DE1954443C3 - Halbleiterbauelement mit einem Schottky-Übergang und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Halbleiterbauelement mit einem Schottky-Übergang und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Schottky-Übergang entsprechend dem
Oberbegriff des Patentanspruchs I, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements.
Eine Schottky-Elektrodensehicht ist eine Metallschicht, während ein Schottky-übergang ein Metall-Halbleiter-Obergang ist Eine Schottky-Elektrode kann
aber z. B. außer Metall noch Halbleitermaterial enthalten, ferner kann zwischen der Schottky-Elektrodenschicht und dem Halbleiterkörper eine dünne
Isolierschicht, z. B. eine natürliche Oxidschicht mit einer
Dicke von z. B. einigen nm, vorhanden sein. Auf der Schottky-Elektrodenschicht kann eine oder mehrere
weitere Metallschichten angebracht sein, z. B. um eine verbesserte elektrische Verbindung mit einem Anschlußleiter zu erzielen.
Ein Halbleiterbauelement mit einem Schottky-Übergang kann eine Schottky-Diode sein, die z. B. als
Mischdiode, Schaltdiode oder Kapazitätsdiode angewandt werden kann. Femer kann ein derartiges
Halbleiterbauelement z. B. ein Transistor sein, wobei der Schottky-Übergang den Kollektorübergang bildet
Auch ein Verfahren zur Herstellung eines Haibleiterbauelemcntcs mit einem Schottky-Übergang der eingangs genannten Art ist in »Solid-State Electronics« 11
(1968), 517—525 beschrieben. Ein sehr wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die
Schottky-Elektrodenschicht als eine dünne Schicht in einem Fenster einer Maskierungsschicht erhalten wird.
Dadurch kann die Schottky-Elektrodenschicht auf sehr einfache Weise mittels eines Druckkontaktes kontaktiert werden. Dieser Druckkontakt, der z. B. die Form
eines zugespitzten Drahtes hat, kann mit einem Ende über die Maskierungsschicht bewegt wenden, bis er in
dem Fenster hängen bleibt Diese Kontaktierang kann noch dadurch erleichtert werden, daß eine Vielzahl von
Fenstern mit je einer Elektrodenschicht angebracht werden.
Die Durchschlagspannung des durch das bekannte Verfahren erhaltenen Schottky-Überganges ist wie sich
herausgestellt hat, verhältnismäßig niedrig und beträgt im allgemeinen bei Silicium nicht mehr als 8 bis 10 V, bei
GaAs kann sie zwischen 5 bis 25 V liegen. Für verschiedene Anwendungen, z. B. be- einem Schottky-Übergang in einer Schaltdiode, ist aber oft eine
erheblich höhere Durchschlagspannung erforderlich.
Aus »IBM Technical Disclosure Bulletin« 11 (1968) I,
20 ist eine Schottky-Diode bekannt, bei der zur Erhöhung der Durchschlagspannung in dem Halbleiterkörper eine halbkugelförmige Vertiefung angebracht
ist, die innerhalb eines Fensters in einer die Oberfläche bedeckenden Oxidschicht liegt. Bei dieser bekannten
Diode erstreckt sich die Schottky-Elektrodenschicht bis über die Oxidschicht, wodurch das Anbringen eines
Druckkontaktes auf die obenbeschriebene Weise nicht oder nur sehr schwierig möglich ist weil beim Bewegen
des Kontaktes über die Oxidschicht schon dann ein Signal abgegeben wird, wenn der Koniakt nur den Rand
der Schottky-Elektrodenschicht auf der Oxidschicht berührt Außerdem ist die Herstellung einer Vertiefung
mit einem halbkreisförmigen Querschnitt nicht oder nur sehr schwierig möglich, weil für eine solche Vertiefung
entweder ein unendlich kleines Fenster oder eine Ätzbehandlung bis auf sehr große Tiefe erforderlich ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein HalbleitefbäUelefnenl mit einem Schoiiky-Übergang
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß im Rahmen einer Massenfabrikation die
Durchschlagspannung in reproduzierbarer Weise noch weiter erhöht werden kann als dies bei den bekannten
Halbleiterbauelementen möglich ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemSß durch
die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Auftreten der mit der erfindungsgemäßen Ausbildung erreichten hohen Durchschlagspannung
läßt sich nicht völlig erklären. Es stellt sich heraus, daß sich die Schottky-EIektrodenschicht bis unter die
Maskierungsschicht, aber nicht bis zum Rande der Vertiefung erstickt, welcher Rand an die Maskierungsschicht angrenzt Der unter der Oxidschicht liegende
Teil der Schottky-EIektrodenschicht weist wahrscheinlich eine abnehmerde Dicke und somit einen großen
Widerstand auf, wodurch der Einfluß von die Durch-Schlagspannung gewöhnlich herabsetzenden Effekten
am Rande der Elektrodenschicht verringert wird. Auch kann die Maskierungsschicht, wenn sie an einem
Schottky-Obergang angrenzt, einen ungünstigen Einfluß auf die Durchschlagspannung dieses Übergangs
ausübt, wogegen dieser ungünstige Einfluß durch die erfindungsgemäße Ausbildung beseitigt wird, weil eine
Schotiky-Eiektrodenschicht erhalten wird, die sich nicht
bis zu der Maskierungsschichi erstreck!. Ferner kann
eine scharfe Krümmung der beim Betrieb gebildeten Verarmungsschicht am Rande der Schottky-EIektrodenschicht
vermieden werden.
Die leitende Schicht auf der Maskierungsschicht kann als Abschirmungsschicht benutzt werden, die den
Druckkontakt kapazitiv gegen den Halbleiterkörper abschirmt.
Die Maskicrungsschicht verhindert, daß der Rand der Schottky-EIektrodenschicht beim Anbringen eines
Druckkontaktes beschädigt wird. Ferner kann infolge des Vorhandenseins der Maskierungsschicht beim
Anbringen eines Druckkontaktes ein deutliches elektrisches Signal erhalten werden, wenn der Druckkontakt
an eine Schottky-EIektrodenschicht gelangt ist. Wird der Druckkontakt über die Maskierungsschicht bewegt
und wird ein Potentialunterschied zwischem dem Druckkontakt und dem Halbleiterkörper aufrechterhalten,
so kann kein Strom durch den Druckkontakt fließen. Wenn der Druckkontakt an eine Schottky-EIektrodenschicht
gelangt, kann plötzlich ein Strom fließen, was eine Angabe für das Erreichen einer Schottky-Elektrodenschicht
ist. Wenn sich die Güte der Elektrodenschicht als unbefriedigend erweist, kann der Druckkontakt
weiter über die Maskierungsschicht bewegt werden, bis eine nächste Schottky-EIektrodenschicht
erreicht ist. Diese elektrische Angabe ist u. a. bei der mechanisierten Massenherstellung von Bedeutung.
Es sei bemerkt, daß übliclvc Maskierungsschichten, die
/. B. aus Siliciumoxid und Siliciumnitrid bestehen, elektrisch isolierend sind.
Wird bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 die epitaktische Schicht derart dünn gewählt, daß bei
zunehmender Spannung in der Spcrrichtung über dem Schottky-Übergang sich die dabei gebildete Verarmungsschicht
(depletion layer) über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht ausbreitet, wonach die Dicke
dieser Verarmungsschicht infolge der höheren Dotierung des Substrats nahezu konstant bleibt und sich die
Venirmungsschicht nur noch in seitlicher Richtung in
der cpitaklischen Schicht erweitert, so wird die Durchschlagspannung durch die Dicke der cpilaktisehen
Schicht bestimmt. Eine Struktur mit einer derartigen dünnen epitaktischen Schicht knnn vorteilhaft
als lawinendiode verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig, 1 schematisch und schaubildlich einen Halb τ leiterkörper, der mit einer Maskierungsschicht mit
Fenstern versehen ist;
Fig.2 schematisch einen Querschnitt durch einen
Teil des Halbleiterkörpers nach Fig. 1, nachdem er einigen Behandlungen zur Herstellung einer Schottky-H)
Diode unterworfen worden ist, und
Fig.3 schematisch einen ähnlichen Querschnitt, nachdem die Schottky-Diode mit einem Druckkoniakt
versehen worden ist.
Anhand der F i g. I bis 3 wird die Herstellung eines
ti Halbleiterbauelements nach der Erfindung mit einem
Schottky-Übergang 12 in Form einer Schottky-Diode näher beschrieben, bei dem auf einer Oberfläche 2 eines
Halbleiterkörpers 1 vom einen Leitungstyp eine Maskierungsschicht 3 mit Fenstern 4 angebracht wird,
in wonach an der Stelle der Fenster 4 eine Schottky-EIektrodenschicht
5 angebracht wird.
Der Halbleiterkörper 1 nach Tig. 1 wird zur
Herstellung einer einzigen Dioden verwendet- Die Maskierungsschicht 3 ist zur Erleichterung der Anbrin-.'
> gung eines Druckkontaktes 6, wie oben bereits erwähnt, mit mehreren Fenstern versehen. Die Zahl der Fenster
kann gröCer oder kleiner als in F i g. 1 sein.
Im allgemeinen wird in der Praxis von einem größeren Halbleiterkörper zur gleichzeitigen Herstel-
v) lung einer Anzahl von Dioden ausgegangen. Vor dem
Anbringen des Druckkontaktes 6 wird der Halbleiterkörper
dann auf übliche Weise unterteilt, so daß Halbleiterkörper erhallen werden, die je für eine einzige
Diode bestimmt sind.
π Nach dem Anbringen der Maskierungsschicht 3 wird
die Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 in den Fenstern
4 einer Behandlung zum Entfernen von Material unterworfen, um Vertiefungen zu erhalten, von denen
eine Vertiefung 7 in den Fig.2 und 3 dargestellt ist.
M) Diese Vertiefung 7 erstreckt sich seitlich bis untei die
Maskierungsschicht 3. Eine Schottky-EIektrodenschicht
5 mit einer die Tiefe der Vertiefung 7 unterschreitenden Dicku wird in der Vertiefung 7 durch Aufdampfen von
Elektrodenmaterial im Vakuum angebracht. Dabei wird
■>->
auch Elektrodenmaterial auf der Maskierungsschicht niedergeschlagen und bildet dort die leitende Schicht 8.
Infolge der Schattenwirkung der Maskierungsschicht 3 beim Aufdampfen ist diese Schicht 8 gegen die
Schottky-EIektrodenschicht 5 isoliert.
>i> Der Halbleiterkörper I besteht aus Silicium und hat
Abmessungen von etwa 120 χ 700 χ 700 μπι. Der
Körper 1 enthält eine epitaktische N-Ieitende Siliciumschicht 9 mit einer Dicke von 5 bis 6 μπι und einem
spezifischen Widerstand von etwa 0,8 Ω · cm. Diese
ν. Schicht 9 ist auf dem aus M-Ieitendem Silicium
bestehenden Substrat 10 angebracht, das einen niedrigeren spezifischen Widerstand als die Schicht 9, /. B. einen
spezifischen Widerstand von 0,0,1 Ω · cm, aufweist.
Die Maskierungrschicht 3 besteht aus Siliciumoxid
Die Maskierungrschicht 3 besteht aus Siliciumoxid
wi und hat eine Dicke von 0,3 μπι. Diese Schicht wird auf
übliche Weise angeb, acht und auf übliche Weise mit den kreisförmigen Fenstern 4 mit je einem Durchmesser von
40 μπι versehen.
Die Vertiefung 7 wird in der epitaktischen Schicht 9
h'i durch eine Ätzbehandlung angebracht, wobei ein
Ätzmittel angewandt wird, das Silicium schneller als Siliciumoxid wegätzt. Das Ätzmittel besteht z. B. aus
I Teil fluorwasserstoffsniirp ί4Γ)0/ηϊ /Μ ?<rrv-ilnn Κ-.Α.
petersäure (65%). Die Ätzbehandlung wird vorzugsweise fortgesetzt, bis die Tiefe der Vertiefung größer als
I μηι ist. Die Vertiefung 7 hat eine Tiefe von 2 bis 3 um.
Die Schottky-Elektrodenschicht 5 und die leitende Schicht 8 werden durch Aufdampfen von Nickel
erhalten. Diese Schichten haben vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 μιτι und im vorliegenden
Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 0,1 bis 0.2 μιτι.
Das Aufdampfen im Vakuum kann auf übliche Weise erfolgen. Da eine übliche Verdampfungsquelle größer
als die Fenster 4 ist, erstreckt sich die erhaltene Elektrodenschicht 5 bis unter die Maskierungsschicht;
infolge der Schattenwirkung der Schicht 3 wird jedoch verhindert, daß die Schichten 8und5einGanzcs bilden.
Wenn die leitende Schicht 8 z. B. für kapazitive Abschirmung beibehalten werden soll, kann nun der
Druckkontakt angebracht werden. Wenn die erwähnte kapazitive Abschirmung nicht verlangt wird, wird die
Schicht 8 auf übliche Weise entfernt. Dadurch wird die Gefahr CiPiCS Kurzschlusses /wiscucrit dem anzubringenden
Druckkontakt und der Schicht 8 und somit einer starken Zunahme der Kapazität zwischen dem Druck
kontdkt und dem Halbleiterkörper, vermieden. Fs ist dabei nicht wichtig, wenn kleine Teile der Schicht 8. die
.in einem Fenster 4 angrenzen, nicht entfern: werden. In
I ι g. 3 ist die Schicht 8 entfernt.
Fir, Druckkoniakt 6. der aus einem Molybdändraht
mit einem Durchmesser von etwa 100 μπι und mit einem
zugespitzten linde besteht, wird mit diesem Finde über
die Maskierungsschicht 1 bewegt, bis der Draht in einer
Vertiefung 7 hängen bleibt Durch Messungen wird festgestellt, ob die Kennlinien der Diode befriedigend
sind Wenn die·- nicht der Fall ist. wird der Druckkontakt
6 wieder über die Schicht 3 beweg;, bis der Kontakt in
einer anderen Verliefung hängen bleibt. Wenn befriedigende Kennlinien erhalten sind, kann die Diode auf
übliche Weise fertiggestellt und mit einer Umhüllung versehen werden.
Die erhaltene Schottky-Diode weiM eine Durchschlagspannung
von etwa 30 V auf. während cmc Schottkv-Diode. die keine Vertiefung enthält, aber im
übrigen auf gleiche Weise hergestellt ist. eine Durch schlagspannung von nur etwa 10 V aufweist. Die
erhaltene Schottky-Diode hat außer dem Vorteil, daß sich leicht ein Druckkontakt anbringen läßt, auch noch
". den Vorteil einer hohen Durchschlagspannung.
Bevor der Druckkontakt 6 angebracht wird, kann auf
der Elektrodenschichl 5 eine weitere Metallschicht angebracht werden, durch die eine bessere elektrische
Verbindung mit dem Druckkontakt β erhalten werden
im kann. So kann z. B. auf der Fleklrodenschicht 5 durch Aufdampfen im Vakuum eine Goldschieht angebracht
werden.
Fs sei noch bemerkt, daß das Substrat 10 mit einem
Anschlußkontakt versehen werden muß. der auf übliche • Weise, vorzugsweise sofort nach dem Anbringen der
Schicht 3. angebrs In werden kann
Der Durchmesser der Fenster 4 braucht nicht unbedingt 40 μηι zu betragen und kann kleiner oder
größer sein. Ferner ist ein Fenster pro Diode
-■" ausreichend. Die Vertiefung kann eine großen.· 1 iele als
im vorliegenden Beispiel. z.H. eine Tiefe von 10 μπι.
haben, [-"inc größere Tiefe ergibt im allgemeine'! eine
etwas höhere Durchschlagspannung. Die Dicke der epitaktischen Schicht unter der Schot ι kv elektroden
schicht wird im allgemeinen etwa derar groß gewählt,
daß beim Betrieb die am SchottksTlbcrgang gebildete
Verarmungsschicht das Substrat nicht erreicht Wem: die Diode als lawinendiode verwendet werden soll,
wird d.vr Dicke der cpitaktischen Schicht kiemer
i" gewählt, wodurch die Verarmungsschicht d;is Substrat
erreichen kann und die Durchschlagspannung liiirih die
Dicke der epttaktisehen Schicht unter der Schottky
Elektrodenschicht bestimmt wird. Statt der erwähnten
Materialien können auch andere Materialien verwendet
>"· werden. Z.B. kann die Maskierungsschichl } aus
Siliciumnitrid, der Halbleiterkörper aus einer Λ'"Β%
Verbindung und die Schottky■•Elektrodenschicht aus Gold oder Platin bestehen. Ein Halbleiterbauelement
nach der Erfindung braucht keine I > ode zu sein.
'" sondern kann z. B. auch ein Transistor sein, dessen
Kollektorübergang ein Schottky-Übergang ist.
Claims (6)
- Patentansprüche:t. Halbleiterbauelement for einem Schottky-Übergang, das einen Halbleiterkörper mit einem Teil vom einen Leitungstyp enthält, bei dem auf ΐ einer Oberfläche dieses Teiles eine Maskierungsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem Fenster angebracht ist und dieser Teil des Halbleiterkörpers an der Stelle des Fensters mit einer Schottky-Elektrodenschicht versehen ist, die u> völlig innerhalb des Fensters liegt und mit einem Druckkontakt versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle des Fensters (4) sich von der Oberfläche her eine Vertiefung (7) in den Teil (9) des Halbleiterkörpers (1) erstreckt, die sich n seitlich bis unter die Maskierungsschicht (3) erstreckt und deren Tiefe geringer ist als die Dicke des Teils (9) des Halbleiterkörpers, daß die Schottky-Elektrodenschicht (5), die eine die Tiefe der Vertiefung (7) unterschreitende Dicke aufweist, völlig in der Vertiefung angebracht ist und sich bis unter die Maskierungsschicht (3) erstreckt, ohne diese zu berühren.
- 2. Halbleiterbauelement nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Maskierungs- schicht (3) eine leitende Schicht (8) angebracht ist, die durch die Maskierungsschicht gegen die Schottky-Elektrodenschicht (5) isoliert ist
- 3. Halbleiterbauelement nacit Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefung (7) größer als 1 μιπ und die Dicke der Schottky-Elektrodenschicht (5) geringer als 1 μηιϊβί
- 4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (9) von einem Leitungstyp durc^ eine epitaktischen « Halbleiterschicht vom eic?n Leitungstyp gebildet ist, die auf ein Halbleitersubstrat ( V) aufgebracht ist, das den gleichen Leitungstyp wie die epitaktische Halbleiterschicht aufweist, aber dessen spezifischer Widerstand niedriger ist ■»»
- 5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anbringen der Maskierungsschicht (3) die Oberfläche des Teiles (9) des Halbleiterkörpers (1) einer Behandlung zum Entfernen von Material « unterworfen wird, um die Vertiefung (7) zu erhalten, die sich seitlich bis unter die Maskierungsschicht (3) erstreckt und daß dann die Schottky-Elektrodenschicht (5) in der Vertiefung durch Aufdampfen von Elektrodenmaterial im Vakuum angebracht wird, v> wobei auch auf der Maskierungsschicht (3) Elektrodenmaterial niedergeschlagen wird und dort eine leitende Schicht (8) bildet, die als Folge der Schattenwirkung der Maskierungsschichl beim Aufdampfen gegen die Schottky-Elektrodenschicht v» isoliert ist.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (8), die sich auf der Maskierungsschicht (3) befindet, entfernt wird.
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