DE1589959C3

DE1589959C3 - Method of manufacturing Schottky diodes

Info

Publication number: DE1589959C3
Application number: DE19671589959
Authority: DE
Inventors: Francois Max Ossining; Esaki Leo Chappaqua; Seki Hajime Road Yorktown Heights; N.Y. d'Heurle (V.StA.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-07-15
Filing date: 1967-07-15
Publication date: 1977-04-14

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Schottky-Dioden, bei dem W, Cr oder Mo als Metallschicht auf ein N-leitendes Halbleitersubstrat, bestehend aus Ge, Si oder GaAs, in innigem Kontakt hiermit aufgebracht wird.The present invention relates to a method for manufacturing Schottky diodes the W, Cr or Mo as a metal layer on an N-conductive semiconductor substrate, consisting of Ge, Si or GaAs, is applied in intimate contact therewith.

Eine Schottky-Diode (Schottky-barrier diode) ist eine Halbleiter-Sperrschichtdiode. Diese besitzt einen Übergang zwischen einem Metall und einem Halbleiterkörper und weist infolge des Austrittsarbeitsunterschiedes zwischen dem metallischen und dem halbleitenden Bereich der Diode gleichrichtende Eigenschaften auf. Infolgedessen besteht am Metall-Halbleiter-Übergang eine Kontaktpotentialdifferenz und eine dieser entsprechenden Potentialschwelle, welche vom Betriebsstrom bzw. von dessen Ladungsträgern überwunden werden muß. Im Betrieb zeigen die Schottky-Dioden eine unsymmetrische Leitungscharakteristik, wie sie von PN-Halbleiterübergängen bekannt sind.A Schottky barrier diode is a semiconductor barrier diode. This has one Transition between a metal and a semiconductor body and exhibits due to the work function difference between the metallic and the semiconducting area of the diode rectifying Properties on. As a result, there is a contact potential difference at the metal-semiconductor junction and a potential threshold corresponding to this, which is generated by the operating current or its charge carriers must be overcome. In operation, the Schottky diodes show asymmetrical conduction characteristics, like those of PN semiconductor junctions are known.

Da die Speicherung von Minoritätsladungsträgern bei Übergängen zwischen Metallen und Halbleitern sehr gering sind, weisen die Schottky-Dioden außerordentlich kurze Wiedererholungszeiten auf, d. h., sie besitzen eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit, als das bei PN-Übergängen zwischen Halbleitern der Fall ist, und sie sind daher geeignet für eine Reihe von industriellen Anwendungen, für die reine Halbleiter-Übergänge weniger vorteilhaft sind.Because the storage of minority charge carriers at transitions between metals and semiconductors are very low, the Schottky diodes have extremely short recovery times; H., they have a higher operating speed than that of PN junctions between semiconductors Case is, and they are therefore suitable for a number of industrial applications, for pure semiconductor junctions are less beneficial.

Augenblicklich werden Schottky-Dioden nicht in besonders hohem Maße industriell benutzt, denn die PN-Halbleiterdioden sind leicht erhältlich und die zur Zeit benutzten Fabrikationsverfahren gewährleisten für viele Zwecke ausreichend reproduzierbare Eigenschaften. Der Gebrauch der Schottky-Dioden ist insbesondere auf die Anwendung für sehr hohe Energieumsätze beschränkt, da die heute benutzten Fabrikationsverfahren nicht in der Lage sind, genügend großflächige Metall-Halbleiterübergänge und reproduzierbare Kennlinien, Schwellenwertspannungen K₇-, und Serienwiderstände R_s zu gewährleisten. Während z. B. die Schwellenwertspannung V₇ wesentlich mit der Differenz der Austrittsarbeiten der metallischen Schichten bzw. des daran angrenzenden Halbleiterkörpers zusammenhängt, ist eine Korrelation zwischen den genannten Daten und den Kennlinien der Schottky-Dioden ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen weniger ausgeprägt. Diese mangelnde Korrelation scheint zumindest auf der Anwesenheit von verunreinigenden Schichten, z. B. solchen aus Fremdmetallen zu beruhen, die in der Gegend des Überganges adsorbiert sind, weiterhin von Reaktionsprodukten auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers, welche es sehr schwierig machen, die Potentialschwelle an dem Metall-Halbleiterübergang reproduzierbar zu gestalten. Die Anwesenheit derartiger verunreinigender Schichten, deren Dicke derjenigen eines Moleküls oder auch mehrerer Moleküle entsprechen kann, verhindert einen innigen Kontakt zwischen der Metallschicht und dem Halbleiterkörper, wodurch die Potentialschwelle am Übergang sich in unkontrollierbarer Weise ändert.At the moment Schottky diodes are not used industrially to a particularly high degree, because the PN semiconductor diodes are easily available and the manufacturing processes currently used ensure sufficiently reproducible properties for many purposes. The use of Schottky diodes is particularly limited to the application for very high energy sales, since the manufacturing processes used today are not able to guarantee _{sufficiently large metal-semiconductor junctions and reproducible characteristics, threshold voltages K 7} and series resistances R _s. While z. For example, if the threshold voltage V _{7 is} essentially related to the difference in the work functions of the metallic layers or the adjacent semiconductor body, a correlation between the data mentioned and the characteristics of the Schottky diodes is less pronounced without special precautionary measures. This lack of correlation appears at least to be due to the presence of contaminating layers, e.g. B. to be based on foreign metals that are adsorbed in the area of the junction, further from reaction products on the surface of the semiconductor body, which make it very difficult to make the potential threshold at the metal-semiconductor junction reproducible. The presence of such contaminating layers, the thickness of which can correspond to that of a molecule or several molecules, prevents intimate contact between the metal layer and the semiconductor body, as a result of which the potential threshold at the junction changes in an uncontrollable manner.

Es wurden bereits Schottkydioden bekannt, die im wesentlichen aus Übergängen aus je einem der Metalle Wolfram oder Molybdän und einem der Halbleiter Germanium oder Silicium aufgebaut sind. Insbesondere gehört es auch bereits zum Stand der Technik, zur Erzielung kleiner Bahnwiderstände als Unterlage für die Diodensysteme epitaktisch aufgewachsene Schichten zu verwenden. Die in der Technik verwendeten Verfahren waren zwar auch bereits darauf abgestellt, schädliche Verunreinigungsschichten zu vermeiden; die bisher bekannten Verfahren jedoch erwiesen sich als unhandlich und schwer durchführbar. Insbesondere waren sie nicht geeignet, genügend großflächige Übergänge zu realisieren.Schottky diodes were already known, which essentially consist of transitions from one of the metals Tungsten or molybdenum and one of the semiconductors germanium or silicon are built up. In particular it is also part of the state of the art to use as a base to achieve small track resistances to use epitaxially grown layers for the diode systems. The ones in technology The methods used were already geared towards removing harmful contamination layers to avoid; the previously known methods, however, turned out to be unwieldy and difficult to carry out. In particular, they were not suitable for realizing sufficiently large-area transitions.

Es wird hierzu auf folgende Literaturstellen verwiesen: Reference is made to the following literature:

G. Seiter, »Bauelemente mit Metall-Halbleiter-Kontakt« in »Internationale Elektronische Rundschau«, 1966, Nr. 2, S. 93 und 94;G. Seiter, "Components with Metal-Semiconductor Contact" in "Internationale Elektronische Rundschau", 1966, No. 2, pp. 93 and 94;

CR. Cr ο well et al., »Tungsten Semiconductor Schottky-Barrier Diodes« in »Transactions of the Metallurgical Society of AIME«, Bd. 233, März 1965, S. 478 bis 481.CR. Cr ο well et al., “Tungsten Semiconductor Schottky-Barrier Diodes "in" Transactions of the Metallurgical Society of AIME ", Vol. 233, March 1965, pp. 478 to 481.

Hieraus geht ferner hervor, daß die erzielten Stromdichten bei bekannten Schottky-Dioden relativ gering sind. Wenn weiterhin berücksichtigt wird, daß noch keine großflächigen Übergänge realisiert sind, dann bedeutet dies, daß die zur Verfugung stehenden Schottky-Dioden nur für kleine Ströme ausgelegt sind.This also shows that the current densities achieved in known Schottky diodes are relatively low are. If it is also taken into account that no large-area transitions have yet been implemented, then this means that the Schottky diodes available are only designed for small currents are.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden mit relativ großflächigen Übergängen und mit reproduzierbaren Kennlinien anzugeben. Die Dioden sollen ferner beim Betrieb geringe Verluste und einen möglichst geringen Serienwider-The present invention is therefore based on the object of a method for the production of Specify Schottky diodes with relatively large transitions and with reproducible characteristics. The diodes should also have low losses during operation and the lowest possible series resistance.

stand R_s aufweisen, hohe Ströme bei verhältnismäßig trotz Anwendung von Kathodenzerstäubungsverfahgeringen Spannungen führen können und auch bei ren, die extremen Reinhaltungsbedingungen bei der höheren Frequenzen noch gute gleichrichtende Eigen- Herstellung von Schottky-Dioden zu erfüllen. Die schäften besitzen. Energie der zerstäubten Metallionen ist viel größer Das Dioden mit den genannten Eigenschaften her- 5 als die, welche bei normalem Aufdampf- oder Hochzustellen gestattende Verfahren ist erfindungsgemäß vakuumaufdampfverfahren auftreten, die etwa in der dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mit- Gegend von 1 eV liegen. Infolge dieser erhöhten tels eines Kathodenzerstäubungsverfahrens auf das Energie können die aufgestäubten Metallionen einen Halbleitersubstrat niedergeschlagen wird, wobei innigen Kontakt mit der Oberfläche des Halbleitergleichzeitig zwischen dem Plasma der zur Kathoden- io körpers eingehen, und gleichzeitig wird die Potenzerstäubung dienenden Gasentladung und dem Halb- tialschwelle am Metall-Halbleiterübergang wesentleitersubstrat eine negative Vorspannung angelegt lieh reduziert. Außerdem gelangen Ionen aus dem wird, deren Höhe zwar ausreicht, Gasionen der Ent- Plasma des Zerstäubungsgases in das Feld, welches ladungsatmosphäre so zu beschleunigen, daß Fremd- infolge der Vorspannung des Halbleiterkörpers voratome und sonstige Verunreinigungen an der Grenz- 15 handen ist und werden in diesem zur Oberfläche des schicht durch das Ionenbombardement herausge- Halbleiterkörpers hin beschleunigt, wobei sie geschleudert werden, jedoch nicht, die auf das Halb- nügend Energie, z. B. 100 bis 120 eV gewinnen, um leitersubstrat niedergeschlagenen Metallionen aus während des eigentlichen Niederschlages der metalihrer Anlagerung zu lösen. lischen Schicht ihrerseits die verunreinigenden Die reproduzierbaren Eigenschaften der so ge- 20 Schichten durch Stoß zu entfernen. Glücklicherweise fertigten Schottky-Diode werden demnach im we- besitzen die Ionen nicht die ausreichende Energie, sentlichen durch die Anwendung eines mit besonde- um die Metallschicht selbst während des Niederren Vorspannungsvorkehrungen arbeitenden Verfall- schlagens zu beeinträchtigen. Der genannte Mecharens zur Niederschlagung von metallischen Schichten nismus wirkt vielmehr dahingehend, daß die verauf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers mittels 25 unreinigenden Schichten wirksam entfernt werden bei Kathodenzerstäubung erzielt. Ein Niederschlagspro- gleichzeitigem Niederschlagen der metallischen zeß, zu dessen Durchführung Kathodenzerstäubung Schicht in innigem Kontakt mit der Oberfläche des verwendet wird, ist zwar z. B. in einer Arbeit von Halbleiterkörpers. Dementsprechend wird die Po-L. I. Maissei et al. im »Journal of Applied Phy- tentialschwelle beim 'Metall-Halbleiterübergang im sics«, Bd. 36, Nr. 1, Januar 1965, beschrieben, je- 30 wesentlichen festgelegt durch die entsprechenden doch ist es den einschlägigen Literaturstellen (s. oben) Austrittsarbeiten der metallischen Schicht und des zu entnehmen, daß Kathodenzerstäubung bei Her- Halbleiterkörpers unter Sicherstellung von reprodustellung von Schottky-Dioden bisher nicht angewen- zierbaren Eigenschaften der so erzeugten Schottkydet worden ist, wenn auch in der deutschen Patent- Dioden.stand R _s , can lead to high currents at relatively low voltages despite the use of cathode sputtering, and also to meet the extreme cleanliness conditions at higher frequencies with good rectifying in-house production of Schottky diodes. Own the shafts. The energy of the atomized metal ions is much greater. The diodes with the properties mentioned above than those which are used in normal evaporation or superimposing processes are, according to the invention, vacuum evaporation processes, which are characterized in that the metal layer is around 1 eV . As a result of this increased energy by means of a cathode sputtering process, the sputtered metal ions can be deposited on a semiconductor substrate, with intimate contact with the surface of the semiconductor simultaneously between the plasma of the cathode body, and at the same time the potential sputtering serving gas discharge and the half-threshold on Metal-semiconductor transition essential conductor substrate a negative bias applied borrowed reduced. In addition, ions from the is, the height of which is sufficient, gas ions of the Ent- Plasma of the atomizing gas into the field, which accelerate the charge atmosphere so that foreign atoms and other impurities are and will be present at the boundary due to the bias of the semiconductor body In this semiconductor body is accelerated towards the surface of the layer by the ion bombardment, whereby they are hurled, but not, which is due to the semi-insufficient energy, e.g. B. gain 100 to 120 eV in order to dissolve metal ions deposited on the conductor substrate from during the actual deposition of the metal their deposition. The reproducible properties of the layers, in turn, have to remove the contaminating layers by impact. Fortunately manufactured Schottky diodes will therefore in the we- have not enough energy to be significantly impaired by the application of a decay hammer, which works especially with the metal layer even during the lowering of the biasing precautions. The said mechanism for the deposition of metallic layers acts rather to the effect that the verauf the surface of a semiconductor body by means of 25 unclean layers are effectively removed with cathode sputtering. A precipitation pro-simultaneous precipitation of the metallic zeß, for the implementation of which cathode sputtering layer in intimate contact with the surface of the is used, is z. B. in a work of semiconductor body. Accordingly, the Po-LI Maissei et al. in the "Journal of Applied Phy- tentialschwelle beim 'Metall-Semiconductorübergang im sics", vol. 36, no. 1, January 1965, described, each essentially determined by the corresponding but it is the relevant literature references (see above) drafts from the metallic layer and from the fact that cathode sputtering in Her semiconductor bodies, while ensuring reproduction of Schottky diodes, has not previously been applicable to the properties of the Schottky diodes produced in this way, albeit in the German patent diodes.

schrift 966 906 ein Verfahren angegeben ist, mit 35 Die Benutzung von Kathodenzerstäubungsverfahdem eine polykristalline Halbleiterschicht mit Hilfe ren zum Niederschlagen von Metall bei der Herstelvon Kathodenzerstäubung auf ein Substrat aufge- lung von Schottky-Dioden ergibt zusätzlich noch bracht werden kann, um anschließend sperrschicht- weitere Vorteile. Beispielsweise wird die Adhäsion frei die metallischen Elektroden in nicht speziell an- der metallischen Schicht wesentlich verbessert, da gegebener Weise anbringen zu können. 40 diese in innigem Kontakt mit der Oberfläche des In spezieller Durchführung des Verfahrens wird -Halbleiterkörpers aufgebracht wird, wobei großem Halbleiterkörper nach chemischem Polieren und flächige Metall-Halbleiter-Übergänge realisierbar Reinigen seiner Oberfläche mitsamt einem metalli- sind, die hohen Betriebsströmen, d. h. sehr viel höheschen Target in eine Kathodenzerstäubungskammer ren als bisher bekannt, gewachsen sind. Infolge der eingebracht, in der eine Kathodenzerstäubung einge- 45 Dynamik des Kathodenzerstäubungsprozesses beleitet wird, um die metallische Schicht auf den Halb- sitzen die auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers leiterkörper aufzustäuben. Trotz aller Vorsicht, die auftreffenden Partikeln ausreichende Energien, um beim chemischen Polieren und bei der Reinigung der eine adhäsionsintensive Schicht, z. B. ein Metall-Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgewendet wird, silizid an der Stelle des Metall-Halbleiter-Überganges verbleibt auf dieser stets eine verunreinigende Schicht 50 zu bilden. Weiterhin können auch großflächige Mezurück. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß tall-Halbleiter-Übergänge hergestellt werden mit z. B. diese Oberflächen stets gewissen reaktiven Ga- gleichförmigen, guten mechanischen und elektrischen sen, die in der Atmosphäre vorhanden sind, ausge- Eigenschaften, wodurch die erzielbaren Betriebssetzt sind, was auch für die Atmosphäre innerhalb ströme der Schaltung beträchtlich vergrößert werden der Kathodenzerstäubungskammer gilt. Während des 55 können. Die so erhaltenen Metall-Halbleiter-Über-Aufstäubungsprozesses wird der Halbleiterkörper als gangsflächen sind um mehrere Größenordnungen Substrat mit einer- negativen Spannung vorgespannt, größer als diejenigen, die mit den bisherigen Verfahwodurch dessen Oberfläche durch dem Zerstäubung?- ren erzielbar waren. Weiterhin kann zur Reduziegas entstammende Ionen hoher Energie bombardiert rung des Serienwiderstandes der wirksame Halbleiterwird. 60 körper der Diode als sehr dünne epitaktische Schicht Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kathodenzer- auf einem hochdotierten oder sogar entartet dotierten stäubungsverfahrens besteht darin, daß die zerstäub- Halbleiterplättchen des gleichen Leitfähigkeitstyps ten metallischen Ionen ausreichend Energie, d. h. ausgebildet werden, wodurch eine fast ideale Diodenetwa 10 bis 20 eV besitzen und daher in der Lage charakteristik erzielbar ist. Dementsprechend ergeben sind, die verunreinigenden Schichten zu durchdrin- 65 Schottky-Dioden, die entsprechend der Lehre der gen. Sie besitzen dahingegen nicht genügend Energie, vorliegenden Erfindung hergestellt sind, einen sehr um in die Oberfläche des Halbleiterkörpers selbst geringen Spannungsabfall in Flußrichtung bei sehr einzudringen. Damit ist es wider Erwarten gelungen, großen Arbeitsströmen.Document 966 906 a method is given with 35 The use of cathode sputtering a polycrystalline semiconductor layer with the aid of metal deposition during manufacture Cathode sputtering onto a substrate also produces Schottky diodes can be brought to subsequently barrier layer- further advantages. For example, adhesion free the metallic electrodes in not specifically different metallic layer significantly improved, since to be able to attach in a given way. 40 these in intimate contact with the surface of the In a special implementation of the method, semiconductor body is applied, whereby large Semiconductor bodies after chemical polishing and flat metal-semiconductor transitions can be realized Cleaning its surface together with a metallic, the high operating currents, d. H. very much higher Target in a sputtering chamber ren than previously known, have grown. As a result of introduced, in which a cathode sputtering induces 45 dynamics of the cathode sputtering process is to the metallic layer on the half-sit which on the surface of the semiconductor body to dust conductor body. Despite all caution, the impacting particles have sufficient energies to chemical polishing and cleaning of an adhesive layer, e.g. B. a metal surface of the semiconductor body is used, silicide at the point of the metal-semiconductor transition a contaminating layer 50 always remains on this. Furthermore, large-area mezzanines can also be used. This is attributable to the fact that tall-semiconductor junctions are made with z. B. these surfaces always certain reactive gas uniform, good mechanical and electrical sen, which are present in the atmosphere, out properties, whereby the achievable operational sets are what are also considerably enlarged for the atmosphere within streams of the circuit the sputtering chamber applies. During the 55th The metal-semiconductor sputtering process thus obtained If the semiconductor body is used as the transition surfaces are biased by several orders of magnitude substrate with a negative voltage, greater than those obtained with the previous method whose surface could be achieved by atomization. It can also be used for reducing gas The resulting ions of high energy are bombarded by the series resistance, which becomes an effective semiconductor. 60 body of the diode as a very thin epitaxial layer An advantage of the cathode corer according to the invention on a highly doped or even degenerately doped Sputtering method consists in that the sputtered semiconductor wafers of the same conductivity type th metallic ions sufficient energy, d. H. can be formed, making an almost ideal diode about 10 to 20 eV and therefore the characteristic can be achieved. Accordingly, surrender are to penetrate the contaminating layers 65 Schottky diodes, which according to the teaching of gen. By contrast, they do not have enough energy to produce a very high level of energy in order to get into the surface of the semiconductor body itself with a very low voltage drop in the flow direction to penetrate. Contrary to expectations, this means that large work flows have been achieved.

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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen bedeutetThe invention is described in the following description of an exemplary embodiment with reference to the Drawings explained in more detail. In these means

F i g. 1 eine im Querschnitt dargestellte epitaktische Schottky-Diode,F i g. 1 shows an epitaxial shown in cross section Schottky diode,

F i g. 2 ein Energiebanddiagramm eines Metall-Halbleiterüberganges entsprechend der Diode nach Fig. 1,F i g. 2 is an energy band diagram of a metal-semiconductor junction corresponding to the diode according to FIG. 1,

F i g. 3 eine im Querschnitt dargestellte Ansicht eines Kathodenzerstäubungsapparates zur Herstellung von Schottky-Dioden,F i g. 3 is a cross-sectional view of a cathode sputtering apparatus for manufacture of Schottky diodes,

F i g. 4 und 5 Darstellungen von Strom-Spannungs-Diagrammen von Wolfram-Silicium-, Chrom-Silicium- und Molybdän-Silicium-Schottky-Dioden.F i g. 4 and 5 representations of current-voltage diagrams of tungsten-silicon, chromium-silicon and molybdenum-silicon Schottky diodes.

Die Fig. 1 zeigt eine Schottky-Diode im Querschnitt. Diese umfaßt einen Körper mit einem HaIbleiterplättchen 3 vom N⁺+-Leitfähigkeitstyp und mit einem Halbleitersubstrat 5 vom N-Leitfähigkeitstyp, das als epitaktische Schicht ausgebildet ist. Das Halbleitersubstrat 5 kann durch Züchtung aus der Dampfphase oder durch eine Disproportionisierungsreaktion erzeugt werden. Die Metallschicht 7 ist in innigem Kontakt auf die Oberfläche der Schicht 5 unter Benutzung eines Kathodenaufstäubungsverfahrens aufgebracht, das im folgenden näher beschrieben wird. Da das Halbleitersubstrat 5 und die Metallschicht 7 unterschiedliche Austrittsarbeiten yj_s undi,y_m aufweisen, zeigt der durch die beiden aneinander angrenzenden Bereiche gebildete Übergang 9 gleichrichtende Eigenschaft, wenn der Körper und die metallische Schicht 7 in geeigneter Weise mit einer Spannung beaufschlagt werden. Wie die Theorie lehrt, erscheint an dem Übergang 9 ein Kontaktpotential ψ, welches abhängt von der Differenz der entsprechenden Austrittsarbeiten xp_s und xp_m des Halbleitersubstrats 5 sowie der Metallschicht 7, fernerhin von der Elektronenaffinität des Halbleitermaterials, aus der das Halbleitersubstrat 5 besteht und aus der Verteilung der Oberflächenenergiezustände in der Gegend des Überganges 9. Die Potentialschwelle ψ an dem Übergang 9 wird durch die Spannung der Spannungsquelle V moduliert, welche mit der Metallschicht 7 über den Kontakt 11 verbunden ist. Ferner wird ein am Lastwiderstand R entstehendes Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 13 abgenommen. Dieser Lastwiderstand ist an dem Halbleiterplättchen 3 über den ohmschen Kontakt 15 angeschlossen. Bisher wurden in der Technik Schottky-Dioden durch andere als durch Kathoden-Zerstäubungsverfahren hergestellt, beispielsweise durch Elektroplattierung, durch Strahlplattierung, durch pyrolytischen Niederschlag, durch Aufdampfen usw. einer metallischen Schicht auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers. Näheres hierüber kann einem Aufsatz von E. H. Bornemann et al, in dem Journal of Applied Physics, Bd. 26, S. 1021, vom August 1965 entnommen werden (Elektroplattierung elektrischer Kontakt auf Germaniumoberflächen).Fig. 1 shows a Schottky diode in cross section. This comprises a body with a semiconductor plate 3 of the N ⁺ + conductivity type and with a semiconductor substrate 5 of the N conductivity type, which is formed as an epitaxial layer. The semiconductor substrate 5 can be produced by growth from the vapor phase or by a disproportionization reaction. The metal layer 7 is applied in intimate contact to the surface of the layer 5 using a cathode sputtering process which will be described in more detail below. Since the semiconductor substrate 5 and the metal layer 7 have different work functions yj _{s and} i, y _m , the junction 9 formed by the two adjacent areas shows a rectifying property when the body and the metal layer 7 are suitably applied with a voltage. As the theory teaches, a contact potential ψ appears at the junction 9, which depends on the difference in the corresponding work functions xp _s and xp _{m of} the semiconductor substrate 5 and of the metal layer 7, and also on the electron affinity of the semiconductor material from which the semiconductor substrate 5 is made the distribution of the surface energy states in the area of the junction 9. The potential threshold ψ at the junction 9 is modulated by the voltage of the voltage source V , which is connected to the metal layer 7 via the contact 11. Furthermore, an output signal generated at the load resistor R is picked up at the output terminal 13. This load resistor is connected to the semiconductor chip 3 via the ohmic contact 15. Heretofore, in the art, Schottky diodes have been fabricated by methods other than cathode sputtering, such as electroplating, jet plating, pyrolytic deposition, vapor deposition, etc., of a metallic layer on the surface of a semiconductor body. More details on this can be found in an article by EH Bornemann et al, in the Journal of Applied Physics, Vol. 26, p. 1021, from August 1965 (electroplating of electrical contact on germanium surfaces).

Ferner seien in diesem Zusammenhang hier erwähnt: E. C. Wurst, Tr. et al, Journal of Applied Physics, Bd. 28, Nr. 2, Februar 1957, S. 235 bis 240 (Gleichrichtende Eigenschaften von Metall-Silicium-Kontakten); CR. Cr ο well et al, Transactions of the Metallurgical Society of AIME, Bd. 23, . März 1965, S. 478 bis 481 (Pyrolytischer Niederschlag von dünnen Wolframschichten auf Germanium-, Silicium- und Galliumarsenid-Oberflächen); D. Kahng, Solid State Electronics, Vol. 6, 1936,The following may also be mentioned in this context: E. C. Wurst, Tr. Et al, Journal of Applied Physics, Vol. 28, No. 2, February 1957, pp. 235 to 240 (rectifying properties of metal-silicon contacts); CR. Cr ο well et al, Transactions of the Metallurgical Society of AIME, vol. 23,. March 1965, pp. 478 to 481 (Pyrolytic precipitation of thin tungsten layers on germanium, silicon and gallium arsenide surfaces); D. Kahng, Solid State Electronics, Vol. 6, 1936,

S. 281 bis 295 (Eigenschaften von aufgedampften Kontaktierungen aus Gold auf Siliciumoberflächen).Pp. 281 to 295 (properties of vapor-deposited gold contacts on silicon surfaces).

Obwohl zahlreiche Verfahren zur Herstellung vonAlthough numerous methods of making

Sperrschichtdioden des in F i g. 1 gezeigten Typs angewendet werden, besitzen jedoch Dioden dieser Art verhältnismäßig kleine Übergangsflächen und werden ausschließlich für den Umsatz geringer Energien bei hohen Frequenzen benutzt. Auf Grund der schlechten elektrischen und mechanischen Eigenschaften,Junction diodes of the in FIG. 1, but have diodes of this type relatively small transition areas and are used exclusively for sales of low energies used high frequencies. Due to the poor electrical and mechanical properties,

ίο welche auf die Anwesenheit von verunreinigenden Schichten in der Gegend des Überganges zwischen Metall und Halbleiter zurückzuführen sind, wurden reproduzierbare Kennlinien für derartige Dioden, die diese für den Umsatz hoher Energien geeignet machen, bisher nicht erzielt. Die Anwesenheit derartiger verunreinigender Schichten verändert die Potentialschwelle \p an dem Übergang zwischen Metall und Halbleiter derart, daß der Wert für die Spannungsschwelle Vj nicht reproduzierbar ist und im allgemeinen größere Beträge annimmt, als es den theoretischen Voraussagen entspricht; weiterhin setzen derartige verunreinigende Schichten den Serienwiderstand R_s herauf. Bei bisher angewendeten Verfahren J wurden große Anstrengungen darauf verwendet, diese verunreinigenden Schichten zum Zwecke der Sicherstellung reproduzierbarer Dioden-Kennlinien! zu eliminieren. Die Anstrengungen waren aber nicht von zufriedenstellenden Ergebnissen begleitet, da die Halbleiteroberflächen notwendigerweise bei der Diodenherstellung für kurze Zeitspannen reaktionsfähigen Gasen ausgesetzt werden müssen, welche an der Oberfläche Reaktionsprodukte mit einer Dicke einer ein- oder mehrlagigen Molekülschicht hervorrufen. Zum Beispiel ergibt ein kurzes Einbringen einer Siliciumoberfläche in Luft oder Sauerstoff oder Wasserdampf, wie sie in den verschiedenen Aufdampfsystemen stets anzutreffen sind, eine dünne Schicht aus Siliciummonoxid oder Siliciumdioxid auf der Oberfläche; weiterhin können organische Materiahen, wie sie z. B. in den Treibmitteln von Diffusionspumpen oder auch in Verdampfungssystemen enthalten sind, an die Siliciumoberfläche adsorbiert werden. Die Arbeitsweise der Schottky-Diode von Fig. 1 und die Effekte der verunreinigenden Schicht können am besten unter Zuhilfenahme der Fig. 2 verstanden werden, welche ein Energiebanddiagramm einer N-leitenden Schicht 5, z. B. aus Silicium, Germanium oder Galliumarsenid usw. in Kontakt mit einem Metall im Gleichgewicht darstellt, wobei dieses Metall eine hohe Austrittsarbeit aufweist, was z. B. bei Molybdän, Wolfram, Chrom usw. der Fall ist. Es ist augenscheinlich für den Fachmann, daß sofern der Körper aus p-leitendem Halbleitermaterial hergestellt ist, bei dem der Stromtransport im wesentliehen durch die Bewegung von Defektelektronen getragen wird, eine geringe Austrittsarbeit für das Metall zu fordern ist, was z. B. bei Aluminium, Zink, Indium usw. der Fall ist, um' eine gute Gleichrichtungswirkung zu erhalten. Die Energieniveaus am :ίο which can be attributed to the presence of contaminating layers in the area of the transition between metal and semiconductor, reproducible characteristics for such diodes, which make them suitable for the conversion of high energies, have not yet been achieved. The presence of such contaminating layers changes the potential threshold \ p at the transition between metal and semiconductor in such a way that the value for the voltage threshold Vj is not reproducible and generally assumes larger amounts than corresponds to the theoretical predictions; furthermore, such contaminating layers increase the series resistance R _s . In the previously used method J, great efforts were made to remove these contaminating layers for the purpose of ensuring reproducible diode characteristics! to eliminate. However, the efforts were not accompanied by satisfactory results, since the semiconductor surfaces necessarily have to be exposed to reactive gases for short periods of time during the manufacture of diodes, which gases cause reaction products on the surface with a thickness of a single or multilayered molecular layer. For example, a brief exposure of a silicon surface to air or oxygen or water vapor, as is always found in the various vapor deposition systems, results in a thin layer of silicon monoxide or silicon dioxide on the surface; furthermore, organic materials, such as those used, for. B. contained in the propellants of diffusion pumps or in evaporation systems, are adsorbed on the silicon surface. The operation of the Schottky diode of FIG. 1 and the effects of the contaminating layer can best be understood with the aid of FIG. B. of silicon, germanium or gallium arsenide, etc. in contact with a metal in equilibrium, this metal having a high work function, which z. B. with molybdenum, tungsten, chromium, etc. is the case. It is evident to the person skilled in the art that if the body is made of p-conductive semiconductor material, in which the current transport is carried essentially by the movement of holes, a low work function is required for the metal, which is e.g. B. with aluminum, zinc, indium, etc. is the case to 'get a good rectifying effect. The energy levels at:

oberen bzw. unteren Ende des Valenz- und des Leitfähigkeitsbandes der Metallschicht 7 sind mit E_v und E_c bezeichnet, wobei beide durch die mit Δ Ε bezeichnete verbotene Zone getrennt sind. Wird nun die Metallschicht 7 in Flußrichtung oder aber in Sperrichtung bezüglich des Körpers 1 vorgespannt, so werden die Energiebänder des Halbleitersubstrats 5 aus N-leitendem Halbleitermaterial aufwärts oder abwärts umgebogen, wie es durch die gestrichelte Li-The upper and lower end of the valence band and the conductivity band of the metal layer 7 are denoted by E _v and E _c , the two being separated by the forbidden zone denoted by Δ Ε. If the metal layer 7 is now biased in the flow direction or in the reverse direction with respect to the body 1, the energy bands of the semiconductor substrate 5 made of N-conductive semiconductor material are bent upwards or downwards, as indicated by the dashed line.

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nicnt'ührung angedeutet ist. Die Oberfläche des Halb- gang verknüpft ist mit den Austriltsarbeiten ι,·_ηι undnot indicated. The surface of the half-aisle is linked to the workings ι, · _ηι and

leitersubstrats 5 ist normalerweise an Ladungsträgern i/<_s der Metallschicht 7 und dem Halbleitersubstrat 5,Conductor substrate 5 is normally on charge carriers i / < _{s of} the metal layer 7 and the semiconductor substrate 5,

verarmt, was durch eine Aul'biegung des Energie- kann man die Schwellwertspannung V₁ reproduzier-impoverished, which is caused by a bend of the energy, the threshold voltage V _{1 can be} reproduced

bandes nach oben in der Nähe des Überganges 9, an- barer machen durch geeignete Auswahl der benutztentape upwards near the transition 9, make it more accessible by suitable selection of the ones used

gedeutet ist, wobei sich die Verarmungsschicht in 5 Materialien, wenn jegliche verunreinigende Schichtis interpreted, the depletion layer in 5 materials if any contaminating layer

eine Tiefe der Größenordnung von 10"" bis 10"⁴Cm oder fremdes Material in der Gegend des Übergan-a depth of the order of 10 "" to 10 " ⁴ cm or foreign material in the area of the transition

erstreckt. Tatsächlich bedeutet diese Verarmungs- ges 9 vermieden wird. Nach einem speziellen Aspektextends. In fact, this impoverishment means 9 is avoided. According to a special aspect

schicht einen hohen Widerstand zwischen dem Halb- des Erfindungsgedankens werden nun unerwünschtelayer a high resistance between the half of the inventive concept are now undesirable

leitersubstrat 5 und der Metallschicht 7, welcher der verunreinigende Schichten zum Zwecke der Sicher-conductor substrate 5 and the metal layer 7, which is the contaminating layers for the purpose of safety

Kathode und der Anode der Diodenstruktur entspre- io stellung einer reproduzierbaren Charakteristik undThe cathode and the anode of the diode structure correspond to a reproducible characteristic and position

chen. Da die Austrittarbeiten yj_s und ψ,,, des Halb- zur Erhaltung von großflächigen Übergängen 9 we-chen. Since the work functions yj _s and ψ ,,, of the semi- to maintain large-area transitions 9 we-

leitersubstrats 5 und der Metallschicht 7 dem Be- sentlich unterdrückt, wenn die Metallschicht 7 durchConductor substrate 5 and the metal layer 7 is substantially suppressed when the metal layer 7 through

trag nach verschieden sind, ist die Potentialschwelle Kathodenzerstäubung unter Verwendung einer Vor-are different, the potential threshold is cathode sputtering using a preliminary

beim Übergang 9 theoretisch gegeben durch den spannung des Halbleiterkörpers auf diesen aufge-theoretically given at transition 9 by the voltage of the semiconductor body on it.

Ausdruck y_m — yj_s. i5 bracht wird. Ein hierzu benutzbarer Kathodenzer-Expression y _m - yj _s . i5 is brought. A cathode destroyer that can be used for this purpose

Die Anwesenheit einer verunreinigenden Schicht stäubungsapparat ist in der F i g. 3 als Beispiel darvon veränderlicher Dicke und gleichfalls die An- gestellt. Dieser besitzt die Vakuumkammern 21, Wesenheit von Oberflächen-Energiezuständen in der welche aus einem zylindrischen Glaskörper 23 beGegend des Überganges 9 können jedoch den Betrag steht, der auf seinen Stirnflächen durch geerdete ringder Potentialschwelle ψ um einen Betrag ψ' ver- 20 förmige Deckel 25 und 27 abgeschlossen ist. Weiterändern, wie er in der Figur dargestellt ist und damit hin sind in der Figur die Kathoden und Anoden als ebenfalls die Schwellenwertspannung V_T beeinflussen. fingerartige Fortsätze oder Einbuchtungen 29 und 31 Die Elimination einer derartigen Verunreinigungs- zu erkennen, die beispielsweise aus rostfreiem Stahlschicht oder des hierzu Anlaß gebenden Fremdmate- rohr bestehen können, welche in die Vakuumkammer rials in der Gegend des Überganges 9 bewirkt, daß 25 21 durch Öffnungen innerhalb der die Stirnflächen die Potentialschwelle ψ sich dem theoretischen Wert abschließenden Deckelbleche 25 und 27 eingeführt nähert, wobei auch eine bessere Reproduzierbarkeit sind. Die Kathoden- und Anodenfinger 29 und 31 der Schweliwertspannung F₇- erreicht wird. besitzen einen sich nach^ußen erstreckenden FlanschThe presence of a contaminating layer sputtering apparatus is shown in FIG. 3 as an example of variable thickness and also the employees. This has the vacuum chambers 21, the essence of surface energy states in which a cylindrical glass body 23 against the transition 9 can, however, be the amount that is on its end faces by an amount ψ ' deformed lid 25 and by an earthed ringder potential threshold ψ 27 is complete. Change further as shown in the figure and thus the cathodes and anodes in the figure also affect the threshold voltage V _T. finger-like projections or indentations 29 and 31 The elimination of such an impurity can be seen, which can consist for example of a stainless steel layer or the foreign material pipe giving rise to this, which causes 25 21 through openings in the vacuum chamber rials in the area of the transition 9 within which the end faces the potential threshold ψ approaches the theoretical value closing cover plates 25 and 27 introduced, with better reproducibility. The cathode and anode fingers 29 and 31 the threshold voltage F ₇ - is reached. have an outwardly extending flange

Werden geringe Spannungen in Flußrichtung über 33 und 35, welche in je einen isolierenden Bund 37 das Halbleitersubstrat 5 und die Metallschicht 7 der 30 und 39 eingepreßt sind. Die einander gegenüber-F i g. 1 angelegt, so entfällt der Hauptteil des Span- stehenden Enden der Kathoden- und Anodenfinger nungsabfalles auf den hohen Widerstand der Ver- 29 und 31 sind durch hart eingelötete hohle Kupferarmungszone, wodurch die Dichte der Träger bzw. scheiben 41 und 43 abgeschlossen, welche in einem der Elektronen moduliert wird. Dementsprechend Abstand von etwa 5 cm einander gegenüberstehen, wird die Potentialschwelle beim Übergang 9, die von 35 Die so gebildete Kammer 21 kann niedrige Drucke den Elektronen innerhalb der Schicht 7 überwunden in der Größenordnung von 10~⁶ Torr aushalten,
werden muß, reduziert und die Energiebänder der Die Kathoden- und Anodenfinger 29 und 31 sind Schicht 5 werden nach oben gekrümmt, wie es bei von geerdeten Aluminiumschirmen 45 .und 47 um- E_c, E_v angezeigt ist. Wird die Potentialschwelle am geben, welche in wirksamer Weise eine Glimmübergang 19 hinreichend reduziert, d. h. rückt sie in 40 entladung auf die einander gegenüberstehenden Oberdie Nähe der Schwellenwertspannung V_n so besitzen flächen der Scheiben 41 und 43 begrenzen. Ein dündie Elektronen in der Schicht 7 ausreichende Ener- nes Plättchen 49 aus dem Target-Material, z. B. aus gie, um diese zu überwinden, d. h., sie tunneln durch Wolfram, Chrom, Molybdän usw., d. h. aus dem Madiese reduzierte Potentialschwelle hindurch und terial, aus dem die metallische Schicht 7 der F i g. 1 durchlaufen den Übergang 9. Wird dahingegen die in 45 bestehen soll, wird weich oder hart auf die Scheibe Flußrichtung angelegte Spannung V vergrößert, so 41 gelötet; während der als Substrat dienende Körwächst der Fluß der Elektronen über den Übergang9 per entsprechend der Fig. 1, der entweder aus SiIinach eigenem Expotentialgesetz an, wie es gegeben cium, Germanium oder Galliumarsenid besteht, in ist durch den Ausdruck _: bekannter Weise auf der Platte 43 befestigt wird. DasIf there are low voltages in the flow direction over 33 and 35, which are pressed into an insulating collar 37 of the semiconductor substrate 5 and the metal layer 7 of 30 and 39. The opposite-F i g. 1, the main part of the tensioned ends of the cathode and anode fingers is due to the high resistance of the connections one of the electrons is modulated. Correspondingly, if there are a distance of about 5 cm opposite each other, the potential threshold at the junction 9 will be that of 35. The chamber 21 formed in this way can ^{withstand low pressures of the electrons within the layer 7 in the order of magnitude of 10 ~ 6} Torr,
must be reduced, and the energy bands of the cathode and anode fingers 29 and 31 are layer 5 are curved upwards, as indicated by grounded aluminum screens 45 and 47 um-E _c , E _v. If there is a potential threshold am, which effectively reduces a glow transition 19, ie it moves in 40 discharge to the areas of the panes 41 and 43 that are opposite to each other, which are close to the threshold voltage V _n. A thin plate 49 made of the target material, e.g. B. from gie to overcome this, that is, they tunnel through tungsten, chromium, molybdenum, etc., ie from the Madiese reduced potential threshold through and material from which the metallic layer 7 of FIG. 1 go through the transition 9. If, on the other hand, the one in 45 is supposed to exist, the voltage V applied to the disk flow direction is increased softly or hard, so 41 soldered; While the body serving as the substrate, the flow of electrons grows via the junction 9 per according to FIG. 1, which either consists of silicon according to its own law of expotential, such as cium, germanium or gallium arsenide, in the expression _{: in a} known manner on the plate 43 is attached. The

50 Plättchen 49 ist während des Zerstäubungsprozesses50 wafer 49 is during the atomization process

/ = Z₀ (e^? ^{v>lk T} — 1), mit Wasser gekühlt, was beispielsweise mit Hilfe der/ = Z ₀ (e ^? ^{V> lk T} - 1), cooled with water, which can be achieved, for example, with the aid of the

' aus Plastik bestehenden Zu- und Ableitungsrohre 53'Supply and discharge pipes made of plastic 53

wobei /₀ einen Faktor bedeutet, der mit der Über- und 55 geschehen kann, die innerhalb der Platte 41 gangsfläche in Beziehung steht, q die Elektronen-- zu einer Spirale aufgewickelt sind. Außerdem kann dung, V die Spannung, die über dem Übergang 9 55 das Substrat 51 vor oder nach dem eigentlichen Zeranliegt, k die Bolzmannkonstante und T die absolute stäubungsprozeß zusätzlich durch eine geeignete Temperatur bedeutet. Heizvorrichtung 57 geheizt werden, beispielsweisewhere / _{0 means} a factor that can occur with the transition area and 55, which is related to the transition area within the plate 41, q the electrons - are wound up in a spiral. In addition, V can be the voltage that is applied across the junction 9 55 to the substrate 51 before or after the actual crushing, k the Bolzmann constant and T the absolute dusting process additionally by a suitable temperature. Heating device 57 are heated, for example

Wird dahingegen eine Spannung in Sperrichtung durch eine Heizpatrone, welche in der Nähe derIf, on the other hand, a voltage in the reverse direction is generated by a heating cartridge, which is located in the vicinity of the

an die Schicht 15 und an die Metallschicht 7 ange- Scheibe 43 angebracht ist. Weiterhin kann auch ein legt, so ist die Schwellenenergie unter Berücksichti- 60 abgeschirmtes Thermoelement 59 vorgesehen wer-disk 43 is attached to layer 15 and to metal layer 7. Furthermore, a the threshold energy is to be provided taking into account 60 shielded thermocouple 59

gung der genannten Polung gegeben durch den Aus- den, das zu einem geeigneten Galvanometer 61 führtThe polarity mentioned is given by the output which leads to a suitable galvanometer 61

druck und der Temperatursteuerung für die geregelte Heiz-pressure and temperature control for the regulated heating

Wm — Ws + W · vorrichtung 57 dient, wodurch das Substrat 51 auf Wm - Ws + W · device 57 is used, whereby the substrate 51 on

einer vorgegebenen Temperatur, etwa auf 300⁰Ca predetermined temperature, approximately to 300 ⁰ C

Dementsprechend zeigt die Schottky-Diode der 65 während des Zerstäubungsprozesses gehalten wird. F i g. 1 eine unilaterale Leitfähigkeitscharakteristik, Die Kammer 21 wird zunächst evakuiert, wasAccordingly, the Schottky diode shows the 65 being held during the sputtering process. F i g. 1 a unilateral conductivity characteristic, the chamber 21 is first evacuated, which

ähnlich, wie dies bei Halbleiterdioden bekannt ist. durch die mit einem Ventil versehene Absaugöff-similar to what is known for semiconductor diodes. through the suction opening provided with a valve

Da die Schwellenenergie am Metall-Halbleiterüber- nung 63 geschieht, welche mit einem wirksamen,Since the threshold energy occurs at the metal-semiconductor cladding 63, which with an effective,

9 109 10

nicht gezeigten Vakuumpumpsystem verbunden ist. Energie besitzen, um eine metallische Verbindungnot shown vacuum pump system is connected. Own energy to a metallic compound

Dieses System sollte in der Lage sein, Drücke von mit dein Substratmaterial einzugehen, was einer Er-This system should be able to enter pressures with your substrate material, which is an

wenigstens 10""" Torr zu erzeugen und aufrecht- höhung des Bindungsanleiles zwischen den Reak-to generate at least 10 "" "Torr and upright increase the bond ratio between the reac-

zuerhalten. Außerdem ist der Behältern mit einer tionspartnern entspricht.to obtain. In addition, the containers are equivalent to one of the partners.

Quelle verbunden, welche die eigentliche Zerstäu- 5 Diese stärkere Bindung zwischen Substrat und Mebungsatmosphäre beispielsweise Argon liefert, was tallschicht hat, wenn überhaupt, dann einen nur geüber die mit Ventil versehene Eingangszuleitung 65 ringfügigen Einfluß auf die Potentialschwelle ψ. Weigeschieht. Während der anfänglichen Evakuierung terhin ist die Oberfläche des Substrates einem Bomder Kammer 21 und vor der Einführung des Zer- bardement von Argonionen ausgesetzt, welche mit stäubungsgases durch die Eingangszuführung 65 wird io etwa 100 eV ausreichend Energie besitzen, um die die Absaugöffnung 63 gedrosselt und ein Partialdruck verunreinigende Schicht durch Zerstäuben zu enteingestellt, welcher ausreicht, die Glimmentladung fernen. Diese Energie reicht aber nicht dazu aus, die aufrechtzuerhalten, d. h. ein solcher von etwa niedergeschlagenen Metallionen ihrerseits zu beein-2 · 10~³ bis 5 ■ 10~^:! Torr in die Kammer 21 über die trächtigen, oder gar zu lösen, vielmehr ist trotz des Eingangszuleitung 65 eingegeben. Nunmehr wird die 15 Vorhandenseins energiereicher Argonionen ein me-¹ Absperrvorrichtung 67 in die gezeigte Lage gebracht chanisch und elektrisch guter Kontakt zwischen Me- i und der Target mit einer Vorspannung, beispielsweise tallschicht 7 und dem Halbleitersubstrat 5 gewähr- \ mit 5 kV versehen, indem der Schalter 69 geschlossen leistet. Dementsprechend zeigt die Schottky-Diode wird. Hierdurch wird eine Glimmentladung zur Rei- der Fig. 1 eine Potentialschwelle ψ in der Gegend nigung der Oberfläche des Substrats 51 in Gang ge- 20 des Überganges, welche sich weitgehend dem theobracht, Vorzugsweise wird die Absperrvorrichtung67 retischen Wertem — % nähert, wobei die Schwellenmit Wasserkühlung versehen, wobei das Wasser die wertspannung V₇ reproduzierbar ist und die Diode j Eingangs- und Ausgangsrohre 73 und 75 durchläuft. infolge des großflächigen Überganges 9 einem hohen' Ist das Plättchen 49 auf diese Weise ausreichend Betriebsstrom gewachsen ist.5 This stronger bond between substrate and Mebungsatmosphäre, for example argon, which tallschicht has, if at all, then only a slight influence on the potential threshold ψ via the valve-provided input lead 65. Will happen. During the initial evacuation, the surface of the substrate is subsequently exposed to a bomb chamber 21 and, before the introduction of the cement element, is exposed to argon ions, which with atomizing gas through the inlet feed 65 will have about 100 eV sufficient energy to throttle the suction opening 63 and reduce it Partial pressure contaminating layer to be removed by sputtering, which is sufficient to remove the glow discharge. But this energy is not sufficient for this, which maintain that such an about-deposited metal ions turn to impressive 2 x 10 ~ ³ to 5 ■ 10 ^~! Torr into the chamber 21 via the pregnant, or even to loosen, rather is entered despite the input supply line 65. Now, the 15 presence of high-energy argon ions me- ¹ Shut-off device 67 is brought into the position shown mechanically and electrically good contact between metal i and the target at a bias voltage, for example tallschicht 7 and the semiconductor substrate 5 warranty \ 5 kV provided by the switch 69 makes closed. Accordingly, the Schottky diode shows will. 1, a potential threshold ψ in the vicinity of the surface of the substrate 51 is set in motion of the transition, which largely approaches the theoretical value Provided water cooling, the water the value voltage V _{7 is} reproducible and the diode j input and output pipes 73 and 75 passes through. As a result of the large-area transition 9, a high level, the plate 49 is able to withstand sufficient operating current in this way.

lang behandelt, so wird das Substrat 51 mit einer 25 Weiterhin weist das vorgesehene hochdotierte;long treated, the substrate 51 is treated with a 25 Furthermore, the provided highly doped;

Vorspannung von etwa 100 V beaufschlagt, indem Halbleiterplättchen 3 einen geringen Serienwider-Bias voltage of about 100 V applied by the semiconductor wafer 3 a low series resistance

der Schalter 79 betätigt und die Spannungsquelle 81 stand R_s auf, und der in Flußrichtung fließendethe switch 79 actuated and the voltage source 81 stood up R _s , and the flowing in the direction of flow

angelegt wird. Die Absperrvorrichtung 67 wird dann Strom / pro "Einheit der in Flußrichtung angelegtenis created. The shut-off device 67 is then applied current / per "unit of the flow direction

aus seiner Lage zwischen Plättchen 49 und Substrat Spannung wächst sehr stark mit der Schwellenspan-from its position between platelet 49 and substrate, the tension grows very strongly with the threshold voltage

51 mit Hilfe des äußeren Betätigungsknopfes 77 30 nung V₇ an. Wird der Serienwiderstand R_s reduziert,51 with the help of the outer control button 77 30 voltage V ₇ . If the series resistance R _{s is} reduced,

herausgebracht, wobei die Metallionen, welche durch so liegt ein größerer Teil der zwischen Körper 1 undbrought out, whereby the metal ions, which through so lies a larger part of the between body 1 and

Zerstäubung aus dem Target frei werden und in die Metallschicht 7 angelegten Spannung über demUber-Sputter from the target are released and in the metal layer 7 applied voltage across the

Kammer 21 gelangen, auf die exponierte Oberfläche gang 9 selbst. Beispielsweise ist die Spannung V, Chamber 21 reach the exposed surface passage 9 itself. For example, the voltage V,

des Substrats 51 auftreffen, auf welcher sie die Me- welche über dem Übergang 9 liegt, gegeben durchof the substrate 51 impinge on which it is the measuring which lies over the transition 9, given by

tallschicht 7 bilden. Gleichzeitig ist das Substrat 51 35 den Ausdrucktall layer 7 form. At the same time, the substrate 51 35 is the expression

vermöge seiner Vorspannung einem Bombardement V-I-R by virtue of its bias a bombardment VIR

von positiven Argonionen hoher Energie ausgesetzt, ^s exposed to high energy from positive argon ions, ^s

die sich innerhalb des Entladungsplasmas befinden. \ Der beschriebene Aufstäubungsprozeß wird über eine und entsprechend ist der in Flußrichtung durch die i ausreichende Zeit hinweg fortgesetzt, um eine zusam- 4° Diode fließende Strom der F i g. 1 gegeben durch den. j menhängende Metallschicht 7 von gleichförmiger Ausdruck ! Dickenabmessung zwischen 10 000 bis 50 000 Ä auf / = /₀· (eid'-'-Ks)*?"- 1) : das Halbleitersubstrat 5 aufzubringen. Nach Nieder- ^; schlag der Metallschicht 7 werden mittels der Schal- Es ist demnach offensichtlich, daß die Strom-Span- ' ter 69 und 79 die Spannungen von Substrat 51 und 45 nungs-Kennlinien der Schottky-Diode festgelegt wer-Plättchen 49 abgeschaltet, der Anodenfinger 31 wird den kann durch Dimensionierung der Dotierung des , aus der Vakuumkammer 21 entfernt, um Zugang zu Halbleiterplättchens 3, wobei die so erhaltenen Kennder erstellten Schottky-Diode zu erhalten. linien sich einer idealen Kennlinie nähern, wenn das ; Die Wirkung des beschriebenen Aufstäubverfahrens Halbleiterplättchen 3 hochdotiert wird. ' durch Kathodenzerstäubung ist eine zweifache. Zu- 50 Typische Strom - Spannungs - Kennlinien von j nächst besitzen die Metallionen, die durch Kathoden- Schottky-Dioden aus Wolfram—Silicium, Chrom— ! zerstäubung vom Plättchen 49 abgelöst wurden, eine Silicium und Molybdän—Silicium, die nach dem vor- I ausreichende Energie (10 bis 20 eV), um eine ein stehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, oder mehrere Moleküle dicke Schicht Fremdmaterials, sind in den F i g. 4, 5 und 6 dargestellt. Während des welche sich auf dem Substrat 51 ausgebildet hat, zu 55 Metallniederschlages mittels Kathodenzerstäubung durchdringen. Infolgedessen werden die durch den wurde der Partialdruck des Argons innerhalb der Zerstäubungseffekt losgelösten Metallionen als me- Kammer 21 auf einen Wert von etwa 3 · 10~² Torr tallische Schicht in innigem Kontakt mit der Ober- gehalten. Spannung und Strom betrugen am Plättfläche des Substrats 51, d. h. auf dem Halbleiter- chen 49 150mA bei 4 kV, am Substrat 45 mA bei substratS der Fig. 1 niedergeschlagen. Weiterhin 60 — HOV. Die Temperatur des Substrates würde auf weisen derartige Metallschichten eine sehr starke einem Wert von 300° C gehalten. Die so hergestellten Bindung mit der Oberfläche des Substrats 51 auf, so Schottky-Dioden zeigten sehr niedrige Schwellendaß man erwarten kann, daß auf die genannte Art wertspannungen V₇, wie sie mittels bisher bekannter das Aufbringen einer größeren Metall-Halbleiter- Verfahren nur gelegentlich erzeugt werden konnten, Oberflächenverbindung hergestellt werden kann, als 65 was auf eine wesentliche Elimination jeglicher veres mit den bisherigen Verfahren möglich war. Es unreinigender Schichten in der Gegend des Überscheint, daß die Metallionen, welche auf die Ober- ganges 9 zurückzuführen ist. Die Fig. 4 zeigt z.B. fläche des Substrats 51 treffen, eine ausreichende die Strom-Spannungs-Kennlinie einer nicht epitak-which are located within the discharge plasma. \ The sputtering process described is continued over a period of time that is sufficient in the flow direction through the i to flow a combined diode of FIG. 1 given by the. j hanging metal layer 7 of uniform expression! ?. "Thickness dimension of between 10,000 to 50,000 Ä on / = / ₀ · (eid '-'- Ks) * - 1): apply the semiconductor substrate 5 After ^low, beating the metal layer 7 by means of the formwork It is therefore Obviously, that the current tensioners 69 and 79 set the voltages of the substrate 51 and 45 voltage characteristics of the Schottky diode who-plate 49 is switched off, the anode finger 31 is the can by dimensioning the doping of the, from the vacuum chamber 21 removed in order to gain access to semiconductor wafer 3, whereby the Schottky diode produced in this way is obtained. lines approach an ideal characteristic curve if the; the effect of the described sputtering process semiconductor wafer 3 is highly doped Typical current-voltage characteristics from j next have the metal ions, which were detached from the platelet 49 by cathode Schottky diodes made of tungsten-silicon, chromium-atomization, a silicon and mol ybdene — silicon that has been produced after the above I have sufficient energy (10 to 20 eV) to allow a process described above, or a layer of foreign material several molecules thick, are shown in FIGS. 4, 5 and 6 shown. During which metal deposit 55 has formed on the substrate 51 penetrate by means of cathode sputtering. As a result, the partial pressure of argon through which the held within the atomization detached metal ions as me- chamber 21 to a value of about 3 x 10 ^-2 Torr-metallic layer in intimate contact with the top. The voltage and current were deposited on the flat surface of the substrate 51, ie on the small semiconductor 49 150 mA at 4 kV, on the substrate 45 mA with substrate S of FIG. Still 60 - HOV. The temperature of the substrate would have a very high value of 300 ° C. on such metal layers. The bond produced in this way with the surface of the substrate 51, so Schottky diodes showed very low thresholds that one can expect that value voltages V ₇ in the manner mentioned, as generated by the application of a larger metal-semiconductor process only occasionally surface connection can be made than 65 which was possible with the previous methods to a substantial elimination of any veres. It is unclean layers in the area of the overlay that the metal ions, which can be traced back to the upper course 9. 4 shows, for example, the surface of the substrate 51, a sufficient current-voltage characteristic of a non-epitak-

tischen Schottky-Diode, welche aus einer dünnen Metallschicht aus Wolfram mit der Abmessung von 0,4 · 0,4 mm bestand, die auf einen N-leitenden Halbleiterkörper mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm · cm aufgebracht war. Während eine derartige Diode einen viel niedrigeren Spannungsabfall in Flußrichtung aufweist, ist die Rate des Stromanstieges mit ansteigender Spannung V relativ gering, da der Serienwiderstand R_s infolge des Widerstandbeitrages des Halbleiterkörpers ziemlich groß ist. Die Wirkung eines reduzierten Serienwiderstandes R_s in einer Schottky-Diode mit einer epitaktischen Halbleiterschicht, die auf einem bis zur Entartung dotierten Halbleiterplättchen aufgebracht ist, geht aus dem Vergleich der F i g. 4 mit den F i g. 5 und 6 hervor. Die Fig. 5 und 6 zeigen die Stromspannungskennlinien von epitaktischen Schottky-Dioden aus Chrom-Silicium und Molybdän-Silicium, bei denen die Metallschicht Abmessungen 2,5 · 2,5 mm beträgt, und die eine N-leitende epitaktische Siliciumschicht besitzen, weiche ihrerseits getragen wird durch ein N-leitendes entartet dotiertes Siliciumplättchen. Intable Schottky diode, which consisted of a thin metal layer of tungsten with the dimensions 0.4 × 0.4 mm, which was applied to an N-conducting semiconductor body with a specific resistance of 1 ohm · cm. While such a diode has a much lower voltage drop in the forward direction, the rate of the increase in current with increasing voltage V is relatively low, since the series resistance R _{s is} quite large as a result of the resistance contribution of the semiconductor body. The effect of a reduced series resistance R _s in a Schottky diode with an epitaxial semiconductor layer which is applied to a semiconductor wafer doped to the point of degeneracy can be seen from the comparison of FIGS. 4 with the F i g. 5 and 6. 5 and 6 show the current-voltage characteristics of epitaxial Schottky diodes made of chromium-silicon and molybdenum-silicon, in which the metal layer is 2.5 x 2.5 mm, and which have an N-type epitaxial silicon layer, which in turn is soft is supported by an N-conducting degenerately doped silicon wafer. In

derartigen Strukturen ist der Serienwiderstand R_s sehr stark reduziert und besitzt eine Größenordnung von etwa 0,003 Ohm, was auf die verwendete epitak-_t tische Schicht zurückzuführen ist, die infolgedessen wesentlich zur Niedrighaltung des Widerstandes des Halbleiterkörpers beiträgt. Wie in F i g. 6 gezeigt ist, liegt die Schwellenwertspannung V₁ der Schottky-Diode aus Molybdän—Silicium in der Größenordnung von 0,35 V. Durch den herabgesetzten Serienwiderstand R₅ ist die Stromanstiegsrate mit ansteigender Betriebsspannung V wesentlich verstärkt. Wie z.B. aus der Fig. 5 hervorgeht, kann der Strom, der durch eine epitaktische Schottky-Diode aus Chrom—Silicium fließt, innerhalb eines Bereiches der völligen Sperrung bis maximal auf einen Wert von 2000 mA verändert werden, entsprechend einer Änderung der angelegten Spannung V zwischen Werten von 1 und 3 V, während bei einer epitaktischen Schottky-Diode aus Molybdän—Silicium diese Wertesuch structures is the series resistance R _s reduced very much and has a magnitude of about 0.003 ohms, which is used to epitaxially _t diagram due layer, which consequently contributes significantly to the low attitude of the resistance of the semiconductor body. As in Fig. 6, the threshold voltage V _{1 of} the Schottky diode made of molybdenum silicon is of the order of magnitude of 0.35 V. The reduced series resistance R ₅ significantly increases the rate of current increase with increasing operating voltage V. As can be seen, for example, from FIG. 5, the current which flows through an epitaxial Schottky diode made of chromium-silicon can be changed within a range of complete blocking up to a maximum of 2000 mA, corresponding to a change in the applied voltage V between values of 1 and 3 V, while in the case of an epitaxial Schottky diode made of molybdenum silicon these values

zo sich von etwa 0 bis maximal 50 A entsprechend einer angelegten Spannung zwischen 0,1 und 0,52 V erstrecken. zo from about 0 to a maximum of 50 A corresponding to a applied voltage between 0.1 and 0.52 V.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method of manufacturing Schottky diodes, in which W, Cr or Mo as a metal layer on an N-conductive semiconductor substrate, consisting of Ge, Si or GaAs in intimate contact is hereby applied, characterized in that that the metal layer (7) is deposited on the semiconductor substrate (5) by means of a cathode sputtering process, at the same time between the plasma of the gas discharge serving for cathode sputtering and a negative bias voltage is applied to the semiconductor substrate (S), the level of which is sufficient, To accelerate gas ions of the discharge atmosphere so that foreign atoms and other Impurities at the boundary layer are thrown out by the ion bombardment, but not the metal ions deposited on the semiconductor substrate (5) from their deposition to solve.

2. The method according to claim 1, characterized in that the gas discharge in an argon atmosphere at a partial pressure of about 3 × 10 ^-2 Torr while applying a voltage of 4 kV between a total cargo space surrounding housing (25, 27) and the to be atomized metal (49) is brought about and at the same time a negative bias voltage of −110 V is applied between the housing (25, 27) and the semiconductor substrate (5).

3. The method according to claim 2, characterized in that the substrate is ^{heated to 300 0} C during the cathode sputtering process.