DE1941075B2 - Schottky sperrschichtdiode und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents
Schottky sperrschichtdiode und verfahren zur herstellung derselbenInfo
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Description
1 2
Die Erfindung betrifft eine Schottky-Sperrschicht- ein weiterer, an die Oberfläche des Halbleiterdiode
aus einem Halbleiterkörper eines ersten Leit- körpers planar angrenzender Bereich vom ersten
fähigkeitstyps mit einem in diejenige Oberfläche des Leitfähigkeitstyp gebildet ist, der ebenfalls mit der
Halbleiterkörpers, an der der Schottky-Kontakt ge- Schottky-Sperrschichtelektrode in Kontaktverbindung
bildet ist, planar eingelassenen und den Schottky- 5 steht.
Kontakt einschließenden Schutzringbereich vom ent- Bei einer nach den Merkmalen der Erfindung auf-
gegengesetzten Leitfähigkeitstyp, wobei die Schottky- gebauten Schottky-Sperrschichtdiode wird durch .eine
Sperrschichtelektrode in Kontaktverbindung mit dem besondere Ausbildung der passivierenden Teile er-
Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Schutz- reicht, daß die den aktiven Elektrodenbereich be-
ringbereich vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp io grenzende Umfangslinie der Sperrschichtelektrode
steht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren im Innern zweier bereichsweise ineinander diffun-
zur Herstellung einer derartigen Diode. dierten Schutzringbereiche endet, wodurch die
Derartige Schottky-Sperrschichtdioden sind insbe- Durchbruchspannung erheblich erhöht und der Lecksondere
für hohe Spannungen verwendbar, wobei es strom in Sperrichtung weiter wesentlich verringert
bekannt ist, mit Hilfe einer Oxyd-Passivierung die 15 werden kann. Eine weitere Ausgestaltung der Erfin-Wirkungsweise
zu verbessern. Um die Durchbruchs- dung besteht darin, daß der weitere Bereich und der
spannung zu vergrößern und ferner den Leckstrom Halbleiterkörper N-Leitfähigkeiten besitzen und daß
zu verringern, ist es auch bereits bekannt, eine die Sperrschichtelektrode aus Molybdän besteht und
bereichsbegrenzte Schutzringdiffusion im Halbleiter- daß der Abstand zwischen dem weiteren Bereich
körper vorzunehmen, wobei sich zwischen dem ao vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Halbleiter-Schutzringebereich
und dem Halbleiterkörper eine körper weniger als 1,5 μ beträgt. Grenzschicht ausbildet. Die Schottky-Sperrschicht- Für die Herstellung von Schottky-Sperrschichtelektrode
wird dabei auf dem Halbleiterkörper der- dioden ist es bereits bekannt, einen Halbleiterkörper
art angebracht, daß der vom Schutzringbereich um- von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einem Widerschlossene
Oberflächenteil sowie die angrenzende, an 25 stand von zumindest 0,2 Ohm · cm zu verwenden, in
die Oberfläche tretende Grenzschicht von der Sperr- welchem durch eine bereichsbegrenzte Störstellenschichtelektrode
überdeckt werden. (»The Bell diffusion ein einen Oberflächenteil umschließender System Technical Journal«, Februar 1968, S. 195 Schutzringbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps
bis 208, und deutsche Patentschrift 1 293 902). Der- ausgebildet wird. Danach wird auf dem Oberflächenartige Schottky-Sperrschichtdioden sind durch eine 30 teil eine Schottky-Sperrschichtelektrode aufgebracht,
extrem kurze Regenerierungszeit in Sperrichtung die mit ihrer Umfangslinie teilweise den Schutzringgekennzeichnet,
die sich auf Grund eines Mangels bereich überdeckt.
an einer meßbaren Ladung aus Minoritätsträgern Ausgehend von einem solchen Herstellungsver-
ergibt. fahren, wird eine Schottky-Sperrschichtdiode gemäß
Als Nachteil dieses bekannten Aufbaus einer 35 der Erfindung dadurch gebildet, daß durch eine
Schottky-Sperrschichtdiode ergibt sich die Notwen- weitere bereichsbegrenzte Störstellendiffusion in dem
digkeit einer genauen Ausrichtung des durch die Schutzringbereich ein weiterer Bereich vom ersten
Diffusion gebildeten Schutzringbereichs auf die Um- Leitfähigkeitstyp gebildet wird und daß die Sperr-
fangslinie der metallischen Sperrschichtelektrode. schichtelektrode derart aufgebracht wird, daß ihre
Wenn nämlich eine Kontaktberührung zwischen der 40 den aktiven Elektrodenbereich begrenzende Umfangs-
Sperrschicht und der Sperrschichtelektrode statt- linie innerhalb des an die Oberfläche planar angren-
findet, verursacht das Anlegen einer Vorspannung in zenden weiteren Bereichs verläuft.
Durchlaßrichtung die" Injektion von Ladungsträgern Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfin-
aus dem ringförmigen Schutzringbereich in den Be- dung ist in der Zeichnung dargestellt,
reich der Schottky-Sperrschicht, wodurch die Re- 45 Es zeigt
generierungszeit erheblich vergrößert wird. Selbst F i g. 1 bis 3 Querschnitte eines Halbleiterelementes
wenn die Grenzschicht von der Schottky-Sperrschicht in vergrößerter Darstellung entsprechend verschiedegetrennt
ist, kann ein beträchtlicher Leckstrom in ner Verfahrenszustände bei der Herstellung einer
Sperrichtung auftreten, bevor die Verarmung des Schottky-Sperrschichtdiode gemäß der Erfindung,
Bereichs an Ladungsträgern die periphere Grenz- 50 Fig. 4 einen ebenfalls vergrößert dargestellten
schicht erreicht. Daher kann ein optimaler Dioden- Querschnitt der fertiggestellten Schottky-Sperraufbau
dieser Art nur durch eine exakte Ausbildung schichtdiode gemäß der Erfindung,
der Anordnung des peripheren Bereichs der Sperr- Ein Silicium-Halbleiterkörper 11 gemäß F i g. 1
elektrode bezüglich der Grenzschicht erzielt werden. mit N-Leitung besitzt einen Widerstand, der nicht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 55 größer ist als 10-3Ohm-cm. Auf dem Halbleiter-Struktur
des Aufbaus einer Schottky-Sperrschicht- körper 11 ist mit Hilfe einer bekannten Technik eine
diode mit Passivierung derart zu verbessern, daß epitaktische Schicht 12 angebracht, die etwa 2 bis 5 μ
insbesondere die Injektion von Trägerladung über dick ist und einen Widerstand von ungefähr 0,5 bis
die periphere Grenzschicht unterdrückt wird, um 2,0 Ohm · cm besitzt. Eine Oxydschicht 13 oder eine
dadurch die Durchbruchspannung weiter zu ver- 60 andere dielektrische Schicht hegt über der epitakgrößern.
Ferner soll durch die Gestaltung des Halb- tischen Schicht 12 und ist zur Vorbereitung für eine
leiteraufbaus die Notwendigkeit für eine genaue selektive Diffusion mit einer ringförmigen Öffnung
Ausrichtung der Sperrschichtelektrode bezüglich der 14 versehen. Die Oxydschicht 13 dient bei der Diffuperipheren
Grenzschicht erheblich verringert werden. sion als Diffusionsmaske.
Ausgehend von der eingangs erwähnten Schottky- 65 In Fig. 2 ist der Aufbau gemäß Fig. 1 nach der
Sperrschichtdiode, wird diese Aufgabe erfindungs- Ausführung der selektiven Diffusion mit einem als
gemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Schutz- Akzeptor dienenden Dotierungsmaterial, z.B. Bor,
ringbereichs vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp dargestellt. Dadurch entsteht ein ringförmig diffun-
dierter Schutzringbereich 16 mit P-Leitfähigkeit. Während der Diffusion bildet sich innerhalb der öffnung
14 eine dünne Oxydschicht 15 aus.
Der in Fig. 3 dargestellte Aufbau ergibt sich,
nachdem die öffnung 14 gemäß Fig. 2 mit Hilfe eines selektiven Ätzvorgangs zur Beseitigung der
Oxydschicht 15 wieder geöffnet ist und mit Hilfe einer nachfolgenden selektiven Diffusion eines als
Donator wirkenden Dotierungsmaterials durch die wiedergeöffnete öffnung 14 ein diffundierter weiterer
Bereich 18 mit N-Leitung gebildet ist. Gleichzeitig mit dem Aufbau des weiteren Bereiches 18 diffundiert
das Dotierungsmaterial des Schutzringbereiches 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 1016 Atome/cm3 und der Bereich 18
vorzugsweise bis zu einer Oberflächen-Störstellenkonzentration von zumindest 1017 Atome/cm3 diffundiert.
Das für die Diffusion des Bereiches 18 bevorzugte Dotierungsmaterial ist Phosphor. Während
dieser Diffusion bildet sich eine dünne Oxydschicht 17.
Zur Fertigstellung des Halbleiteraufbaus, wie er in F i g. 4 dargestellt ist, wird bei dem in F i g. 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 Sperrschichtmetalls 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 Sperrschichtmetalls 19 liegt
irgendwo zwischen den inneren und äußeren Begrenzungslinien der Oberfläche des weiteren Bereiches
18. Für die Schottky-Sperrschichtelektrode 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 weitere Bereich 18 geschaffen wird, um den Stromfluß zwischen der Sperrschichtelektrode
19 und dem Schutzringbereich 16 zu begrenzen, ist es offensichtlich, daß die bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung einen Halbleiteraufbau darstellt, bei dem der PN-Übergang zwischen
dem Bereich 16 und dem Bereich 18 so nahe wie möglich bei dem zwischen dem Bereich 16 und der
Halbleiterschicht 12 ausgebildeten PN-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 μ
voneinander verlaufen, vorausgesetzt, daß beide Grenzschichten flach sind. Bei größeren Halbleiteranordnungen,
die dickere Grenzschichten erfordern, wird ein größerer Abstand für die beiden Grenzschichten
notwendig. Trotzdem erhält man durch die Ausbildung eines relativ schmalen Bereiches 18
innerhalb eines verhältnismäßig großen Bereiches 16 die grundsätzlichen Vorteile, wenn nur ein Teil des
Bereiches 18 zwischen dem Bereich 16 und der Sperrelektrode liegt, wodurch ein Leckstrom durch den
Bereich 16 unterdrückt wird.
Zusätzlich zur Verringerung des Kontaktbereiches zwischen der Sperrschichtelektrode 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 Störstellenkonzentration,
die in einem diffundierten Bereich existiert, den höchsten Widerstand aufweist.
Bei Schottky-Sperrschichtdioden ohne die Ausgestaltung gemäß der Erfindung ist es bekannt, daß die
Sperrschichtdioden mit einem peripheren PN-Übergang bis zu 50% Leckstrom durch den PN-Übergang
aufweisen, wenn sich die Vorspannung einem maximalen Wert nähert. Unter Ausnutzung der Merkmale
gemäß der Erfindung ist es leicht möglich, den Kontaktbereich der Sperrschichtelektrode und den Widerstand
des Bereiches 16 so weit zu verringern, daß weniger als 5% des Stromes über den peripheren
PN-Übergang fließt, selbst wenn sich die Vorspannung einem maximalen Betriebswert nähert.
Ein weiterer Vorteil der Halbleiteranordnung, wie in den Ansprüchen gekennzeichnet, ergibt sich aus
der Verwendung eines zusätzlichen Metallisierungsstreifens, der die Oberflächen-Sperrelektrode umgibt
und durch eine ringförmige Öffnung in der passivierenden 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 F i g. 4 umgekehrter Leitfähigkeitsfolge aufgebaut ist.
Claims (10)
1. Schottky-Sperrschichtdiode aus einem Halbleiterkörper eines ersten Leitfähigkeitstyps
mit einem in diejenige Oberfläche des Halbleiterkörpers, an der der Schottky-Kontakt gebildet ist,
planar eingelassenen und den Schottky-Kontakt einschließenden Schutzringbereich vom entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp, wobei die Schottky-Sperrschichtelektrode in Kontaktverbindung mit
dem Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp und dem Schutzringbereich vom entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyp steht, dadurch gekennzeichnet, daß innerhlab des Schutzringbereichs
(16) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ein weiterer, an die Oberfläche des Halbleiterkörpers
planar angrenzender Bereich (18) vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist, der ebenfalls mit der Schottky-Sperrschichtelektrode
in Kontaktverbindung steht.
2. Schottky-Sperrschichtdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Bereich
(18) des ersten Leitfähigkeitstyps eine ringförmige
Geometrie aufweist und gegenüber dem Schutzringbereich mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp
eine in der Oberfläche des Halbleiterkörpers in Form konzentrischer geschlossener
Kurven endende Grenzschicht bildet, wobei die konzentrischen geschlossenen Kurven zwischen
weiteren konzentrisch geschlossenen Kuryen liegen, die durch die an sich bekannte Grenzschicht
zwischen dem Schutzringbereich und dem Halbleiterkörper vom ersten Leitfähigkeitstyp
gebildet werden, und daß die Umfangslinie der Schottky-Sperrschichtelektrode innerhalb der
inneren, durch den weiteren Bereich gebildeten und konzentrisch geschlossenen Kurven liegt.
3. Schottky-Sperrschichtdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere ίο
Bereich (18) vom ersten Leitfähigkeitstyp aus einer Siliciumschicht mit N-Leitfähigkeit besteht,
die in bekannter Weise einen Widerstand zwischen 0,2 bis 2,0 Ohm -cm aufweist.
4. Schottky-Sperrschichtdiode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der weitere Bereich (18) und der Halbleiterkörper (12) N-Leitfähigkeit besitzen
und daß die Sperrschichtelektrode aus Molybdän besteht. *o
5. Schottky-Sperrschichtdiode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand zwischen dem weiteren Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp
und dem Halbleiterkörper weniger als 1,5 μ beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Sperrschichtdiode
mit einem Halbleiterkörper vom ersten Leitfähigkeitstyp und einem Widerstand von zumindest 0,2 Ohm · cm, in welchem
durch eine bereichsbegrenzte Störstellendiffusion ein einen Oberflächenteil umschließender Schutzringbereich
eines zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, wonach auf dem Öberfla'chenteil eine
Schottky-Sperrschichtelektrode angebracht wird, die mit ihrer Umfangslinie teilweise den Schützringbereich
überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine weitere bereichsbegrenzte Störstellendiffusion
in dem Schutzringbereich ein weiterer Bereich (18) vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird und daß die Sperrschichtelektrode
derart aufgebracht wird, daß ihre den aktiven Elektrodenbereich begrenzende , Umfangslinie
innerhalb des an die Oberfläche planar angrenzenden weiteren Bereichs (18) verläuft.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der aus Silicium bestehende Halbleiterkörper mit N-Leitfähigkeit in bekannter
Weise bei der ersten Störstellendiffusion mit Bor und bei der zweiten Störstellendiffusion mit
Phosphor dotiert wird und daß die Sperrschichtelektrode
in bekannter Weise aus Molybdän aufgebaut wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in bekannter Weise die Oberflächenkonzentration des Bors mit zumindest ungefähr
10« Atome/cm« und die Oberflächenkonzentration des Phosphors mit zumindest ungefähr
1017 Atome/cm3 gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangslinie des
Schutzringbereichs (16) von der inneren Umfangslinie des weiteren Bereichs (18) um nicht
mehr als 1,5 μ entfernt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite bereichsbegrenzte
Störstellendiffusion derart gesteuert wird, daß eine Grenzschicht entsteht, die sehr nahe bei dem
durch die erste Störstellendiffusion gebildeten PN-Übergang liegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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