DE1917058B2 - Halbleiterbauelement mit schottky- sperrschicht - Google Patents

Halbleiterbauelement mit schottky- sperrschicht

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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, der auf einer Oberfläche eine Isolierschicht mit einer Öffnung »rügt und auf dem eine Metallschicht aufgebracht ist, die über den die Öffnung Umgebenden Rand der Isolierschicht hinweg auf dieser engeordnet ist und bei dem unterhalb dieser Öffnung tier Isolierschicht versenkt im Halbleiterkörper eine Schottky-Sperrschicht ausgebildet ist.
Es ist ein Halbleiterbauelement dieser Art bekannt (USA.-Patentschrift 32 90 127). bei dem zur Vermeidung des bekannten »Randeffekts« (The Bell System Techn. Journal, Febr. 1968, Nr. 2, S. 195 bis 208) durch Diffusion der Metallschicht in den Halbleiterkörper die zwischen dieser Diffusionsschicht und dem Umgebenden Halbleitermaterial gebildete Schottky-Sperrschicht in dem Halbleiterkörper versenkt ist. Hierdurch wird die Durchbruchspannung erhöht. Der tür Diffusion nötige Erhitzungsvorgang über 400°C 1st in anderer Hinsicht nachteilig und bedeutet einen Weiteren zusätzlichen Arbeitsgang.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das unter Vermeidung der erwähnten störenden Nebenerscheinungen des bekannten Diffusionsvcrfah- !•ens eine hohe Durchbruchspannung besitzt und trotzdem sehr einfach und billig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement besitzt sowohl als Einzelelement als auch bei seiner möglichen Verwendung bei integrierten Schaltungen den Vorteil, daß in Folge des Wegfalls des Diffusionsvorgangs mit der erforderlichen starken Erhitzung das Herstellunßsverfahren wesentlich vereinfacht ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeiet einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Schottky-Diode;
Fic" 2 zeist in einem Diagramm die Abhängigkeit der Tiefe der Ausnehmung im Halbleiterkörper und der erzielbaren Durchbruchspannung.
Die in Fic. 1 im Querschnitt dargestellte Schottky-Diode besteht aus einer epitaxial gezogenen Schicht 29 aus Silicium mit einer Dicke von 2 μ und einem spezifischen Widerstand von 0,7 Ohm/cm, die auf der einen Seite einer Siiiciumträgerschicht 21 mit einem spezifischen Widerstand von 0,005 Ohm/cm aufgebracht ist. Auf der Schicht 29 wird eine Isolationsschicht 22 aus Siliciumdioxid mit einer Dicke von 6000 A gebildet. Bei anderen Ausführungsformen können Germanium- oder Galliumarsenidträgerschichten mit einer auf der einen Oberfläche epitaxial gewachsenen Schicht \erwendet werden, die mit einer Isolationsschicht wie Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid überdeckt ist.
Anschließend wird eine runde Öffnung 23 mit einem Durchmesser \on 40 μ mittels des bekannten Photoätzvcrlahrens in die Isolierschicht 22 eingearbeitet, so daß die epitaxial gewachsene Siliciumschicht 29 über die Öffnung 23 freiliegt. Nachfolgend wird die Oberseite der Siliciumschicht 29 in ein Ätzbad eingetaucht, das beispielsweise aus einer Mischung aus Salpetersäure, Fluorsäure und Acrylsäure im Mengenverhältnis 6:1:2 bestehen kann. Durch diesen At/-vorgang wird die freigelegte Fläche der Siliciumschicht 29 ausgehöhlt, wodurch sich eine Ausnehmung 2S mit einer Tiefe von etwa 4000 A in der Schicht 29 bildet Nach dem Spülen und Trocknen wird auf der Oberfläche der Ausnehmung 28 und der Oberfläche der diese Ausnehmung umgebenden Isolierschicht 22 eine Metallschicht 24 aus Nickel mit einer Dicke von 5000 Λ durch Ablagern dieses Metalls in einem Vakuum von 4 ■ 10 6 Torr aufgebracht. Nachfolgend wird eine Photoätzung durchgeführt, um die Metallschicht auf dem umgebenden Flächenabschnitt außerhalb der mit dem Bezugszeichen 30 bezeichneten Rundelektrode zu entfernen, welche einen Durchmesser von 60 μ besitzt und die Öffnung 23 abdeckt. Vorzugsweise kann eine Lötmittelschicht 25 zum Abdecken der Rundelektrode 30 auf dieselbe aufgebracht werden. Bei anderen Ausfiihrungsformen kann die Metallschicht 24 aus Metallen wie Wolfram, Molybdän. Vanadium, Gold oder Palladium bestehen. Schließlich werden zwei Anschlußdrähte 26 und 27 an der Lötmittelschicht 25 bzw. an der Bodenfläche der Trägerschicht 21 angebracht. Wie Versuche zeigen, betrug bei einer ausreichenden Durchbruchsspannung die dafür geeignete Tiefe d der Ausnehmung 28 etwa 4000 Λ bei einer Dicke der Isolationsschicht 22 zwischen 5000 A und 10000 A. Die Beziehung zwischen der Tiefe i/der Ätzung und der Durchbruchsspannung ist in Fig. 2 aufgezeigt, aus der ersichtlich ist, daß die Kurve bei einer Ätztiefe d von etwa 100 A abbiegt und bei einer Atztiefe d über 200 A einen hinreichend großen Wert und ein gleichmäßiges Anwachsen der Durchbruchsspannung anzeigt. Mit anderen Worten heißt das, daß bei einer Tiefe der Ausnehmung 28 von über 200 A eine dreimal so hohe Durchbruchsspannung wie bei bekannten derartigen Halbleiterbauelementen erreichbar ist.
Es wurde gleichfalls experimentell gefunden, daß zum möglichst schnellen Erreichen einer stabilen Betriebsweise die Dicke der Metr.llschicht 24, welche die Oberfläche der Siliciumschicht 29 berührt, vorzugsweise größer als die Tiefe d der Ausnehmung 23 i gewählt werden sollte. Eine Dicke von über -000 A für die Metallschicht 24 ist dabei besonders günstig.
Die Kennlinie einer Diode mit Schottky-Sperrschicht wird etwa durch die folgende Gleichung bestimmt:
J = .h[exp(qVa;nkT)-\].
In dieser Gleichung bedeuten:
J -■-- die Stromdichte (Ampere/cm2) Va - die über der Sperrschicht liegende Spannung (Volt)
q die Elementarladung (coulomb) k die Boltzman'sche Konstante 7 die absolute Temperatur
/; cmc empirische Konstante Js die Sättigungsspcrrstromdichte (Ampere ,.Cm'-).
Der Wert qjnkT kann dabei aus der Tangente an die die Beziehung zwischen J und Va wiedergebende Kurve berechnet werden. Wenn T konstant ist, besitzt die empirische Konstante η einen Wert von
.1 ä 1.
Die Konstante η ist ein Maß für die Güte der Schottky-Sperrschicht und hat theoretisch einen Wert 1. tatsächlich liegt dieser Wert jedoch für Sperrschichten ausreichender Qualität zwischen 1,03 und 1,06. Bei der weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Diode konnte dieser Wert um etwa 0,01 bis 0,02 im Vergleich zu handelsüblichen Schottky-Sperrschicht-Dioden verbessert werden. Die Ursache, für diese Verbesserung wird darin gesehen, daß die Sperrschichteigenschaften sich dem Idealfall nähern.
Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Diode beschrän.-.t ist, sondern für die verschiedensten Bauelemente mit Schottky-Spcrrschichten. wie Transistoren oder integrierte Schaltungen, anwendbar ist, die insbesondere für den Einsatz bei sehr hohen Frequenzen bestimmt sind.
Hierzu 1 BIaU Zeichnunuen

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    !. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, der auf einer Oberfläche eine Isolierschicht mit einer öffnung trägt und auf dem eine Metallschicht aufgebracht ist, die über den die Öffnung umgebenden Rand der Isolierschicht hinweg auf dieser angeordnet ist und bei dem unterhalb dieser Öffnung der Isolierschicht versenkt im Halbleiterkörper eine Schottky-Sperrschicht ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Öffnung (23) der Isolierschicht (22) in der Oberfläche des Halbleiterkörpers (29) eine Ausnenmung (28) mit einer Tiefe von mindestens 200 A eingearbeitet ist, die von der Metallschicht (24) ausgefüllt ist.
  2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (28) eine Tiefe von mindestens 4000 A besitzt ;md die Dicke der Isolierschicht (22) zwischen 5000 A und 10000 A liegt, und daß die Metallschicht (24) eine Dicke hat, welche die Tiefe der Ausnehmung (28) übersteigt.
    25
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