DE102016110203B4 - Verbesserte Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Halbleiteranordnung (12) mit einer Schottky-Diode, umfassend eine Schutzringstruktur, eine Epitaxieschicht (4) von einem ersten Leitungstyp n, und ein Epitaxiesubstrat (7) von dem ersten Leitungstyp, wobei ein Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp ausgebildet ist, das mit einem Konzentrationsgradienten eines simultan diffundierten und gegenüber der Epitaxieschicht (4) höher dotierten graduierten Gebiets (6) vom ersten Leitungstyp einen grad n, p Übergang bildet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feldring (32) derart außerhalb konzentrisch zu dem Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, dass ein lateraler Abstand x1 zwischen dem Feldring (32) und dem Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp größer ist als eine zusammengesetzte Schichtdicke der Epitaxieschicht (4) und des graduierten Gebietes (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine verbesserte Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode, die unter Beibehaltung der elektrischen Daten, eine erhöhte Stromdichte gegenüber bekannten technischen Lösungen aufweist und mit geringem Aufwand produzierbar ist.
  • Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der US 4 206 540 A1 , hinlänglich bekannt. Dabei handelt es sich allgemein um Halbleiterbauelemente, die einen Metall-Halbleiter-Übergang als Grundstruktur aufweisen und deren grundsätzliche elektronische Eigenschaften durch diesen Übergang bestimmt sind.
  • Im Gegensatz zu ebenfalls gemeinhin bekannten pn-Dioden weisen Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden diesen gegenüber geringere Schleusenspannungen auf. Weiterhin sind im Allgemeinen aufgrund ausgeprägter Sperrbereiche die erreichbaren Durchbruchspannungen bei solchen Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden erheblich niedriger als bei pn-Dioden. Üblicherweise wird zur Verbesserung des Durchbruchverhaltens ein Schutzring (engl. „guard ring“) in die Epitaxieschicht eindiffundiert. Ein solcher Schutzring ist beispielsweise in der DE 199 39 484 A1 offenbart.
  • In aller Regel wird zum Erreichen einer verbesserten Stromergiebigkeit die für die Herstellung des Schottky-Kontaktes erforderliche schwächer dotierte Halbleiterschicht einer ersten Dotierung bzw. eines ersten Leitungstyps auf ein hochdotiertes bzw. höher dotiertes Substrat mit gleicher Dotierung bzw. vom gleichen Leitungstyp aufgebracht.
  • In herkömmlicher Weise erfolgt eine Begrenzung der maximalen Spannungsbelastung durch den Einbau eines zum Schottky-Übergang parallel liegenden pn-Überganges, der durch Diffusion eines Gebietes vom zweiten Dotierungstyp bzw. zweiten Leitungstyps erfolgt und der den Schottky-Kontakt ringförmig umgibt.
  • Nachteilig ist hierbei jedoch, dass beim Anlegen einer Reverssurge-Spannung, welche den abgesicherten Spannungsbereich überschreitet eine Zerstörung der Diode möglich ist.
  • Hierzu ist aus dem Stand der Technik der US 6 177 712 B1 bekannt, dass ein schwach dotierter Schutzring eines zweiten Leitungstyps zur Aufweitung des elektrischen Feldes im kritischen Bereich beiträgt, wodurch der Durchbruch später erfolgt.
  • Die DE 10 2009 056 603 A1 und die DE 10 2009 018 971 A1 nehmen sich dieser genannten Problematik an und beschreiben Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden, welche verbesserte Reversstromfestigkeiten aufweisen. Dabei findet insbesondere ein vertikaler p, n(+) Übergang von einem Schutzring vom zweiten Leitungstyp durch die Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps in ein höher dotiertes Epitaxiesubstrat vom ersten Leitungstyp, statt. Hierbei erfolgt die Ausbreitung der Raumladungszone in vertikaler Richtung aufgrund eines quasilinearen Übergangs primär in ein p Gebiet, entsprechend einem Gebiet vom zweiten Leitungstyp.
  • Weiterhin wird in dem Schutzring oberflächennah eine höher dotierte Anreicherungsschicht vom zweiten Leitungstyp, entsprechend einem p(+) Gebiet, implantiert, um ein laterales Eindringen der Raumladungszone in das Gebiet vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p, zu begrenzen.
  • Hierzu wird bei der DE 10 2009 056 603 A1 ein für die p(+) Implantation erforderliches Bremsoxid eingesetzt, wodurch das Aufbringen einer LTO/CVD-Schicht entfällt.
  • Bei der DE 10 2009 018 971 A1 wird das elektrische Feld im näheren Oberflächenbereich des diffundierten Gebietes mittels eines Linearisierungsringes aufgeweitet. Dieses zusätzlich eingebrachte Gebiet kann zu einer besseren Potentialhomogenisierung in dem Schutzring mit einer oberhalb des Linearisierungsringes angeordneten Metallschicht verbunden werden, wodurch aufgrund einer Äquilinearisierung des elektrischen Feldes entlang des Gebietes vom zweiten Leitungstyp eine Erhöhung der Stoßstromfestigkeit im Reversbetrieb erreicht wird.
  • Die US 2009/ 0 256 197 A1 offenbart eine Halbleiteranordnung mit einer Schottky-Diode, umfassend eine Schutzringstruktur eine Epitaxieschicht und ein Epitaxiesubstrat worin ein Diffusionsgebiet von einem zweiten Leitungstyp ausgebildet ist, das mit einem Konzentrationsgradienten einer simultan diffundierenden höher dotierten Schicht vom ersten Leitungstyp einen grad n, p Übergang bildet.
  • Einerseits weist dieser Stand der Technik jedoch den Nachteil auf, dass die Bauformen der genannten Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden entweder spezielle und damit einhergehend wirtschaftlich aufwändige Bearbeitungsschritte erfordern, soll eine erhöhte Reversstromfestigkeit bei gleichzeitiger Minimierung des Vorwärtsspannungsabfalls erreicht werden. Andererseits liegen bei diesen Konstruktionen geringere Stromdichten vor, so dass die Bauform entsprechend höher ausfällt, woraus entsprechend höhere Herstellungskosten reduzieren.
  • Des Weiteren ist aus der WO 2010 001 338 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils bekannt, welches über hochenergetische Implantation einen gestuftes Konzentrationsprofil erzeugt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode bereitzustellen, welche eine erhöhte Stromdichte und reduzierte Restströme im Sperrbetrieb aufweist und kostengünstig und kompakt herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in eine Halbleiteranordnung mit einer Schottky-Diode, umfassend eine Schutzringstruktur, eine Epitaxieschicht und ein Epitaxiesubstrat, ein Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp, das mit einer simultan diffundierenden höher dotierten Schicht vom ersten Leitungstyp einen grad n, p Übergang bildet, ausgebildet sind.
  • Dabei ist vorgesehen, dass ein Feldring derart außerhalb konzentrisch zu dem Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, dass ein lateraler Abstand zwischen dem Feldring und dem Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp größer ist als eine Schichtdicke einer konstant dotierten Epitaxieschicht und Schichtdicke des graduierten Gebietes zusammengesetzter Schichtdicke.
  • Dies führt zu einer Anhebung der Konzentration im Epitaxiegebiet, einem positiven Konzentrationsgradienten in Richtung des Epitaxiesubstrates und damit einhergehend einer Verringerung des effektiven Bahnwiderstandes. Weiterhin wird die Eindringtiefe des Gebiets vom zweiten Leitungstyp verringert und ein Ausbreiten der Raumladungszone erfolgt aufgeteilt in das Gebiet vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p, und ein höher dotiertes graduiertes Gebiet vom ersten Leitungstyp, entsprechend grad n.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass in das Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp 31 ein hochdotiertes Gebiet 8 oberflächennah ausgebildet ist, wobei die laterale Dimensionierung des hochdotierten Gebiets 8 derart ausgebildet ist, dass laterale Begrenzungen der Ausbreitung einer Verarmungszone ausgeschlossen werden. Es kommt somit nicht zu Begrenzungen der Ausbreitung der Verarmungszone in ein Gebiet vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p. Differenzen zwischen lateraler und vertikaler Diffusion werden durch die Konstruktion des hochdotierten Gebiets vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p(+), ausgeglichen.
  • Es kann zudem vorgesehen sein, dass ein lateraler Querschnitt A der Struktur n, p, p(+), p, n und/oder ein vertikaler Querschnitt B der Struktur p(+), p, grad n, n(+) vorliegt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung kann zudem vorsehen, dass in einem höher dotierten Gebiet vom zweiten Leitungstyp ein weiteres noch höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist. In dessen Folge kann vorgesehen sein, dass ein lateraler Querschnitt A der Struktur n, p, p(+), p(++), p(+), p, n und/oder ein vertikaler Querschnitt B der Struktur p(++), p(+), p, grad n, n(+) vorliegt.
  • Im Weiteren kann die Erfindung derart dargestellt werden, dass eine Halbleiteranordnung eine Schottky-Diode umfasst, die ein Gebiet vom ersten Leitungstyp, ein höher dotiertes Gebiet vom ersten Leitungstyp und wenigstens ein Gebiet vom zweiten Leitungstyp umfasst, in dem ein höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, das Gebiet vom zweiten Leitungstyp zumindest teilweise innerhalb des Gebietes vom ersten Leitungstyp und eines Übergangsgebietes vom ersten Leitungstyp zwischen dem Gebiet vom ersten Leitungstyp und dem höher dotierten Gebiet vom ersten Leitungstyp angeordnet ist, wobei das Übergangsgebiet einen Konzentrationsgradienten aufweist.
  • Das Gebiet vom ersten Leitungstyp kann als Epitaxieschicht ausgestaltet sein und insbesondere als n-Epitaxieschicht. Das höher dotierte Gebiet vom ersten Leitungstyp kann als Epitaxiesubstrat ausgestaltet sein. Das Gebiet vom zweiten Leitungstyp kann als Diffusionsgebiet ausgestaltet sein.
  • In allen Fällen sieht die Erfindung auch vor, dass erster und zweiter Leitungstyp entsprechend umgekehrt verwendet werden können. Ebenso kann das Übergangsgebiet als graduiertes Gebiet ausgebildet sein.
  • Das Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp kann mit einem Konzentrationsgradienten einer simultan diffundierenden höher dotierten Schicht vom ersten Leitungstyp einen n, p Übergang bilden und vorzugsweise einen grad n, p Übergang bilden. Denkbar ist zudem, dass anstelle eines grad n, ein grad n(+), p Übergang gebildet wird.
  • Weiterhin kann das Gebiet vom zweiten Leitungstyp kontaktfrei zu dem höher dotierten Gebiet vom ersten Leitungstyp angeordnet sein. Im Sinne der Erfindung kann das Gebiet vom zweiten Leitungstyp überwiegend im Gebiet vom ersten Leitungstyp angeordnet sein.
  • Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass zumindest in einem Teilbereich des Gebiets vom ersten Leitungstyp zumindest ein Feldring angeordnet ist. Vorteilhaft kann der zumindest eine Feldring konzentrisch zu dem wenigstens einen Gebiet zweiten Leitungstyps angeordnet sein.
  • Besonders vorteilhaft ist zudem, wenn der zumindest eine Feldring vom zweiten Leitungstyp in einem Abstand zu dem zumindest einen Gebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, der größer oder gleich einer Schichtdicke des Gebiets vom ersten Leitungstyp ist und/oder größer oder gleich einer zusammengesetzten Schichtdicke aus Gebiet vom ersten Leitungstyp und Schichtdicke vom Übergangsgebiet. Die Erfindung kann vorsehen, dass das Gebiet vom ersten Leitungstyp eine im Vergleich zum höher dotierten Gebiet vom ersten Leitungstyp gleiche oder größere Schichtdicke aufweist.
  • Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Halbleiteranordnung kann vorsehen, dass die effektive Epitaxieschichtdicke zwischen 1-10µm beträgt.
  • In einer Ausgestaltung weist die Halbleiteranordnung bei einer effektiven Epitaxieschichtdicke von 2 µm und einem spez. Widerstand der Epitaxieschicht von 1 Ohm cm einen Bahnwiderstand von 20 bis 30 mOhm mm2 inklusive der Verluste in einem ca. 300µm/3 mOhm cm Substrat auf. Bei veränderten Epitaxieschichtdicken können sich die differentiellen Widerstände entsprechend verändern.
  • Die Erfindung kann auch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einer Schottky-Diode vorsehen, die einen n, p Übergang und vorzugsweise einen grad n, p Übergang aufweist, vorsehen, bei dem zwischen einem Gebiet vom ersten Leitungstyp und einem höher dotierten Gebiet vom ersten Leitungstyp ein Übergangsgebiet vom ersten Leitungstyp mit einem Konzentrationsgradienten eingebracht wird.
  • Die Erfindung kann weiterhin ein Verfahren vorsehen, bei dem zur Bildung einer Schutzringstruktur ein Diffusionsgebiet vom zweiten Dotierungstyp in ein homogen dotiertes Gebiet bis zu einem in der Konzentration graduierten Gebiet eines ersten Leitungstyps auf einem hochkonzentrierten Epitaxiesubstrat vom ersten Leitungstyp eingebracht wird.
  • Vorteilhaft kann bei dem Verfahren wenigstens ein Feldring in zumindest ein Gebiet ersten Leitungstyps eingebracht werden. Der zumindest eine Feldring kann bevorzugt konzentrisch und besonders bevorzugt außerhalb konzentrisch zu einem Schutzring und/oder einem Gebiet vom zweiten Leitungstyp eingebracht werden, derart, dass ein Abstand zwischen Schutzring und/oder Gebiet vom zweiten Leitungstyp und Feldring größer ist als die Schichtdicke des Gebietes vom ersten Leitungstyp oder der Gesamtschichtdicke aus dem Gebiet vom ersten Leitungstyp und dem Gebiet vom ersten Leitungstyp und dem Übergangsbereich. Alle vorgenannten Merkmale, insbesondere die vorteilhaften Ausführungen werden erfindungsgemäß beansprucht und tragen zur Optimierung der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe bei.
  • Die Erfindung sieht zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode vor, wobei in einem ersten Prozessschritt eine Oxidation des Epitaxiewafers, der als Ausgangsprodukt eingesetzt wird, zur Vorbereitung auf den fotolithographischen Prozess und zur Passivierung vor nachfolgenden Hochtemperaturschritten erfolgt.
  • Es findet hierbei eine Verringerung der Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes von etwa 0,5 µm auf etwa 0,3 µm statt.
  • Im nachfolgenden Fotoschritt wird das Oxidfenster zur Implantation vor Bor geöffnet und ein dünnes Oxid vor der Implantation erzeugt.
  • Hierbei ist wesentlich, dass erheblich geringere Implantationskonzentrationen von einer Dosis von etwa 3*10EXP13 Ionen/cm2 bei einer Energie von 50keV verwendet werden.
  • Mit der Diffusion des Bors und der Herausbildung eines p, grad n Überganges kommt es zu einer weiteren Verringerung des konstant dotierten Restgebietes auf etwa 0,1 µm bedingt durch zusätzliche Diffusion des Gradienten in Richtung Oberfläche ausgehend vom Substrat.
  • Im simultanen Diffusionsprozess kommt es sowohl zu einer Diffusion des Bors durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte Epitaxiegebiet.
  • Gleichzeitig kommt es zu einer simultanen Diffusion der Träger aus dem Substrat in der der Bordiffusion entgegengesetzten Richtung.
  • Weiterhin kommt es zu einer vertikalen Diffusion der Konzentrationsunterschiede (Gradient) im Bahngebiet in Richtung des konstant dotierten Epitaxiegebietes und verringert dieses auf etwa 0,1 µm.
  • Es schließt sich ein zusätzlicher Fotoschritt mit Borimplantation an, der eine oberflächennahe p(+) Anhebung der Borkonzentration erwirkt. Daran anschließende Aktivierung der Träger erfolgt durch einen kurzzeitigen Temperaturschritt.
  • Nachfolgend wird mittels Fotoschritt das Kontaktgebiet des Schottky Bereichs geöffnet. Es folgen Metallisierungsschritte zur Erstellung der Schottkybarriere und zur Kontaktmetallisierung.
  • Die Erfindung sieht zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode vor, ausgehend von einem Ausgangsprodukt, das wenigstens ein n(+)-Substrat, ein graduiertes Epitaxiegebiet und ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet umfasst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass Bor eindiffundiert und ein grad n, p Übergang ausgebildet wird sowie simultane Diffusionsprozesse erfolgen,
    • - wobei sowohl eine Diffusion von Bor durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte Epitaxiegebiet erfolgt;
    • - wobei eine vorzugsweise simultane Diffusion aus dem n(+)-Substrat in einer Richtung erfolgt, die der Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte Epitaxiegebiet entgegengesetzt ist und
    • - wobei eine vertikale Diffusion eines Gradienten im Bahngebiet in einer Richtung erfolgt, die der Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte Epitaxiegebiet entgegengesetzt ist.
  • Es kann somit eine optimierte Schottky-Diode mit reduziertem Bahnwiderstand bereitgestellt werden. Daraus resultiert, dass die entsprechende Schottky-Diode von geringerer Baugröße gefertigt sein kann. Anwendungsgebiete solcher Schottky-Dioden können dadurch ausgedehnt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden mit reduziertem Bahnwiderstand sieht die Reduzierung des konstant dotierten Epitaxiegebietes in wenigstens zwei Schritten vor, wobei ein Schritt eine Oxidation und ein Schritt zumindest ein vorzugsweise simultaner Diffusionsprozess ist.
  • Die Erfindung kann vorsehen, dass in einer ersten Verringerung die Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes von etwa 0,5 µm auf etwa 0,3 µm verringert wird und in einer zweiten Verringerung von etwa 0,3 µm auf etwa 0,1 µm, bedingt durch zusätzliche Diffusion des Gradienten in Richtung der Oberfläche ausgehend vom Substrat, verringert wird.
  • Weiterhin wird eine Schottky-Diode beansprucht, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
  • Die Erfindung sieht auch eine Schottky-Diode vor, umfassend Kontaktmetallisierungen, eine Schottkybarriere, ein n(+) Substrat, ein graduiertes Epitaxiegebiet, ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet, ein Oxid, ein p(+)-Gebiet und ein p-Gebiet und ist dadurch gekennzeichnet, dass das konstant dotierte Epitaxiegebiet eine Schichtdicke von etwa 0,1 µm aufweist und das graduierte Epitaxiegebiet eine Schichtdicke von etwa 2 µm aufweist.
  • Eine derartige erfindungsgemäße Schottky-Diode weist einen reduzierten Bahnwiderstand und eine entsprechend erhöhte Stromdichte auf. Entsprechend kann die Baugröße einer solchen Schottky-Diode reduziert werden.
  • Beispielhaft und keineswegs hierauf beschränkend wird der charakteristische Bahnwiderstand der graduierten Schicht einer Schottky-Diode, die eine Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes von etwa 0,1 µm aufweist, im Fall der 40V Spannungsklasse auf etwa 15mOhm mm2 gesenkt.
  • Zuzüglich des charakteristischen Widerstands des Substrates von etwa 10mOhm mm2 ergibt sich ein Gesamtwiderstand von etwa 25mOhm mm2, der eine Erhöhung der Stromdichte auf etwa 4A/mm2 ermöglicht.
  • Die dominanten Restströme werden durch die Schottkybarriere und durch die Oberflächenkonzentration von etwa 0,1 µm bestimmt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen gemäß nachfolgend beschriebenen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • 1 Schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode
    • 2 Vergrößerte schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode
    • 3 Vergrößerte schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
    • 4 Vergrößerte schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
    • 5 Schematische Schnittansicht eines Ausgangsproduktes zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schottky-Diode
    • 6 Schematische Schnittansicht des in 5 gezeigten Ausgangsproduktes nach einem ersten Prozessschritt
    • 7 Schematische Schnittansicht gemäß 6 nach weiteren Prozessschritten
    • 8 Schematische Schnittansicht gemäß 7 nach weiteren Prozessschritten
    • 9 Schematische Schnittansicht gemäß 8 nach weiteren Prozessschritten
    • 10 Schematische Schnittansicht gemäß 9 nach weiteren Prozessschritten
    • 11 Schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schottky-Diode, hergestellt gemäß den in 5 bis 10 gezeigten Prozessschritten
  • In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung 12 mit Schottky-Diode dargestellt. Diese weist eine Metallisierung 1 und ein unterhalb der Metallisierung 1 angeordnetes Oxid 2 auf. Zusätzlich ist eine Barrieremetallschicht 5 vorgesehen. Unterhalb der Barrieremetallschicht 5 sowie des Oxids 2 ist eine Epitaxieschicht 4 angeordnet. Die Epitaxieschicht 4 ist im Ausführungsbeispiel vom ersten Leitungstyp, als n Epitaxieschicht ausgestaltet.
  • Die Halbleiteranordnung 12 mit Schottky-Diode umfasst weiterhin ein hochdotiertes Epitaxiesubstrat 7 vom ersten Leitungstyp. Im Ausführungsbeispiel ist das hochdotierte Epitaxiesubstrat 7 als n(+) Epitaxiesubstrat ausgebildet.
  • Die Halbleiteranordnung 12 mit Schottky-Diode weist zudem wenigstens ein Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp auf, das zudem als Schutzringstruktur ausgestaltet sein kann.
  • Das Diffusionsgebiet 31 dringt vertikal in ein graduiertes Gebiet 6 ein, ohne die Diffusionsfront von n(+) aus dem Epitaxiesubstrat 7 zu erreichen.
  • Das graduierte Gebiet 6 ist im Ausführungsbeispiel Resultat eines dem Stand der Technik entsprechendes Stufenprofils des Epitaxieprozesses, dessen vertikale Diffusionskomponente zur Konzentrationsanhebung im Gebiet 4 und der Herausbildung des Endzustandes des Gebietes 6 führt, als auch Endpunkt der gegenläufigen Diffusion des Gebietes 31 durch Gebiet 4 in Gebiet 6.
  • Das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp ist im Ausführungsbeispiel als p Gebiet ausgestaltet. Innerhalb des Diffusionsgebietes 31 ist ein höher dotiertes Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp, im Ausführungsbeispiel entsprechend p(+), derart eingebracht, dass das von der Barrieremetallschicht 5 überdeckte Gebiet der Epitaxieschicht 4 und des Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp leitend verbunden sind.
  • Dieses höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp ist konstruktiv so ausgebildet, dass eine lateral in das Diffusionsgebiet 31 eindringende Verarmungszone nicht durch das Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp begrenzt wird. Das höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp ist oberflächennah im Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp angeordnet. Die Notwendigkeit des höher dotierten Gebietes 8 vom zweiten Leitungstyp ergibt sich insbesondere durch eine Vermeidung von parasitären Barrieren auf bzw. in dem demgegenüber niedriger dotierten Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp.
  • Eine Erhöhung der Stromdichte wird dadurch erreicht, dass ein Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp, derart angeordnet wird, dass es in ein simultan eindiffundierendes, höher dotiertes graduiertes Gebiet 6 vom ersten Leitungstyp eindringt, jedoch die Diffusionsfront von n(+) aus dem Epitaxiesubstrat 7 nicht erreicht. Somit liegt kein p, (n+) Übergang sondern ein grad n, p Übergang 9 vor. Ein einstellbarer Konzentrationsgradient des graduierten Gebietes 6 erreicht bei der Simultandiffusion die Epitaxieschicht 4 und erhöht dessen Konzentration graduell, jedoch ohne dessen Oberfläche zu erreichen.
  • Sperrende Übergänge sind vertikal und lateral gerichtet. Der vertikale Übergang ist dabei vom Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp zum graduierten Gebiet 6 vom ersten Leitungstyp gerichtet. Dies entspricht dem genannten grad n, p Übergang 9.
  • Der laterale Übergang ist vom Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp zur Epitaxieschicht 4 vom ersten Leitungstyp gerichtet. Dies entspricht einem p, n Übergang 10. Die Ausbreitung der Raumladungszone erfolgt in vertikaler Richtung überwiegend in das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp als auch in Richtung des graduierten Gebietes 6 im Sinne einer Linearisierung des p, n Überganges 10. In lateraler Richtung erfolgt die Ausbreitung der Raumladungszone sowohl in das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp als auch in die Epitaxieschicht 4 vom ersten Leitungstyp. In einem Abstand zu dem Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich zumindest ein Feldring 32 eingebracht, der eine Begrenzung des äußeren elektrischen Feldes bewirkt. Dieser als x1 bezeichnete Abstand ist im gezeigten Beispiel größer als die Restdicke der Epitaxieschicht Wxn-grad (n+). Der Abstand x1 ist zudem größer als die summierte Schichtdicke der Epitaxieschicht 4 und des graduierten Gebietes 6.
  • In der 2 ist eine Darstellung des Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp und des Feldringes 32 im Detail gezeigt. Hierbei ist ersichtlich, dass das Einbringen eines oberflächennah angeordneten, höher dotierten Gebietes 8 vom zweiten Leitungstyp in das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp der Vermeidung von parasitären Barrieren auf der Oberfläche des Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp und der sich daraus ergebenden Fehlpolungen der Feldplattenmetallisierung oberhalb des Oxides 2 über dem äußeren lateral diffundierten Bereich des Gebietes 31 dient. Zur Verbesserung der Wirkung der äußeren Feldbegrenzung des Gebietes 32 ist ein Erreichen der Feldplattenmetallisierung des Bereiches 32 konstruktiv zu vermeiden. Das Einbringen eines Gebietes 8 in 32 äquivalent zu den Verhältnissen in 31 ist möglich aber nicht zwingend.
  • Die Vermeidung der Feldbegrenzung an der Oberfläche erfolgt durch Festlegung eines als x2 bezeichneten Abstandes zwischen dem Außenumfang des höher dotierten Gebietes 8 vom zweiten Leitungstyp und dem Außenumfang des Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp. Der Abstand x2 ist größer als die sich ausbreitende Raumladungszone im Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp. Weiterhin ist in 2 gezeigt, dass ein lateraler Querschnitt (A) der Struktur n, p, p(+), p, n und ein vertikaler Querschnitt (B) der Struktur p(+), p, grad n, n(+) vorliegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass entweder ein derartiger lateraler Querschnitt A oder ein derartiger vertikaler Querschnitt B vorliegt.
  • In 3 und 4 sind schematisch weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In der 3 ist dargestellt, wie das höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp derart fluchtend bezogen auf das Oxid 2 und innerhalb des Gebiets 31 vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, dass der Abstand x2 gemäß obigen Erläuterungen näher definiert wird. Zudem ist in der 3 ersichtlich, dass der Feldring 32 vom zweiten Leitungstyp kein höher dotiertes Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp aufweist.
  • 4 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform, bei der in das höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p(+) ein weiteres, noch höher dotiertes Gebiet 11 vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p(++) angeordnet ist. Dementsprechend kann mit dieser Anordnung ein vertikaler Übergang p(++), p(+), p, grad n, n(+) stattfinden. Überdies kann, wie jedoch nicht gezeigt wird, das Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp entsprechend 3 angeordnet sein und zusätzlich ein noch höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode ist in den 5 bis 10 schematisch dargestellt.
  • In einem ersten Prozessschritt erfolgt zunächst eine Oxidation eines Epitaxiewafers, der als Ausgangsprodukt 108 (siehe 5) eingesetzt wird, zur Vorbereitung auf nachfolgenden fotolithographischen Prozess und zur Passivierung vor nachfolgenden Hochtemperaturschritten.
  • Das Ausgangsprodukt 108 umfasst ein n(+) Substrat 102, ein graduiertes Epitaxiegebiet 103 und ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet 104, das im Ausführungsbeispiel eine Schichtdicke von etwa 0,5 µm aufweist.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist exemplarisch die 40V Spannungsklasse beschrieben. Es findet hierbei eine Verringerung der Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes 104 von etwa 0,5 µm (5) auf etwa 0,3 µm statt (siehe 6).
  • Im nachfolgenden Fotoschritt wird das Oxid 105 bzw. Oxidfenster zur Implantation vor Bor geöffnet und ein Oxid vor der Implantation erzeugt (siehe 7).
  • Mit der Diffusion des Bors und der Herausbildung eines p, grad n Überganges kommt es zu einer weiteren Verringerung des konstant dotierten Epitaxiegebietes 104 bedingt durch zusätzliche Diffusion des Gradienten in Richtung Oberfläche 109 ausgehend vom Substrat 102.
  • Im simultanen Diffusionsprozess kommt es sowohl zu einer Diffusion des Bors durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet 104 als auch in das graduierte Epitaxiegebiet 103.
  • Gleichzeitig kommt es zu einer simultanen Diffusion der Träger aus dem Substrat 102 in der, der Bordiffusion entgegengesetzten Richtung.
  • Hierbei kann es sich beispielsweise um Diffusion von Arsen handeln.
  • Weiterhin kommt es zu einer vertikalen Diffusion der Konzentrationsunterschiede (Gradient) im Bahngebiet in Richtung des konstant dotierten Gebietes 104 (siehe 8).
  • Es schließt sich ein zusätzlicher Fotoschritt mit Borimplantation an (siehe 9), der eine oberflächennahe p(+) Anhebung der Borkonzentration erwirkt. Diese ist aus Sicherheitsgründen notwendig, um sowohl den Kontakt von p (somit p, p(+))) zur energetischen Abführung der Avalancheströme im ESD Fall zu garantieren. Dies kann durch hochdosierte Bor- oder BF2 Implantation erfolgen.
  • Daran anschließende Aktivierung der Träger erfolgt durch einen kurzzeitigen Temperaturschritt, der keinen wesentlichen Einfluss auf die vorhergehenden Dotierungsprofile hat.
  • Nachfolgend wird mittels Fotoschritt das Kontaktgebiet des Schottky Bereichs geöffnet (siehe 10). Es folgen weitere Metallisierungsschritte zur Erstellung der Schottkybarriere 110 sowie zur Kontaktmetallisierung. Somit wird die in 11 dargestellte Schottky-Diode 100 erhalten, die erfindungsgemäß beansprucht wird, wobei angegebene Werte als exemplarisch und keinesfalls als bindend zu betrachten sind.
  • Die in 11 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Schottky-Diode 100 umfasst Kontaktmetallisierungen 101, 101a, eine Schottkybarriere 110, ein n(+) Substrat 102, ein graduiertes Epitaxiegebiet 103, ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet 104 , ein Oxid 105, ein p(+)-Gebiet 107 sowie ein p-Gebiet 106.
  • Das konstant dotierte Epitaxiegebiet 104 weist hierbei eine Schichtdicke von etwa 0,1 µm auf, das graduierte Epitaxiegebiet 103 weist eine Schichtdicke von etwa 2 µm auf.
  • Beispielhaft weist eine erfindungsgemäße Schottky-Diode 100 in der Spannungsklasse 40V einen verringerten charakteristischen Bahnwiderstand auf, der etwa 25mOhm mm2 beträgt. Eine vergleichbare Schottky-Diode aus dem Stand der Technik weist einen Bahnwiderstand von etwa 40mOhm mm2 auf.
  • Im Sinne der Erfindung sind die Begriffe Schottky-Diode und Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode als äquivalent aufzufassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metallisierung
    2
    Oxid
    3
    p(+),n Übergang
    4
    Epitaxieschicht
    5
    Barrieremetallschicht
    6
    graduiertes Gebiet
    7
    Epitaxiesubstrat
    8
    höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp
    9
    grad n, p Übergang
    10
    p, n Übergang
    11
    höher dotiertes Gebiet (p(++))
    12
    Halbleiteranordnung
    31
    Diffusionsgebiet
    32
    Feldring
    x1
    lateraler Abstand zwischen 31 und 32
    x2
    lateraler Abstand zwischen Außenumfang von 8 und Außenumfang von 31
    A
    lateraler Querschnitt
    B
    vertikaler Querschnitt
    100
    Schottky-Diode
    101
    Kontaktmetallisierung
    101a
    Kontaktmetallisierung
    102
    n(+) Substrat
    103
    graduiertes Epitaxiegebiet
    104
    konstant dotiertes Epitaxiegebiet
    105
    Oxid
    106
    p-Gebiet
    107
    p(+)-Gebiet
    108
    Ausgangsprodukt
    109
    Oberfläche
    110
    Schottkybarriere

Claims (5)

  1. Halbleiteranordnung (12) mit einer Schottky-Diode, umfassend eine Schutzringstruktur, eine Epitaxieschicht (4) von einem ersten Leitungstyp n, und ein Epitaxiesubstrat (7) von dem ersten Leitungstyp, wobei ein Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp ausgebildet ist, das mit einem Konzentrationsgradienten eines simultan diffundierten und gegenüber der Epitaxieschicht (4) höher dotierten graduierten Gebiets (6) vom ersten Leitungstyp einen grad n, p Übergang bildet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feldring (32) derart außerhalb konzentrisch zu dem Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, dass ein lateraler Abstand x1 zwischen dem Feldring (32) und dem Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp größer ist als eine zusammengesetzte Schichtdicke der Epitaxieschicht (4) und des graduierten Gebietes (6).
  2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp ein höher dotiertes Gebiet (8) vom zweiten Leitungstyp oberflächennah ausgebildet ist, wobei die laterale Dimensionierung des höher dotierten Gebiets (8) derart ausgebildet ist, dass durch Festlegung eines lateralen Abstandes x2 zwischen dem Außenumfang des höher dotierten Gebietes (8) vom zweiten Leitungstyp und dem Außenumfang des Diffusionsgebietes (31) vom zweiten Leitungstyp, wobei der Abstand x2 ist größer als sich eine ausbreitende Raumladungszone im Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp, erreicht wird, dass laterale Begrenzungen der Ausbreitung der Raumladungszone ausgeschlossen werden.
  3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein lateraler Querschnitt (A) der Struktur n, p, p(+), p, n und/oder ein vertikaler Querschnitt (B) der Struktur p(+), p, grad n, n(+) vorliegt.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode ausgehend von einem Ausgangsprodukt(108), das wenigstens ein n(+) Substrat (102), ein graduiertes Epitaxiegebiet (103) und ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet (104) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Bor eindiffundiert und ein grad n, p Übergang ausgebildet wird sowie simultane Diffusionsprozesse erfolgen, a. wobei sowohl eine Diffusion von Bor durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet (104) als auch in das graduierte Epitaxiegebiet (103) erfolgt; b. wobei eine Diffusion aus dem n(+)- Substrat (102) in einer Richtung erfolgt, die der Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet (104) als auch in das graduierte Epitaxiegebiet (103) entgegengesetzt ist und c. wobei eine vertikale Diffusion eines Gradienten im Bahngebiet in einer Richtung erfolgt, die der Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet (104) als auch in das graduierte Epitaxiegebiet (103) entgegengesetzt ist, d. wobei die Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes (104) von etwa 0,3 µm auf etwa 0,1 µm, bedingt durch zusätzliche Diffusion des Gradienten in Richtung der Oberfläche ausgehend vom Substrat, verringert wird.
  5. Schottky-Diode (100), wenigstens umfassend Kontaktmetallisierungen (101, 101a), eine Schottkybarriere (110), ein n(+)-Substrat (102), ein graduiertes Epitaxiegebiet (103), ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet (104), ein Oxid (105), ein p(+)-Gebiet (107) und ein p-Gebiet (106), dadurch gekennzeichnet, dass das konstant dotierte Epitaxiegebiet (104) eine Schichtdicke von etwa 0,1 µm aufweist und das graduierte Epitaxiegebiet (103) eine Schichtdicke von etwa 2 µm aufweist.
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