DE1564870A1 - Schottky diode - Google Patents

Schottky diode

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DE1564870A1 DE19661564870 DE1564870A DE1564870A1 DE 1564870 A1 DE1564870 A1 DE 1564870A1 DE 19661564870 DE19661564870 DE 19661564870 DE 1564870 A DE1564870 A DE 1564870A DE 1564870 A1 DE1564870 A1 DE 1564870A1
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Description

"Schottky-Diode" Eine Schottky-Diode ist bekanntlich eine Halbleiterdiode, bei der anstelle eines pn-Übergange ein Metall-Halbleiterkontakt vorgesehen ist. Schottky-Dioden werden beispiels- weise dadurch hergestellt, daß man einen Metallfleck auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpern im Hochvakuum aufdampft. Während des Aufdwiupfens wird die Halbleiterober- fläche an den nicht zu bedampfenden Stellen durch eine Metallmaske abgedeckt. Unterschiedliche Zontaktmetalle ergeben Schottky-D@oden mit unterschiedlichen Diodeneisenschaften. Die in Frage kommenden Metall-Halbleiterkontakte unterscheiden sich durch die sosenannte Austrittsarbeit zwischen dem Mtall und dem Halbleiters die auch "Barriere" genannt wird. Physikalisch versteht man unter einer Barriere den energetischen' Abstand zwischen dem Ferminiveau und der Leitband- kante an der Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Halb- leitermaterial. "Schottky diode" A Schottky diode is known, a semiconductor diode, is provided in which, instead of a pn transitions is a metal-semiconductor contact. Schottky diodes are produced, for example, by evaporating a metal spot onto the surface of a semiconductor body in a high vacuum. During thickening , the semiconductor surface is covered by a metal mask at the areas that are not to be vaporized. Different contact metals result in Schottky diodes with different diode properties. The suitable metal-semiconductor contacts are distinguished by the sosenannte work function between the Mtall and the semiconductor also called "barrier" is called. In physical terms, a barrier is understood to be the energetic distance between the Fermi level and the leading edge at the interface between the metal and the semiconductor material.

Metall-Halbleiterkontakte mit hoher Barriere ergeben Schottky-Dioden mit kleinen Sperrströmen und großer Schleusenspan- nung, Metall-Halbleiterkontakte mit kleiner Barriere erge- ben auf dem gleichen Halbleitermaterial größere Sperrströme und kleinere Schleusenspannungen. Unter einer Schleusenspan- nung wird diejenige Spannung verstanden, bei der der Flußatrom in linearer Darstellung von einem waagrechten Verlauf in einen steilen Anstieg übergeht. Mit Kupfer als Kontaktmetall irhült man beispielsweise bei einett Halbleiterkörper aus Silizium eine Barriere von etwa 0,5 $lektronenvolt, während Gold bei Silizium eine Barriere von o,8 Elektronenvolt ergibt. Entsprechend werden Schleusen- spannungen von o,2 bzw. 0,4 Volt erzielt. Für zahlreiche Anwendungsgebiete sind Schottky-Dioden er- wünscht, die extrem schnelle Schalter sind. Solche Schottky-Dioden lassen sich durch Metall-Halbleiterkontakte mit klei- ner Barriere besonders leicht realisieren. Nur eine geringe Zahl von Metallen wie z. B. Kupfer, Silber oder Aluminium )auf Silizium eignen sich für die Herstellung von Schottky-Dioden mit kleiner Barriere.Metal-semiconductor contacts with a high barrier result in Schottky diodes with small reverse currents and high lock voltage, metal-semiconductor contacts with a small barrier produce larger reverse currents and lower lock voltages on the same semiconductor material. A lock voltage is understood to be that voltage at which the flow atom changes from a horizontal curve to a steep rise in a linear representation. With copper as the contact metal , for example, a semiconductor body made of silicon has a barrier of about 0.5 electron volts, while gold with silicon produces a barrier of 0.8 electron volts. Accordingly locks are voltages of o, scored 2 or 0.4 volts. For numerous applications, Schottky diodes are ER- wishes to extremely fast switches. Such Schottky diodes can be implemented particularly easily using metal-semiconductor contacts with a small barrier. Only a small number of metals such as B. copper, silver or aluminum ) on silicon are suitable for the production of Schottky diodes with small barriers.

Schottky-Dioden mit kleiner Barriere haben jedoch den Nach- teil, daß sie keine besonders gute Sperreigenschaften auf- weisen. Zur Verbesserung der Sperreigenschaften wird erfin.-; dungeaemäß vorgeschlagen, daß der Metallkontakt von Schottky-Dioden aus mindestens zwei Metallen mit unterschiedlichen Barrieren besteht. Untersuchungen haben überraschenderweise ergeben, daß die Sperreigenschaften eines Metall-Halbleiterkontakte durch den Zusatz von Metallen mit einer größeren Barriere vor= bessert werden können. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß_die Sperrschicht, die von dem Mietall mit der kleineren Barriere im Halbleiterkörper gebildet wird, von der tiefer- ins Halbleitermaterial eindringenden Sperr- schicht des Metalls mit der größeren Baniere geschützt wird. Die empfindliche Spörrschicht den Metalls mit der klei- neren Barriere trügt nässlich zur Verschlechterung der Sperr- eigenschaften des Metall-Halbleiterkontaktes insbesondere dort bei, wo die'Sperrschicht an die Oberfläche tritt. Dies tritt vor allem bei poröser Albscheidung des Kontaktmetalls und bei Vergrößerung des Kontaktfleckrandes durch Randun- schärfen auf. Die Sperreigenschaften einer Diode werden bekanntlich durch die Sperrströme und durch die Durchbruchsspannung bestimmt.' Je geringer die Sperrströme und je höher die ist; desto besser sind die Sperreigenschaften einer Diode. Unter Sperreigenschaften eines Metalls sollen seine Sperreigenschaften gegenüber einem bestimmten Halb- leitermaterial bestimmter Dotierung verstanden werden. Das Metall mit der größeren Barriere wird nach der Erfin- dung auf das Metall mit der kleineren Barriere aufgebracht. Das Metall mit der größeren Barriere soll dabei im allge- meinen die gesamte Oberfläche des Metalls mit der kleineren Barriere bedecken, oder sich sogar seitlich über dessen Oberflächenrand hinaus erstrecken. . Ein Metall mit kleiner Barriere ist beispielsweise Kupfer, das allerdings Schottky-Dioden mit den oben erwähnten Nach- teilen ergibt. Die Sperreigenschaften von Kupfer weden je- doch verbessert, wenn der Metallkontakt ein weiteres No- tall wie z.B. Gold oder Palladium enthält. Dies gilt be- sonders für Schottky-Dioden mit einem Halbleiterkörper aus Silizium. Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zu- nächst das erste Metall mit der kleinen Barriere auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht wird und während des Aufbringena diesen Metals das zweite Metall mit den bes- seren Sperreigenschaften und einer größeren Barriere mit einer langsam steigenden Abscheidungsrate beigemischt wird. Dabei wird die Abscheidungsrate den ersten Metalls so herabgesetzt, daß der Metallkontakt auf den beiden Me- tallen an der Oberseite schließlich nur noch aus dem zwei- ten Metall besteht. Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführuhgebeispiel erläutert. Die Figur 1 zeigt im Schnitt eine Schöttky-Diode, die aus einem Siliziumgrundkörper i besteht, auf dessen Oberflüche 2 der Metallkontakt 3 angeordnet ist. Dieser besteht nach der Erfindung aus zwei Metallen, und zwar beispielsweise aus Kupfer und Palladium. Während Kupfer eine Barriere von etwa o,$ Elektronenvolt hat, hat Palladium eine Barriere von etwa 0,65 Elektronenvolt. Das Palladium hat gegenüber Kupfer die besseren Sperreigenschaften und gewährleistet außerdem für den Metallkontakt eine dichte, haftfeste Schicht. Da die beiden Metalle in unterschiedlichen Abscheidungsraten aufge- bracht werden und beim Abscheiden zunächst nur Tupfer aufge- bracht wird, besteht die unterste Schicht (4) des Metall- kontaktes aus Kupfer, dem eine Schicht (5) aus Kupfer- Palladium folgt. Die Oberflüche 4es Netallkont@ktes be- steht dagegen nur 'aus Palladium (6). Die Figur 2 zeigt die Sperrkennlinie 47) für eine Sili- zium-Schottky-Diode mit einer Metallkontakt Kupfer sowie die Sperrkeanlinie (8) einer Silisium-Schottky- Diode mit einem Metallkontakt aus Kupfer-Palladium. Diese beiden Sperrkennlinien lassen erkennen, daß die Schottky- Diode mit den Metallkontakt aus Kupfer-Palladium bessere Sperreigenschaften hat als die Schottky-Diode mit einem Metallkontakt aus reinem Kupfer. Die Figur 3 zeigt die Herstellung einer Schottky-Diode mit niedriger Barriere, die nach der Erfindung durch Bedampfen im Hochvakuum hergestellt wird. Die zur Herstellung der Schottky-Diode erforderliche Siliziumacheibe 1 wird nach entsprechender Reinigung innerhalb des Rezipienten 9 auf eine Metallmaske 1o aufgelegt. Über der Silisiumscheibe be- findet sich eine Heizvorrichtung 11. Zunächst wird der Re- zipient 9 auf einen Druck kleiner 1o-6 Torr evakuiert und die Siliziumscheibe auf eine Temperatur von etwa Zoo °C auf-»heizt. Aus der Verdampfunssquelle 12 mit.dem Verdampfunss- gut Kupfer wird nun Kupfer bei einer Temperatur von etwa 114ooC eine Miaute lang verdampft. Danach wird die zweite Verdampfungsquelle 13 mit dem Verdampfungsgut Palladium langsam hochgeheizt, so daß, nachdem zunächst nur Kupfer verdampft worden ist, Palladium sich in langsam steigen- der Rate niederschlagen kann. Gleichzeitig wird jedoch die Kupferverdampfungsrate langsam verringert, indem die 7mperatur der Verdampfungsquelle mit dem Verdampfungsgut Kupfer langsam erniedrigt wird. Dieser Prozess dauert ca. 2 Minuten, Nach diesen 2 Minuten wird die Kupferquelle 12 abgeschaltet und nur noch Palladium bei einer Temperatur von ungefähr.1.57o0C etwa 1 Minute lang aufgedampft. wäh-. rend des gesamten Aufdampfungaprozesses wird die oben er- wähnte Substrattemperatur von loo0C konstant beibehalten, während der Druck unter l0-6 Torr gehalten wird. Nach Be-' endigung des Bedamlpfungsprogesses mit den Metallen Kupfer und Palladium wird die Substratheizung ausgeschaltet, so daß sich die Silizitunscheibe auf eine Temperatur von 500C abkühlen kann. Danach wird die fertige Schottky-Diode, die aua der Skliziumscheibe 1 sowie dem -aufgedampften Metall- kontakt besteht, aus dem Rezipienten herausgenommen.Schottky diodes with a small barrier, however, have the disadvantage that they do not have particularly good blocking properties . In order to improve the locking properties, inven- tion; According to the proposal, it is proposed that the metal contact of Schottky diodes consists of at least two metals with different barriers. Studies have surprisingly shown that the barrier properties of metal-semiconductor contacts can be improved by the addition of metals having a greater barrier to = a. This is probably due to the fact that the barrier layer, which is formed by the metal with the smaller barrier in the semiconductor body, is protected by the barrier layer of the metal with the larger barrier, which penetrates deeper into the semiconductor material. The sensitive barrier layer of the metal with the smaller barrier contributes to the deterioration of the barrier properties of the metal-semiconductor contact, especially where the barrier layer comes to the surface . This occurs above all when the contact metal is porous and when the contact spot edge is enlarged due to edge blurring. The blocking properties of a diode are known to be determined by the reverse currents and the breakdown voltage. The lower the reverse currents and the higher it is; the better the blocking properties of a diode. The blocking properties of a metal should be understood to mean its blocking properties with respect to a certain semiconductor material with a certain doping . According to the invention, the metal with the larger barrier is applied to the metal with the smaller barrier . The metal with the larger barrier should generally cover the entire surface of the metal with the smaller barrier , or even extend laterally beyond its surface edge. . A metal with a small barrier is, for example, copper, which results in parts with the above-mentioned disadvantages, however, Schottky diodes. The barrier properties of copper Weden JE but improved when the metal contact comprises a further No- tall such as gold or palladium. This applies in particular to Schottky diodes with a semiconductor body made of silicon. As a further development of the invention it is proposed that first the first metal with the small barrier is applied to the semiconductor surface and that the second metal with the better barrier properties and a larger barrier with a slowly increasing deposition rate is added to this metal during the application. The rate of deposition of the first metal is reduced so that the metal contact on the two metals on the upper side ultimately only consists of the second metal. The invention is explained below using an exemplary embodiment. FIG. 1 shows in section a Schöttky diode which consists of a silicon base body i, on the surface 2 of which the metal contact 3 is arranged. According to the invention, this consists of two metals, for example copper and palladium. While copper has a barrier of approximately o, $ electron volts, palladium having a barrier of about 0.65 electron volts. The palladium to copper has better barrier properties and also ensures the metal contact a dense, firmly adhering layer. Since the two metals are applied at different deposition rates and only a swab is applied during deposition , the lowest layer (4) of the metal contact consists of copper, followed by a layer (5) of copper- palladium . The upper curses 4es Netallkont @ ktes however, produces only is' made of palladium (6). 2 shows the reverse characteristic curve 47) for a silicon zium Schottky diode having a metal contact, and the copper Sperrkeanlinie (8) of a Silisium-Schottky diode with a metal contact of copper-palladium. These two blocking characteristics show that the Schottky diode with the metal contact made of copper-palladium has better blocking properties than the Schottky diode with a metal contact made of pure copper. FIG. 3 shows the production of a Schottky diode with a low barrier, which is produced according to the invention by vapor deposition in a high vacuum . The silicon wafer 1 required for the production of the Schottky diode is placed on a metal mask 1o within the recipient 9 after appropriate cleaning. About the Silisiumscheibe loading a heating device is 11. First, the reform is 9 less to a pressure 1o-6 torr evacuated and heats the silicon wafer to a temperature of about Zoo ° C up »zipient. Mit.dem from the Verdampfunssquelle 12 Verdampfunss- well copper is then evaporated copper at a temperature of about 114ooC a miaowed long. Then the second evaporation source 13 is slowly heated up with the evaporation material palladium , so that, after initially only copper has been evaporated, palladium can be deposited at a slowly increasing rate. At the same time, however, the copper evaporation rate is slowly reduced by slowly lowering the temperature of the evaporation source with the copper to be evaporated. This process takes about 2 minutes, after these 2 minutes, the copper source 12 is turned off and only palladium deposited for about 1 minute at a temperature of ungefähr.1.57o0C. weh-. rend the entire Aufdampfungaprozesses is maintained, the above-mentioned substrate temperature of ER- loo0C constant while the pressure is maintained below l0-6 Torr. After completion of the steaming process with the metals copper and palladium , the substrate heating is switched off so that the silicon disk can cool down to a temperature of 500C. The finished Schottky diode, which also consists of the silicon disk 1 and the vapor-deposited metal contact, is then removed from the recipient.

Claims (1)

P a t e n t a n a p r ü c h e i) Schottky-Diode, dadurch gekennzeichnet, daß der Me- tallkontakt aus mindestens zwei Metallen mit unterschied- lichen Barrieren besteht. 2) Schottky-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mit der größeren Barriere auf das Metall mit der kleineren Barriere aufgebracht ist. 3) Schottky-Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Metall finit der größeren Barriere die ge Samte Oberfläche den Metalls mit der kleineren Barriere be- deckt oder sich sogar seitlich über dessen Oberflächenrand hinaus erstreckt. 4) Schottky-Diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkontakt aus Kupfer und Gold besteht. 5) Schottky-Diode nach einem der Anaprüch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkontakt aus Kupfer und Palla- dium besteht. 6) Schottky-Diode nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium besteht. ?) Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode nach eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle für den Metallkontakt aufgedampft werden. 8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur das Metall mit der kleineren Barriere auf den Halbleiterkörper aufgedampft wird, während das Metall mit der größeren Barriere erst nach einer bestimmten Zeit zu- sauren mit dem Metall der kleineren Barriere aufgedampft wird. 9) Verfahren nach Anspruch-8,dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungsrate des Metalls mit der kleineren Barriere während des gleichzeitigen Aufdampfens des Metalls mit der größeren Barriere in Abhängigkeit von der Zeit so herabge- setzt wird, daß der Metallkontakt aua den beiden Metallen auf seiner Oberfläche nur noch aus dem Metall mit der grösseren Barriere besteht. P ü atentanapr che i) Schottky diode, characterized in that the metal tallkontakt of at least two metals with different barrier exists. 2) Schottky diode according to claim 1, characterized in that the metal with the larger barrier is applied to the metal with the smaller barrier. 3) Schottky diode according to claim 1 or 2, characterized in that the metal finite the larger barrier covers the entire surface of the metal with the smaller barrier or even extends laterally beyond its surface edge. 4) Schottky-diode according to any of the preceding claims, characterized in that the metal contact of copper and gold. 5) Schottky diode according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the metal contact consists of copper and palladium . 6) Schottky diode according to claim 4 or 5, characterized in that the semiconductor body consists of silicon . ?) A method for producing a Schottky diode according to one of the preceding claims, characterized in that the metals are vapor-deposited for the metal contact. 8) Method according to claim 7, characterized in that initially only the metal with the smaller barrier is vapor-deposited onto the semiconductor body , while the metal with the larger barrier is vapor-deposited with the metal of the smaller barrier only after a certain period of time . 9) Method according to claim 8, characterized in that the deposition rate of the metal with the smaller barrier during the simultaneous vapor deposition of the metal with the larger barrier is reduced as a function of time so that the metal contact aua the two metals on his The surface only consists of the metal with the larger barrier.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0048849A2 (en) * 1980-09-29 1982-04-07 International Business Machines Corporation Methods of producing Schottky barrier silicide contacts on silicon subtrates and silicon semiconductor devices provided with Schottky barrier silicide contacts

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