DE1941075A1 - Oberflaechensperrschicht-Diode und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Oberflaechensperrschicht-Diode und Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
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Description
8 MÖNCHEN 7Ϊ12.ÄUgÜSt 1969
MelchlorttraBt 42
M.lnZ.leh.n: M55P-279
Motorola,. Inc. 94-01 West Grana Avenue
Franklin Park, Illinois V.St.A.
Oberflächensperrschicht-Diode und Verfahren zur Herstellung derselben
Die Erfindung betrifft eine Oberflächensperrschicht-Diode mit
einem in einem Halbleiterkörper vorgesehenen Ringbereich zur
Verbesserung der Durchbruchspannung und ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Diode.
Oberflächensperrschicht-Dioden sind auch als Schottky-Dioden
bekannt und insbesondere für hohe Spannungen verwendbar. Bei derartigen Oberflächensperrschicht-Dioden wurden neuerdings
Verbesserungen mit Hilfe einer Oxyd^Passivierung erzielt, wodurch
sich die Durchbruchspannung auf Grund einer bereichsbegrenzten Diffusion eines entlang dem Umfang der aus Metall
bestehenden Sperrelektrode verlaufenden Bereichs mit P-Leitung
erheblich vergrössert. Derartige Halbleiteranordnungen sind
durch eine extrem kurze Begenerierungszeit in Sperrichtung gekennzeichnet,
die sich auf Grund eines Mangels an einer
ls/wi ' " . . messbaren
A M55P-279
messbaren Ladung aus Minoritätsträgern ergibt.
Ein Nachteil des bekannten Halbleiteraufbaus dieser Art ist
die Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung des durch die
Diffusion gebildeten ringförmigen PN Übergangs auf die Umfangslinie
der metallischen Sperrelektrode· Wenn nämlich eine
Kontaktberührung zwischen dem PN Übergang und der Sperrelektrode stattfindet, verursacht das Anlegen einer Vorspannung
in Durchlassrichtung die Injektion von Ladungsträgern aus dem ringförmigen Diffusionsbereich in den Bereich der Schottky-Sperrschicht,
wodurch die Eegenerierungszeit erheblich vergrössert
wird» Selbst wenn der PN Übergang von der Schottky-Sperrschicht
getrennt ist, kann ein beträchtlicher Leckstrom in Sperrichtung auftreten, bevor die Verarmung des Bereiches
an Ladungsträgern den peripheren PN Übergang erreicht. Daher kann eine optimale Halbleiteranordnung dieser Art nur durch
eine exakte Ausbildung und Anordnung des peripheren Bereiches
der Sperrelektrode bezüglich des PN Übergangs erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Struktur des
Aufbaus einer Oberflächensperrschicht-Diode mit Passivierung derart zu verbessern, dass insbesondere die Injektion von
Trägerladung über den peripheren PN Übergang unterdrückt wird, um dadurch die Durchbruchspannung zu vergrössern. Ferner soll
durch die Gestaltung des Halbleiteraufbaus die Notwendigkeit
für eine genaue Ausrichtung der Sperrelektrode bezüglich des
peripheren PN Übergangs erheblich verringert werden.
Ausgehend von der eingangs erwähnten Oberflächensperrschicht-Diode
wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
ein in dem Halbleiterkörper vorgesehener erster Bereich eines bestimmten Leitfähigkeitstyps einen ersten Oberflächenbereich
des Halbleiterkörpers umfasst, dass ein zweiter Bereich eines
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps einen zweiten und den ersten Bereich umgebenden Oberflächenberach des Halblei-ter-
3 M55P-279
körpers umfasst, dass ein dritter Bereich des bestimmten Leitfähigkeitstyps
einen dritten, den ersten und zweiten Bereich umgebenden Oberflächenbereich des.Halbleiterkörpers umfasst,
dass der erste und dritte Bereich durch den zweiten Bereich
voneinander, getrennt sind, und. dass eine Öberflächen-Sperrelektrode
in Kontaktverbindung mit dem ersten, zweiten und dritten Bereich stehto
Bei einer nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauten Schottky-Diode
wird durch eine besondere Ausbildung der ρassivierenden
Teilender Bereich der Schottky-Sperrschicht des Halbleiterkörper
s .von einem Bereich mit entgegengesetzter Leitfähigkeit umgeben, in welchem ein weiterer Bereich der bestimmten Leit- "'
fähigkeit derart angeordnet ist, dass dieser nähe der inneren
Begrenzung des Bereichs mit entgegengesetzter Leitfähigkeit verläuft. Diese beiden Bereiche umgeben den Bereich der Schottky-^
Sperrschicht und verlaufen bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers, wodurch zwei nahe beieinanderliegende PN Übergänge
gebildet werden, die nahe bei dem umfang der Sperrelektrode
bis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufen. Es ist von Wichtigkeit, dass der Teil, über welchen der Kontakt zur'
Sperrelektrode hergestellt wird, vom Mittelbereich des die Schottky-Sperrschicht bildenden Teils des Halbleiterkörpers
bis zumindest in die.Nähe des ersten der beiden PN Übergänge
verläuft, die. diese Schottky-Sperrschicht umgeben. Ferner ist es wichtig, dass der Umfang der "Sperrelektrode nicht über den
Bereich hinausgreift, der innerhalb des Bereiches mit entgegengesetzter
Leitfähigkeit liegt. Damit wird in vorteilhafter ' :
Weise die Durchbruchspannung erheblich erhöht.
Das Wesen der Erfindung schliesst eine "spezielle- Ausführung mit
ein, bei der der Schottky-Sperrbereich N-Leitung aufweist und
von einem Halbleiterbereich mit P-Leitung'.umgeben ist. Innerhalb dieses Halbleiterbereiches mit" P-Leitun'g befindet sich
- 3 - '"' ' ein
009809/1188
\ '¥1552-279
ein weiterer Bereich mit N-Leitung, wobei dessen innerer Umfang nahe bei der inneren Umfangslinie des Bereichs mit P-Leitun-gverläuft.
Die Umfangslinie der metallischen Sperrelektrode greift über die innere Umfangslinie des Bereiches mit P-Leitung
und die innere Umfangslinie des darin liegenden Bereiches mit N-Leitung. Jedoch greift die Umfangslinie der Sperrelektrode
nicht über den ausseren Umfang des Bereiches mit N-Leitung und '
steht mit diesem auch nicht in Kontaktverbindung» Alle Teile
der metallischen Elektrode, die über diese letztere Umfangslinie hinausragen, sind mit Hilfe einer passivierenden Oxydschicht
oder einer anderen isolierenden Schicht von dem äusseren PN Bereich getrennt.
Das Verfahren zur Herstellung einer Oberflächensperrschicht-Diode
in einem Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps geht erfindungsgemäss von einem Halbleitermaterial mit
einem Widerstand von zumindest 0,2 Ohm cm aus und erzielt die Lösung der der Erfindung zugrnnde Iiegendaa Aufgabe dadurch,
dass durch eine bereichsbegrenzte Störstellendiffusion in die Oberfläche des Halbleiterkörpers ein erster, einen Oberflächenteil umschliessender Bereich mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp gebildet wird, dass durch eine bereichsbegrenzte weitere
Störstellendiffusion in den ersten Bereich ein in diesem Bereich liegender zweiter Bereich von bestimmtem Leitfähigkeitstyp gebildet wird, und dass eine Oberflächensperrelektrode auf
dem von dem ersten und zweiten Bereich umgebenen Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers angebracht wird, wobei der äussere
Umfangsbereich der Sperrelektrode innerhalb der äusseren Umfangslinie des zweiten Bereichs ausgebildet wird.
Erfindungsgemäss wird dafür gesorgt, dass der durch die zweite ~
Störstellendiffusion gebildete Bereich von dem durch die erste Störstellendiffusion gebildeten Bereich in einem Abstand endet,
der nicht grosser ist, als fürfäas Vermeiden des Durchschlagene
eines PN Übergangs bezüglich des anderen erforderlich ist. Dieser Abstand ist in der Regel nicht grosser als ungefähr 1,5/U.
- 4 - ; Eine /
00980S/11SS
' " - 5 . ■ M55P-279
Eine: beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 Querschnitte eines Harbleiterelementes in ver-
grösserter Darstellung entsprechend verschiedener Verfahrenszustände bei der Herstellung eines Halbleiterelementes
gemäss der Erfindung;
Pig. 4 einen ebenfalls vergrössert dargestellten Querschnitt des fertiggestellten Halbleiterelementes
gemäss der Erfindung.
Ein Siliciumträger 11 gemäss Fig. 1 mit N-Leitung besitzt
einen Widerstand, der nicht grosser ist als IO -* Ohm cm. Auf
dem Siliciumträger 11 ist mit Hilfe einer bekannten Technik
eine epitaktische Schicht 12 angebracht, die etwa 2 bis 5/U
dick ist und einen Widerstand von ungefähr OV5 bis 2,0 Ohm cm
besitzt. Eine Oxydschicht 13 oder eine andere dielektrische Schicht liegt über der epitaktischen Schicht 12 und ist zur
Vorbereitung für eine selektive Diffusion mit einer ringförmigen öffnung 14. versehen. Die Oxydschicht 13 dient bei der
Diffusion als Diffusionsmaske.
In Fig. 2 ist der Aufbau gemäss Fig. 1 nach der Ausführung
der selektiven Diffusion mit,einem als Akzeptor dienenden Dotierungsmaterial, z.B. Bor, dargestellt. Dadurch entsteht
ein ringförmig diffundierter Bereich 16 mit P-Leitung. Während der Diffusion bildet sich innerhalb der öffnung 14 eine dünne %
Oxydschicht 15 aus. ·-
Der in Fig. 5 dargestellte Aufbau ergibt sich, nachdem die:
öffnung .14 gemäss, Fig. 2 mit Hilfe eines selektiven Itzvorgangs
zur Beseitigung der Oxidschicht 15 wieder geöffnet ist und mit Hilfe einer nachfolgenden selektiven Diffusion eines als Donator
wirkenden Dotierungsmaterials durch die wiedergeöffnete
- 5 - , Öffnung
6 M55P-279
Öffnung 14- ein diffundierter Bereich 18 mit ri-Leitung gebil^- . ■::,
det ist. Gleichzeitig mit dem Aufbau des Bereiches 18 diffundiert das Dotierungsmaterial des Bereiches 16 weiter in die
Schicht 12 ein, wodurch sich der Bereich 16 vergrössert. -
Obwohl der Widerstand der Bereiche 16 und 18 nicht kritisch
ist, wird vorzugsweise der Bereich 16 bis zu einer Oberflächen-Störstellenkonzentration
von ungefähr IO Atome/cm-^ und der
Bereich 17 vorzugsweise bis zu einer Oberflächen-Störstellenkonzentration von zumindest 10 ' Atome/cm* diffundierte Das
für die Diffusion des Bereiches 18 bevorzugte Dotierungsmaterial ist Phosphor. Während dieser Diffusion bildet sich eine
dünne Oxydschicht 17β
Zur Fertigstellung des Halbleiteraufbaus, wie er in Fig. 4-dargestellt
ist, wird bei dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau zunächst der Teil der Oxydschicht 13 entfernt, der von der
Oxydschicht 17 umgeben ist. Beim Entfernen dieses Teiles der Oxydschicht 13 wird auch ungefähr die Hälfte der Oxydschicht
17 beseitigt, wodurch der für das Aufbringen des Sperrschichtmetaiis präparierte Aufbau entsteht. Beim Entfernen der Oxydschicht ist keine besonders hohe Präzision erforderlich, da
die gesamte Breite des Bereiches 18 als Toleranzbereich zur
Verfügung steht, d.h. der Umfang des Sperrschichtmetalles 19
liegt irgendwo zwischen den inneren und äusseren Begrenzungslinien der Oberfläche des Bereiches 18. Für die Metall-Halbleitergrenzschicht,
die auch als Schottky-Grenzschicht bezeichnet
wird, kann eine Molybdänschicht 19 oder eine Schicht eines anderen geeigneten Materials aufgebracht werden. Anschliessend
wird die Metallschicht mit einem Kontaktmaterial 20, das vorzugsweise aus Gold besteht, überzogen, womit der
Halbleiteraufbau gemäss der Erfindung fertiggestellt ist.
Da der diffundierte Bereich 18 geschaffen wird, um den Stromfluss
zwischen der Sperrschicht elektrode 19 und dem Bereich
"■■"- 6 - zu
00SS09/1ISS
'■-■■'.?■ ■ ; H55P-279
zu begrenzen, ist es offensichtlich, dass die bevorzugte Aus—
führungsform der Erfindung einen Halbleiteraufbau darstellt,
bei-dem der PK Übergang zwischen dem Bereich 16 und dem Bereich
18 so nahe wie möglich bei dem zwischen dem Bereich 16 und der
Halbleiterschicht 12 ausgebildeten EN Übergang liegt. Dies ist
verträglich mit dem Vermeiden eines Durchschlags des- einen
Übergangs hinsichtlich des anderen Übergangs. Mit Hilfe der
derzeitigen Technik ist man in der Lage, zwei derartige Übergänge zu. schaffen, die in einem Abstand bis herunter zu ungefähr 0,5/u voneinander verlaufen, vorausgesetzt dass beide
Grenzschichten flach sind. Bei grösseren Halbieiteranordnungen,
die dickere Grenzschichten erfordern, wird ein grösserer Abstand
für die beiden Grenzschichten notwendig. Trotzdem erhalt man durch die Ausbildung eines relativ schmalen Bereiches 18
innerhalb eines verhältnismässig grossen Bereiches 16 die .
grundsätzlichen Vorteile,, wenn nur ein Teil des Bereichen 18
zwischen dem Bereich 16 und der Sperrelektrode liegt, wodurch ein Leckstrom durch den Bereich 16 unterdruckt wird.
Zusätzlich zur Verringerung des Kontaktbereiches zwischen der
Sperrelektrode und dem Bereich 16 verringert die Erfindung auch
den Sperrstrom dadurch, dass dieser kontakt auf denjenigen
Teil des Bereiches 16 begrenzt ist, der von Natur aus auf Grund
des normalen Profils der Störstellenkohzentration,die in einem
diffundierten Bereich existiert, den höchsten Widerstand aufweist, - -
Bei Halbleiteranordnungen der beschriebenen Art ohne die Ausgestaltung
gemäss der\Erfindung ist es bekannt, dass Oberflächensperrschicht-Dioden
mit einem peripheren PN Übergang bis zu .-50%
Leckstrom-durch den PN Übergang aufweisen, wenn sich die
Vorspannung einem maximalen-Wert nähert. Unter Ausnützung der
Merkmale gemäss der Erfindung ist es teicht möglich, den Kantaktbereich der Sperrelektrode und den Widerstand des Bereiches
16 soweit zu verringern, dass weniger als 5% des Stromes über
- 7 - , " ■ den
009809/1115
fr
den peripheren PN übergang fliesst, selbst wenn sich die Vorspannung einem maximalen Betriebswert nähert.
Ein weiterer Vorteil der Halbleiteranordnung gemäss der Erfindung
ergibt sich aus der Verwendung eines zusätzlichen Metallisierungsstreifens,
der die Oberflächen-Sperrelektrode umgibt
und durch eine ringförmige öffnung in der ρassivierenden Schicht
mit der Schicht 12 in Berührung steht. Die Funktion einer derartigen
Metallisierung besteht in der Unterbrechung jeglicher, durch Oberflächenladung erzeugten Inversionsschichten, die sich
innerhalb der Schicht 12 in der Nähe der Grenzfläche zur passivierenden
Schicht 13 ausbilden können.
Selbstverständlich wird die Wirkung der Erfindung auch bei
einer Halbleiteranordnung in gleicher Weise erzielt, die in im
Vergleich zu Fig* 4 umgekehrter Leitfähigkeitsfölge aufgebaut
ist. .
- 8.-'""■ Pat ent ansprüche
009109/11SS -
Claims (10)
- DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS8 MÖNCHEN 71.MelchipritriB« 42MeinPät e nt a η s ρ rüc h eOberflächensperrschicht-Diode mit einem in dem Halbleiterkörper vorgesehenen Ringbereich, zur Verbesserung der Durchbruchspannung, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, dass ein in dem Halbleiterkörper vorgesehener erster Bereich (18) eines bestimmten Leitfähigkeitstyps (N+) einen ersten Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers umfasst, dass ein zweiter Bereich (16) eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (P) einen zweiten, den ersten Bereich umgebenden Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers umfasst, dass ein dritter Bereich (12) des bestimmten Leitfähigkeitstyps (N-) einen dritten, den ersten und zweiten Bereich umgebenden Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers umfasst, dass der erste und dritte Bereich durch den zweiten Bereich voneinander getrennt sind, und dass eine Oberflächen-Sperrelektrode (20, 19) in Kontakt verbindung mit , dem ersten, zweiten und dritten Bereich steht.
- 2. Oberflächensperrschicht-Diode nach Anspruch 1, dadurch g e k β η η ζ e lehne t, dass der zweite Bereich eine ringförmige Geometrie aufweist und zusammen mit dem ersten Bereich einen ersten PN Übergang bildet, der sich zu der Halbleiteroberfläche im wesentlichen in lorm konzentrisch liegender geschlossener Kurven erstrecktt dass der dritte_, Q1© M55P--279/Bereich ebenfalls eine ringförmige Geometrie aufweist und mit dem zweiten Bereich einen zweiten PN Übergang bildet, der sich zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers ebenfalls in Form konzentrischer geschlossener Kurven erstreckt, die zwischen den ersten geschlossenen Kurven angeordnet sind, und dass die Umfangslinie der Kontaktfläche der Oberflächen-Sperrelektrode mit der Halbleiteroberfläche innerhalb der zweiten geschlossenen Kurven liegt.
- 3· Oberflächensperrschicht-Diode nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich aus einer Siliciumschicht mit N-Leitung besteht, die einen Widerstand zwischen 0,2 bis 2,0 Ohm cm aufweist.
- 4·. Oberflächensperrschicht-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und dritte Bereich des SiIiciumhalble it erkörpers N-Leitung besitzt, und dass die Sperrelektrode aus Molybdän besteht.
- 5. Oberflächensperrschicht-Diode nach Anspruch 1, dadurch , gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten und dritten Bereich weniger ist als 1,5/U.
- 6. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächensperrschicht-Diode in einem Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps mit einem Widerstand von zumindest 0,2 Ohm cm dadurch g e ke nn ζ ei c hn et, dass durch eine bereichsbegrenzte Störstellendiffusion in die Oberfläche des Halbleiterkörpers ein erster, einen Oberflächenteil umschliessender Bereich mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp gebildet wird, dass durch eine bereichsbegrenzende weitere Störstellendiffusion in dem ersten Bereich ein in diesem Bereich liegender zweiter Bereich vom bestimmten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, und dass eine Oberflächen-Sperrelektrode auf dem von dem ersten und■■-■■.■■".■■■"'■■ . - IO - - - ;009809/11651 11 H55F-279zweiten Bereich, umgebenen Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers-angebracht wird, wobei der äussere Umfangsbereich der Sperrelektrode-innerhalb der ausseren Umfangslinie des zweiten Bereichs ausgebildet wird*
- 7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e ken η - ' ζ e i cn η e t, dass der aus Silicium bestehende Halbleiterkörper mit N-rLeitung bei der ersten Störstellen?· •diffusion mit Bor und bei der zweiten Störstellendiffusion mit Phosphor dotiert wird, und dass die Oberflächen-Sperrelektrode aus Molybdän gebildet wird. " ;
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k en η zeichne t-, dass die Oberflächenkonzentration des Bor mit zumindest ungefähr 10 Atome/cm und die Oberflächenkonzentration des Phosphor mit zumindest ungefähr17 3
10 ' Atome/cm gebildet wird. - 9. Verfahren nach Anspruch 6,. dadurch g e ke ηη.-ζ e i c h η e t, dass die innere Umfangslinie des zweiten Bereichs von der inneren Umfangslinie des ersten Bereichs um nicht mehr als 1,5/U entfernt ist.
- 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ~ zeichnet, dass die zweite Störstellendiffusion derart gesteuert wird, dass ein PF Übergang entsteht, der so nahe wie möglich bei dem durch die erste Störstellendiffusion gebildeten PN Übergang liegt, wodurch ein Halbleiteraufbau höchster Zuverlässigkeit unter Vermeidung von Durchschlägen gebildet' wird.- 11 -009809/11SS, 43· ♦Leerseite
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