DE10344749B3

DE10344749B3 - Schottky-Kontakt in einem elektronischen Bauelement und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE10344749B3
Application number: DE2003144749
Authority: DE
Inventors: Stefan Pompl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2023-09-26

Abstract

Der Schottky-Kontakt in einem elektronischen Bauelement umfasst einen Halbleiterbereich (302), einen Metallbereich (306) aus einem Material, das Metallanteile aufweist, wobei der Metallbereich (306) an den Halbleiterbereich (302) angrenzt, um einen Metall-Halbleiterübergang auszubilden, und eine Isolationsschicht (314), die auf dem Halbleiterbereich (302) angeordnet ist. Ferner umfasst das elektronische Bauelement eine isolierende Schutzschicht (104), die auf der Isolationsschicht (314) angeordnet ist und in einem Schutzbereich (102) auf dem Metallbereich (306) angeordnet ist, sowie eine leitfähige Kontaktschicht (316, 318), die im Schutzbereich (102) auf der isolierenden Schutzschicht (104) angeordnet ist und ferner mit dem Metallbereich (306) in Berührung ist. Durch eine derartige Anordnung der isolierenden Schutzschicht (104) ist es möglich, eine Tunnelwahrscheinlichkeit von Ladungsträgern zwischen der leitfähigen Kontaktschicht (316, 318) und dem Halbleiterbereich (302) unter Umgehung einer sich zwischen dem Halbleiterbereich (302) und dem Metallbereich (316, 318) ausbildenden Raumladungszone (334) zu minimieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements, und insbesondere auf ein elektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements, wobei das elektronische Bauelement einen im Vergleich zu einem herkömmlichen elektronischen Bauelement reduzierten Leckstrom zwischen einem Metall-Halbleiter-Übergang aufweist.
In der Hoch- und Höchstfrequenztechnik werden oftmals elektronische Bauelemente mit einem ausreichend schnellen Schaltverhalten benötigt, wie dies z. B. bei einem Metall-Halbleiter-Kontakt (Schottky-Kontakt) möglich ist. In 3 ist ein derartiger Schottky-Kontakt in Form einer Schottky-Diode darstellt. Hierbei weist die Schottky-Diode 300 ein Substrat mit einem ersten Halbleiterbereich 302 und einem zweiten Halbleiterbereich 304 auf. Der erste Halbleiterbereich 302 umfasst beispielsweise ein epitaktisch aufgebrachtes n-dotiertes Silizium, während der zweite Halbleiterbereich 304 ein n-dotiertes Silizium umfasst, dessen Dotierung deutlich höher ist, als die Dotierung des ersten Halbleiterbereichs 302 ist und somit eine bessere elektrische Leitfähigkeit aufweist als der erste Halbleiterbereich 302. In den ersten Halbleiterbereich 302 ist weiterhin ein Metallbereich in Form einer Wanne 306 eingebettet, die vorzugsweise ein Material mit Metallanteilen (beispielsweise ein Silizid) umfasst.
Auf einem seitlichen Abschnitt des ersten Halbleiterbereichs 302 sowie dem zweiten Halbleiterbereich 304 ist weiterhin eine thermische Oxidschicht 310 angeordnet. Auf einem Teilbereich der thermischen Oxidschicht 310 ist ferner eine Isolationsschicht 312 angeordnet, wobei auf der Isolationsschicht 312 und dem nicht durch die Isolationsschicht 312 und die thermische Oxidschicht 310 bedeckten Bereich des Halbleiterbereichs 302 eine weitere Isolationsschicht 314 angeordnet ist. Die Isolationsschicht 312 und die weitere Isolationsschicht 314 sind beispielsweise durch ein CVD- (CVD = chemical vapor decomposition = chemische Gasphasenabscheidung) Verfahren herstellbar. Weiterhin ist auf der weiteren Isolationsschicht 314 sowie der Oberfläche der Wanne 306 eine Metallschicht angeordnet, die eine erste Teilschicht 316 und eine zweite Teilschicht 318 umfasst.
Die erste Teilschicht 316 umfasst vorzugsweise ein Material mit einer hohen Barrierewirkung gegenüber Diffusionen. Demgegenüber umfasst die zweite Teilschicht 318 ein Material, das eine höhere Leitfähigkeit als das Material der ersten Teilschicht 316 aufweist. Durch das Aufbringen der Metallschicht in der ersten Teilschicht 316 und der zweiten Teilschicht 318 wird sichergestellt, dass durch die zweite Teilschicht 318 eine hohe Leitfähigkeit (wie beispielsweise bei Kupfer) möglich ist, zugleich aber eine Ausdiffusion von Atomen aus der gut leitfähigen zweiten Teilschicht 318 in darunterliegende Schichten bei der Prozessierung des elektronischen Bauelements durch die erste Teilschicht 316 verhindert wird.
Um eine derartige Metallisierung mit der beschriebenen integrierten Barrierewirkung der Metallschicht zu ermöglichen, ist es jedoch notwendig, bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen (beispielsweise von Flip-Chip-GHz-Schottky-Dioden) die Metallschicht bzw. die Metallschichten über Oxidschrägen (insbesondere über 45° Oxidschrägen) zu führen. Dies resultiert daher, dass bei einem Auftreten von hohen anisotropen Kanten möglicherweise ein Abriß der barrierewirksamen ersten Teilschicht 316 auftreten kann, wodurch die Barrierewirkung der ersten Teilschicht 316 in bezug auf die zweite Teilschicht 318 nicht mehr sichergestellt ist. Bedingt durch die geometrische Form laufen die Oxidschrägen beliebig dünn zu. Ab einer bestimmten Oxidrestdicke besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Ladungsträger durch das Oxid tunneln. In Sperrichtung entsteht auf diese Weise zwischen der durch die Metallschicht ausgebildeten metallischen Leiterbahn und dem epitaktischen Silizium 302 ein Leckstrom.
Am Beispiel der in 3 dargestellten Struktur eines elektronischen Bauelements mit einem Metall-Halbleiter-Kontakt soll die Entstehung des Leckstroms näher erläutert werden, wobei zugleich auf die typischen Verfahrensschritte zum Herstellen des dargestellten Bauelements eingegangen wird. Ausgehend von einem Halbleitersubstrat mit dem ersten Halbleiterbereich 302 und dem zweiten Halbleiterbereich 304 wird nachfolgend durch eine thermische Oxidation die thermische Oxidschicht 310 vollständig oder teilweise auf den ersten Halbleiterbereich 302 und den zweiten Halbleiterbereich 304 aufgetragen. Um die thermische Oxidschicht 310 zu verstärken, wird in einem nachfolgenden Prozessschritt die Isolationsschicht 312, beispielsweise ein CVD-Oxid, auf einem Teilbereich der thermischen Oxidschicht 310 aufgetragen. Weiterhin wird auf die Isolationsschicht 312 und einen noch freiliegenden Teilbereich des Halbleiterbereichs 302 die weitere Isolationsschicht 314 aufgetragen, wobei vorzugsweise wiederum ein CVD-Verfahren zum Einsatz kommt.
Durch einen nachfolgenden Strukturierschritt, beispielsweise durch einen photolithographischen Prozess gefolgt von einer nasschemischen Ätzung, wird die weitere Isolationsschicht 314 in demjenigen Bereich entfernt, in dem in einem nachfolgenden Prozessschritt ein Metallbereich in Form einer Wanne auszubilden ist. Bei der nasschemischen Ätzung werden weiterhin die weitere Isolationsschicht 314 derart abgetragen, dass sich eine Schräge 320 ausbildet, die beispielsweise einen Winkel von 45° aufweist. Hieran anschließend erfolgt ein Abscheiden eines zu silizierenden Metalls auf die weitere Isolationsschicht 314 sowie den nach dem vorangegangenen Strukturiervorgang freiliegenden Teilbereich des ersten Halbleiterbereichs 302. Hieran anschließend erfolgt in einem Temper-Schritt eine Silizid-Bildung, wodurch sich eine in dem ersten Halbleiterbereich 320 eingebettete Wanne 306 ausbildet.
In einem nachfolgenden Prozessschritt wird das verbliebene Metall entfernt. Hieran anschließend wird die Metallschicht als Metallschichtstapel (beispielsweise der ersten Teilschicht 316 und der zweiten Teilschicht 318) mit der integrierten Barrierewirkung aufgebracht, was vorzugsweise durch ein Aufdampfen erfolgt.
In einem derart hergestellten elektronischen Bauelement grenzen nun in einem Berührungspunkt 330 Metall 316, Silizid 306, Oxid 314 einer geringen Dicke (< 10 nm) und das n-epitaktische Silizium des ersten Halbleiterbereichs 302 aneinander. Neben dem Hauptstrompfad in Vorwärtsrichtung zwischen dem Metall 316, 318 über das Silizid in der Wanne 306 in das Silizium des ersten Halbleiterbereichs 302 etabliert sich nun in Sperrichtung ein Leckstrom vom Metall 316, 318 in das Silizium des ersten Halbleiterbereichs 302 unter Umgehung einer sich ausbildenden Schottky-Raumladungszone 334, wobei dieser Leckstrompfad 336 aus einem Tunneln von Ladungsträgern durch das spitz auslaufende Oxid der weiteren Isolationsschicht 314 resultiert.
Ein derartiger Leckstrompfad 336 verhindert die korrekte Funktionsweise des elektronischen Bauelements insbesondere bei hohen Frequenzen, was sich als stark nachteilhaft auswirkt. Um den Leckstrom gering zu halten, wurden in herkömmlichen Schottky-Dioden ein p-dotierter Schutzring an der Stelle im herzustellenden elektronischen Bauelement implantiert, an dem ein Metallbereich an einen Halbleiterbereich und an eine Isolationsschicht angrenzt. Hierdurch lässt sich durch den p-dotierten Bereich in Verbindung mit dem n-dotierten Halbleiterbereich ein pn-Übergang realisieren, durch welchen ein möglicherweise auftretender Leckstrom unterdrückbar ist. Das Implantieren eines Schutzrings birgt jedoch den Nachteil, dass sich durch einen derartigen Ansatz die Gesamtkapazität der herzustellenden Schottky-Diode erhöht, was sich problematisch bei hochfrequenten Anwendungen im GHz-Bereich auswirkt.
4 zeigt ein Bauelement mit mehreren Metall-Halbleiter-Kontakten (Schottky-Dioden) 300, 402 und 404, wobei die Metall-Halbleiter-Kontakte 402 und 404 strukturell ähnlich zu dem Metall-Halbleiter-Kontakt 300 sind. Im Unterschied zu dem Kontakt 300 ist bei den Kontakten 402 und 404 eine Wanne 406 in den zweiten Halbleiterbereich 304 eingebettet und die erste Teilschicht 316 der Metallschicht auf eine Schräge 408 der Isolationsschicht 312 und der weiteren Isolationsschicht 314 aufgetragen.

Die US 3,541,408 zeigt eine Schutzringstruktur, die für den Einsatz in Schottky-Barrierenbauelementen angepasst ist, um einen Leckstrom zu vermindern und eine Rückwärtsdurchbruchspannung zu erhöhen. Insbesondere werden in der US 3,541,403 ein Schottky-Barrierenelement offenbart, das Dioden und Teilchensektoren umfasst und das einen pn-Übergang sowie einen Metall-Isolator-Halbleiter(= MIS)-Schutzring aufweist.

Die DE 1 962 814 A zeigt eine Metall-Halbleiterdiode mit einer, auf einem Halbleiterkörper angeordneten, mit einem ersten Kontaktfenster versehenen ersten Isolationsschicht, die ferner eine zweite, im Vergleich zur ersten Isolationsschicht dünnere Isolationsschicht aufweist, in der ein zweites, im Vergleich zum ersten Kontaktfenster kleineres Kontaktfenster angeordnet ist, so dass die zweite Isolationsschicht den Rand der Oberfläche den durch das erste Kontaktfenster tretenden Halbleiterkörpers bedeckt und wobei im ersten und zweiten Kontaktfenster Kontaktmetall vorgesehen ist.

In der Zeitschrift IEEE Transactions on electron devises (ISSN 0018-93831986, Vol. ED 33, No. 9, Seiten 1294 bis 1298) ist in dem Aufsatz "Nearly Ideal Unguarded Vanadium-Silicide Schottky-Barrier Diodes" von V.F. Drobny eine ungeschützte Schottky-Diode offenbart, die unter Verwendung eines VSi₂/nSi-Übergangs hergestellt werden kann. Der Rückwärts-Stromverlust solcher Dioden wird vollständig über die Verbesserung des elektrischen Feldes, das in der Nähe von Diodenkanten anliegt, beschrieben. Die Werte eines Diodenqualitätsfaktors sind nahezu gleich 1 und sind identisch zu denen einer geschützten Diode, die auf dem gleichen Wafer integriert werden können.

Die US 6,423,598 B1 zeigt eine Schottky-Diode mit einer Struktur, die keinen pn-Übergang umfasst, wobei eine Spannungsresistenz gegen eine Rückwärts-Biasspannung verbessert ist, wenn die Schottky-Diode in Kombination mit einem isolierten Gate-Bauelement eingesetzt wird.

Der Artikel von V.F. Drobny oder die US 6423598 B1 bilden den Oberbegriff der der selbständigen Ansprüche.

Die wissenschaftliche Veröffentlichung "Enhancement of Breakedown Votages of Schottky Diodes with a Tapered Window" von Y.-I. CHOI, veröffentlicht in IEEE "transactions on electron devices (ISSN 0018-9383, 1986, Vol. ED-28, No. 5, Seiten 601 –602) offenbart eine Aluminium-Silizium-Schottky-Diode mit einem keilförmigen Fenster, die durch die Verwendung von einer stufenweisen Ätzung von SiO₂ hergestellt wurde. Die Durchbruchspannung konnte dabei auf 130 Volt erheblich erhöhat werden, verglichen mit 30 Volt für ungeschützte Schottky-Dioden.

Die JP 56 38863 AA offenbart ein Halbleiterbauelement bei dem die ungünstigen Effekte, die durch eine unstabile Silizidschicht an den Randbereiche eines Verbindungsfensters erscheinen, dadurch entfernt werden, dass in einem Isolationsfilm, der eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats bedeckt, eine Metall-Silizidschicht in dem Verbindungsfenster ausgeformt wird, woran anschließend ein isolierender Film mit einem Fenster und einer Kontaktelektrode bereitgestellt werden, wobei das Fenster schmaler als das Kontaktfenster ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Leckstrom eines Metall-Halbleiter-Kontaktes auf einfache Art und Weise zu unterbinden, wobei zugleich ein niedriges thermisches Budget aufzuwenden ist und eine Metallisierung mit integrierter Barrierewirkung verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Schottky-Kontakt in einem elektronischen Bauelement gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen gemäß Anspruch 14 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Schottky-Kontakt in einem elektronischen Bauelement mit folgenden Merkmalen:
einem Halbleiterbereich;
einem Metallbereich aus einem Material, das Metallanteile aufweist, wobei der Metallbereich an den Halbleiterbereich angrenzt, um einen Metall-Halbleiter-Übergang zu erhalten;
einer Isolationsschicht, die auf dem Halbleiterbereich angeordnet ist;
einer isolierenden Schutzschicht, die auf der Isolationsschicht angeordnet ist und sich in einen an den Metall-Halbleiter-Übergang angrenzenden Schutzbereich auf dem Metallbereich erstreckt; und
einer leitfähigen Kontaktschicht, die im Schutzbereich auf der Schutzschicht angeordnet ist und die ferner mit dem Metallbereich in Berührung ist.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Schottky-Kontaktes in einem elektronischen Bauelement mit folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen eines Halbleiterbereichs; eines Metallbereichs aus einem Material, das Metallanteile aufweist, wobei der Metallbereich an den Halbleiterbereich angrenzt, um einen Metall-Halbleiter-Übergang zu erhalten; einer Isolationsschicht, die auf dem Halbleiterbereich angeordnet ist;
(b) Aufbringen einer isolierenden Schutzschicht auf die Isolationsschicht und auf einen an den den Metall-Halbleiter-Übergang angrenzenden Schutzbereich des Metallbereichs; und
(c) Aufbringen einer leitfähigen Kontaktschicht auf die isolierende Schutzschicht und einen an den Schutzbereich angrenzenden Mittelbereich des Metallbereichs.

Erfindungsgemäß wird der oben beschriebene Ansatz verlassen, bei dem der Leckstrom durch die Implantation eines Schutz rings unterbunden wird. Erfindungsgemäß wird auf der Isolationsschicht und einem Schutzbereich auf dem Metallbereich eine Schutzschicht, vorzugsweise aus einem Niedertemperaturoxid, angeordnet. Erfindungsgemäß ist die leitfähige Kontaktschicht auf der Schutzschicht und auf einem Teilbereich des Metallbereichs angeordnet. Vorzugsweise weist die isolierende Schutzschicht eine Dicke auf, dass die Tunnelwahrscheinlichkeit zwischen der leitfähigen Kontaktschicht und dem Halbleiterbereich gegen Null geht (d. h. beispielsweise kleiner als 0,001 ist).

Ein erster Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes besteht darin, dass über dem Halbleiterbereich die Dicke der isolierenden Schichten (d. h. der Isolationsschicht und der isolierenden Schutzschicht) erhöht wird und damit das Tunneln der Ladungsträger nahezu unterbunden wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes besteht darin, dass durch das Auftragen der isolierenden Schutzschicht die vorzugsweise 45° abgewinkelte Schräge der Isolationsschicht nicht degradiert wird. Weiterhin lässt sich durch das Ausbilden einer Dicke der isolierenden Schutzschicht über dem Metallbereich von vorzugsweise 100 nm eine Stufenhöhe der abgeschiedenen Schutzschicht realisieren, durch die in Kombination mit den 45°-Schrägen ein Auftragen einer Metallisierung mit integrierter Barrierewirkung möglich ist (d. h. ein Abreißen derjenigen Teilschicht der leitfähigen Kontaktschicht, die als Diffusionsbarriere wirkt, verhindert wird).

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes besteht darin, dass durch das Aufbringen der isolierenden Schutzschicht der tunnelkritische kürzeste Abstand von einem raumladungszonenfreien Bereich des Halbleitersubstrats zu der leitfähigen Kontaktschicht derart ausgebildet ist, dass der tunnelkritische Bereich über den Metallbereich verschoben wird und die Wahrscheinlichkeit des Tunnelns somit deutlich reduziert ist. Die Schottky-Barriere ist damit voll wirksam.

Weiterhin lässt sich die Tunnelbarriere durch die isolierende Schutzschicht in einem Verfahren unter Anwendung eines niedrigen thermischen Budgets realisieren, was sich als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ansatzes erweist.

Zusätzlich sind durch die Abstimmung der nasschemischen Prozesse bei der Strukturierung der Isolationsschicht und der Strukturierung der isolierenden Schutzschicht gleiche Masken verwendbar.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Teilbereich eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements in Querschnittsdarstellung;
2A bis 2E die Schritte eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des elektronischen Bauelements in Querschnittsdarstellung;
3 einen Teilausschnitt eines herkömmlichen elektronischen Bauelements in Querschnittsdarstellung; und
4 ein herkömmliches elektronisches Bauelement in Querschnittsdarstellung.
In der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt einen Teilbereich des erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements 100 das wiederum den ersten Halbleiterbereich 302, den zweiten Halbleiterbereich 304, den Metallbe reich in Form der Wanne 306, die thermische Oxidationsschicht 310, die Isolationsschicht 312 sowie die weitere Isolationsschicht 314 umfasst, deren Anordnung der Anordnung des in
3 dargestellten elektronischen Bauelements entsprechen. Weiterhin weist die weitere Isolationsschicht 314 eine in Richtung einer Oberfläche der Wanne 306 (d. h. einer Oberfläche des Metallbereichs) schräg abfallende Seitenflanke 320 auf, die vorzugsweise in einem Winkel von 45° abfällt. Die weitere Isolationsschicht 314 weist im an die Wanne 306 angrenzenden Bereich eine Dicke von weniger als 10 nm auf. Auf der weiteren Isolationsschicht 314 sowie einem Schutzbereich 102 auf der Oberfläche der Wanne 306 ist ferner eine isolierende Schutzschicht 104 angeordnet. Die Breite b_{Schutzbereich} des Schutzbereichs 102 umfasst vorzugsweise weniger als 100 nm. Die Dicke der isolierenden Schutzschicht 104 umfasst weniger als 100 nm, mindestens jedoch so viele Nanometer wie für die sichere Herstellung benötigt werden. Weiterhin weist die isolierende Schutzschicht an derjenigen Stelle über der Oberfläche der Wanne 306 eine Stufe 106 auf, an der der Schutzbereich 102 an einen Mittelbereich 108 der Oberfläche der Wanne 306 grenzt, und wobei die Höhe der Stufe 106 weniger als 100 nm beträgt.
Auf einer Oberfläche der isolierenden Schutzschicht 104 sowie den an den Schutzbereich 102 angrenzenden Mittelbereich 108 der Oberfläche der Wanne 306 ist ferner die erste Teilschicht 316 der leitfähigen Kontaktschicht mit der integrierten Barrierewirkung angeordnet. Auf einer Oberfläche der ersten Teilschicht 316 der leitfähigen Kontaktschicht ist die zweite Teilschicht 318 der leitfähigen Kontaktschicht mit der gegenüber der ersten Teilschicht 316 höheren Leitfähigkeit angeordnet.
Durch das Anordnen der isolierenden Schutzschicht 104 auf der weiteren Isolationsschicht 314 sowie dem Schutzbereich 102 wird somit sichergestellt, dass bei einem Anlegen einer Spannung zwischen der leitfähigen Kontaktschicht 316, 318 und dem ersten Halbleiterbereich 302 ein Leckstrom zwischen der leitfähigen Kontaktschicht 316, 318 über die weiteren Isolationsschicht 314 zum ersten Halbleiterbereich 302 minimiert wird. Dies resultiert daraus, dass ein kürzester Abstand von einem raumladungszonenfreien Bereich des ersten Halbleiterbereichs 302 zu der leitfähigen Kontaktschicht 316, 318 so gewählt ist, dass eine Tunnelwahrscheinlichkeit von Ladungsträgern von dem raumladungszonenfreien Bereich über die weiteren Isolationsschicht 314 und die isolierende Schutzschicht 104 gegen Null strebt, d. h. beispielsweise kleiner als 0,001 ist. Weiterhin ermöglicht eine Dicke der isolierenden Schutzschicht 104 von weniger als 100 nm eine Stufenhöhe der Stufe 106 durch die eine durchgehende erste Teilschicht 316 sichergestellt ist. Die Barrierewirkung der ersten Teilschicht 316 gegenüber der zweiten Teilschicht 318 bleibt somit erhalten.
Die 2A–2E zeigen die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Bauelements in Querschnittsdarstellung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. 2A zeigt ein Substrat 200, das vorzugsweise ein p-dotiertes Silizium umfasst. In das Substrat 200 ist der zweite Halbleiterbereich 304 wannenförmig eingebettet, wobei der zweite Halbleiterbereich 304 eine Sockelstruktur 202 aufweist. Weiterhin ist auf dem zweiten Halbleiterbereich 304 oberhalb der Sockelstruktur 202 der erste Halbleiterbereich 302 angeordnet. Der zweite Halbleiterbereich 304 weist ferner eine erste Kontaktstelle 204 und eine zweite Kontaktstelle 206 auf, die vorzugsweise als in den zweiten Halbleiterbereich 304 eingebettete Silizid-Wannen ausgestaltet sind. In den ersten Halbleiterbereich 302 ist wiederum die Wanne 306 eingebettet, die vorzugsweise ein Silizid-Material umfasst. Weiterhin sind eine Oberfläche des Substrats 200, eine Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs 304, sowie ein seitlicher Abschnitt des ersten Halbleiterbereichs 302 durch die thermische Oxidschicht 310 bedeckt.
Auf demjenigen Bereich der thermischen Oxidschicht 310, der über der Oberfläche des Substrats 200, der Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs 304 sowie dem seitlichen Abschnitt des ersten Halbleiterbereichs 302 angeordnet ist, ist die Isolationsschicht 312 angeordnet. Auf einer Oberfläche der Isolationsschicht 312 sowie der freiliegenden des ersten Halbleiterbereichs 302 ist die weitere Isolationsschicht 314 angeordnet. Die weitere Isolationsschicht 314 weist hierbei eine in Richtung der Oberfläche der Wanne 306 schräg abfallende Seitenflanke 320 auf, die vorzugsweise in einem 45°-Winkel abfällt. Die weitere Isolationsschicht 314 und die Isolationsschicht 312 weisen ferner in Richtung der Kontaktstellen 204, 206 abfallende Seitenflanken 210 auf.
Um die in 2A dargestellte Struktur zu erhalten, lässt sich vorzugsweise ein Ausgangsmaterial, bestehend aus dem Substrat 200, dem zweiten Halbleiterbereich 304 sowie dem ersten Halbleiterbereich 302 verwenden, worauf die thermische Oxidschicht 310, die Isolationsschicht 312 und die weitere Isolationsschicht 314 abgeschieden und derart strukturiert werden, dass sich die dargestellte Struktur unter Einschluss der Schrägen 210 und 320 ergibt. Hieran anschließend wird vorzugsweise ein zu silizierendes Metall auf die Oberfläche der weitere Isolationsschicht 314 die Schrägen 210 und 320 sowie die freiliegenden Bereiche des zweiten Halbleiterbereichs 304 an den Kontaktstellen 204 und 206 sowie dem freiliegenden Bereich des ersten Halbleiterbereichs 302, an dem die Wanne 306 auszubilden ist, aufgetragen. Durch einen nachfolgenden Temper-Schritt bildet sich an denjenigen Stellen, an denen das zu silizierende Metall an den ersten Halbleiterbereich 302 oder den zweiten Halbleiterbereich 304 angrenzt, mit dem jeweils angrenzenden Halbleitermaterial ein Silizid, das in Form von Wannen 204, 206, 306 in den jeweils angrenzenden Halbleiterbereich 302, 304 eingebettet ist. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird dasjenige Metall, das nicht durch die Silizid-Bildung verbraucht wurde, entfernt.
Ausgehend von der in 2A dargestellten Struktur wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die isolierende Schutzschicht 104 auf die Oberfläche der weitere Isolationsschicht 314, die Schrägen 210 und 320 sowie die Oberflächen der Silizid-Wannen 204, 206 und 306 aufgetragen. Dadurch, dass die isolierende Schutzschicht 104 vorzugsweise eine in erster Näherung konstante Dicke von weniger als 100 nm aufweist, wird die Wirkung der Schrägen 210 und 320 in bezug auf die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt aufzubringende Metallisierung mit der integrierten Barrierewirkung lediglich auf einen Oberflächenbereich der isolierenden Schutzschicht 104 verschoben, der über den Schrägen 210 und 320 angeordnet ist. Eine sich nach diesem Verfahrensschritt ergebende Struktur ist in 2B dargestellt.
Hieran anschließend wird eine Strukturierschicht 230, beispielsweise ein photostrukturierbarer Resist, auf eine Oberfläche der isolierenden Schutzschicht 104 aufgebracht. Die Strukturierschicht 230 wird ferner, beispielsweise durch einen photolithographischen Prozess unter Verwendung einer Belichtungsmaske, derart strukturiert, dass ein Teilbereich 232 der Oberfläche der isolierenden Schutzschicht 104 oberhalb der Silizid-Wannen der Kontaktstellen 204 und 206 und ein Teilbereich der isolierenden Schutzschicht 104, der über einem Mittelbereich 108 der in dem ersten Halbleiterbereich 302 eingebetteten Wanne 306 angeordnet ist, frei liegt. Durch den freiliegenden Bereich der Oberfläche der isolierenden Schutzschicht 104 über der Wanne 306 ist ferner der freizulegende Mittelbereich 108 der Oberfläche der in den ersten Halbleiterbereich 302 eingebetteten Wanne 306 definiert. Die sich nach diesem Verfahrensschritt ergebende Struktur ist in 2C dargestellt. In einem anschließenden Ätzschritt wird derjenige Teilbereich der isolierenden Schutzschicht 104 entfernt, der im wesentlichen lotrecht unter dem freiliegenden Teilbereich 232 der Oberfläche der isolierenden Schutzschicht 104 und dem freiliegenden Teilbereich über dem Mit telbereich 108 der Wanne 306 angeordnet ist, so dass die Oberfläche der Silizid-Wannen der Kontaktstellen 204 und 206 und der Wanne 306 im ersten Halbleiterbereich 302 frei liegt Das Entfernen der Teilbereiche der isolierenden Schutzschicht 104, die den Mittelbereich 108 der Oberfläche der Wanne 306 sowie die Oberflächen der Silizid-Wannen der Kontaktstellen 204 und 206 bedecken, erfolgt vorzugsweise durch einen nasschemischen Ätzvorgang. Hieran anschließend erfolgt ein Entfernen der Strukturierschicht 230. Die sich nach diesem Verfahrensschritt ergebende Struktur ist in 2D dargestellt.
Um die Funktionsfähigkeit der herzustellenden Schottky-Diode zu gewährleisten, ist sicherzustellen, dass der freizulegende Mittelbereich 108 der Oberfläche der in den ersten Halbleiterbereich 302 eingebetteten Wanne 306 einen Abstand von der weiteren Isolationsschicht 314 aufweist, der der Breite b_{Schutzbereich} des Schutzbereichs 102 entspricht. Hierdurch wird sichergestellt, dass die isolierende Schutzschicht 104 in einer ausreichenden Breite auf der Oberfläche der in den ersten Halbleiterbereich 302 eingebetteten Wanne 306 angeordnet ist, wodurch sich die Tunnelwahrscheinlichkeit von Ladungsträgern durch die weitere Isolationsschicht 314 und die isolierende Schutzschicht 104 minimieren lässt.
In nachfolgenden Verfahrensschritten erfolgt ein Aufbringen (beispielsweise ein Aufdampfen) eines Metallschichtstapels mit integrierter Barrierewirkung und dessen Strukturieren, um die Kontakte elektrisch zu trennen, so dass sich einen Struktur ergibt, wie sie in 2E dargestellt ist und so dass sich beispielsweise in einem Teilbereich der hergestellten Struktur eine in 1 dargestellte Struktur ergibt.
Durch das Einfügen des zusätzlichen Prozessmoduls, in dem die isolierende Schutzschicht 104 aufgebracht wird, lässt sich somit auf einfache Art und Weise die Tunnelwahrscheinlichkeit von Ladungsträgern zwischen dem ersten Halbleiterbereich 302 und der leitfähigen Kontaktschicht 316, 318 reduzieren. Insbesondere lässt sich durch das Aufbringen und das Strukturieren der isolierenden Schutzschicht 104 ein Schutzbereich 102 ausbilden, in dem die Oberfläche der Wanne 306 durch ein isolierendes Material bedeckt ist. Im Unterschied zum herkömmlichen Verfahren ist nunmehr jedoch ein niedrigeres thermisches Budget erforderlich, da die Abdeckung der Oberfläche der Wanne 306 im Schutzbereich 102 durch die isolierende Schutzschicht erst nach dem Ausbilden der Wanne 306 erfolgt.
Obwohl oben ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert wurde, ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere findet die vorliegende Erfindung auch Anwendung auf weitere elektronische Bauelemente, bei denen ein Tunnel von Ladungsträgern über eine oder mehrere Isolationsschichten zu einem Leckstrom führt.

100: erfindungsgemäßes elektronisches Bauelement
102: Schutzbereich
104: isolierende Schutzschicht
106: Stufe der isolierenden Schutzschicht 104
108: Mittelbereich der Wanne 306
b_{Schutzbereich}: Breite des Schutzbereichs
200: Halbleitersubstrat
202: Sockelstruktur des zweiten Halbleiterbereichs
: 304
204: Kontaktstelle
206: Kontaktstelle
208: Randbereich der Kontaktstellen 204, 206
210: in Richtung zu einer Kontaktstelle 204, 206
: abfallende Schräge
230: Strukturierschicht
232: freiliegender Teilbereich der Oberfläche der
: isolierenden Schutzschicht 104
300: elektronisches Bauelement
302: erster Halbleiterbereich
304: zweiter Halbleiterbereich
306: Wanne
310: thermische Oxidschicht
312: Isolationsschicht
314: weitere Isolationsschicht
316: erste Teilschicht der leitfähigen Kontakt
: schicht
318: zweite Teilschicht der leitfähigen Kontakt
: schicht
320: in Richtung zu einer Oberfläche der Wanne 306
: abfallende Schräge der weiteren Isolations
: schicht 314 und der thermischen Oxidschicht
: 310
330: Berührungspunkt zwischen der ersten Teil
: schicht 316 der leitfähigen Kontaktschicht,
: und der Wanne 306
340: Übergang zwischen der Wanne 306 und dem ersten
: Halbleiterbereich 302
334: Raumladungszone
336: Leckstrompfad
402: Metall-Halbleiter-Kontakt
404: Metall-Halbleiter-Kontakt
406: Wanne
408: Schräge der Isolationsschicht 312 und der
: weiteren Isolationsschicht 314

Claims

Schottky-Kontakt in einem elektronischen Bauelement mit einem Halbleiterbereich (302), einem Metallbereich (306), der an den Halbleiterbereich (302) angrenzt, um einen Metall-Halbleiter-Übergang zu erhalten, einer Isolationsschicht (314), die auf dem Halbleiterbereich (302) angeordnet ist und eine in Richtung einer Oberfläche des Metallbereichs (306) abfallende Schräge (320) aufweist, und einer leitfähigen Kontaktschicht, die mit dem Metallbereich in Berührung ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine isolierende Schutzschicht (104) auf der Isolationsschicht (314) und in einem an den Metall-Halbleiter-Übergang angrenzenden Schutzbereich (102) auf dem Metallbereich (306) angeordnet ist.
Schottky-Kontakt gemäß Anspruch 1, bei dem die Isolationsschicht (314) und die isolierende Schutzschicht (104) derart ausgebildet sind, dass ein kürzester Abstand von einem raumladungszonenfreien Bereich des Halbleiterbereichs (302) zu der leitfähigen Kontaktschicht (316, 318) so gewählt ist, dass eine Tunnelwahrscheinlichkeit von Ladungsträgern von dem raumladungszonenfreien Bereich des Halbleiterbereichs (302) über die Isolationsschicht (314) und die isolierende Schutzschicht (104) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Schottky-Kontakt gemäß Anspruch 2, bei dem der vorbestimmte Wert gleich 0,001 ist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die abfallende Schräge (320) zur Oberfläche des Metallbereichs (306) einen Winkel von 45° aufweist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die isolierende Schutzschicht (104) eine Dicke von weniger als 100 nm aufweist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schutzbereich (102) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem durch die isolierende Schutzschicht (104) über die Oberfläche des Metallbereichs (306) eine Stufe (106) ausgebildet ist, die eine Stufenhöhe von weniger als 100 nm aufweist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche l bis 7, bei dem die leitfähige Kontaktschicht (316, 318) eine erste Teilschicht (316) und eine zweite Teilschicht (318) umfasst, wobei die erste Teilschicht (316) auf einer Oberfläche der isolierenden Schutzschicht (104) und im Schutzbereich (102) auf der Oberfläche des Metallbereichs (306) angeordnet ist und ein Material mit einer Barrierewirkung gegenüber einer Diffusion aufweist und wobei die zweite Teilschicht (318) auf der ersten Teilschicht (316) angeordnet ist und die zweite Teilschicht (318) ein Material mit einer gegenüber der ersten Teilschicht (316) hohen elektrischen Leitfähigkeit aufweist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Isolationsschicht (314) ein CVD-Oxid umfasst.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Metallbereich (306) ein Silizid ist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Metallbereich (306) eine in den Halbleiterbereich (302) eingebettete Wanne ist.
Schottky-Kontakt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einem Halbleitersubstrat (200), wobei das Halbleitersubstrat (200) einen weiteren Halbleiterbereich (304) umfasst, der im Vergleich zum Halbleiterbereich (302) eine höhere Leitfähigkeit hat und einen Kontaktanschluß (204, 206) aufweist.
Schottky-Kontakt gemäß Anspruch 12, bei dem der weitere Halbleiterbereich (304) an dem Kontaktanschluß (204, 206) eine in den weiteren Halbleiterbereich (304) eingebettete Wanne mit einem Material mit Metallanteilen umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Schottky-Kontakts in einem elektronischen Bauelement mit folgenden Schritten: (a) Bereitstellen eines Halbleiterbereichs (302); eines Metallbereichs (306) aus einem Material, das Metallanteile aufweist, wobei der Metallbereich (306) an den Halbleiterbereich (302) angrenzt; einer Isolationsschicht (314), die auf dem Halbleiterbereich (302) angeordnet ist und eine in Richtung einer Oberfläche des Metallbereichs (306) abfallende Schräge (320) aufweist; (b) Aufbringen einer isolierenden Schutzschicht (104) auf die Isolationsschicht (314) und auf einen Schutzbereich (102) des Metallbereichs (306); und (c) Aufbringen einer leitfähigen Kontaktschicht (316, 318) auf den isolierenden Schutzbereich (104) und einen an den Schutzbereich (102) angrenzenden Mittelbereich (108) des Metallbereichs (306).
Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Schritt (a) folgende Schritte umfasst: (a.1) Erzeugen des Halbleiterbereichs (302) auf einem Halbleitersubstrat (200); (a.2) Ausbilden einer strukturierten Isolationsschicht (314) auf dem Halbleiterbereich (302); und (a.3) Ausbilden eines an den Halbleiterbereich (302) angrenzenden Metallbereichs (306).
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem der Schritt (a.2) folgende Schritte umfasst: (a.2.1) Aufbringen eines dielektrischen Materials (314) auf den Halbleiterbereich (302); und (a.2.2) Strukturieren des aufgebrachten dielektrischen Materials (314), um einen Teilbereich des Halbleiterbereichs (302) freizulegen.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem der Schritt (a.2.1) folgenden Schritt umfasst: (a.2.1.1) Abscheiden einer Oxidschicht (314).
Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem der Schritt (a.3) folgende Schritte umfasst: (a.3.1) Aufbringen eines metallischen Materials auf die strukturierte Isolationsschicht (314) und einen freiliegenden Teilbereich des Halbleiterbereichs (302); (a.3.2) Ausbilden des Metallbereichs (306); und (a.3.3) Entfernen des metallischen Materials ausgenommen des Metallbereichs (306).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem der Schritt (b) folgende Schritte umfasst; (b.1) Auftragen der isolierenden Schutzschicht (104) auf die Isolationsschicht (314) und den Metallbereich (306); und (b.2) Entfernen eines Teilbereichs der isolierenden Schutzschicht (104), um einen Mittelbereich (108) der Oberfläche des Metallbereichs (306) freizulegen.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem der Schritt (b.1) folgenden Schritt umfasst: (b.1.1) Abscheiden einer Oxidschicht (104) unter Verwendung eines im Vergleich zu einer thermischen Oxidation niedrigen thermischen Budgets.
Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, bei dem der Schritt (b.2) folgenden Schritt umfasst: (b.2.1) Strukturieren der isolierenden Schutzschicht (104).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem das Substrat einen weiteren Halbleiterbereich (304) mit einer im Vergleich zum Halbleiterbereich (302) höheren Leitfähigkeit umfasst, bei dem in den weiteren Halbleiterbereich (304) eine weitere Wanne (204, 206) mit einem Material mit Metallanteilen eingebettet ist, bei dem die Isolationsschicht (314) auf dem weiteren Halbleiterbereich (304) angeordnet ist und wobei im Schritt (b) die isolierende Schutzschicht (104) zusätzlich auf einen Bereich der weiteren Wanne (204, 206) aufgebracht wird und wobei im Schritt (c) zusätzlich die leitfähige Kontaktschicht (316, 318) auf einen freiliegenden Mittelbereich der weiteren Wanne (204, 206) aufgebracht wird.