專利名稱：柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法
技術領域：
本發明關于一種柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法，尤指一種由多晶鉆石所制作出的柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法，以制作出具有高效率且低成本的鉆石蕭基二極管。
背景技術：
蕭基二極管是一種導通電壓降較低、允許高速切換的二極管。于蕭基二極管中，透過金屬與半導體兩者接合所產生的蕭基接面，可使蕭基二極管具有高速切換特性，故可使用于較小的電感器及電容器中，同時提升電源供應器的效率。一般而言，蕭基二極管可廣泛應用于各種電路系統或電子組件中，如放大器、接收器、RF偵測器等，并可用于高頻信號的整流器中。其中，適用于蕭基二極管的半導體材料如碳化硅、氮化鎵、或鉆石等。其中，尤以鉆石具有耐腐蝕及耐高溫的特性，是為一種良好的電子組件材料。目前已知以鉆石作為蕭基二極管的半導體材料，可使所制成的蕭基二極管展現極高的開關比。已知的鉆石蕭基二極管工藝，主要在硅晶圓上成長一單晶鉆石膜，而后再鍍上金屬以于鉆石膜與金屬接面形成一蕭基接面。然而，單晶鉆石膜的工藝相當的昂貴，故若要應用于電子產品中，勢必造成產品成本大幅增加。有鑒于蕭基二極管的應用極為廣泛，為了保留鉆石蕭基二極管具有極佳開關特性，且減少鉆石蕭基二極管的制作成本，目前亟需發展出一種蕭基二極管及其制作方法，其可以較便宜的工藝制作出鉆石蕭基二極管。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種柱狀鉆石蕭基二極管，其為一種成本較低且具有良好開關特性的鉆石蕭基二極管。本發明的另一目的在于提供一種柱狀鉆石蕭基二極管的制作方法，以便能從成本低廉的多晶鉆石膜中制作出具良好開關特性的鉆石蕭基二極管。為達成上述目的，本發明的柱狀鉆石蕭基二極管，包括一基板，其上方設有一柵極氧化層；一絕緣層，設于柵極氧化層上，且絕緣層包括有一第一接觸區、以及一第二接觸區；至少一鉆石柱，設于絕緣層上，且至少一鉆石柱的第一端與第一接觸區連接，而至少一鉆石柱的第二端與第二接觸區連接；一第一電極，對應絕緣層的第一接觸區，且覆蓋至少一鉆石柱的該第一端；以及一第二電極，對應絕緣層的第二接觸區，且覆蓋于至少一鉆石柱的
第二端。此外，本發明的柱狀鉆石蕭基二極管的制作方法，包括下列步驟(A)提供一基板，其上方形成有一柵極氧化層；(B)于柵極氧化層上形成一絕緣層，其中絕緣層包括有一第一接觸區、以及一第二接觸區；(C)放置至少一鉆石柱于絕緣層上，其中至少一鉆石柱的第一端與第一接觸區連接，而至少一鉆石柱的第二端與第二接觸區連接；(D)分別形成一第一電極、及一第二電極，其中第一電極對應絕緣層的第一接觸區且覆蓋至少一鉆石柱的第一端，而第二電極對應絕緣層的第二接觸區且覆蓋至少一鉆石柱的第二端。因此，相較于以往直接于基板上成長單晶鉆石膜所制成的鉆石蕭基二極管，本發明的柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法所使用的鉆石柱成本相對較低，故可在保留鉆石具有耐腐蝕及耐高壓的特性下，仍可展現極佳的開關比。于本發明的柱狀鉆石蕭基二極管的制作方法中，步驟(C)中的至少一鉆石柱經由下列步驟所制成(1)提供一鉆石膜；( 蝕刻鉆石膜以形成多個鉆石柱；以及C3)挑選至少一鉆石柱。其中，鉆石膜較佳為一多晶鉆石膜。由于本發明使用成本相對較低的多晶鉆石膜，經蝕刻而形成多個鉆石柱，并從多個鉆石柱中挑選出具有單晶或雙晶結構的鉆石柱。因此，相較于以往使用單晶鉆石膜所制成的蕭基二極管，通過本發明的制作方法所形成的柱狀鉆石蕭基二極管，其成本可大幅降低。此外，于本發明的柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法中，至少一鉆石柱可各自獨立為單晶鉆石柱、或雙晶鉆石柱。較佳為，至少一鉆石柱各自獨立為硼摻雜的單晶鉆石柱、 硼摻雜的雙晶鉆石柱、未摻雜的單晶鉆石柱、或未摻雜的雙晶鉆石柱。更佳為，至少一鉆石柱各自獨立為硼摻雜的單晶鉆石柱、或硼摻雜的雙晶鉆石柱。最佳為，至少一鉆石柱為硼摻雜的單晶鉆石柱。于本發明的柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法中，柵極氧化層可為一二氧化硅薄膜。此外，絕緣層的材料可為氮化鋁(AlN)、或二氧化硅(SiO2)。再者，基板可為一硅芯片、
或一硅基板。于本發明的柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法中，第一電極作為一歐姆電極，且此歐姆電極可為一鈦/鋁雙層電極、或一鈦/金雙層電極。此外，第二電極作為一蕭基電極， 且此蕭基電極可為一鋁電極、一鉬電極、或一鎳電極。由于于本發明的柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法中，使用多晶鉆石膜，經由蝕刻工藝形成鉆石柱，并從中挑選出具有單晶或雙晶結構的鉆石柱；故相較單晶鉆石膜，多晶鉆石膜相對便宜許多。因此，相較于以往使用單晶鉆石膜所制成的蕭基二極管，本發明的柱狀鉆石蕭基二極管從成本大幅降低的多晶鉆石膜中，蝕刻并挑選出具有單晶或雙晶結構的鉆石柱，故可大幅降低蕭基二極管的制作成本。此外，由于本發明的柱狀鉆石蕭基二極管仍保留有單晶或多晶結構，故仍可展現極佳的開關特性。
圖IA至IB是本發明實施例1的鉆石柱制作流程剖面示意圖；圖2A至2E是本發明實施例1的柱狀鉆石蕭基二極管制作流程剖面示意圖；圖3是本發明實施例1的柱狀鉆石蕭基二極管的電流密度-電壓特性曲線圖；圖4是本發明實施例2的柱狀鉆石蕭基二極管的電流密度-電壓特性曲線圖。主要組件符號說明10 鉆石膜101 鉆石柱20 基板21 柵極氧化層22 絕緣層221 第一接觸區區
觸極
接端電
二一一
Αβ Αβ Αβ ^ ^ ^
2 1 2 3 4
2 2 2 _—_ _—_ _—_
5 6 7 2 2 2 Ooo
Ooo
___ ___ ___
極
柱端電
石二二
hp. Αβ Αβ
穿穿 2
3 3 5 2 2 具體實施例方式以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟習此技術的人可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明也可通過其它不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。實施例1-制作未摻雜的柱狀鉆石蕭基二極管制作鉆石柱圖IA至IB本實施例的鉆石柱制作流程剖面示意圖。如圖IA所示，提供一鉆石膜10。于本實施例中，鉆石膜10為一多晶鉆石膜。而后，如圖IB所示，使用氧電漿蝕刻此鉆石膜10，以形成多個鉆石柱101。通過控制氧電漿能量，可控制鉆石柱101的大小及寬度。于本實施例中，鉆石柱101的長度約4μπι，而寬度約為 600nmo最后，由多個鉆石柱101中挑選出具有單晶或雙晶結構的鉆石柱，以進行后續柱狀鉆石蕭基二極管工藝。制作柱狀鉆石蕭基二極管圖2A至2E是本實施例的柱狀鉆石蕭基二極管制作流程剖面示意圖。如圖2A所示，提供一基板20，其為一硅芯片。接著，于基板20上成長一二氧化硅薄膜，以作為一柵極氧化層21。于本實施例中，柵極氧化層21的厚度為500nm。而后，如圖2B所示，于柵極氧化層21上成長一絕緣層，其中絕緣層的材料可為氮化鋁(A1N)、或二氧化硅(Si02)。于本實施例中，絕緣層的材料為二氧化硅。接著，利用光刻工藝以圖案化絕緣層，經圖案化的絕緣層22包括有一第一接觸區221、以及一第二接觸區 222。如圖2C所示，在光學顯微鏡下，于上述所形成的鉆石柱中，利用玻璃針黏取一根具有單晶結構的鉆石柱23，并將此鉆石柱23放置于絕緣層22上。其中，鉆石柱23的第一端231 (即其中一端)與第一接觸區221連接，而鉆石柱23的第二端232 (即另一端)與第二接觸區222連接。而后，如圖2D所示，利用光刻工藝，于對應絕緣層22的第一接觸區221上鍍上鈦金屬，而后鍍上鋁金屬，再于600°C下進行快速退火(rapidthermal anneal,RTA)處理5分鐘，以形成一作為歐姆電極的第一電極24。在此，第一電極對對應絕緣層22的第一接觸區 221且覆蓋鉆石柱23的第一端231，且第一電極M為一鈦/鋁雙層電極。最后，如圖2E所示，利用光刻工藝，于對應絕緣層22的第二接觸區222上鍍上鈦金屬，以形成一作為蕭基電極的第二電極25。在此，第二電極25對應絕緣層22的第二接觸區222且覆蓋鉆石柱23的第二端232。經由上述工藝，則制得本實施例的柱狀鉆石蕭基二極管，包括一基板20，其上方設有一柵極氧化層21 ；—絕緣層22，設于柵極氧化層21上，且絕緣層22包括有一第一接觸區221、以及一第二接觸區221 ；—鉆石柱23，設于絕緣層22上，且此鉆石柱23的第一端 231與第一接觸區221連接，而鉆石柱23的第二端232與第二接觸區222連接；一第一電極對，對應絕緣層22的第一接觸區221，且覆蓋鉆石柱23的第一端231 ；以及一第二電極 25，對應絕緣層22的第二接觸區222，且覆蓋鉆石柱23的第二端232。未摻雜的柱狀鉆石蕭基二極管評估圖3是本實施例的柱狀鉆石蕭基二極管的電流密度-電壓特性曲線圖。由圖3可看出未摻雜的鉆石柱所形成的柱狀鉆石蕭基二極管具有不錯的開關特性，其開關比約為1000。實施例2-制作硼摻雜的柱狀鉆石蕭基二極管本實施例的柱狀鉆石蕭基二極管的結構及制作方法與實施例1相同，除了本實施例采用硼摻雜的多晶鉆石膜。因此，于本實施例所制得的柱狀鉆石蕭基二極管中，鉆石柱為硼摻雜的單晶鉆石柱、或硼摻雜的雙晶鉆石柱。硼摻雜的柱狀鉆石蕭基二極管評估圖4是本實施例的柱狀鉆石蕭基二極管的電流密度-電壓特性曲線圖。由圖4可看出未摻雜的鉆石柱所形成的柱狀鉆石蕭基二極管具有極佳的開關特性，其開關比約為1000。綜上所述，本發明的柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法，是從多晶鉆石膜所蝕刻形成的鉆石柱中，挑選出具有單晶或雙晶結構的鉆石柱。相較單晶鉆石膜，多晶鉆石膜相對便宜許多。因此，相較于以往使用單晶鉆石膜所制成的蕭基二極管，本發明的柱狀鉆石蕭基二極管是從成本較低的多晶鉆石膜中，蝕刻并挑選出具有單晶或雙晶結構的鉆石柱，故可大幅降低蕭基二極管的制作成本。此外，本發明的柱狀鉆石蕭基二極管除了成本較低外，還可作為危機電開關，而廣泛應用于各種電子產品，如電子電路中的交換式電源供應器、定位與載波網絡、計算柵、混頻及檢波網絡及回路保護等。上述實施例僅為了方便說明而舉例而已，本發明所主張的權利范圍應以權利要求所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種柱狀鉆石蕭基二極管，包括一基板，其上方設有一柵極氧化層；一絕緣層，設于該柵極氧化層上，且該絕緣層包括有一第一接觸區、以及一第二接觸區；至少一鉆石柱，設于該絕緣層上，且該至少一鉆石柱的第一端與該第一接觸區連接，而該至少一鉆石柱的第二端與該第二接觸區連接；一第一電極，對應該絕緣層的該第一接觸區，且覆蓋該至少一鉆石柱的該第一端；以及一第二電極，對應該絕緣層的該第二接觸區，且覆蓋于該至少一鉆石柱的該第二端。
2.如權利要求1所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該至少一鉆石柱各自獨立為一單晶鉆石柱、或一雙晶鉆石柱。
3.如權利要求1所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該至少一鉆石柱各自獨立為一硼摻雜的單晶鉆石柱、一硼摻雜的雙晶鉆石柱、一未摻雜的單晶鉆石柱、或一未摻雜的雙晶鉆石柱。
4.如權利要求1所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該柵極氧化層為一二氧化硅薄膜。
5.如權利要求1所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該絕緣層的材料為氮化鋁(AlN)、或二氧化硅(SiO2)。
6.如權利要求1所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該第一電極為一歐姆電極。
7.如權利要求6所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該歐姆電極為一鈦/鋁雙層電極、或一鈦/金雙層電極。
8.如權利要求1所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該第二電極為一蕭基電極。
9.如權利要求8所述的柱狀鉆石蕭基二極管，其中該蕭基電極為一鋁電極、一鉬電極、 或一鎳電極。
10.一種柱狀鉆石蕭基二極管的制作方法，其包括下列步驟(A)提供一基板，其上方形成有一柵極氧化層；(B)于該柵極氧化層上形成一絕緣層，其中該絕緣層包括有一第一接觸區、以及一第二接觸區；(C)放置至少一鉆石柱于該絕緣層上，其中該至少一鉆石柱的第一端與該第一接觸區連接，而該至少一鉆石柱的第二端與該第二接觸區連接；(D)分別形成一第一電極、及一第二電極，其中該第一電極對應該絕緣層的該第一接觸區且覆蓋該至少一鉆石柱的該第一端，而該第二電極對應該絕緣層的該第二接觸區且覆蓋該至少一鉆石柱的該第二端。
11.如權利要求10所述的制作方法，其中步驟(C)中的至少一鉆石柱經由下列步驟所制成(1)提供一鉆石膜；(2)蝕刻該鉆石膜以形成多個鉆石柱；以及(3)挑選至少一鉆石柱。
12.如權利要求11所述的制作方法，其中該鉆石膜為一多晶鉆石膜。
13.如權利要求10所述的制作方法，其中該至少一鉆石柱各自獨立為一單晶鉆石柱、 或一雙晶鉆石柱。
14.如權利要求10所述的制作方法，其中該至少一鉆石柱各自獨立為一硼摻雜的單晶鉆石柱、一硼摻雜的雙晶鉆石柱、一未摻雜的單晶鉆石柱、或一未摻雜的雙晶鉆石柱。
15.如權利要求10所述的制作方法，其中該柵極氧化層為一二氧化硅薄膜。
16.如權利要求10所述的制作方法，其中該絕緣層的材料為氮化鋁、或二氧化硅。
17.如權利要求10所述的制作方法，其中該第一電極為一歐姆電極。
18.如權利要求17所述的制作方法，其中該歐姆電極為一鈦/鋁雙層電極、或一鈦/金雙層電極。
19.如權利要求10所述的制作方法，其中該第二電極為一蕭基電極。
20.如權利要求19所述的制作方法，其中該蕭基電極為一鋁電極、一鉬電極、或一鎳電
全文摘要
本發明關于一種柱狀鉆石蕭基二極管及其制作方法，其中柱狀鉆石蕭基二極管包括一基板，其上方設有一柵極氧化層；一絕緣層，設于柵極氧化層上，且絕緣層包括有一第一接觸區、以及一第二接觸區；一鉆石柱，設于絕緣層上，且鉆石柱的第一端與第一接觸區連接，而鉆石柱的第二端與第二接觸區連接；一第一電極，對應絕緣層的第一接觸區，且覆蓋一鉆石柱的第一端；以及一第二電極，對應絕緣層的第二接觸區，且覆蓋于一鉆石柱的第二端。
文檔編號H01L21/3205GK102290447SQ20101020860
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者寇崇善, 林建佑, 黃振昌 申請人:國立清華大學