一种低成本、可控倾角斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的制备方法

1.本发明涉及半导体功率器件制造领域，具体涉及一种低成本、可控倾角斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的制备方法。


背景技术：

2.超宽禁带半导体氧化镓(ga2o3)由于其禁带宽度大(4.5～4.9ev)，临界击穿场强高(8mv/cm)，同时衬底尺寸大，生产成本低，外延掺杂可控。因此在超高压功率电子器件领域拥有广阔的前景，尤其是在超高压输电、工业控制、新能源电动汽车、武器装备和航空航天等民用和军用领域具有重要应用。
3.然而，氧化镓也面临诸多技术挑战，氧化镓存在p型掺杂困难的关键瓶颈问题，导致传统的双极性功率器件设计无法应用。相比于氧化镓单极性器件，双极性器件具有低反向漏电流，电导调制效应等优点。为了实现氧化镓器件的双极性设计，可以采用异质p型材料与n型氧化镓结合，构建异质pn结。目前氧化镍/氧化镓，氧化亚铜/氧化镓，氧化亚锡/氧化镓等异质pn结二极管都已经有所报道，并且展示出优异的电学特性。其中氧化镍/氧化镓报道最多，展示的综合性能更为优异。为了进一步提高氧化镍/氧化镓异质结二极管的反向击穿电压以及减小反向漏电流，需要开发终端结构来缓解边缘电场集聚。而斜台面终端技术是一种有效的终端结构设计，但是传统的斜台面工艺制备需要复杂的光刻和刻蚀工艺，工艺成本高，而且斜台面的倾斜角度难以有效控制。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低成本、可控倾角斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的制备方法，用于解决传统斜台面技术工艺成本高，倾斜角度难以有效控制的问题。
5.一种低成本、可控倾角斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的制备方法，包括以下步骤：
6.s1、提供正面为氧化镓低掺杂漂移层的氧化镓单晶晶片，背面做欧姆接触电极并且快速热退火处理；
7.s2、提供带有镂空图案的硬掩模；
8.s3、将所述硬掩模与所述氧化镓低掺杂漂移层保持一定的距离，调节磁控溅射氧化镍靶材与所述氧化镓单晶晶片的入射角度；
9.s4、磁控溅射氧化镍，通过所述硬掩模的镂空处生长在所述氧化镓单晶晶片正面的氧化镓低掺杂漂移层上，获得包括自上而下的氧化镍/氧化镓异质pn结构；其中，所述氧化镍/氧化镓异质pn结构中的氧化镍的边缘处具有倾斜角度的台面；
10.s5、制备阳极与氧化镍形成欧姆接触。
11.进一步的，步骤s1所述的氧化镓单晶晶片包括自上而下的氧化镓低掺杂漂移层以
及减薄的氧化镓高导衬底。减薄的氧化镓高导衬底载流子浓度大于1
×
10
18
/cm3。
12.进一步的，步骤s2所述的硬掩模的镂空图案包括圆形或方形，所述硬掩模的材质包括金属、或塑料、或玻璃、或陶瓷，所述硬掩模的厚度为0.05mm～5mm。
13.进一步的，步骤s3所述硬掩模与所述氧化镓低掺杂漂移层保持一定的距离在0到0.5mm之间。
14.进一步的，步骤s3所述氧化镍靶材与所述氧化镓单晶晶片的入射角度为氧化镍靶材的垂直方向与氧化镓单晶晶片的水平方向的夹角。
15.进一步的，所述入射角度在0
°
到90
°
之间。
16.进一步的，步骤s3所述氧化镍靶材包括纯度99.9％以上的未掺杂氧化镍靶材，或掺锂的氧化镍靶材，或掺铜的氧化镍靶材，或掺银的氧化镍靶材。
17.进一步的，步骤s4所述的氧化镍/氧化镓异质pn结构中的氧化镍厚度为20nm～2000nm。
18.进一步的，步骤s4所述台面的倾斜角度为0
°
～90
°
；台面的倾斜角度与步骤s3所述的入射角度成正相关；其中，所述入射角度越大，所述台面的倾斜角度会越大。
19.进一步的，步骤s4所述磁控溅射氧化镍包括以下具体生长条件：生长温度保持在0℃～250℃，生长过程中衬底转速保持在3～15转/分钟，生长气氛为氩气和氧气的混合气体。
20.进一步的，步骤s5所述制备的阳极选用金属包括镍、或铂、或金。
21.有益效果
22.本发明通过调节磁控溅射氧化镍靶材与所述氧化镓晶片的入射角度可以获得有倾斜角度的氧化镍台面，台面倾斜角度与入射角度正相关。相比于光刻制备氧化镍图案的方法，采用硬掩模制备氧化镍图案工艺简单，成本低，而且可以自由控制氧化镍斜台面倾斜角度的大小，同时斜台面的设计增加了器件的击穿电压，对高耐压、大电流氧化镓功率器件的大规模应用具有重要意义，用于解决传统斜台面技术工艺成本高，倾斜角度难以有效控制的问题。
附图说明
23.图1为本发明实施例中斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的制备步骤实例。
24.图2为本发明实施例中制备的斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的光学俯视图。
25.图3为本发明实施例中制备的斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管边缘处的斜台面的剖面sem图。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。所描述的实施例仅用于图示说明，而不是对本发明范围的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
27.具体的，图1显示了低成本、可控倾角斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的
制备流程示意图。
28.一种低成本、可控倾角斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的制备方法，包括以下步骤：
29.s1、提供正面为氧化镓低掺杂漂移层110的氧化镓单晶晶片，背面做欧姆接触电极200并且快速热退火处理以提高欧姆接触性能；
30.所述的氧化镓单晶晶片包括自上而下的氧化镓低掺杂漂移层110以及减薄的氧化镓高导衬底101。
31.所述减薄的氧化镓高导衬底101包括α相氧化镓、β相氧化镓或κ相氧化镓衬底，所述减薄的氧化镓高导衬底101的载流子浓度高于1
×
10
18
/cm3。所述减薄的高导电氧化镓单晶衬底的厚度为50μm～600μm。
32.s2、提供带有镂空图案的硬掩模300；所述的硬掩模300的镂空图案包括圆形或方形，所述硬掩模300的材质包括金属、或塑料、或玻璃、或陶瓷，所述硬掩模的厚度为0.05mm～5mm。
33.s3、将所述硬掩模300与所述氧化镓低掺杂漂移层110保持一定的距离，调节磁控溅射氧化镍靶材500与所述氧化镓单晶晶片的入射角度；所述硬掩模300与所述氧化镓低掺杂漂移层110保持一定的距离在0到0.5mm之间。
34.所述氧化镍靶材500与所述氧化镓单晶晶片的入射角度在0
°
到90
°
之间。所述入射角度为氧化镍靶材500垂直方向与氧化镓单晶晶片水平方向的夹角。
35.所述氧化镍靶材500包括纯度99.9％以上的未掺杂氧化镍靶材，或掺锂的氧化镍靶材，或掺铜的氧化镍靶材，或掺银的氧化镍靶材。
36.s4、磁控溅射氧化镍400，通过所述硬掩模300的镂空处生长在所述氧化镓单晶晶片正面的氧化镓低掺杂漂移层110上，获得包括自上而下的氧化镍/氧化镓异质pn结构；步骤s4所述的氧化镍/氧化镓异质pn结构中的氧化镍厚度为20nm～2000nm。
37.其中，所述氧化镍/氧化镓异质pn结构中的氧化镍400的边缘处具有倾斜角度的台面；所述台面的倾斜角度为0
°
～90
°
；台面的倾斜角度与步骤s3所述的入射角度成正相关；其中，所述入射角度越大，所述台面的倾斜角度会越大。
38.所述磁控溅射氧化镍400包括以下具体生长条件：生长温度保持在0℃～250℃，生长过程中衬底转速保持在3～15转/分钟，生长气氛为氩气和氧气的混合气体。
39.s5、制备阳极600与氧化镍400形成欧姆接触，完成斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的制备，所述制备的阳极600选用金属包括镍、或铂、或金。
40.图2为本发明实施例中制备的斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管的光学俯视图，可以明显看出阳极的边缘处的氧化镍由于是斜台面，因此在光学显微镜下有明显的等厚干涉条纹。
41.图3为本发明实施例中制备的具有2
°
倾斜角度的斜台面氧化镍/氧化镓异质结功率二极管边缘处的斜台面的剖面sem图，可以明显看到氧化镍有一个2
°
的倾斜角度。通过调节所述氧化镍靶材与所述氧化镓晶片的入射角度可以改变倾斜角度的大小。