DE1293902B

DE1293902B - Schottky-Diode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1293902B
Application number: DE1964T0026257
Authority: DE
Inventors: Hennings; Dr Hans Juergen; Dr Klaus; Schuetze
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-05-26
Filing date: 1964-05-26
Publication date: 1969-04-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Schottky-Diode aus einem Halbleiterkörper mit einer auf die Oberfläche aufgebrachten Kontaktelektrode.
Bei der Herstellung einer Schottky-Diode wird meist von einem aus zwei Schichten bestehenden Halbleiterkörper, beispielsweise einem Halbleiterkörper aus epitaktischem Silizium, ausgegangen. Die untere Schicht wird kontaktiert und ist zur Verringerung des Bahnwiderstandes niederohmiger. Auf die höherohmige Halbleiterschicht ist eine Metallelektrode aufgedampft, die einen sperrenden Kontakt zur Halbleiterunterlage bildet. Auf diese Weise entsteht z. B. bei Gold auf Silizium eine Sperrschichtpotentialdifferenz von 0,8 V.
Bei der Schottky-Diode erfolgt der Ladungsträgerübergang in Flußrichtung vom Halbleiter ins Metall der Kontaktelektrode; also über heiße Elektronen. In Sperrichtung, wenn ein Halbleiter vom n-Typ gegenüber dem Metall positiv vorgespannt ist, hängt der Sperrstrom von der Höhe der Sperrschichtpotentialdifferenz, der Betriebstemperatur, dem Dotierungszustand und dem Oberflächenzustand des Halbleiterkörpers ab.
Bisher bekannte Schottky-Dioden zeigen eine »weiche« Sperrstromcharakteristik, d. h., ihr an sich schon recht großer Sättigungsstrom, der von der Sperrspannung unabhängig sein sollte, steigt bis zum Durchbruch mit Erhöhung der Sperrspannung ständig weiter an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine definierte Durchbruchsspannung zu erreichen und die Höhe des Sperrstromes zu senken, wobei dieser von der Sperrspannung weitgehend unabhängig sein soll. Die Spannungsabhängigkeit des Sperrstroms ist allerdings begrenzt durch den Schottky-Effekt, wodurch der Sperrstrom proportional zur Wurzel aus der Feldstärke in der Sperrschicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Emissionsfläche des Metall-Halbleiterkontaktes am Rand der Kontaktfläche des Metall-Halbleiterkontaktes durch eine niedrigere Dotierung oder durch Gegendotierung des Halbleiterkörpers gegenüber der Kontaktfläche verkleinert ist.
Ein Randbereich der Kontaktelektrode liegt somit auf schwächer dotiertem oder gegendotiertem Halbleitermaterial. Deshalb vermindern sich die Sperrströme. In dieser Anordnung hat der injizierende Bereich der höherohmigen Halbleiterschicht eine festgelegte Begrenzung, die in vorteilhafter Weise zudem durch die Metallschicht der Kontaktelektrode gegen atmosphärische - Einflüsse geschützt ist. Die oben beschriebenen Dioden haben definierte Durchbruchsspannungen und deutlich kleinere Leckströme, die nur noch dotierungsbedingt, dagegen nicht mehr von der Kontaktberandung abhängig sind.
Die Halbleiteroberfläche ist außer dem Teil, der als Kontaktfläche für die Kontaktelektrode vorgesehen ist, von einer Isolierschicht abgedeckt. Diese schützt die Oberfläche während der weiteren Arbeitsgänge und kann durch Herausätzen eines Fensters zugleich als Maske beim Aufbringen der Kontaktelektrode verwendet werden. Auf dieser Isolierschicht läuft die Kontaktelektrode in einer Leiterbahn aus, auf der die Anschlußleitung angebracht ist, da ihre Verbindung mit der Kontaktelektrode innerhalb des Fensters den Metall-Halbleiterübergang leicht beschädigt.
Der Leiterbahn liegt unterhalb der Isolierschicht das hochohmige Halbleitermaterial der niedrigerdotierten Zone gegenüber. Dadurch ist der Einfluß eines kapazitiven Nebenschlusses herabgemindert. Dieser Vorteil wird insbesondere verstärkt, wenn mehrere Isolierschichten aufeinander aufgetragen werden.
Die oben beschriebene Diode ist auf verschiedenen Wegen herstellbar. Einmal läßt man auf der aus Gründen eines niedrigen Bahnwiderstandes gewählten niederohmigen Halbleiterschicht als Grundlage, die auf der unteren Seite sperrfrei kontaktiert wird, höherohmiges Halbleitermaterial epitaktisch aufwachsen. Diese epitaktische Schicht wird alsdann in bekannter Weise durch eine Isolierschicht abgedeckt, in die mittels des photolithographischen Verfahrens ein Fenster beispielsweise in Ringform hineingeätzt wird. Hierdurch läßt sich durch Diffusion die Halbleiteroberfläche zur Absenkung der Leitfähigkeit in diesem Schichtgebiet gegendotieren. Nach Ablösen der ersten Abdeckung wird eine neue Isolierschicht aufgebracht, die ein Fenster erhält, das das gegendotierte Randgebiet der Zone niedrigerer Dotierung und den davon umschlossenen Oberflächenbereich der höherohmigen Schicht freilegt. In dieses Fenster und auf die Isolierschicht auslaufend wird die Kontaktelektrode aufgedampft, die also auch das Grenzgebiet zwischen dem umschlossenen Oberflächenbereich der höherohmigen Schicht und der niedrigerdotierten Zone schützend abdeckt. Die Verbindung mit der Kontaktelektrode wird z. B. durch Thermokompression außerhalb des Fensters auf der Leiterbahn, die auf der Isolierschicht liegt, vorgenommen.
Nach einem anderen Herstellungsverfahren wird die oben beschriebene Diode wiederum auf einen zweischichtigen Halbleiterkörper aufgebaut. Die untere Schicht wird ohmisch kontaktiert und ist niederohmig wegen eines niedrigeren Bahnwiderstandes. In diesem Fall ist die obere Schicht vom Dotierungsgrad der zusammenhängenden, niedrigerdotierten Zone. Sie wird durch eine Isolierschicht abgedeckt, die ein Fenster enthält. Durch dieses wird die freigelegte Halbleiterschicht zur Herstellung der »höherohmigen Schicht, deren Oberflächenbereich von der niedrigerdotierten Zone umschlossen wird«, durch Diffusion höher dotiert, wodurch dieser Schichtbereich selbst niederohmiger wird. Zur weiteren Senkung des Bahnwiderstandes im Halbleiterkörper ist es vorteilhaft, wenn die eindiffundierte höherohmigere Schicht bis auf die niederohmige Grundschicht vorstößt. In einem anschließenden Ätzprozeß wird nun das Fenster in der Isolierschicht aufgeweitet. Nun kann die Kontaktelektrode in der Weise aufgedampft werden, daß sie den von der niedrigerdotierten Zone umschlossenen Oberflächenbereich der höherohmigen Schicht und den daran angrenzenden Rand der niedrigerdotierten Zone überdeckt und außerdem in einer Leiterbahn auf der Isolierschicht ausläuft, worauf der Anschlußleiter angebracht wird.
An Hand von zwei Beispielen wird nun die Herstellung der oben beschriebenen Diode näher erläutert.
In den F i g. 1 bis 3 ist der Aufbau einer Schottky-Diode nach einzelnen Verfahrensschritten dargestellt, und zwar der Aufbau einer Schottky-Diode, in deren höherohmige Halbleiterschicht 2 eine zusammenhängende Zone 4 niedrigerer Dotierung eingelassen ist. Ausgegangen wird in F i g. 1 von einem Halb- Leiterkörper aus Element- oder Verbindungshalbleitern, der in zwei Schichten aufgewachsen ist, einer niederohmigen Halbleiterschicht 1, die n+-leitend ist, und einer höherohmigen Halbleiterschicht 2, die n-leitend ist. Die Oberfläche dieser Halbleiterschicht 2 wird in bekannter Weise durch eine Isolierschicht 3 abgedeckt, die ein Fenster enthält, das z. B. ringförmig ausgebildet ist. Durch dieses Fenster wird durch Gegendotierung eine zusammenhängende Zone 4 niedrigerer Dotierung, die n--leitend ist, eindiffundiert, die sich von der Oberfläche aus ins Halbleiterinnere erstreckt. Anschließend wird die Isolierschicht 3 entfernt und, wie in F i g. 2 dargestellt, durch eine neue geschlossene Isolierschicht 5 ersetzt. In einem weiteren Arbeitsgang, der den in F i g. 3 dargestellten Aufbau der Schottky-Diode angibt, wird aus der Isolierschicht 5 ein Fenster ausgespart, das die höherohmige Halbleiterschicht 2 und das innere Randgebiet der niedrigerdotierten Zone 4 freigibt. Die durch das Fenster freigegebenen Oberflächenteile der Halbleiterschicht 2 und der Zone 4 werden alsdann durch Aufdampfen mit einer Kontaktelektrode 6 versehen, die in einer Leiterbahn auf der Isolierschicht 5 ausläuft. Anschließend wird die Kontaktelektrode 6 z. B. mit einem mittels Thermokompression angebrachten Anschlußdraht 7 verbunden und der Körper in bekannter Weise beispielsweise durch eine Lötschicht 8 ohmisch kontaktiert.
Ein anderes Herstellungsverfahren der oben beschriebenen Diode wird an Hand der F i g. 4 und 5 erläutert. Der Halbleiterkörper in F i g. 4 besteht aus einer unteren niederohmigen Schicht 1, die n+-leitend ist, und einer oberen Schicht vom Dotierungsgrad der zusammenhängenden niedrigerdotierten Zone 9, die n'-leitend ist. Die Zone 9 trägt eine Isolierschichtmaske 10, durch deren Fenster die Schicht 11 in der Zone 9 durch Diffusion höher dotiert wird. Die Schicht 11, die damit n-leitend, also niederohrniger wird, stößt zur Erniedrigung des Bahnwiderstandes der Schottky-Diode auf die untere niederohmige Halbleiterschicht 1 auf. Anschließend wird die abdeckende Maske 10 (vgl. F i g. 5) durch Ätzung so aufgeweitet, daß die Randgebiete der niedrigerdotierten Zone 9 freigelegt werden. Die nun aufgedampfte Kontaktelektrode 6 überdeckt wiederum den von der niedrigerdotierten Zone 9 umschlossenen Oberflächenbereich der höherohmigen Schicht 11 und den daran angrenzenden Rand der niedrigerdotierten Zone 9. In bekannter Weise wird schließlich die Kontaktelektrode auf ihrer auf der Isolierschicht 10 auslaufenden Leiterbahn mit einem Anschlußdraht 7 z. B. mittels Thermokompression verbunden und der Halbleiterkörper ohmisch durch die Lötschicht 8 kontaktiert.

Claims

Patentansprüche: 1. Schottky-Diode aus einem Halbleiterkörper mit einer auf die Oberfläche aufgebrachten Kontaktelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsfläche des Metall-Halbleiterkontaktes am Rand der Kontaktfläche des Metall-Halbleiterkontaktes durch eine niedrigere Dotierung oder durch Ggendotierung des Halbleiterkörpers gegenüber Sem Rand der Kontaktfläche verkleinert ist.
2. Diode mit einen Halbleiterkörper aus einer niederohmigen und,-iner Barüberliegenden höherohmigen Halbleiterrhicht mit einer auf die Oberfläche der höherohÜgen Schicht aufgebrachten Kontaktelektrode nch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 die Oberfläche der höherohmigen Schicht (2,I1) eine zusammenhängende Zone (4, 9) eingelasen ist, die niedriger dotiert ist als die höherohnge Schicht (2, 11) und einen Oberflächenbereich Jer höherohmigen Schicht umschließt, und daßlie Kontaktelektrode (6) den von der niedrigerdocrten Zone (4, 9) umschlossenen Oberflächenbreich der höherohmigen Schicht (2, 11) und en daran angrenzenden Rand der niedrigerdotierteZone (4, 9) überdeckt.
3. Diode nach Aspruch 2, gekennzeichnet durch einen Halbleirkörper mit einheitlichem Leitungstyp in der eerohmigen Schicht (2, 11) und der Zone (4, 9) fedrigerer Dotierung.
4. Diode nach Apruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß lDr kapazitive Nebenschluß zwischen Halbleiterkper und Kontaktelektrode (6) durch eine an dreontaktfläche angrenzende Isolierschicht (5, 10)'wischen Halbleiterkörper und Kontaktelektrodeemindert ist.
5. Diode nach Auch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ierschicht (5, 10) mehrschichtig ist.
6. Verfahren zur Hellung einer Diode nach Anspruch 4 oder 5, d rch gekennzeichnet, daß die zusammenhängen one (4) niedrigerer Dotierung in die höhero e Schicht (2) des Halbleiterkörpers mittels egendotierenden Materialien eindiffundiert , daß danach die niedrigerdotierte Zone (4) inem großen Teil durch eine Isolierschicht (5) gedeckt wird und daß auf den von der nied otierten Zone (4) umschlossenen Oberfläch reich der höherohmigen Schicht (2) und deran angrenzenden freiliegenden Rand der Z (4) niedrigerer Dotierung eine Kontaktelekt(6) aufgebracht wird, die in einer Leiterbahll!lf der Isolierschicht (5) ausläuft.
7. Verfahren zur Her eng einer Diode nach Anspruch 4 oder 5, da gekennzeichnet, daß in einen Halbleiterkö vom Dotierungsgrad der zusammenhängende drigerdotierten Zone (9) eine Schicht höher otierung als höherohmige Schicht (11) ein ndiert wird, daß die Zone (9) niedrigerer Do, ng zu einem großen Teil durch eine Isoliersc (10) abgedeckt wird und daß auf den von derlldrigerdotierten Zone (4) umschlossenen Oberft' nbereich der höherohmigen Schicht (11) unf den daran angrenzenden freiliegenden R der Zone (9) niedrigerer Dotierung eine K' ktelektrode (6) aufgebracht wird, die in ei eiterbahn auf der Isolierschicht (10) ausläuf