DE19705728A1 - Schottky-Diode - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schottky-Diode mit einem Halbleitersubstrat eines ersten
Dotierungstyps mit einer ersten Dotierungsdichte n1 auf dem eine Epitaxieschicht
vom gleichen Dotierungstyp mit einer zweiten, kleineren Dotierungsdichte n2
aufgebracht ist, auf welcher eine Isolatorschicht mit einer Öffnung vorgesehen ist, und
mit einer wenigstens einen Teil der Isolatorschicht und die unter der Öffnung liegende
Epitaxieschicht bedeckenden Schottky-Metallschicht, wobei in der Epitaxieschicht ein
ringförmiger Halbleiterbereich eines zweiten Dotierungstyps mit einer dritten
Dotierungskonzentration n3, die höher als die zweite Dotierungskonzentration n2 ist,
vorgesehen ist, welcher an der Isolatorschicht und die Schottky-Metallschicht in einem
den Metallisolatorübergang umgebenden Bereich angrenzt. Ferner betrifft die
Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Schottky-Diode gemäß
Patentanspruch 6.
Eine derartige Diode ist beispielsweise aus "Signalverarbeitende Dioden", G. Kessel, J.
Hammerschmitt, E. Lange, Springer Verlag, 1982, S. 179 ff. bekannt. Sie wird auch
Schottky-Hybrid-Diode genannt. Sie unterscheidet sich von einer gewöhnlichen
Schottky-Diode dadurch, daß der ringförmige Halbleiterbereich des zweiten
Dotierungstyps, auch Guard-Ring genannt, vorgesehen ist. Dieser Guard-Ring
bewirkt, daß die Sperrspannung, die bei einer normalen Schottky-Diode niedrig ist,
gegenüber dieser wesentlich erhöht wird. Das Spannungsdurchbruchverhalten wird
somit gegenüber der gewöhnlichen Schottky-Diode wesentlich verbessert. Dieser
Effekt kommt dadurch zustande, daß das Randfeld der Metallelektrode, d. h. der
Schottky-Metallschicht dadurch reduziert wird, daß es zumindest teilweise in dem
ringförmigen Halbleiterbereich des zweiten Dotierungstyps mit der dritten
Dotierungskonzentration endet.
Aufgrund des Übergangs zwischen der Epitaxieschicht vom ersten Dotierungstyp und
dem Guard-Ring vom zweiten Dotierungstyp entsteht eine pn-Diode. Die
Abbruchspannung der pn-Diode ist niedriger als die Abbruchspannung der aufgrund
des Metall-Halbleiterübergangs gebildeten Schottky-Diode, so daß die
Abbruchspannung der Schottky-Hybrid-Diode durch die Abbruchspannung der
pn-Diode bestimmt wird. Die Abbruchspannung der pn-Diode wird durch die Dotierung
und durch die Dicke der Epitaxieschicht festgelegt, da dadurch die Ausbreitung der
Raumladungszone bis zum Substrat beeinflußt wird. Eine höhere Abbruchspannung
wird durch eine geringere Dotierung und durch eine dickere Epitaxieschicht erreicht.
Nachteilig an einer solchen Schottky-Hybrid-Diode ist, daß die Abbruchspannung der
durch den Übergang zwischen der Schottky-Metallschicht und der Epitaxieschicht
gebildeten Schottky-Diode größer ist als die Abbruchspannung der pn-Diode, da
dadurch eine hohe Flußspannung entsteht, so daß ein im Vergleich zu der
Abbruchspannung schlechtes Flußverhalten der Schottky-Diode in Kauf genommen
werden muß.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gattungsgemäße Schottky-Diode und
das gattungsgemäße Herstellungsverfahren derart zu verbessern, daß ein besseres
Flußverhalten der Schottky-Diode erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Schottky-Diode gelöst, bei der ein
Dotierungsbereich vom ersten Dotierungstyp mit einer vierten Dotierungsdichte n4 in
der Epitaxieschicht vorgesehen ist, der an die Schoftky-Metallschicht angrenzt, wobei
die zweite Dotierungsdichte n2 kleiner als die vierte Dotierungsdichte n4 ist. Ferner
wird die Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem ein
Dotierungsbereich vom ersten Dotierungstyp mit einer vierten Dotierungsdichte n4 in
die Epitaxieschicht eingebracht wird, so daß er an die Schottky-Metallschicht angrenzt,
wobei die vierte Dotierungsdichte n4 größer als die zweite Dotierungsdichte n2
gewählt wird.
Aufgrund dieses Dotierungsbereiches wird die Abbruchspannung der aus dem
Übergang zwischen der Schottky-Metallschicht und der Epitaxieschicht gebildeten
Schottky-Diode erniedrigt, ohne daß die Abbruchspannung der Schottky-Hybriddiode
insgesamt erniedrigt wird. Gleichzeitig wird die Flußspannung herabgesetzt, so daß
die Schottky-Hybriddiode insgesamt ein deutlich besseres Flußverhalten aufweist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen
offenbart.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die vierte
Dotierungsdichte n4 kleiner als die erste Dotierungsdichte n1 gewählt. Dadurch wird
der Bahnwiderstand durch das Substrat verkleinert.
Günstigerweise wird die vierte Dotierungsdichte n4 so gewählt, daß die
Abbruchspannung des Metallhalbleiterübergangs der Abbruchspannung der
aufgrund des ringförmigen Halbleiterbereichs und der Epitaxieschicht gebildeten
pn-Diode ist. Hierdurch entsteht die bei dieser Methode beste zu erzielende
Flußspannung, ohne daß die Abbruchspannung erniedrigt wird.
Der Dotierungsbereich kann sich zwischen dem den ringförmigen Halbleiterbereich
umgebenden Raumladungszonengebiet erstrecken. Das Raumladungszonengebiet ist
das Gebiet, in dem sich die Raumladungszone der pn-Diode, d. h. von dem
ringförmigen Halbleiterbereich in der Epitaxieschicht bis zu dem Substrat, ausbreitet.
Somit ist das Raumladungszonengebiet wiederum ringförmig. Eine hohe Wirkung
wird erzielt, wenn der Dotierungsbereich das Raumladungszonengebiet nicht
schneidet aber die gesamte Fläche im Inneren des ringförmigen
Raumladungszonengebietes ausfüllt. Günstigerweise erstreckt sich der
Dotierungsbereich über der gesamten Tiefe der Epitaxieschicht, wodurch die
Flußspannung weiter reduziert wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Schottky-Diode.
Auf einem Halbleitersubstrat 1 eines ersten Dotierungstyps mit einer ersten
Dotierungsdichte n1 ist eine Epitaxieschicht 2 vom gleichen Dotierungstyp mit einer
zweiten, kleineren Dotierungsdichte n2 aufgebracht. Auf der Epitaxieschicht 2 ist eine
Isolatorschicht 3 mit einer Öffnung 4 vorgesehen. Eine Schottky-Metallschicht 5
bedeckt einen Teil der Isolatorschicht und die unter der Öffnung 4 liegende
Epitaxieschicht 2. Ein ringförmiger Halbleiterbereich 6, ein Guard-Ring, eines zweiten
Dotierungstyps mit einer dritten Dotierungsdichte n3, die höher als die zweite
Dotierungsdichte n2 ist, ist in der Epitaxieschicht 2 derart vorgesehen, daß er an die
Isolatorschicht 3 und die Schottky-Metallschicht 5 in einem den
Metallisolatorübergang umgebenden Bereich angrenzt. In der Epitaxieschicht 2 ist ein
Dotierungsbereich 7 vom ersten Dotierungstyp mit einer vierten Dotierungsdichte n4
eingebracht, der an die Schottky-Metallschicht 5 angrenzt. Die vierte Dotierungsdichte
n4 ist größer als die zweite Dotierungsdichte n2 der Epitaxieschicht 2 gewählt. In der
vorgegebenen Anordnung können beispielsweise das Halbleitersubstrat 1, die
Epitaxieschicht 2 und der Dotierungsbereich 7 aus n-leitendem Silizium und der
ringförmige Halbleiterbereich 6 aus p-leitendem Silizium gebildet sein.
Die erfindungsgemäße Schottky-Diode ist eine Schottky-Hybrid-Diode, da sie einen
Guard-Ring, den ringförmigen Halbleiterbereich 6, aufweist. Die elektrischen
Anschlüsse werden an der Schottky-Metallschicht 5 und an der Rückseite des
Halbleitersubstrats 1 angebracht. Die erfindungsgemäße Schottky-Hybrid-Diode
umfaßt eine Schottky-Diode, die durch die Schottky-Metallschicht 5 und die
Epitaxieschicht 2 bzw. den Dotierungsbereich 7 gebildet wird und eine pn-Diode, die
durch den ringförmigen Halbleiterbereich 6 und die Epitaxieschicht 2 gebildet wird.
Der Guard-Ring bewirkt, daß die Schottky-Diode eine hohe Sperrspannung aufweist.
Das Flußverhalten der Schottky-Diode wird durch ihre Abbruchspannung begrenzt.
Die Abbruchspannung wird durch die Ausbreitung der Raumladungszone aufgrund
einer angelegten Spannung bestimmt, da die Raumladungszone sich innerhalb der
Epitaxieschicht 2 nur so lange ausbreiten kann, bis sie auf die durch das
Halbleitersubstrat 1 gebildete Grenzschicht trifft. Die Abbruchspannung kann durch
eine geringere Dotierung und durch eine größere Dicke der Epitaxieschicht 2 erhöht
werden. In einem ersten Bereich 8 kommt eine erste Abbruchspannung zustande, die
durch den Übergang zwischen der durch die Schottky-Metallschicht 5 und die
Epitaxieschicht 2 gebildete Schottky-Diode zustande kommt. In einem zweiten Bereich
9 entsteht eine zweite Abbruchspannung, die aufgrund der durch den ringförmigen
Halbleiterbereich 6 und die Epitaxieschicht 2 gebildeten pn-Diode zustandekommt.
Die Abbruchspannung der Gesamtdiode wird durch die niedrigere der beiden
Abbruchspannungen festgelegt. Es ist eine Raumladungszone 10 eingezeichnet, die
sich ausgehend von der pn-Diode aufgrund des ringförmigen Halbleiterbereichs 6
ausbreitet, bis sie an die durch das Halbleitersubstrat 1 mit der Epitaxieschicht 2
gebildete Grenzschicht anstößt. Die Größe des Dotierungsbereiches 7 ist so gewählt,
daß er die Ausbreitung der Raumladungszone 10 nicht behindert. Da die vierte
Dotierungsdichte n4 des Dotierungsbereichs größer ist als die zweite Dotierungsdichte
n2 der Epitaxieschicht 2 wird der Unterschied von der ersten Abbruchspannung in
dem ersten Bereich 8 und der zweiten Abbruchspannung im zweiten Bereich 9
verringert. Die vierte Dotierungsdichte n4 kann so hoch gewählt werden, daß die erste
Abbruchspannung gleich der zweiten Abbruchspannung ist. Dadurch wird der
Bahnwiderstand in der Epitaxieschicht 2, d. h. in dem Dotierungsbereich 7 erniedrigt,
so daß die Flußspannung wesentlich herabgesetzt und damit ein deutlich besseres
Flußverhalten der Gesamtdiode bei einer durch die pn-Diode vorgegebenen zweiten
Abbruchspannung erzielt wird.
Die Dimensionierung der Schottky-Hybrid-Diode gemäß der Erfindung ist so gewählt,
daß die Breite des mittels der Schottky-Metallschicht 5 gebildeten Metall-
Halbleiterübergangs größer ist als der Durchmesser der Raumladungszone 10, wobei
dieser durch die Dicke der Epitaxieschicht bestimmt wird.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Herstellen einer Schottky-Diode anhand der Figur beschrieben. Auf
einem Halbleitersubstrat 1 wird eine Epitaxieschicht 2 erzeugt. Mittels dem Fachmann
bekannter Techniken zur Maskierung, Ionenimplantation und Temperaturbehandlung
werden der ringförmige Halbleiterbereich 6 mit der dritten Dotierungsdichte n3 und
der Dotierungsbereich 7 mit der vierten Dotierungsdichte n4 erzeugt. Dann wird
ebenfalls mit bekannten Maskierungstechniken die Isolatorschicht 3 mit der Öffnung 4
auf die Epitaxieschicht 2 aufgebracht, wodurch der Dotierungsbereich 7 und ein Teil
des Querschnitts des ringförmigen Halbleiterbereichs 6 freigelegt werden. Dann wird
die Schottky-Metallschicht 5 so aufgebracht, daß ein Teil der Isolatorschicht 3 und die
aufgrund der Öffnung 4 freigelegte Oberfläche der Epitaxieschicht 2 bedeckt wird. Die
Schottky-Metallschicht 5 und die Rückseite des Halbleitersubstrats 1 werden zum
Anlegen einer elektrischen Spannung kontaktiert. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel sind das Halbleitersubstrat 1, die Epitaxieschicht 2 und der
Dotierungsbereich 7 n-dotiert und der ringförmige Halbleiterbereich 6 p-dotiert. Dabei
ist die vierte Dotierungsdichte n4 höher als die zweite Dotierungsdichte n2, die dritte
Dotierungsdichte n3 höher als die vierte Dotierungsdichte n4 und die erste
Dotierungsdichte n1 höher als die dritte Dotierungsdichte n3.
Claims (10)
1. Schottky-Diode mit einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Dotierungstyps mit
einer ersten Dotierungsdichte n1, auf dem eine Epitaxieschicht (2) vom gleichen
Dotierungstyp mit einer zweiten, kleineren Dotierungsdichte n2 aufgebracht ist,
auf welcher eine Isolatorschicht (3) mit einer Öffnung (4) vorgesehen ist, und mit
einer wenigstens einen Teil der Isolatorschicht (3) und die unter der Öffnung (4)
liegende Epitaxieschicht (2) bedeckenden Schottky-Metallschicht (5), wobei in der
Epitaxieschicht (2) ein ringförmiger Halbleiterbereich (6) eines zweiten
Dotierungstyps mit einer dritten Dotierungskonzentration n3, die höher als die
zweite Dotierungskonzentration n2 ist, vorgesehen ist, welcher an die
Isolatorschicht (3) und die Schottky-Metallschicht (5) in einem den Metall-
Isolatorübergang umgebenden Bereich angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Dotierungsbereich (7) vom ersten Dotierungstyp mit einer vierten
Dotierungsdichte n4 in der Epitaxieschicht (2) vorgesehen ist, der an die Schottky-
Metallschicht (5) angrenzt, wobei die zweite Dotierungsdichte n2 kleiner als die
vierte Dotierungsdichte n4 ist.
2. Schottky-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte
Dotierungsdichte n4 kleiner als die erste Dotierungsdichte n1 ist.
3. Schottky-Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte
Dotierungsdichte n4 so gewählt ist, daß die Abbruchspannung des Metall-
Halbleiterübergangs der Abbruchspannung der aufgrund des ringförmigen
Halbleiterbereichs (6) und der Epitaxieschicht (2) gebildeten pn-Diode ist.
4. Schottky-Diode nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sich der Dotierungsbereich (7) zwischen dem den
ringförmigen Halbleiterbereich (6) umgebenden Raumladungszonengebiet (10)
erstreckt.
5. Schottky-Diode nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sich der Dotierungsbereich über die gesamte Tiefe der
Epitaxieschicht (2) erstreckt.
6. Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Diode, bei dem auf einem
Halbleitersubstrat (1) eines ersten Dotierungstyps mit einer ersten
Dotierungsdichte n1 eine Epitaxieschicht (2) vom gleichen Dotierungstyp mit
einer zweiten, kleineren Dotierungsdichte n2 aufgebracht wird, auf welcher eine
Isolatorschicht (3) mit einer Öffnung (4) ausgebildet wird, bei dem eine Schottky-
Metallschicht (5) auf wenigstens einen Teil der Isolatorschicht (3) und auf das
unter der Öffnung (4) liegende Halbleitersubstrat (1) aufgebracht wird, bei dem in
das Halbleitersubstrat (1) ein ringförmiger Halbleiterbereich (6) eines zweiten
Dotierungstyps mit einer dritten Dotierungskonzentration n3, die höher als die
zweite Dotierungskonzentration n2 ist, eingebracht wird, so daß der
Halbleiterbereich (6) an die Isolatorschicht (3) und die Schottky-Metallschicht (5)
in einem den Metall-Isolatorübergang umgebenden Bereich angrenzt, dadurch
gekennzeichnet daß ein Dotierungsbereich vom ersten Dotierungstyp mit einer
vierten Dotierungsdichte n4 in die Epitaxieschicht (2) eingebracht wird, so daß er
an die Schottky-Metallschicht (5) angrenzt, wobei die vierte Dotierungsdichte n4
größer als die zweite Dotierungsdichte n2 gewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte
Dotierungsdichte n4 kleiner als die erste Dotierungsdichte n1 gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte
Dotierungsdichte n4 so gewählt wird, daß die Abbruchspannung des Metall-
Halbleiterübergangs der Abbruchspannung der aufgrund des ringförmigen
Halbleiterbereichs (6) und der Epitaxieschicht (2) gebildeten pn-Diode wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Dotierungsbereich (7) so ausgebildet wird, daß er sich zwischen dem den
ringförmigen Halbleiterbereich (6) umgebenden Raumladungszonengebiet (10)
erstreckt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Dotierungsbereich (7) so ausgebildet wird, daß er sich über die gesamte Tiefe der
Epitaxieschicht (2) erstreckt.
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- 1997-02-14 DE DE1997105728 patent/DE19705728C2/de not_active Expired - Fee Related
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