電極包括由Ni或Ni合金制成的且形 成在第一層與GaN層接觸位置上的第一層。
[0014]另外，根據(jù)本發(fā)明的一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法，該方法包括以下 步驟。首先，準(zhǔn)備GaN襯底。在GaN襯底上形成GaN層。形成肖特基電極，該肖特基電極包 括由Ni或Ni合金制成的且與GaN層接觸的第一層。形成肖特基電極的步驟包括形成金屬 層以用作肖特基電極的步驟以及熱處理金屬層以使金屬層形成到包括第一層的肖特基電 極中的步驟。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一方面中的肖特基勢(shì)壘二極管和制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法，在 GaN襯底上形成GaN層。由于基底襯底和生長(zhǎng)層具有相同的成分，所以可以減小GaN層的位 錯(cuò)密度。因此，在肖特基勢(shì)壘二極管反向偏置時(shí)可以減少反向泄漏電流。
[0016]另外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，作為熱處理的結(jié)果，可以有效增加勢(shì)壘高度的肖特基 電極是由Ni或Ni合金制成的。因此，通過(guò)在肖特基電極與GaN層接觸的位置形成Ni或Ni 合金，可以有效率地增加肖特基電極的勢(shì)壘高度。
[0017]因此，由于在肖特基勢(shì)壘二極管反向偏置時(shí)由位錯(cuò)引起的反向泄漏電流被反向偏 置，所以由于肖特基電極的勢(shì)壘高度的增加可以增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
[0018]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)方面的肖特基勢(shì)壘二極管中，與肖特基電極接觸的GaN 層的區(qū)域具有IXlO8cnT2或更小的位錯(cuò)密度。
[0019]另外，優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，在準(zhǔn) 備GaN襯底的步驟中，準(zhǔn)備具有位錯(cuò)密度為I X IO8CnT2或更小的GaN襯底。
[0020]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)真研究的結(jié)果是，通過(guò)減小與肖特基電極接觸的區(qū) 域的位錯(cuò)密度，可以減小反向泄漏電流。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)真研究的結(jié)果是， 當(dāng)與肖特基電極接觸的區(qū)域具有IXlO8CnT2或更小的位錯(cuò)密度時(shí)，更有效率地產(chǎn)生減小反 向泄漏電流的這種效果。因此，可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
[0021]注意，用作基底襯底的GaN襯底的位錯(cuò)密度傳給GaN層。因此，通過(guò)將GaN襯底的 位錯(cuò)密度設(shè)置為I X IO8CnT2或更小，可以將形成在GaN襯底上的GaN層的位錯(cuò)密度設(shè)置為 IXlO8CnT2 或更小。
[0022]本發(fā)明的另一方面的肖特基勢(shì)壘二極管包括GaN層和形成在GaN層上的肖特基電 極。與肖特基電極接觸的GaN層的區(qū)域具有I X IO8CnT2或更小的位錯(cuò)密度。肖特基電極包 括由Ni或Ni合金制成的且形成在第一層與GaN層接觸位置的第一層。
[0023]本發(fā)明的另一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法包括以下步驟。首先，準(zhǔn)備 GaN層。形成肖特基電極，該肖特基電極包括由Ni或Ni合金制成的且與GaN層接觸的第一 層。準(zhǔn)備GaN層的步驟包括準(zhǔn)備與肖特基電極接觸的區(qū)域具有位錯(cuò)密度為I X IO8CnT2或更小的GaN層的步驟。形成肖特基電極的步驟包括形成金屬層以用作肖特基電極的步驟以及 熱處理金屬層以使金屬層形成到包括第一層的肖特基電極中的步驟。
[0024]如上所述，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與肖特基電極接觸的區(qū)域具有IX IO8CnT2或更 小的位錯(cuò)密度時(shí)，可以顯著地減小反向泄漏電流。另外，作為使用熱處理的結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn) 勢(shì)壘高度增加的Ni或Ni合金用作肖特基電極。因此，由于在肖特基勢(shì)壘二極管反向偏置 時(shí)由位錯(cuò)引起的反向泄漏電流小，所以由于肖特基電極的勢(shì)壘高度的增加而可以增強(qiáng)肖特 基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
[0025]優(yōu)選地，在如上所述的另一方面的肖特基勢(shì)壘二極管中，肖特基勢(shì)壘二極管進(jìn)一 步包括GaN襯底，其與GaN層的、與肖特基電極接觸的表面相對(duì)的表面接觸。
[0026]優(yōu)選地，在如上所述的另一方面的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，該方法進(jìn)一 步包括準(zhǔn)備GaN襯底的步驟。在準(zhǔn)備GaN層的步驟中，在GaN襯底上外延生長(zhǎng)GaN層。
[0027]由于基底襯底和生長(zhǎng)層具有相同的成分，所以可以減小GaN層的位錯(cuò)密度。因此， 在肖特基勢(shì)壘二極管反向偏置時(shí)可以進(jìn)一步減小反向泄漏電流。因此，可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖 特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
[0028]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的肖特基勢(shì)壘二極管中，肖特基電極進(jìn) 一步包括包括Au且形成在第一層上的第二層。
[0029]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，形 成肖特基電極的步驟進(jìn)一步包括在第一層上形成包括Au的第二層的步驟。
[0030]由于Au具有低電阻，所以Au適合用于與布線(xiàn)進(jìn)行連接等。因此，Au可以適當(dāng)?shù)?用在包括肖特基勢(shì)壘二極管的器件中。
[0031]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的肖特基勢(shì)壘二極管中，肖特基勢(shì)壘二 極管進(jìn)一步包括絕緣層，其形成在GaN層上且具有其中形成了肖特基電極的開(kāi)口 ；以及場(chǎng) 板電極，其形成為連接到肖特基電極并且與絕緣層重疊。
[0032]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，該 方法進(jìn)一步包括在GaN層上形成具有開(kāi)口的絕緣層的步驟，以及形成場(chǎng)板(FP)電極以連接 到肖特基電極且與絕緣層重疊的步驟。在形成金屬層的步驟中，在絕緣層的開(kāi)口中形成金 屬層以與GaN層接觸。
[0033]在如上所述具有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘二極管中，本發(fā)明的GaN層具有低位錯(cuò)密 度，并且由此，可以降低反向泄漏電流。在該條件下，場(chǎng)板結(jié)構(gòu)緩和了電場(chǎng)。結(jié)果，可以進(jìn)一 步降低反向泄漏電流且可以增加反向耐受電壓。
[0034]這里的場(chǎng)板結(jié)構(gòu)指的是由絕緣層和形成在該絕緣層上的場(chǎng)板電極構(gòu)造的結(jié)構(gòu)。該 場(chǎng)板電極電連接到肖特基電極，并且肖特基電極和場(chǎng)板電極具有相同的電位。在操作期間， 場(chǎng)板結(jié)構(gòu)緩和了肖特基電極的端部處的、導(dǎo)致器件損壞的電場(chǎng)集中，并使得肖特基勢(shì)壘二 極管具有高耐受電壓和高輸出。例如，該絕緣層可以由SiNx制成。
[0035]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，在 熱處理金屬層的步驟中，在300°C或更大且600°C或更小的溫度下熱處理金屬層。另外， 更優(yōu)選地，在熱處理金屬層的步驟中，在400°C或更大且550°C或更小的溫度下熱處理金屬層。
[0036]通過(guò)在300°C或更大且600°C或更小范圍內(nèi)的溫度下熱處理金屬層，可以有效率地增加肖特基電極的勢(shì)壘高度。通過(guò)在4000C或更大且550 0C或更小范圍內(nèi)的溫度下熱處 理金屬層，可以更有效率地增加肖特基勢(shì)壘高度。因此，可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管 的耐受電壓。
[0037]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，形 成金屬層的步驟和熱處理金屬層的步驟是并行執(zhí)行的。
[0038]結(jié)果，可以利用形成金屬層時(shí)施加的熱來(lái)熱處理金屬層。因此，可以減少形成肖特 基電極需要的能量。另外，可以利用簡(jiǎn)化的步驟制造肖特基勢(shì)壘二極管。
[0039]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，在 熱處理金屬層的步驟中，在200 V或更大且600 V或更小的溫度下熱處理金屬層。
[0040]在并行執(zhí)行形成金屬層的步驟和熱處理金屬層的步驟時(shí)，可以利用在形成金屬層 時(shí)施加的熱，并且由此，即使在低溫下也能夠增加肖特基勢(shì)壘高度。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)在200°C 或更大且600°C或更小的溫度范圍下熱處理金屬層，可以有效增加肖特基勢(shì)壘高度。因此， 可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
[0041]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一個(gè)方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中， 在熱處理金屬層的步驟中，在包括氮的氣氛中熱處理金屬層。
[0042]結(jié)果，可以抑制熱施加到GaN層時(shí)N (氮)從GaN層掉落。因此，即使執(zhí)行熱處理 時(shí)，也可以抑制由N從GaN層掉落引起的諸如位錯(cuò)的缺陷的產(chǎn)生。從而，可以抑制反向泄漏 電流增加。
[0043]優(yōu)選地，在如上所述的一個(gè)和另一方面中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中，在 形成金屬層的步驟之前，該方法進(jìn)一步包括熱處理GaN層的步驟和利用等離子體CVD(化學(xué) 氣相沉積)方法在GaN層上形成絕緣層的步驟中的至少一個(gè)。
[0044]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)真研究的結(jié)果是，在形成金屬層之前，通過(guò)熱處理 GaN層以及通過(guò)利用等離子體CVD方法在GaN層上形成絕緣層，可以增強(qiáng)將在隨后形成的金 屬層的勢(shì)壘高度。因此，可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
[0045]發(fā)明效果
[0046]根據(jù)本發(fā)明中的肖特基勢(shì)壘二極管和用于制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法，由于在 肖特基勢(shì)壘二極管反向偏置時(shí)，由位錯(cuò)導(dǎo)致的反向泄漏電流小，所以由于肖特基電極的勢(shì) 壘高度增加而可以增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。
[0048]圖2是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的透視圖。
[0049]圖3是示意性示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的另一肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。
[0050]圖4是按步驟次序示出本發(fā)明第一實(shí)施例中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法的 流程圖。
[0051]圖5是示意性示出本發(fā)明第二實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。
[0052]圖6是示意性示出本發(fā)明第二實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的透視圖。
[0053]圖7是按步驟次序示出本發(fā)明第二實(shí)施例中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法的 流程圖。[0054]圖8是示意性示出本發(fā)明第三實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。
[0055]圖9是按步驟次序示出本發(fā)明第三實(shí)施例中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法的 流程圖。
[0056]圖10是示意性示出比較例2中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。
[0057]圖11示出實(shí)例2中熱處理溫度和勢(shì)壘高度之間的關(guān)系。
[0058]圖12示出實(shí)例I中的反向電壓和電流密度之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0059]在下文中基于附圖將描述本發(fā)明的實(shí)施例。在下面的圖中，相同或相應(yīng)的部件用 相同的附圖標(biāo)記表示，并且將不再重復(fù)它們的描述。
[0060](第一實(shí)施例)
[0061]圖1是示意性示出本實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。圖2是示意性示 出本實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的透視圖。注意，圖1是沿著圖2中的線(xiàn)1-1截取的 橫截面圖。如圖1和2所示，肖特基勢(shì)壘二極管(SBD) I包括GaN襯底2、形成在GaN襯底2 的前表面2a上的GaN層3、形成在該GaN層3上的肖特基電極4以及形成在GaN襯底2的 背表面2b上的歐姆電極6。
[0062]GaN襯底2具有前表面2a和背表面2b。優(yōu)選的是，GaN襯底2具有較低的位錯(cuò)密 度。例如，GaN襯底2具有優(yōu)選I X IO8CnT2或更小、更優(yōu)選I X 107cm_2或更小、以及甚至更優(yōu) 選I X IO6CnT2或更小的位錯(cuò)密度。也可以減小形成在GaN襯底2上的GaN層3的位錯(cuò)密度。 因此，當(dāng)GaN襯底2具有I X IO8CnT2或更小的位錯(cuò)密度時(shí)，GaN層3的位錯(cuò)密度可以減小到 I X IO8CnT2或更小。當(dāng)GaN襯底2具有I X 107cm_2或更小的位錯(cuò)密度時(shí)，GaN層3的位錯(cuò)密 度可以減小到I X IO7CnT2或更小。當(dāng)GaN襯底2具有I X 106cm_2或更小的位錯(cuò)密度時(shí)，GaN 層3的位錯(cuò)密度可以減小到IX IO6CnT2或更小。
[0063]注意，在本情況下，GaN襯底2的位錯(cuò)密度的下限值是，例如，大約I X 103cm_2。
[0064]在本實(shí)施例中，例如，可以利用計(jì)算由蝕刻產(chǎn)生的溶解KOH (氫氧化鉀)中凹陷的 數(shù)目并用凹陷的數(shù)目除以單位面積的方法來(lái)測(cè)量位錯(cuò)密度。
[0065]GaN襯底2，例如是自立式襯底，并且具有例如100 y m或更大的厚度。另外，GaN襯 底2具有例如大約I X IO16CnT3的載流子濃度。
[0066]優(yōu)選地，與肖特基電極4接觸的GaN層3的區(qū)域3c具有較低的位錯(cuò)密度。例如， 區(qū)域3c具有優(yōu)選I X IO8CnT2或更小、更優(yōu)選I X 107cm_2或更小、以及甚至更優(yōu)選I X 106cm_2 或更小的位錯(cuò)密度。當(dāng)該區(qū)域3c具有I X IO8CnT2或更小的位錯(cuò)密度時(shí)，可以減小當(dāng)肖特基 勢(shì)壘二極管I反向偏置時(shí)的反向泄漏電流。當(dāng)區(qū)域3c具有IXlO7CnT2或更小的位錯(cuò)密度 時(shí)，可以進(jìn)一步減小該反向泄漏電流。當(dāng)區(qū)域3c具有I X IO6CnT2或更小的位錯(cuò)密度時(shí)，可 以更進(jìn)一步減小該反向泄漏電流。
[0067]注意，在本情況下，GaN層3的位錯(cuò)密度的下限值，例如，為大約lX103cm_2。
[0068]GaN層3具有例如大約5 y m的厚度。雖然GaN層3的導(dǎo)電類(lèi)型沒(méi)有具體限制，但 是在容易形成方面來(lái)說(shuō)，GaN層3的導(dǎo)電類(lèi)型優(yōu)選為n型。
[0069]肖特基電極4包括由Ni或Ni合金制成的第一層(例如，圖1中的整個(gè)肖特基電極 4，圖3中的第一層4a)，且形成在第一層與GaN層3接觸的位置處。該肖特基電極4與GaN層3—起形成肖特基結(jié)。優(yōu)選的是，肖特基電極4的第一層具有較高的勢(shì)壘高度。肖特基電極4的第一層具有例如0.83eV或更大且1.20eV或更小的勢(shì)壘高度。在容易實(shí)現(xiàn)方面， 肖特基電極4的第一層具有0.83eV或更大且0.98eV或更小的勢(shì)壘高度。
[0070]圖3是示意性示出本實(shí)施例中另一個(gè)肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。如圖3所示，肖特基電極4可以包括第一層4a以及形成在第一層4a上的第二層4b，第一層4a形成在第一層4a與GaN層3接觸的位置處。在這種情況下，第一層4a由Ni或Ni合金制成，并且第二層4b由任何金屬制成。第二層4b優(yōu)選由Au制成。注意，肖特基電極4可以包括由形成在第二層4b上的一個(gè)或多個(gè)附加層。
[0071]肖特基電極4具有圓形形狀，其平面具有例如大約220iim的直徑。在肖特基電極 4中，第一層4a具有例如25nm到50nm的厚度，以及第二層4b具有例如大約300nm的厚度。
[0072]形成歐姆電極6，以覆蓋GaN襯底2的整個(gè)背表面2b。該歐姆電極6例如由Ti (鈦)、A1 (鋁)、Au等中的任何一種，或這些材料的兩種或多種制成。歐姆電極6具有例如大約IOOnm至340nm的厚度。
[0073]另外，肖特基勢(shì)魚(yú) 極管I具有垂直結(jié)構(gòu)，其中電流從肖特基電極4和歐姆電極6 中的一個(gè)流動(dòng)到另一個(gè)。通常，對(duì)于功率器件而言，垂直結(jié)構(gòu)比水平結(jié)構(gòu)可以流動(dòng)更大的電流，并且因此，垂直結(jié)構(gòu)更適用于功率器件。由于在肖特基勢(shì)壘二極管I中GaN襯底2和 GaN層3是導(dǎo)電的，所以歐姆電極6形成在背表面?zhèn)壬系拇怪苯Y(jié)構(gòu)是可以的。
[0074]雖然在本實(shí)施例中歐·姆電極6形成為GaN襯底2的背表面2b側(cè)上的電極，但是該電極并沒(méi)有具體限制于此?？梢孕纬尚ぬ鼗姌O等。
[0075]下面將參考圖4來(lái)描述制造本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的方法。注意，圖4是按步驟次序示出制造本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的方法的流程圖。
[0076]參考圖4，首先執(zhí)行襯底準(zhǔn)備步驟(S10)。在該襯底準(zhǔn)備步驟(SlO)中，準(zhǔn)備GaN襯底2。利用任何制造方法形成的襯底都可以用作該GaN襯底2。例如，準(zhǔn)備具有(0001)面作為主表面且利用HVPE (氫化物氣相外延)方法制備的GaN襯底2。優(yōu)選的是，該GaN襯底2 具有較低的位錯(cuò)密度。例如，GaN襯底2具有優(yōu)選I X IO8CnT2或更小、更優(yōu)選I X IO7CnT2或更小、以及甚至更優(yōu)選I X IO6CnT2或更小的位錯(cuò)密度。
[0077]接下來(lái)，執(zhí)行GaN層形成步驟(S20)。在該GaN層形成步驟(S20)中，在GaN襯底 2上形成GaN層3。
[0078]具體地，利用OMVPE(有機(jī)金屬氣相外延)方法在GaN襯底2上生長(zhǎng)GaN層3。優(yōu)選的是，以這種方式生長(zhǎng)的GaN層3具有較低的位錯(cuò)密度。例如，GaN層3具有優(yōu)選I X 108cm_2 或更小、更優(yōu)選I X IO7CnT2或更小、以及甚至更優(yōu)選I X IO6CnT2或更小的位錯(cuò)密度。
[0079]接下來(lái)，執(zhí)行歐姆電極形成步驟(S30)。在歐姆電極形成步驟(S30)中，在GaN襯底2的背表面2b上形成歐姆電極6。
[0080]具體地，例如，執(zhí)行如下步驟。首先,有機(jī)清洗并用鹽酸清洗GaN襯底2的背表面 2b。其后，例如，利用EB (電子束)沉積法、電阻加熱沉積法等，在整個(gè)背表面2b上形成諸如 T1、Al和Au的金屬材料。其后，執(zhí)行熱處理，例如，在氮?dú)夥障略?00°C持續(xù)大約兩分鐘，以使金屬材料合金化。結(jié)果，形成歐姆電極6。
[0081]在該歐姆電極形成步驟(S30)中，結(jié)果，熱處理GaN層3。注意，在形成金屬層的步驟之前的熱處理GaN層3的步驟中，熱處理溫度并不限于上述溫度。例如，熱處理溫度可以設(shè)定為400°C或更小且800°C或更大，并且優(yōu)選600°C或更大且700°C或更小。結(jié)果，可以增 強(qiáng)將要在后面將要描述的金屬層形成步驟(S41)中形成的金屬層的勢(shì)壘高度，并且由此，可 以增強(qiáng)肖特基電極4的勢(shì)壘高度。
[0082]接下來(lái)，執(zhí)行肖特基電極形成步驟(S40)。在該肖特基電極形成步驟(S40)中，在 GaN層3上和在第一層4a與GaN層3接觸的位置處形成包括由Ni或Ni合金制成的第一層 4a (見(jiàn)圖3)的肖特基電極4。
[0083]具體地，例如，執(zhí)行下面的步驟。通過(guò)光刻在GaN層3的前表面3a上形成具有圓形 開(kāi)口(圖案)的抗蝕劑。其后，在室溫下執(zhí)行用鹽酸清洗的GaN層3的表面處理三分鐘。然 后，形成金屬層以用作肖特基電極4 (金屬層形成步驟(S41))。在該金屬層形成步驟(S41) 中，優(yōu)選的是，形成將要用作肖特基電極4的第一層的由Ni或Ni合金制成的第一金屬層， 并在該第一金屬層上形成由Au制成的第二金屬層。這些金屬層可以用任何方法形成。例 如，可以利用EB法等形成第一金屬層，并且可以利用電阻加熱沉積法來(lái)形成第二金屬層。 其后，當(dāng)去除該抗蝕劑時(shí)，同時(shí)去除(剝離)在抗蝕劑上形成的金屬層，并且形成用作肖特基 電極4的金屬層。例如，該金屬層可以被形成為在平面上具有圓形形狀。
[0084]其后，熱處理該金屬層(熱處理步驟(S42))。通過(guò)執(zhí)行該熱處理步驟(S42)，金屬 層變成包括第一層的肖特基電極4。此時(shí)，可以增加由Ni或Ni合金制成的第一層4a的勢(shì) 壘高度，并且由此，肖特基電極4的勢(shì)壘高度也變高。
[0085]在該熱處理步驟(S42)中，優(yōu)選在300°C或更大且600°C或更小、以及更優(yōu)選在 400°C或更大且550°C或更小的溫度下熱處理該金屬層。當(dāng)在300°C或更大且600°C或更小 的溫度下熱處理金屬層時(shí)，可以增加由Ni或Ni合金制成的第一層4a的勢(shì)壘高度。當(dāng)在 400°C或更大且550°C或更小的溫度下熱處理金屬層時(shí)，可以大大增加第一層4a的勢(shì)壘高 度。另外，作為短時(shí)間熱處理的結(jié)果是，可以增加肖特基電極4的第一層4a的勢(shì)壘高度。注 意，當(dāng)在金屬層形成步驟(S41)中形成第一和第二金屬層時(shí)，通過(guò)在熱處理步驟(S42)中的 上述溫度下執(zhí)行熱處理，可以進(jìn)一步增加圖3中示出的包括第一和第二層4a和4b的肖特 基電極4的勢(shì)壘高度。諸如金的材料可以用于該金屬層(第二層4b)，如上所述，其可以增加 肖特基電極4的勢(shì)壘高度。
[0086]另外，在熱處理步驟(S42)中，優(yōu)選在包括氮的氣氛中熱處理該金屬層。N原子的 躍遷容易發(fā)生在低能量處。因此，當(dāng)熱施加到GaN層3時(shí)，很容易發(fā)生N從暴露于該熱處理 氣氛的GaN層3的前表面3a上的區(qū)域掉落。然而，當(dāng)在用于熱處理的氣氛中包括氮時(shí)，就 不能很容易發(fā)生N從GaN層3掉落，并且從GaN層3接觸吸附的N可以被再填充。因此，可 以抑制N從GaN層3掉落。由此，即使在執(zhí)行熱處理步驟(S42)時(shí)，也可以抑制由N的掉落 造成的、在GaN層3中形成的諸如位錯(cuò)的缺陷。從而，可以抑制反向泄漏電流增加。
[0087]另外，在熱處理步驟(S42)中，優(yōu)選在正常壓力氣氛中熱處理金屬層。注意，可以 在增壓的氣氛中熱處理金屬層。
[0088]另外，在形成肖特基電極4的步驟中，可以并行執(zhí)行金屬層形成步驟(S41)和熱處 理步驟(S42)。在該情況下，在熱處理步驟(S42)中，優(yōu)選在200°C或更大且600°C或更小的 溫度下熱處理金屬層。具體地，例如，在GaN層3的前表面3a上形成金屬層，并從GaN襯底 2的背表面2b加熱。結(jié)果,在GaN層3的前表面3a上形成的金屬層可以從GaN襯底2的背 表面2b被熱處理。從GaN襯底2的背表面2b加熱金屬層的方法沒(méi)有具體限制，并且例如包括:用激光光等加熱金屬層的方法；通過(guò)加熱部件加熱金屬層的方法，諸如附著到放置GaN 襯底2的背表面2b的基座的熱電偶等。
[0089]注意，金屬層形成步驟(S41)和熱處理步驟(S42)中的至少一部分僅可以同時(shí)執(zhí) 行。
[0090]通過(guò)執(zhí)行上述步驟(S10至S40)，可以制造圖1至3示出的肖特基勢(shì)壘二極管I。 由于用這種制造肖特基勢(shì)壘二極管I的方法在GaN襯底2上形成GaN層3，所以可以減小 GaN層3的位錯(cuò)密度。因此，當(dāng)反向電壓施加到肖特基勢(shì)壘二極管I上時(shí)，可以抑制反向泄 漏電流的產(chǎn)生。另外，在肖特基電極形成步驟(S40)中，形成由Ni或Ni合金制成的第一層， 與GaN層3接觸。因此，可以增加肖特基電極的勢(shì)壘高度。從而，可以抑制由位錯(cuò)造成的泄 漏電流，并且由于增加了肖特基電極的勢(shì)壘高度而可以有效地增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管I的 耐受電壓。
[0091](第二實(shí)施例)
[0092]圖5是示意性示出本實(shí)施例中肖特基勢(shì)魚(yú)二極管的橫截面圖。圖6是示意性示出 本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的局部剖面圖。注意，圖5是沿著圖6中的線(xiàn)V-V截取的橫 截面圖。如圖5和6所示，本實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管11的不同之處在于:肖特基勢(shì) 壘二極管11進(jìn)一步包括場(chǎng)板(FP)電極16和絕緣層17。
[0093]具體地，絕緣層17形成在GaN層3的前表面3a上，并且具有其中形成了肖特基電 極4的開(kāi)口。絕緣層17例如是通過(guò)娃氮化物膜(SiNx)等來(lái)構(gòu)造。
[0094]場(chǎng)板電極16形成為連接到位于該絕緣層17的開(kāi)口中的肖特基電極4并且與該絕 緣膜17重疊。例如，場(chǎng)板電極16具有環(huán)形形狀，在平面上具有大約220 的直徑。
[0095]場(chǎng)板電極16和肖特基電極4構(gòu)造電極15。換句話(huà)說(shuō)，電極15包括肖特基電極4 和場(chǎng)板電極16，所述肖特基電極4是與GaN層3的在絕緣層17的開(kāi)口中的前表面3a接觸 的部分，場(chǎng)板電極16是與絕緣層17重疊的部分。
[0096]場(chǎng)板電極16和絕緣層17形成場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。該場(chǎng)板結(jié)構(gòu)緩和了電場(chǎng)集中，并且由此， 可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管11的耐受電壓。在下文將描述場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。
[0097]絕緣層17優(yōu)選具有IOnm或更大且5 ii m或更小的厚度。當(dāng)絕緣層17具有IOnm 或更大的厚度時(shí)，可以抑制絕緣層17的耐用性的降低，并且在沒(méi)有絕緣層17的前述破壞的 前提下可以提供場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的效果。另一方面，當(dāng)絕緣層17具有5 y m或更小的厚度時(shí)，獲得 由場(chǎng)板結(jié)構(gòu)造成的電場(chǎng)緩和。
[0098]期望場(chǎng)板長(zhǎng)度L為Iiim或更大且Imm或更小。當(dāng)場(chǎng)板長(zhǎng)度L為I ii m或更大時(shí)， 容易制備場(chǎng)板結(jié)構(gòu)并且穩(wěn)定地獲得場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的效果。另一方面，當(dāng)場(chǎng)板長(zhǎng)度L為Imm或更 小時(shí)，獲得由場(chǎng)板結(jié)構(gòu)造成的電場(chǎng)緩和。
[0099]場(chǎng)板長(zhǎng)度L在這里指的是與絕緣層17重疊的場(chǎng)板電極16的長(zhǎng)度。在本實(shí)施例中， 場(chǎng)板長(zhǎng)度L指的是在包括在平面具有圓形形狀的肖特基勢(shì)壘二極管11的電極15的中心的 橫截面中場(chǎng)板電極16與絕緣層17重疊的長(zhǎng)度。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)絕緣層17的開(kāi)口在平面中具 有圓形形狀并且作為電極15的一部分的肖特基電極4在平面中具有圓形形狀時(shí)，場(chǎng)板長(zhǎng)度 L指的是在電極15的徑向方向上場(chǎng)板電極16與絕緣層17重疊的長(zhǎng)度。換句話(huà)說(shuō)，場(chǎng)板長(zhǎng) 度L指的是將平面中的肖特基電極4的形狀的重心和該形狀外圍上的一個(gè)具體點(diǎn)相連接的 直線(xiàn)方向上的場(chǎng)板電極16與絕緣層17重疊的長(zhǎng)度。[0100]此外，如圖5所示，絕緣層17具有面向開(kāi)口的端面17a，所述開(kāi)口是電極15的與 GaN層3接觸的部分。端面17a相對(duì)于GaN層3的前表面3a傾斜，以形成角0。作為與絕 緣層17重疊的電極15的一部分的場(chǎng)板電極16與絕緣層17重疊以粘附到端面17a。
[0101]由于端面17a相對(duì)于前表面3a傾斜，所以可以增加由場(chǎng)板結(jié)構(gòu)造成的電場(chǎng)緩和的 效果。結(jié)果，可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管11的耐受電壓。通過(guò)濕法蝕刻、干法蝕刻 等，可以形成絕緣層17的這種傾斜端面17a。形成端面17a，使得角0在例如0.1°或更大 且60°或更小的范圍內(nèi)。當(dāng)傾斜角為0.1°或更大時(shí)，很容易獲得角度的可再現(xiàn)性。另一 方面，當(dāng)角度為60°或更小時(shí)，電場(chǎng)緩和的效果變強(qiáng)。
[0102]下面將參考圖7來(lái)描述本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的制造方法。注意，圖7是 按步驟次序示出制造本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的方法的流程圖。制造本實(shí)施例中肖特 基勢(shì)壘二極管的方法具有與第一實(shí)施例的構(gòu)造基本相同的構(gòu)造。然而，本實(shí)施例中制造肖 特基勢(shì)壘二極管的方法的不同在于:制造本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的方法進(jìn)一步包括 絕緣層形成步驟(S50 )、絕緣層蝕刻步驟(S60 )和場(chǎng)板電極形成步驟(S70 )。
[0103]具體地，如圖7所示，與第一實(shí)施例一樣，首先執(zhí)行襯底準(zhǔn)備步驟(SlO)和GaN層 形成步驟(S20)。
[0104]接下來(lái)，執(zhí)行絕緣層形成步驟(S50 )。在該絕緣層形成步驟(S50 )中，在GaN層3 上形成具有開(kāi)口的絕緣層17。
[0105]具體地，例如，利用等離子體CVD (化學(xué)氣相沉積)在GaN層3上形成由SiNx制成 的絕緣層17。雖然用于形成絕緣層17的方法沒(méi)有具體限制，但是優(yōu)選使用等離子體CVD方 法形成。在這種情況下，在形成金屬層的步驟之前，利用等離子體CVD方法在GaN層3上形 成絕緣層17。注意，在利用等離子體CVD方法形成絕緣層17的步驟中，例如，在300°C或更 大且400°C或更小的溫度下形成絕緣層17。換句話(huà)說(shuō)，在300°C或更大且400°C或更小的溫 度下熱處理GaN層3。在這種情況下，可以增強(qiáng)絕緣層17的膜質(zhì)量，并且可以增強(qiáng)將在下面 要描述的金屬層形成步驟(S41)中形成的金屬層的勢(shì)壘高度。因此，可以增強(qiáng)肖特基電極4 的勢(shì)壘高度。
[0106]絕緣層17具有例如大約I U m的膜厚度。例如，使用NH3> SiH4 (甲硅烷)、NH3 (氨 氣)、H2 (氫氣)、N2等作為形成SiNx的材料氣體。注意，在沒(méi)有使用NH3的情況下由SiH4和 N2來(lái)形成SiNx時(shí)，可以降低絕緣層17中氫的濃度。因此，優(yōu)選使用SiH4和N2。
[0107]接下來(lái)，如第一實(shí)施例一樣，執(zhí)行歐姆電極形成步驟(S30 )。
[0108]接下來(lái)，執(zhí)行絕緣層蝕刻步驟(S60)。在該絕緣層蝕刻步驟(S60)中，通過(guò)蝕刻去 除將要形成肖特基電極4的絕緣層17的區(qū)域以及將要形成場(chǎng)板電極16的絕緣層17的區(qū) 域。
[0109]具體地，通過(guò)光刻在絕緣層17上形成具有開(kāi)口的抗蝕劑。其后，用BHF (緩沖氟 化氫)對(duì)在抗蝕劑的開(kāi)口處暴露的絕緣層17執(zhí)行濕法蝕刻。其后，通過(guò)在包括氧和氮的氣 氛中執(zhí)行有機(jī)清洗和灰化處理來(lái)去除抗蝕劑。絕緣層17被蝕刻以使得在絕緣層17中形 成開(kāi)口。在這一點(diǎn)上，在該開(kāi)口處暴露GaN層3?？梢孕纬稍撻_(kāi)口，使得其側(cè)表面具有例如 200 u m的直徑最大值的截頂錐的錐形表面的形狀。
[0110]接下來(lái)，執(zhí)行包括金屬層形成步驟(S41)和熱處理步驟(S42)的肖特基電極形成 步驟(S40)。注意，在金屬層形成步驟(S41)中，在絕緣層形成步驟(S60)中形成的絕緣層17的開(kāi)口中形成金屬層，以與GaN層3接觸。
[0111]接下來(lái)，執(zhí)行場(chǎng)板電極形成步驟(S70)。在該場(chǎng)板電極形成步驟(S70)中，形成場(chǎng) 板電極16，以連接到肖特基電極4并與絕緣層重疊。
[0112]具體地，例如，通過(guò)下面的步驟執(zhí)行場(chǎng)板電極形成步驟(S70)。在除了鄰近絕緣層 17的開(kāi)口的區(qū)域之外的區(qū)域上以及在肖特基電極14上，形成具有開(kāi)口的抗蝕劑。接下來(lái)， 形成用作場(chǎng)板電極16的電極材料，以連接到肖特基電極4并與絕緣層7重疊。其后，當(dāng)去 除抗蝕劑時(shí)，同時(shí)去除在抗蝕劑上形成的電極材料，以及可以形成場(chǎng)板電極16。
[0113]場(chǎng)板電極16可以由與肖特基電極4的材料相同的材料形成。可替選地，場(chǎng)板電極 16可以由與肖特基電極4的材料不同的材料形成，諸如對(duì)絕緣層17具有良好粘附性的材 料。
[0114]通過(guò)執(zhí)行上述步驟(S10至S70)，可以制造圖5和6中示出的肖特基勢(shì)壘二極管 11。
[0115]雖然在上述制造方法中已描述了在肖特基電極4形成之后形成場(chǎng)板電極16的實(shí) 例，但是也可以同時(shí)形成肖特基電極4和場(chǎng)板電極16。
[0116]在這種情況下，例如，執(zhí)行下面的步驟。形成具有開(kāi)口的抗蝕劑，并且通過(guò)利用氣 相沉積方法，在該開(kāi)口中形成用作肖特基電極4的金屬層以及用作場(chǎng)板電極的電極材料。 其后，當(dāng)去除抗蝕劑時(shí)，同時(shí)去除(剝離)抗蝕劑上的金屬層和電極材料。
[0117]結(jié)果，形成包括肖特基電極4和場(chǎng)板電極16的電極15，所述肖特基電極4是與絕 緣層17的開(kāi)口中的GaN層3的前表面3a接觸的部分，所述場(chǎng)板電極16是連接肖特基電極 4并與絕緣層17重疊的部分。換句話(huà)說(shuō)，由于場(chǎng)板電極16的直徑大于形成在絕緣層17中 的開(kāi)口的直徑，所以電極15的一部分與絕緣層17重疊并形成場(chǎng)板電極16。
[0118]如上所述，在本實(shí)施例中，肖特基勢(shì)壘二極管11及其制造方法進(jìn)一步包括絕緣層 17和場(chǎng)板電極16，所述絕緣層17形成在GaN層3上且具有形成有肖特基電極4的開(kāi)口，所 述場(chǎng)板電極16被形成為連接到肖特基電極4并與絕緣層17重疊。由于GaN層3形成在 GaN襯底2上，所以準(zhǔn)備具有低位錯(cuò)密度的GaN襯底2允許形成具有低位錯(cuò)密度的GaN層
3。因此，可以減小反向泄漏電流。在具有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘二極管11中，在反向泄漏 電流降低的條件下，以及在使用熱處理的由能夠?qū)崿F(xiàn)高勢(shì)壘高度的Ni或Ni合金制成的肖 特基電極的條件下，場(chǎng)板結(jié)構(gòu)顯著緩和了電場(chǎng)。結(jié)果，進(jìn)一步降低了反向泄漏電流并且能夠 增加耐受電壓。當(dāng)與肖特基電極4接觸的GaN層3的區(qū)域具有I X IO8CnT2或更少的位錯(cuò)密 度時(shí)，這種效果是顯著的。
[0119]另外，在本實(shí)施例中，制造肖特基勢(shì)壘二極管11的方法包括，在金屬層形成步驟 (S41)之前，熱處理GaN層3的步驟(在本實(shí)施例中，歐姆電極形成步驟(S41))以及利用等 離子體CVD方法在GaN層3上形成絕緣層17的步驟中的至少一個(gè)。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)， 他們認(rèn)真研究的結(jié)果是，在形成用作肖特基電極4的金屬層之前，通過(guò)熱處理GaN層3以及 通過(guò)利用等離子體CVD方法在GaN層3上形成絕緣層17，可以增強(qiáng)將在隨后形成的金屬層 的勢(shì)壘高度。因此，可以進(jìn)一步增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管11的耐受電壓。其原因?qū)⒃谙挛闹?描述。
[0120]當(dāng)在金屬層形成步驟(S41)之前熱處理(例如，600°C或更少)GaN層3時(shí)，由于熱 處理，GaN層3的表面狀態(tài)會(huì)改變。這被認(rèn)為是在金屬層形成步驟(S41)之后的熱處理中導(dǎo)致肖特基界面的狀態(tài)變化的原因，這會(huì)導(dǎo)致勢(shì)壘高度增加。這被認(rèn)為是在金屬層形成步驟
(S41)之后的熱處理中導(dǎo)致肖特基界面的狀態(tài)變化的原因，這會(huì)導(dǎo)致勢(shì)壘高度增加。
[0121]當(dāng)通過(guò)利用等離子體CVD方法在GaN層3上形成絕緣層17時(shí)，GaN層3的前表面 3a由于形成等離子體CVD膜而暴露于等離子體，以及改變GaN層3的表面狀態(tài)。這被認(rèn)為 是在金屬層形成步驟(S41)之后的熱處理中導(dǎo)致肖特基界面的狀態(tài)變化的原因，這會(huì)導(dǎo)致 勢(shì)壘高度增加。
[0122]此外，在熱處理中，當(dāng)在GaN層3上形成絕緣層17時(shí)，不容易產(chǎn)生N從GaN層3的 前表面3a掉落等。這被認(rèn)為是在金屬層形成步驟(S41)之后的熱處理中導(dǎo)致肖特基界面 的狀態(tài)變化的原因，這會(huì)導(dǎo)致勢(shì)壘高度增加。
[0123]從而，在金屬層形成步驟(S41)之前，通過(guò)包括熱處理GaN層3的步驟以及利用等 離子體CVD方法在GaN層3上形成絕緣層17的步驟中的至少一個(gè)，可以顯著增加金屬層的 勢(shì)壘高度，且可以顯著增強(qiáng)肖特基電極4的勢(shì)壘高度。另外，通過(guò)包括熱處理GaN層3的步 驟以及通過(guò)利用等離子體CVD方法在GaN層3上形成絕緣層17的步驟，可以更顯著地增強(qiáng) 肖特基電極4的勢(shì)壘高度。因此，優(yōu)選包括兩個(gè)步驟。
[0124](第三實(shí)施例)
[0125]圖8是示意性示出本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。參考圖8，本實(shí)施例 中的肖特基勢(shì)壘二極管21具有與第二實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管11的構(gòu)造基本相似的 構(gòu)造。本實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管21的不同在于:肖特基勢(shì)壘二極管21不包括GaN 襯底。
[0126]具體地，肖特基勢(shì)壘二極管21包括支撐襯底23、GaN基底22、GaN層3、電極15、 絕緣層17和歐姆電極6。與肖特基電極4接觸的GaN層3的區(qū)域3c具有I X 108cm_2或更 小、優(yōu)選I X IO7CnT2或更小、以及更優(yōu)選I X IO6CnT2或更小的位錯(cuò)密度。
[0127]支撐襯底23是導(dǎo)電襯底。GaN基底22形成在該支撐襯底23上。GaN層3形成在 該GaN基底22上。注意，支撐襯底23與GaN基底22歐姆接觸。另外，當(dāng)支撐襯底23由金 屬制成時(shí)，不需要提供歐姆電極6。其余的構(gòu)造與第二實(shí)施例的構(gòu)造相同，并且因此，將不再 重復(fù)它們的描述。
[0128]下面將參考圖9來(lái)描述本實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管的制造方法。注意，圖9 是按步驟次序示出制造本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的方法的流程圖。制造本實(shí)施例中肖 特基勢(shì)壘二極管的方法包括與第二實(shí)施例的構(gòu)造基本相同的構(gòu)造。然而，制造本實(shí)施例中 肖特基勢(shì)壘二極管的方法的不同在于:用于制造本實(shí)施例中肖特基勢(shì)壘二極管的方法包括 代替襯底準(zhǔn)備步驟(SlO)的層壓襯底準(zhǔn)備步驟(S80)。
[0129]具體地，像第二實(shí)施例中的襯底準(zhǔn)備步驟(SlO)—樣，準(zhǔn)備GaN襯底2 (襯底準(zhǔn)備 步驟(S81))。接下來(lái)，在離子注入步驟(S82)中，雜質(zhì)是從GaN襯底2的前表面2a或背表 面2b注入的離子。結(jié)果，與GaN襯底2的前表面2a或背表面2b相鄰地形成包括大量雜質(zhì) 的層。接下來(lái)，在支撐襯底形成步驟(S83)中，離子注入表面和支撐襯底23層壓在一起。接 下來(lái)，在熱處理步驟(S84)中，層壓的GaN襯底2和支撐襯底23被熱處理。結(jié)果，利用包括 大量雜質(zhì)的GaN襯底2的區(qū)域作為分界，劃分層壓的GaN襯底2和支撐襯底23。結(jié)果，可以 創(chuàng)建包括支撐襯底23和GaN基底22的層壓襯底(層壓襯底準(zhǔn)備步驟(S80))，所述GaN基底 22比GaN襯底2更薄且形成在支撐襯底23上。在這種情況下，僅使用一部分昂貴的GaN襯底2，以及其余部分是可再使用，這允許降低制造成本。
[0130]接下來(lái)，在GaN層形成步驟(S20)中，在GaN基底22上形成GaN層3。與將在后面 描述的肖特基電極接觸的GaN層3的區(qū)域具有I X IO8CnT2或更小的位錯(cuò)密度。
[0131]接下來(lái)，與第二實(shí)施例一樣，執(zhí)行絕緣層形成步驟(S50)、歐姆電極形成步驟 (S30 )、絕緣層蝕刻步驟(S60 )、肖特基電極形成步驟(S40 )以及場(chǎng)板電極形成步驟(S70 )。
[0132]通過(guò)執(zhí)行上述步驟(S30至S70 )，可以制造圖8中示出的肖特基勢(shì)壘二極管21。
[0133]雖然在本實(shí)施例中利用GaN襯底2形成GaN基底22，并進(jìn)一步，利用GaN基底22 形成GaN層3，但是本實(shí)施例中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法并沒(méi)有具體限制于此。
[0134]另外，雖然在本實(shí)施例中已經(jīng)以實(shí)例的方式描述了具有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘二 極管21，但是本發(fā)明的肖特基勢(shì)壘二極管不是必須具有場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。
[0135]如上所述，在本實(shí)施例中的肖特基勢(shì)壘二極管21及其制造方法中，與肖特基電極 4接觸的GaN層3的區(qū)域3c具有IX 108cm_2或更小的位錯(cuò)密度。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，具 有肖特基結(jié)的GaN層3的區(qū)域3c位錯(cuò)密度越低，就越可以減小反向泄漏電流，并且使反向 泄漏電流有效降低的區(qū)域3c的位錯(cuò)密度是IX IO8CnT2或更小。因此，可以減小反向泄漏電 流。另外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有肖特基結(jié)的肖特基電極4由Ni或Ni合金制成時(shí)， 熱處理的結(jié)果是，可以有效增加勢(shì)壘高度。因此，可以增強(qiáng)肖特基電極4的勢(shì)壘高度。從 而，由于在肖特基勢(shì)壘二極管21反向偏置時(shí)由位錯(cuò)造成的反向泄漏電流小，所以由于增加 了肖特基電極4的勢(shì)壘高度而可以增強(qiáng)肖特基勢(shì)壘二極管21的耐受電壓。
[0136]實(shí)例I
[0137]在下文將描述本發(fā)明的實(shí)例。在本實(shí)例中，檢驗(yàn)包括在GaN襯底上形成的GaN層 以及與GaN層接觸的肖特基電極由Ni制成的效果如何。
[0138](本發(fā)明的實(shí)例I)
[0139]根據(jù)如圖5和6所示的第二實(shí)施例中的制造肖特基勢(shì)壘二極管11的方法，制造了 本發(fā)明的實(shí)例I中的肖特基勢(shì)壘二極管。
[0140]具體地，在襯底準(zhǔn)備步驟(SlO)中，準(zhǔn)備了具有(0001)面作為主表面并且通過(guò)利 用HVPE法制備的n型GaN自立式襯底。該GaN襯底具有I X 106cm_2或更小的位錯(cuò)密度、 3 X IO1W3的載流子濃度以及400 u m的厚度。
[0141]接下來(lái)，在GaN層形成步驟(S20)中，通過(guò)利用OMVPE法，在GaN襯底上外延生長(zhǎng)n 型GaN層。該GaN層3具有I X IO6CnT2的位錯(cuò)密度、I X IO16CnT3的載流子濃度以及5 y m的厚度。
[0142]注意，上述的位錯(cuò)密度是通過(guò)利用例如用于計(jì)數(shù)在由蝕刻產(chǎn)生的溶解KOH中的凹 陷的數(shù)目并由每單位面積除以凹陷數(shù)目的方法來(lái)測(cè)量的。
[0143]接下來(lái)，在絕緣層形成步驟(S50)中，通過(guò)等離子體CVD形成了由SiNx制成的絕 緣層17。該絕緣層17具有0.5 ii m的厚度。
[0144]接下來(lái)，在歐姆電極形成步驟(S30)中，執(zhí)行了以下步驟。首先，用有機(jī)清洗并用 鹽酸清洗了 GaN襯底2的背表面2b。其后，通過(guò)利用EB沉積法和電阻加熱沉積法，在GaN 襯底2的背表面2b上按順序堆疊了具有20nm厚度的T1、具有IOOnm厚度的Al、具有20nm 厚度的Ti以及具有200nm厚度的Au。在形成了該金屬層之后，在包括氮的氣氛中在600°C 熱處理該金屬層兩分鐘，并且使該金屬層合金化。結(jié)果，形成了歐姆電極6。[0145]接下來(lái)，在絕緣層蝕刻步驟(S60)中，執(zhí)行了以下步驟。首先，利用光刻對(duì)絕緣層 17執(zhí)行了構(gòu)圖。其后，用BHF對(duì)絕緣層17執(zhí)行了濕法蝕刻。然后，通過(guò)有機(jī)清洗處理去除 了抗蝕劑。結(jié)果，蝕刻了絕緣層17并且在絕緣層17中形成了開(kāi)口。該開(kāi)口被形成為使得 其側(cè)表面具有直徑最大值為200 u m的截頂錐的錐形表面的形狀。
[0146]接下來(lái)，如下同時(shí)執(zhí)行了肖特基電極形成步驟(S40)以及場(chǎng)板電極形成步驟 (S70)。首先，利用光刻在絕緣層17上形成了具有開(kāi)口的抗蝕劑。其后，用鹽酸清洗了 GaN 層3和絕緣層17的表面。然后，通過(guò)利用EB沉積法，在絕緣層17上以及Ni與GaN層3接 觸的位置(也就是，絕緣層17中的開(kāi)口)處形成了具有50nm厚度的Ni。然后，通過(guò)利用電 阻加熱沉積法在Ni上形成了具有300nm厚度的Au。然后，去除抗蝕劑，并且形成了具有Ni 和Au堆疊在絕緣層17上以及在Ni與GaN層3接觸的位置處的金屬層(S41)。
[0147]其后，在氮?dú)夥罩性?50°C熱處理金屬層兩分鐘(S42)。結(jié)果，形成了電極15，其 包括具有由Ni制成的第一層4a以及由Au制成的第二層4b的肖特基電極4以及場(chǎng)板電極 16，其中所述第一層4a是與絕緣層17的開(kāi)口中的GaN層3的前表面3a接觸的部分，所述 場(chǎng)板電極16是連接到肖特基電極4并且與絕緣層17重疊的部分。由于電極15的直徑比 形成在絕緣層17中的開(kāi)口的直徑更大，所以場(chǎng)板電極16由與絕緣層17重疊的一部分電極 15形成。如上所述，制造了圖5中所示的本發(fā)明的實(shí)例I中的肖特基勢(shì)壘二極管。
[0148](比較例I)
[0149]比較例I中制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法不同僅在于，在本發(fā)明的實(shí)例I中的制 造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中沒(méi)有熱處理金屬層。
[0150](比較例2)
[0151]圖10是示意性地示出比較例2中的肖特基勢(shì)壘二極管的橫截面圖。如圖10所 示，比較例2中的肖特基勢(shì)壘二極管101不同之處在于，代替GaN襯底使用了藍(lán)寶石襯底 102。當(dāng)使用藍(lán)寶石襯底時(shí)，不能制備具有垂直結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘二極管，因?yàn)樗{(lán)寶石襯底 102是絕緣體。因此，如圖10所示，制備了具有水平場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的肖特基勢(shì)壘二極管101。
[0152]圖10所示的制造肖特基勢(shì)壘二極管101的具體方法如下。
[0153]首先，作為襯底準(zhǔn)備步驟，制備了藍(lán)寶石襯底102。
[0154]接下來(lái)，作為GaN層形成步驟，通過(guò)利用HVPE法在藍(lán)寶石襯底102上生長(zhǎng)了具有 載流子密度為I XlO16cnT3和厚度為5 iim的n型GaN層3。此時(shí)，圖10所示的GaN層3具 有IXlO9CnT3的位錯(cuò)密度。
[0155]接下來(lái)，在絕緣層形成步驟中，在GaN層3的前表面3a的區(qū)域上而不是外圍側(cè)上 的區(qū)域上形成了將形成場(chǎng)板結(jié)構(gòu)的絕緣層117。用于形成絕緣層117的條件與本發(fā)明的實(shí) 例I中的條件類(lèi)似。
[0156]接下來(lái)，在歐姆電極形成步驟中，執(zhí)行了以下步驟。通過(guò)光刻在絕緣層117上形成 了具有開(kāi)口的抗蝕劑。其后，如同本發(fā)明的實(shí)例I 一樣，執(zhí)行了有機(jī)清洗以及利用鹽酸清 洗，并且在GaN層3的前表面3a上形成了與本發(fā)明的實(shí)例I中的金屬層類(lèi)似的金屬層。其 后，當(dāng)去除了抗蝕劑時(shí)，執(zhí)行了同時(shí)去除在抗蝕劑上形成的電極材料的剝離。其后，如同本 發(fā)明的實(shí)例I 一樣，使金屬層合金化并形成了歐姆電極106。
[0157]接下來(lái)，如同本發(fā)明的實(shí)例I 一樣執(zhí)行了絕緣層蝕刻步驟以形成絕緣層117中的開(kāi)口。[0158]接下來(lái)，如同本發(fā)明的實(shí)例I 一樣執(zhí)行了肖特基電極形成步驟以及場(chǎng)板電極形成步驟。結(jié)果，形成了電極115，其包括肖特基電極104和場(chǎng)板電極116，所述肖特基電極104 是與絕緣層117的開(kāi)口中的GaN層3的前表面3a接觸的部分，所述場(chǎng)板電極116是連接到肖特基電極104并且與絕緣層117重疊的部分。
[0159](比較例3)
[0160]比較例3中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法不同僅在于，在比較例2中的制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中沒(méi)有熱處理金屬層。
[0161](比較例4)
[0162]在比較例4中的用于制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法不同僅在于，在比較例I中的用于制造肖特基勢(shì)壘二極管的方法中使用了具有位錯(cuò)密度為IXlO7cnT2的GaN襯底。因此， 比較例4中的GaN層具有I X IO7CnT2的位錯(cuò)密度。
[0163](測(cè)量方法)
[0164]對(duì)本發(fā)明的實(shí)例I和比較例I至4中的每個(gè)中的肖特基勢(shì)壘二極管測(cè)量了施加反偏壓時(shí)的耐受電壓。通過(guò)采用高耐受電壓探針對(duì)浸入在氟基非活性液體中的肖特基勢(shì)壘二極管測(cè)量電流和電壓的方法，測(cè)量了反向耐受電壓。將本發(fā)明的實(shí)例I和比較例I至4中的每個(gè)中的肖特基勢(shì)壘二極管的耐受電壓設(shè)定為具有電流密度為ImA/cm2的電壓。在以下的表I和圖12中示出了該結(jié)果。注意，圖12示出了在金屬層形成之后沒(méi)有執(zhí)行熱處理的比較例1、3和4中的電壓(反向電壓)和電流(電流密度)之間的關(guān)系。在圖12中，水平軸表示反向電壓(單位:V)，以及垂直軸表示電流密度(單位:A/cm2)。
[0165][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種肖特基勢(shì)魚(yú)二極管，包括:GaN 層(3)，和肖特基電極(4)，所述肖特基電極(4)形成在所述GaN層(3)上，其中，使與所述肖特基電極(4)相接觸的所述GaN層(3)的區(qū)域(3c)的位錯(cuò)密度為I X IO8CnT2 或更小以減小反向泄漏電流，通過(guò)使所述肖特基電極(4)中與所述GaN層(3)相接觸的部分由Ni或Ni合金構(gòu)成來(lái) 增加勢(shì)壘高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其中，所述勢(shì)壘高度為0.83eV或更大且 1.20eV或更小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其中，所述GaN層(3 )形成在支撐襯底(23 )上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其中，所述支撐襯底(23)由金屬構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其中，所述GaN層(3)是使用位錯(cuò)密度為I X IO8CnT2或更小的GaN襯底制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管，其中，所述肖特基電極(4)是通過(guò)對(duì)形成 在所述GaN層(3 )上的金屬層進(jìn)行熱處理而形成的，所述金屬層由Ni或Ni合金制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基勢(shì)壘二極管，進(jìn)一步包括:絕緣層(17 )，所述絕緣層(17 )形成在所述GaN層(3 )上并且具有其中形成有所述肖特 基電極(4)的開(kāi)口 ；以及場(chǎng)板電極(16)，所述場(chǎng)板電極(16)形成為與所述肖特基電極(4)相連接并且與所述絕 緣層(17)重疊。
【文檔編號(hào)】H01L29/08GK103441140SQ201310306272
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2008年8月5日
【發(fā)明者】堀井拓, 宮崎富仁, 木山誠(chéng) 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社