CN102290447A - 柱状钻石萧基二极管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种柱状钻石萧基二极管及其制作方法，其中柱状钻石萧基二极管包括：一基板，其上方设有一栅极氧化层；一绝缘层，设于栅极氧化层上，且绝缘层包括有一第一接触区、以及一第二接触区；一钻石柱，设于绝缘层上，且钻石柱的第一端与第一接触区连接，而钻石柱的第二端与第二接触区连接；一第一电极，对应绝缘层的第一接触区，且覆盖一钻石柱的第一端；以及一第二电极，对应绝缘层的第二接触区，且覆盖于一钻石柱的第二端。

Description

柱状钻石萧基二极管及其制作方法

技术领域

本发明关于一种柱状钻石萧基二极管及其制作方法，尤指一种由多晶钻石所制作出的柱状钻石萧基二极管及其制作方法，以制作出具有高效率且低成本的钻石萧基二极管。

背景技术

萧基二极管是一种导通电压降较低、允许高速切换的二极管。于萧基二极管中，透过金属与半导体两者接合所产生的萧基接面，可使萧基二极管具有高速切换特性，故可使用于较小的电感器及电容器中，同时提升电源供应器的效率。一般而言，萧基二极管可广泛应用于各种电路***或电子组件中，如放大器、接收器、RF侦测器等，并可用于高频信号的整流器中。

其中，适用于萧基二极管的半导体材料如：碳化硅、氮化镓、或钻石等。其中，尤以钻石具有耐腐蚀及耐高温的特性，是为一种良好的电子组件材料。目前已知以钻石作为萧基二极管的半导体材料，可使所制成的萧基二极管展现极高的开关比。

已知的钻石萧基二极管工艺，主要在硅晶圆上成长一单晶钻石膜，而后再镀上金属以于钻石膜与金属接面形成一萧基接面。然而，单晶钻石膜的工艺相当的昂贵，故若要应用于电子产品中，势必造成产品成本大幅增加。

有鉴于萧基二极管的应用极为广泛，为了保留钻石萧基二极管具有极佳开关特性，且减少钻石萧基二极管的制作成本，目前亟需发展出一种萧基二极管及其制作方法，其可以较便宜的工艺制作出钻石萧基二极管。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种柱状钻石萧基二极管，其为一种成本较低且具有良好开关特性的钻石萧基二极管。

本发明的另一目的在于提供一种柱状钻石萧基二极管的制作方法，以便能从成本低廉的多晶钻石膜中制作出具良好开关特性的钻石萧基二极管。

为达成上述目的，本发明的柱状钻石萧基二极管，包括：一基板，其上方设有一栅极氧化层；一绝缘层，设于栅极氧化层上，且绝缘层包括有一第一接触区、以及一第二接触区；至少一钻石柱，设于绝缘层上，且至少一钻石柱的第一端与第一接触区连接，而至少一钻石柱的第二端与第二接触区连接；一第一电极，对应绝缘层的第一接触区，且覆盖至少一钻石柱的该第一端；以及一第二电极，对应绝缘层的第二接触区，且覆盖于至少一钻石柱的第二端。

此外，本发明的柱状钻石萧基二极管的制作方法，包括下列步骤：(A)提供一基板，其上方形成有一栅极氧化层；(B)于栅极氧化层上形成一绝缘层，其中绝缘层包括有一第一接触区、以及一第二接触区；(C)放置至少一钻石柱于绝缘层上，其中至少一钻石柱的第一端与第一接触区连接，而至少一钻石柱的第二端与第二接触区连接；(D)分别形成一第一电极、及一第二电极，其中第一电极对应绝缘层的第一接触区且覆盖至少一钻石柱的第一端，而第二电极对应绝缘层的第二接触区且覆盖至少一钻石柱的第二端。

因此，相较于以往直接于基板上成长单晶钻石膜所制成的钻石萧基二极管，本发明的柱状钻石萧基二极管及其制作方法所使用的钻石柱成本相对较低，故可在保留钻石具有耐腐蚀及耐高压的特性下，仍可展现极佳的开关比。

于本发明的柱状钻石萧基二极管的制作方法中，步骤(C)中的至少一钻石柱经由下列步骤所制成：(1)提供一钻石膜；(2)蚀刻钻石膜以形成多个钻石柱；以及(3)挑选至少一钻石柱。其中，钻石膜较佳为一多晶钻石膜。

由于本发明使用成本相对较低的多晶钻石膜，经蚀刻而形成多个钻石柱，并从多个钻石柱中挑选出具有单晶或双晶结构的钻石柱。因此，相较于以往使用单晶钻石膜所制成的萧基二极管，通过本发明的制作方法所形成的柱状钻石萧基二极管，其成本可大幅降低。

此外，于本发明的柱状钻石萧基二极管及其制作方法中，至少一钻石柱可各自独立为单晶钻石柱、或双晶钻石柱。较佳为，至少一钻石柱各自独立为硼掺杂的单晶钻石柱、硼掺杂的双晶钻石柱、未掺杂的单晶钻石柱、或未掺杂的双晶钻石柱。更佳为，至少一钻石柱各自独立为硼掺杂的单晶钻石柱、或硼掺杂的双晶钻石柱。最佳为，至少一钻石柱为硼掺杂的单晶钻石柱。

于本发明的柱状钻石萧基二极管及其制作方法中，栅极氧化层可为一二氧化硅薄膜。此外，绝缘层的材料可为氮化铝(AlN)、或二氧化硅(SiO₂)。再者，基板可为一硅芯片、或一硅基板。

于本发明的柱状钻石萧基二极管及其制作方法中，第一电极作为一欧姆电极，且此欧姆电极可为一钛/铝双层电极、或一钛/金双层电极。此外，第二电极作为一萧基电极，且此萧基电极可为一铝电极、一铂电极、或一镍电极。

由于于本发明的柱状钻石萧基二极管及其制作方法中，使用多晶钻石膜，经由蚀刻工艺形成钻石柱，并从中挑选出具有单晶或双晶结构的钻石柱；故相较单晶钻石膜，多晶钻石膜相对便宜许多。因此，相较于以往使用单晶钻石膜所制成的萧基二极管，本发明的柱状钻石萧基二极管从成本大幅降低的多晶钻石膜中，蚀刻并挑选出具有单晶或双晶结构的钻石柱，故可大幅降低萧基二极管的制作成本。此外，由于本发明的柱状钻石萧基二极管仍保留有单晶或多晶结构，故仍可展现极佳的开关特性。

附图说明

图1A至1B是本发明实施例1的钻石柱制作流程剖面示意图；

图2A至2E是本发明实施例1的柱状钻石萧基二极管制作流程剖面示意图；

图3是本发明实施例1的柱状钻石萧基二极管的电流密度-电压特性曲线图；

图4是本发明实施例2的柱状钻石萧基二极管的电流密度-电压特性曲线图。

【主要组件符号说明】

10    钻石膜          101   钻石柱

20    基板            21    栅极氧化层

22    绝缘层          221   第一接触区

222   第二接触区      23    钻石柱

231   第一端          232   第二端

24    第一电极        25    第二电极

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技术的人可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明也可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

实施例1-制作未掺杂的柱状钻石萧基二极管

制作钻石柱

图1A至1B本实施例的钻石柱制作流程剖面示意图。

如图1A所示，提供一钻石膜10。于本实施例中，钻石膜10为一多晶钻石膜。而后，如图1B所示，使用氧电浆蚀刻此钻石膜10，以形成多个钻石柱101。通过控制氧电浆能量，可控制钻石柱101的大小及宽度。于本实施例中，钻石柱101的长度约4μm，而宽度约为600nm。

最后，由多个钻石柱101中挑选出具有单晶或双晶结构的钻石柱，以进行后续柱状钻石萧基二极管工艺。

制作柱状钻石萧基二极管

图2A至2E是本实施例的柱状钻石萧基二极管制作流程剖面示意图。

如图2A所示，提供一基板20，其为一硅芯片。接着，于基板20上成长一二氧化硅薄膜，以作为一栅极氧化层21。于本实施例中，栅极氧化层21的厚度为500nm。

而后，如图2B所示，于栅极氧化层21上成长一绝缘层，其中绝缘层的材料可为氮化铝(AlN)、或二氧化硅(SiO₂)。于本实施例中，绝缘层的材料为二氧化硅。接着，利用光刻工艺以图案化绝缘层，经图案化的绝缘层22包括有一第一接触区221、以及一第二接触区222。

如图2C所示，在光学显微镜下，于上述所形成的钻石柱中，利用玻璃针黏取一根具有单晶结构的钻石柱23，并将此钻石柱23放置于绝缘层22上。其中，钻石柱23的第一端231(即其中一端)与第一接触区221连接，而钻石柱23的第二端232(即另一端)与第二接触区222连接。

而后，如图2D所示，利用光刻工艺，于对应绝缘层22的第一接触区221上镀上钛金属，而后镀上铝金属，再于600℃下进行快速退火(rapidthermal anneal，RTA)处理5分钟，以形成一作为欧姆电极的第一电极24。在此，第一电极24对应绝缘层22的第一接触区221且覆盖钻石柱23的第一端231，且第一电极24为一钛/铝双层电极。

最后，如图2E所示，利用光刻工艺，于对应绝缘层22的第二接触区222上镀上钛金属，以形成一作为萧基电极的第二电极25。在此，第二电极25对应绝缘层22的第二接触区222且覆盖钻石柱23的第二端232。

经由上述工艺，则制得本实施例的柱状钻石萧基二极管，包括：一基板20，其上方设有一栅极氧化层21；一绝缘层22，设于栅极氧化层21上，且绝缘层22包括有一第一接触区221、以及一第二接触区221；一钻石柱23，设于绝缘层22上，且此钻石柱23的第一端231与第一接触区221连接，而钻石柱23的第二端232与第二接触区222连接；一第一电极24，对应绝缘层22的第一接触区221，且覆盖钻石柱23的第一端231；以及一第二电极25，对应绝缘层22的第二接触区222，且覆盖钻石柱23的第二端232。

未掺杂的柱状钻石萧基二极管评估

图3是本实施例的柱状钻石萧基二极管的电流密度-电压特性曲线图。

由图3可看出未掺杂的钻石柱所形成的柱状钻石萧基二极管具有不错的开关特性，其开关比约为1000。

实施例2-制作硼掺杂的柱状钻石萧基二极管

本实施例的柱状钻石萧基二极管的结构及制作方法与实施例1相同，除了本实施例采用硼掺杂的多晶钻石膜。因此，于本实施例所制得的柱状钻石萧基二极管中，钻石柱为硼掺杂的单晶钻石柱、或硼掺杂的双晶钻石柱。

硼掺杂的柱状钻石萧基二极管评估

图4是本实施例的柱状钻石萧基二极管的电流密度-电压特性曲线图。

由图4可看出未掺杂的钻石柱所形成的柱状钻石萧基二极管具有极佳的开关特性，其开关比约为1000。

综上所述，本发明的柱状钻石萧基二极管及其制作方法，是从多晶钻石膜所蚀刻形成的钻石柱中，挑选出具有单晶或双晶结构的钻石柱。相较单晶钻石膜，多晶钻石膜相对便宜许多。因此，相较于以往使用单晶钻石膜所制成的萧基二极管，本发明的柱状钻石萧基二极管是从成本较低的多晶钻石膜中，蚀刻并挑选出具有单晶或双晶结构的钻石柱，故可大幅降低萧基二极管的制作成本。此外，本发明的柱状钻石萧基二极管除了成本较低外，还可作为危机电开关，而广泛应用于各种电子产品，如电子电路中的交换式电源供应器、定位与载波网络、计算栅、混频及检波网络及回路保护等。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (20)

1.一种柱状钻石萧基二极管，包括：

一基板，其上方设有一栅极氧化层；

一绝缘层，设于该栅极氧化层上，且该绝缘层包括有一第一接触区、以及一第二接触区；

至少一钻石柱，设于该绝缘层上，且该至少一钻石柱的第一端与该第一接触区连接，而该至少一钻石柱的第二端与该第二接触区连接；

一第一电极，对应该绝缘层的该第一接触区，且覆盖该至少一钻石柱的该第一端；以及

一第二电极，对应该绝缘层的该第二接触区，且覆盖于该至少一钻石柱的该第二端。

2.如权利要求1所述的柱状钻石萧基二极管，其中该至少一钻石柱各自独立为一单晶钻石柱、或一双晶钻石柱。

3.如权利要求1所述的柱状钻石萧基二极管，其中该至少一钻石柱各自独立为一硼掺杂的单晶钻石柱、一硼掺杂的双晶钻石柱、一未掺杂的单晶钻石柱、或一未掺杂的双晶钻石柱。

4.如权利要求1所述的柱状钻石萧基二极管，其中该栅极氧化层为一二氧化硅薄膜。

5.如权利要求1所述的柱状钻石萧基二极管，其中该绝缘层的材料为氮化铝(AlN)、或二氧化硅(SiO₂)。

6.如权利要求1所述的柱状钻石萧基二极管，其中该第一电极为一欧姆电极。

7.如权利要求6所述的柱状钻石萧基二极管，其中该欧姆电极为一钛/铝双层电极、或一钛/金双层电极。

8.如权利要求1所述的柱状钻石萧基二极管，其中该第二电极为一萧基电极。

9.如权利要求8所述的柱状钻石萧基二极管，其中该萧基电极为一铝电极、一铂电极、或一镍电极。

10.一种柱状钻石萧基二极管的制作方法，其包括下列步骤：

(A)提供一基板，其上方形成有一栅极氧化层；

(B)于该栅极氧化层上形成一绝缘层，其中该绝缘层包括有一第一接触区、以及一第二接触区；

(C)放置至少一钻石柱于该绝缘层上，其中该至少一钻石柱的第一端与该第一接触区连接，而该至少一钻石柱的第二端与该第二接触区连接；

(D)分别形成一第一电极、及一第二电极，其中该第一电极对应该绝缘层的该第一接触区且覆盖该至少一钻石柱的该第一端，而该第二电极对应该绝缘层的该第二接触区且覆盖该至少一钻石柱的该第二端。

11.如权利要求10所述的制作方法，其中步骤(C)中的至少一钻石柱经由下列步骤所制成：

(1)提供一钻石膜；

(2)蚀刻该钻石膜以形成多个钻石柱；以及

(3)挑选至少一钻石柱。

12.如权利要求11所述的制作方法，其中该钻石膜为一多晶钻石膜。

13.如权利要求10所述的制作方法，其中该至少一钻石柱各自独立为一单晶钻石柱、或一双晶钻石柱。

14.如权利要求10所述的制作方法，其中该至少一钻石柱各自独立为一硼掺杂的单晶钻石柱、一硼掺杂的双晶钻石柱、一未掺杂的单晶钻石柱、或一未掺杂的双晶钻石柱。

15.如权利要求10所述的制作方法，其中该栅极氧化层为一二氧化硅薄膜。

16.如权利要求10所述的制作方法，其中该绝缘层的材料为氮化铝、或二氧化硅。

17.如权利要求10所述的制作方法，其中该第一电极为一欧姆电极。

18.如权利要求17所述的制作方法，其中该欧姆电极为一钛/铝双层电极、或一钛/金双层电极。

19.如权利要求10所述的制作方法，其中该第二电极为一萧基电极。

20.如权利要求19所述的制作方法，其中该萧基电极为一铝电极、一铂电极、或一镍电极。

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