肖特基势垒二极管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有高击穿电压并且允许大电流从中流过的肖特基势皇二极管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]使用III族氮化物膜的肖特基势皇二极管(下文中也被称为SBD)的优异性表现在高频特性、击穿电压特性、低开关损耗等，因此近年来受到关注。例如，日本专利特许公开N0.2006-156457 (PTD I)公开了使用生长在硅衬底上的III族氮化物膜。
[0003]引用列表
[0004]专利文献
[0005]PTDl:日本专利特许公开 N0.2006-156457
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]关于日本专利特许公开N0.2006-156457 (PTDl)中公开的SBD (肖特基势皇二极管)，SBD中使用的III族氮化物膜生长在其化学组分与III族氮化物不同的硅衬底上。因此，膜具有IXlO8cm2或更大的高位错密度，从而难以保持高击穿电压。另外，为了在硅衬底上生长具有与硅衬底的化学组分不同的化学组分的III族氮化物膜，必须在硅衬底上生长具有低结晶度的III族氮化物缓冲膜，然后在III族氮化物缓冲膜上生长III族氮化物膜。因为III族氮化物缓冲膜具有高电阻，所以难以在具有允许大电流从中通过的垂直结构的SBD中使用III族氮化物缓冲膜。
[0008]尽管可通过使用III族氮化物衬底作为III族氮化物膜将在其上生长的基础衬底解决以上问题，但价格高的III族氮化物衬底增加了制造SBD的成本。
[0009]本发明的一个目的是解决上述问题并且提供具有高击穿电压并且允许大电流从中流过的低成本肖特基势皇二极管及其制造方法。
[0010]问题的解决方案
[0011]根据一方面，本发明是一种肖特基势皇二极管，所述肖特基势皇二极管包括在从第一主表面侧到第二主表面侧的方向上依次布置的:第一电极、III族氮化物膜、绝缘膜，其具有开口、肖特基接触金属膜、接合金属膜、导电支撑衬底、以及第二电极。
[0012]在根据本发明的这个方面的肖特基势皇二极管中，所述肖特基接触金属膜的一部分可在所述绝缘膜的一部分上延伸。
[0013]根据本发明的这个方面的肖特基势皇二极管还可包括设置在所述接合金属膜和所述肖特基接触金属膜的凹进部分之间的嵌入金属膜，所述肖特基接触金属膜的所述凹进部分由于所述绝缘膜存在所述开口而形成。它还可包括设置在所述肖特基接触金属膜和所述接合金属膜之间以及所述嵌入金属膜和所述接合金属膜之间的防扩散金属膜。
[0014]根据本发明的这个方面的肖特基势皇二极管还可包括设置在所述肖特基接触金属膜和所述接合金属膜之间的防扩散金属膜。它还可包括设置在所述接合金属膜和所述防扩散金属膜的凹进部分之间的嵌入金属膜，所述防扩散金属膜的所述凹进部分由于所述绝缘膜存在所述开口而形成。
[0015]在根据本发明的这个方面的肖特基势皇二极管中，所述第一电极可位于所述III族氮化物膜的主表面的一部分上。
[0016]根据另一方面，本发明是一种制造肖特基势皇二极管的方法，所述方法包括以下步骤:在基础复合衬底的基础III族氮化物膜上形成III族氮化物膜，所述基础复合衬底包括基础支撑衬底和接合至所述基础支撑衬底的一个主表面侧的所述基础III族氮化物膜；在所述III族氮化物膜上，形成具有开口的绝缘膜；在所述绝缘膜的开口下面的所述III族氮化物膜上和在所述绝缘膜上，形成肖特基接触金属膜；通过将导电支撑衬底接合到所述肖特基接触金属膜上，来获得接合衬底，其中使接合金属膜插入在导电支撑衬底和所述肖特基接触金属膜之间；从所述接合衬底去除所述基础复合衬底；在所述III族氮化物膜上形成第一电极并且在所述导电支撑衬底上形成第二电极。
[0017]关于根据本发明的这个方面的制造肖特基势皇二极管的方法，在形成肖特基接触金属膜的所述步骤中，所述肖特基接触金属膜可被形成为所述肖特基接触金属膜的一部分在所述绝缘膜的一部分上延伸。
[0018]根据本发明的这个方面的制造肖特基势皇二极管的方法还包括在形成肖特基接触金属膜的所述步骤之后和获得接合衬底的所述步骤之前，在所述肖特基接触金属膜的凹进部分上形成嵌入金属膜的步骤，可通过将所述导电支撑衬底接合到所述肖特基接触金属膜上以及将所述导电支撑衬底接合到所述嵌入金属膜上，来执行获得接合衬底的所述步骤，其中使所述接合膜插入所述导电支撑衬底和所述肖特基接触金属膜之间已经所述导电支撑衬底和所述嵌入金属膜之间。所述方法还包括在形成嵌入金属膜的所述步骤之后和获得接合衬底的所述步骤之前，在所述肖特基接触金属膜上以及在所述嵌入金属膜上形成防扩散金属膜的步骤，可通过将所述导电支撑衬底接合到所述防扩散金属膜上，来执行获得接合衬底的所述步骤，其中使所述接合膜插入所述导电支撑衬底和所述防扩散金属膜之间。
[0019]根据本发明的这个方面的制造肖特基势皇二极管的方法还包括在所述形成肖特基接触金属膜的步骤之后和所述得到接合衬底的步骤之前，在所述肖特基接触金属膜上形成防扩散金属膜的步骤，可通过将所述导电支撑衬底接合到所述防扩散金属膜上，来执行获得接合衬底的所述步骤，其中使所述接合膜插入所述导电支撑衬底和所述防扩散金属膜之间。所述方法还包括在形成防扩散金属膜的所述步骤之后和获得接合衬底的所述步骤之前，在所述防扩散金属膜的凹进部分上形成嵌入金属膜的步骤，可通过将所述导电支撑衬底接合到所述防扩散金属膜上以及将所述导电支撑衬底接合到所述嵌入金属膜上，来执行获得接合衬底的所述步骤，其中使所述接合膜插入所述导电支撑衬底和所述防扩散金属膜之间已经所述导电支撑衬底和所述嵌入金属膜之间。
[0020]关于根据本发明的这个方面的制造肖特基势皇二极管的方法，所述第一电极可形成在所述III族氮化物膜的主表面的一部分上。
[0021]本发明的有益效果
[0022]根据本发明，可提供具有高击穿电压并且允许大电流流动的低成本肖特基势皇二极管及其制造方法。
【附图说明】
[0023]图1是示出根据本发明的肖特基势皇二极管的示例的示意性剖视图。
[0024]图2是示出根据本发明的肖特基势皇二极管的另一个示例的示意性剖视图。
[0025]图3是示出根据本发明的肖特基势皇二极管的又一个示例的示意性剖视图。
[0026]图4是示出根据本发明的肖特基势皇二极管的又一个示例的示意性剖视图。
[0027]图5是示出根据本发明的肖特基势皇二极管的又一个示例的示意性剖视图。
[0028]图6是示出根据本发明的肖特基势皇二极管中的III族氮化物膜、具有开口的绝缘膜和肖特基势皇金属膜的布置状态的示例的示意性平面图。
[0029]图7是示出根据本发明的肖特基势皇二极管中的III族氮化物膜、具有开口的绝缘膜和肖特基势皇金属膜的布置状态的另一个示例的示意性平面图。
[0030]图8是示出根据本发明的肖特基势皇二极管中的III族氮化物膜、具有开口的绝缘膜和肖特基势皇金属膜的布置状态的又一个示例的示意性平面图。
[0031]图9是示出根据本发明的制造肖特基势皇二极管的方法的示例的示意性剖视图。
[0032]图10是示出根据本发明的制造肖特基势皇二极管的方法的另一个示例的示意性剖视图。
[0033]图11是示出根据本发明的制造肖特基势皇二极管的方法的又一个示例的示意性剖视图。
[0034]图12是示出根据本发明的制造肖特基势皇二极管的方法的又一个示例的示意性剖视图。
[0035]图13是示出根据本发明的制造肖特基势皇二极管的方法的又一个示例的示意性剖视图。
[0036]图14是示出根据本发明的用于制造肖特基势皇二极管的方法的制造基础复合衬底的方法的示例的示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0037][肖特基势皇二极管]
[0038]参照图1至图5，本发明的实施例中的SBD(肖特基势皇二极管)包括在从第一主表面侧到第二主表面侧的方向上依次布置的第一电极72、III族氮化物膜20、具有开口的绝缘膜30、肖特基接触金属膜40、接合金属膜60、导电支撑衬底50和第二电极75。
[0039]在本实施例的SBD中，第一电极72、III族氮化物膜20、具有开口的绝缘膜30、肖特基接触金属膜40、接合金属膜60、导电支撑衬底50和第二电极75依次布置，因此，SBD具有高击穿电压并且允许大电流从中通过。
[0040]除了图1至图5之外，还参照图6至图8，在本实施例的SBD中，优选地，肖特基接触金属膜40的一部分在绝缘膜30的一部分上延伸。在这种情况下，肖特基接触金属膜40具有:肖特基接触部分40a，其被定位为在绝缘膜30的开口下方与III族氮化物膜20的上表面接触；绝缘接触部分40b，其被定位为与作为绝缘膜30的一部分的开口的外围部分的上表面接触。因此，肖特基接触金属膜40的肖特基接触部分40a的边缘上的电场集中减轻并且在肖特基接触金属膜40和绝缘膜30之间不存在间隙，因此，得到具有高击穿电压的SBDo如果肖特基接触金属膜40的一部分没有在绝缘膜的一部分上延伸，则肖特基接触金属膜40的边缘上出现电场集中并且在肖特基接触金属膜40和绝缘膜30之间存在间隙。因为此间隙被具有高粘附性和小逸出功的金属材料(例如，Sn合金)填充，并且因为金属材料和III族氮化物膜彼此接触的部分被定位为靠近欧姆接触，所以阻碍SBD的击穿电压提尚O
[0041]在本实施例的SBD中，肖特基接触金属膜40在绝缘膜30的一部分上延伸的部分具有优选地I ym或更大且100 μm或更小、且更优选地15 μm或更大且30 μπι或更小的宽度W (即，肖特基接触金属膜40的绝缘接触部分40b的宽度W)，以确保肖特基接触金属膜40在绝缘膜30的一部分上延伸的部分和肖特基接触金属膜40的这个部分之间的粘附性，并且没有多余地占据没有促成电流的区域。
[0042]参照图6至图8，在本实施例的SBD中，绝缘膜30的开口的平面图形状和肖特基接触金属膜40的主表面形状不受特别限制。为了减轻肖特基接触金属膜40的肖特基接触部分40a的边缘上的电场集中并且允许起作用的主表面具有大面积，这些形状优选地是具有弧形顶点、圆形和椭圆形中的至少一个。例如，这些形状优选地是具有弧形顶点的正方形(图6)、具有弧形顶点的矩形(图7)、圆形(图8)等。关于绝缘膜30的开口的二维尺寸，为了稳定地形成绝缘膜30的开口并且允许肖特基接触金属膜40的绝缘接触部分40b具有制造成芯片所需的合适工艺余量，通过彼此相对的两边之间的距离或径向尺寸限定的开口的大小如下。最短距离或最短径向尺寸优选地是50 μπι或更大且更优选地200 μπι或更大，最长距离或最长径向尺寸优选地是(芯片宽度-60) y m或更小且更优选地(芯片宽度-100)μπι或更小。例如，在芯片具有1500 μm(芯片宽度)X 1500 μm(芯片宽度)的正方形形状的情况下，最长距离优选地是1440 μπι或更小且更优选地1400 μπι或更小。在下文中，将描述具体实施例。
[0043]第一实施例
[0044]参照图1，本发明的实施例中的SBD包括在从第一主表面侧到第二主表面侧的方向上依次布置的第一电极72、111族氮化物膜20、具有开口的绝缘膜30、肖特基接触金属膜40、接合金属膜60、导电支撑衬底50和第二电极75。肖特基接触金属膜40的一部分在绝缘膜30的一部分上延伸。如上所述，第一实施例的SBD可具有高击穿电压并且允许大电流从中流过。
[0045]第一电极72不特别受限制。然而，为了实现令人满意的与III族氮化物膜20和外部电极(未示出)的电连接，第一电极72优选地具有包括从III族氮化物膜20侧起依次定位的Al层和Au层的电极结构。考虑到III族氮化物膜20、第一电极72和外部电极之间的粘附性，本文中的第一电极72具有由从III族氮化物膜20起依次定位的Ti层、Al层、Ti层和Au层制成的四层结构。另外，第二电极75不特别受限制。然而，为了实现令人满意的与导电支撑衬底50和外部电极(未示出)的电连接，本文中的第二电极75具有由从导电支撑衬底50侧起依次定位的Ti层、Pt层和Au层制成的三层结构。
[0046]III族氮化物膜20不特别受限制。然而，为了实现高击穿电压，III族氮化物膜20优选地具有I X 16CnT2或更小的位错密度。具有此低位错密度的III族氮化物膜20是通过在包括基础支撑衬底和接合到基础支撑衬底的一个主表面侧的基础III族氮化物膜的基础复合衬底的该基础III族氮化物膜上生长得到的，如随后结合第六实施例例证的。出于同时在III族氮化物膜20和肖特基接触金属膜40之间形成肖特基结并且在III族氮化物膜20和第一电极72之间形成欧姆结的目的，优选地，III族氮化物膜20包括具有相对高的施主浓度并且形成在第一电极72侧的n+型族氮化物层21和具有相对低的施主浓度并且形成在相反侧的η型III族氮化物层22。
[0047]具有开口的绝缘膜30不特别受限制。然而，为了实现是非开口部分