DE2429705B2

DE2429705B2 - Schottky-Diode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2429705B2
Application number: DE2429705A
Authority: DE
Inventors: Julian Robert Anthony Beale; John Martin Shannon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-06-26
Filing date: 1974-06-20
Publication date: 1980-05-22
Also published as: NL163904C; CH574167A5; DE2429705A1; GB1459231A; CA1003576A; IT1015298B; US3943552A; NL163904B; FR2235492B1; JPS5034484A; FR2235492A1; DE2429705C3; NL7408438A; JPS5223217B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schottky-Diode entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie

-'"> bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Diode.

Eine Schottky-Diode dieser Art ist bekannt aus dem Aufsatz »Low-Power Bipolar Transistor Memory Cells« von D. A. Hodges et al in »IEEE Journal of Solid State

ι» Circuits«, Band Sc-4, Nr. 5, October 1969, S. 280-284. Der Aufsatz beschreibt die Anwendung einer Schottky-Diode mit niedriger Barriere, die durch Rhodiumsilicid auf einem implantierten Teil eines p-leitenden Siliciumkörpers gebildet ist. Dieser Teil weist eine Tiefe von

i'> 0,65 μιτι (650 nm) auf und wird durch Borimplantation in die η-leitende epitaktische Schicht der monolithischen integrierten Schaltung gebildet. Die Quelle weist eine Oberflächendotierung von 5 · 10¹⁶ Atome/cm'und eine Spitzendotierung von 10¹⁷ Atome/cm^! auf. Diese

w Schottky-Diode mit niedriger Barriere weist eine schlechte Sperrkennlinie auf. Die Diode wird dazu benutzt, einen kompakten Widerstand von 20 kOhm zu erhalten, der einen Strom von 50 μΑ bei 1 V durchläßt.

Aus »IEEE Transactions on Electron Devices«, Vol.

■»■"· ED-19, Febr. 1972, S. 267-273, ist eine Kapazitätsdiode mit einem Schottky-Kontakt auf einer implantierten Oberflächenschicht bekannt. Diese Oberflächenschicht dient zur Verbesserung der Kapazitäts-Spannungskennlinie, wobei sich die Erschöpfungsschicht bei zunehmen-

><> der Sperrspannung allmählich weiter in die Oberflächenschicht ausdehnt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schottky- Diode der eingangs genannten Art so auszubilden, daß für ein gegebenes Metall-Halbleitersystem die effektive Höhe

">"> der Schottky-Barriere praktisch ohne Verschlechterung der Sperrkennlinie innerhalb gewisser Grenzen beliebig bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Schottky-Diode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß

^hl> durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Schottky-Barriere einer derartigen Anordnung im Vergleich zu der Schottky-Barriere, die die Metallelektrode mit dem genannten Teil des Halbleiter-

·>■> körpers in Abwesenheit der flachen Oberflächenschicht bilden würde, weist eine gesteigerte oder erniedrigte Höhe der Barriere auf, je n»ch den relativen Leitungstypen der Dotierung der fachen Oberflächen-

schicht und der Dotierung des genannten Teiles des Halbleiterkörpers. Obgleich im aligemeinen die Größe des Sperrstroms geändert werden wird, ist die Neigung der Sperrstrom-Spannungskennlinie nicht wesentlich verschieden und die Durchschlagspannung in der Sperrichtung wird nicht beträchtlich herabgesetzt. Die Änderung der effektiven Höhe der Barriere wird dadurch erhalten, daß das elektrische Feld an der Oberfläche des Halbleiters gesteuert wird. Die Größe dieses Oberflächenfeldes wird praktisch durch die Gesamtaiizahl effektiv wirksamer Dotierungsatome in der flachen Oberflächenschicht bestimmt. Es sei betont, daß der betreffende physikalische Mechanismus von einem anderen Mechanismus ganz verschieden ist, der kleine Änderungen in der Höhe der Barriere durch Änderung der Anzahl Oberflächenzustände an der Metall-Halbleiter-Grenzfläche herbeiführt, z. B. dadurch, daß die Halbleiteroberfläche vor der Ablagerung der Metallelektrode gereinigt wird

Derartige Schottky-Sperrschichten lassen sich in verschiedenen Strukturen verwenden. In diskreten Schottky-Dioden oder in integrierten Schaltungen, wie logischen Schaltungen, die integrierte Schottky-Barrieren enthalten, kann also die effektive Höhe der Barriere einer besonderen technisch günstigen Metall-Halbleiter-Sperrschichtkombination auf einen gewünschten Wert für die betreffende Schaltungsanwendi:ng eingestellt werden. Die Größe des Leckstromes in Sperrichtung unterhalb des Durchschlags kann durch Wahl der Dotierung der flachen Oberflächenschicht eingestellt und so zum Bilden einer praktisch konstanten Stromquelle benutzt werden. Bei Schottky-Sperrschichtgleichrichtem für hohe Leistungen kann eine erniedrigte effektive Höhe der Sperre für eine bestimmte Metall-Halbleiter-Kombination zu der Herabsetzung der Durchlaßspannung beitragen. Weiter kann eine erniedrigte effektive Höhe der Barriere infolge des Vorhandenseins der flachen Oberflächenschicht zu der Verringerung der Gefahr vor Durchbrennen in Hochleistungs-Schottky-Dioden beitragen. Im letzteren Falle wird angenommen, daß, wenn örtlich ein heißer Punkt in der Diode vorhanden ist und das Metall der Elektrode örtlich durch die genannte flache Oberflächenschicht bis zu dem genannten Teil des Halbleiterkörpers vordringt, die Höhe der Barriere an der Stelle dieses heißen Punktes die erniedrigte effektive Höhe der Barriere an anderen Stellen überschreitet und also ein örtliches Ausschalten an der Stelle des heißen Punktes bewirkt.

Vorzugsweise ist der Dotieriingspegel des Teiles des Halbleiterkörpers genügend niedrig (z. B. höchstens in der Größenordnung von 10" Dotierungsatomen/cm^J), um in der Sperrichtung einen Sättigungsstrom mit einem (für die Durchschlagspannung unterschreitende Sperrspannungen) praktisch spannungsunabhängigen Wert zu erhalten.

Durch Wahl der Dotierung der flachen Oberflächenschicht kann das Ausmaß der Erniedrigung oder der Steigerung der Höhe der Barriere leicht bestimmt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Dotierungspegel der flachen Oberflächenschicht mindestens 5 ■ to" Dotierungsatome/cm^J und ist mindestens zwei Größenordnungen höher als der Dotierungspegel des genannten Teiles des Halbleiterkörpers.

Die effektive Höhe der Barriere kann leicht um mindestens 0,15 eV geändert werden. Sie kann z. B. um mehr als 0,2 cV erniedrigt werden. Es wird schwierig sein, denselben Erniedrigungsbetrag lediglich durch Erhöhung der Dotierung des Halbleiterkörpers zu erreichen, weil im allgemeinen eine derart hohe Dotierung notwendig wäre, daß die Barriere eine sehr ι niedrige Durchschlagspannung, l. B. von etwa 1 V für eine Metall-Silicium-Barriere aufweisen würde. Nach der vorliegenden Erfindung ist aber die Höhe von Schottky-Barrieren, die durch Nickel auf n-Silicium gebildet sind, um sogar 0,3 eV unter Beibehaltung einer

in Durchschlagspannung von mehr als 35 V erniedrigt.

Wenn die Dotierung der flachen Oberflächenschicht den gleichen Leitungstyp wie die des darunterliegenden Teiles des Halbleiterkörpers aufweist, ist die effektive Höhe der Barriere niedriger als die Höhe der Barriere,

Γι die die Metallelektrode mit diesem Teil des Halbleiterkörpers beim Fehlen der flachen Oberflächenschicht bilden würde. Es wird angenommen, daß diese Erniedrigung der Höhe der Barriere sowohl auf Tunnelung als auch auf Herabsetzung der Bildkraft

_>u zurückzuführen ist im ersteren Falle sind infolge der höheren Dotierung und der geringen Tiefe der flachen Oberflächenschicht die Halbleiterenergiebänder in der Nähe der Metallelektrode stark gekrümmt, so daß die Barriere genügend eng ist, um Tunnelung von

_>-. Ladungsträgern herbeizuführen.

Wenn die Dotierung der flachen Oberflächenschicht einem dem der Dotierung des unterliegenden Teiles des Halbleiterkörpers entgegengesetzten Leitungstyp aufweist, ist die effektive Höhe der Barriere größer als die

tu Höhe der Barriere, die die Metallelektrode mit diesem Teil des Halbleiterkörpers beim Fehlen der flachen Oberflächenschicht bilden würde. Diese Zunahme der effektiven Höhe der Barriere ist auf ein Diffusionspotential zwischen den Gebieten entgegengesetzter

r> Leitungstypen in Reihe mit der Barriere /urückzuführen.

Das Dotierungsmaterial kann in den Teil des Halbleiterkörper durch indirekte Implantation (recoil implantation) aus einer das Dotierungsmaterial enthal-

■iii tenden Schicht implantiert werden, welche Schicht auf der Oberfläche des Teiles des Körpers gebildet und mit Ionen beschossen wird, um die indirekte Implantation durchzuführen.

Der loncnbeschuß kann aber auch mit Dotierungs-

Γι ionen erfolgen, die direkt in den betreffenden Peil des Körpers implantiert werden. Die Dotierungsionendosis wird in Übereinstimmung mit der erforderlichen Höhe der Barriere gewählt und kann in der Größenordnung von 10¹² Dotierungsionen/cm² liegen. Der Dotierungs-

iii pegel der flachen Oberflächenschicht, die durch Ionenimplantation gebildet ist, kann aus der lonendosis und der Tiefe der flachen Oberflächenschicht ermittelt werden, die durch den Bereich im Halbleiterkörper der Ionen mit der betreffenden gewählten Energie bestimmt

r> wird. Für Ionendosen von 10¹²—10¹³ Dotierungsionen/ cm², die zur Bildung einer flachen Oberflächenschicht mit einer Tiefe von höchstens 15 nm implantiert sind, liegt der Dotierungspegel der gebildeten Schicht in der Größenordnung von etwa 10¹⁸—10¹⁹ Dotierungsato-

Wi men/cm³, d. h. erheblich höher als die Dotierungspegel, die gewöhnlich für den genannten Teil des Halbleiterkörpers gewählt werden und in der Regel in der Größenordnung von 10¹⁵ Dotierungsatomen/cm^J liegen.

hi Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. I schematisch die Sperrspannungskennlinien

einer üblichen Schottky-Barriere, einer infolge erhöhter Dotierung des Halbleiterkörpers erniedrigten Schottky-Barriere und einer Schottky-Barriere in einer Diode nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch einen Halbleiterkörper während der Herstellung einer Schottky-Diode nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Ionenimplantation,

F i g. 3 einen schematischen Schnitt durch einen Halbleiterkörper während der Herstellung einer Schottky-Diode nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von indirekter Implantation,

Fig.4 einen schematischen Schnitt durch eine Schottky-Diode nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.5 einen schematischen Schnitt durch eine Halbleiteranordnung während der Herstellung einer anderen Schottky-Diode nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 6 eine graphische Darstellung eines Teiles der Durchlaß- und Sperrkennlinien verschiedener Schottky-Barrieren aus Nickel auf n-Silicium, die unter Verwendung des in den Fig.2 und 4 veranschaulichten Verfahrens hergestellt sind,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Zu- und Abnahme der effektiven Höhe der Barriere als Funktion der implantierten Ionendosis,

Fig.8 eine Darstellung eines Teiles der Durchlaß- und Sperrkennlinie verschiedener Schottky-Barrieren aus Nickel auf p-Silicium, die unter Verwendung des in Fig. 5 veranschaulichten Verfahrens hergestellt sind, und

Fig.9 einen schematischen Schnitt durch einen Halbleiterkörper einer weiteren Schottky-Diode nach der vorliegenden Erfindung.

Ir bezeichnet in Fig. 1 den Sperrstrom in Ampere, der über die Barriere bei angelegter Sperrspannung Vr in Volt fließt. Die Kurve 1 zeigt die Sperrkennlinie einer üblichen Schottky-Diode. Ein Beispiel einer derartigen Barriere ist eine Nickelelektrode auf einer n-leitenden epitaktischen Schicht mit einer Donatordotierung von etwa 5 · ΙΟ¹⁴ Atomen/cm³. Eine derartige Schottky-Barriere weist eine hohe Durchschlagspannung Vb 1, z. B. von etwa 60 V, auf. Unterhalb des Durchschlags wird der Sperrstrom auf einen praktisch konstanten Wert von z. B. 90 nA gesättigt. Eine übliche Schottky-Barriere aus Nicke! auf n-Silicium weist eine Höhe von etwa 0,59 eV auf.

Durch Anwendung desselben Metalls und durch Erhöhung der Dotierung der epitaktischen Schicht, z. B. auf etwa 10"» Atome/cm³, kann die Höhe einer üblichen Barriere im spannungslosen Zustand um etwa 0,09 eV erniedrigt werden. Die Kurve 2 zeigt aber den Effekt dieser erhöhten Dotierung auf die Sperrkennlinie der Barriere. Es sei bemerkt, daß die Durchschlagspannung Vn₂ viel geringer als V_B\ ist und daß der Sperrstrom Ir unterhalb des Durchschlags mit der angelegten Spannung Vr erheblich zunimmt Eine derartig verschlechterte Sperrkennlinie ist bei Anwendung in vielen Schaltungen für eine Schottky-Barriere unerwünscht. Daher wird meist ein anderes Metall statt einer anderen Halbleiterdotierung verwendet, um eine andere Höhe der Schottky-Barriere zu erhalten.

Die Kurve 3 in F i g. 1 zeigt die Sperrkennlinie einer Schottky-Barriere mit einer effektiven Höhe, die um etwa 0,09 eV im Vergleich zu der üblichen Diode der Kurve 1 erniedrigt und durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten ist. Die Durchschlagspannung Ve 3 ist weniger als 20% niedriger als Vg 1 und der Sperrstrom /« unterhalb des Durchschlags wird au einen praktisch konstanten Wert gesättigt, der um ein Größenordnung höher als der der Kurve 1 ist. Di Neigung der Sperrkennlinie unterhalb des Durchschlag

τ ist im Vergleich zu der Kurve 1 nicht wesentlich erhöht.

An Hand der Fig. 2 und 4 wird nun die Herstellun

einer Schottky-Diode nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Der in den F i g. 2 und 3 gezeigte Halbleiterkörper

κι enthält eine η-leitende epitaktische Schicht 10 auf einem η-leitenden einkristallinen Substrat 11 mit hoher Leitfähigkeit. Der Körper kann z. B. aus Silicium bestehen und die epitaktische Schicht 10 kann z. B. einen spezifischen Widerstand von etwa 5 Ohm · cm aufwei-

r> sen, was einer Donatordotierung von etwa 10¹⁵AtO men/cm¹ entspricht.

Auf übliche Weise wird eine Isolierschicht 12 auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht 10 erzeugt. Ein Fenster 13 wird in der Schicht 12 an der Stelle

2(i angebracht, an der die Schottky-Barriere gebildet werden muß. Die Schicht 12 kann aus Siliciumoxid mi einer Dicke von etwa 200 nm bestehen.

Auf dieser epitaktischen Schicht 10 könnte eine übliche Schottky-Barriere dadurch gebildet werden, daß

y< eine z. B. aus Nickel bestehende Metallschichtelektrod< in dem Fenster 13 angebracht wird. Nach dei vorliegenden Erfindung wird aber eine andere Höhe dei Sperre dadurch erhalten, daß ein Dotierungsmaterial in dem Fenster 13 in eine flache Oberflächenschicht 14 mit

)" praktisch gleichmäßiger Tiefe implantiert wird.

Diese Implantation kann dadurch erfolgen, daß dei Halbleiterkörper mit einem Dotierungsionenstrahl mit niedriger Energie beschossen wird, wie mit den Pfeilen in F i g. 2 angegeben ist. Zum Erhalten einer Schottky

i^r> Barriere mit einer niedrigeren Höhe werden Donator ionen in die η-leitende epitaktische Schicht implantiert Die Ionenmasse und die lonenstrahlenergie werder derart gewählt, daß die Tiefe der gebildeten implantier ten Schicht 14 höchstens etwa 15 nm beträgt. So können

«ι z. B. Antimonionen mit einer Energie von etwa lOkeV als Donatorionen für Implantation in Silicium verwen det werden. Die lonendosis wird entsprechend den gewünschten Barrierenherabsetzungsgrad gewählt. So liegen für Barrieren aus Nickel auf n-Silicium di<

⁴"> verwendeten Dosen im Bereich von 10¹²—10¹³ Dona torionen/cm². Die Isolierschicht 12 weist eine genügen de Dicke auf. um den unterliegenden Halbleiter geger Implantation zu maskieren, so daß Implantation in die epitaktische Schicht 10 nur im Fenster 13 auftreter

ν kann.

Die Oberfläche der epitaktischen Schicht im Fenste 13 wird vor der Implantation z. B. durch Ätzen it verdünnter Fluorwasserstoffsäure und durch Wascher in Alkohol gereinigt, um Oxidbildung zu verhindern

■" Nach der Implantation wird die implantierte Struktu z. B. durch Erhitzung im Vakuum auf 750° C während Ii Minuten ausgeglüht. Die Oberfläche der flacher implantierten Oberflächenschicht 14 wird anschließen durch Ätzen und Waschen mit Alkohol weiter gereinigt

wi wonach eine Metallelektrode 15, z. B. aus Nickel angebracht wird. Die Elektrode 15 kann dadurct gebildet werden, daß bei Zimmertemperatur Nickel au die Isolierschicht 12 und die Oberflächenschicht U aufgedampft und dann die Konfiguration der Elektrode

^ftl> 15 durch Ätzen definiert wird. Die erhaltene Struktur is in Fig.4 dargestellt. Die Elektrode 15 bildet mit de epitaktischen Schicht 10 eine Schottky-Barriere mi einer Höhe, die durch die Dotierung der flacher

Oberflächenschicht 14 und eine Sperrkennlinie vom durch die Kurve 3 in F i g. 1 angegebenen Typ bestimmt wird.

Die Darstellung nach F i g. 6 zeigt einen vergrößerten Teil der Durchlaßkennlinien 21F und 22F und der Sperrkennlinien 21/? und 22/? unterhalb des Durchschlags von zwei Schottky-Barrieren 21 und 22, die durch ein lonenimplantationsverfahren unter Verwendung von η-leitenden epilaktischen Schichten 10 mit einer Donatordotierung von 5 · 10^u Atomen/cm³ hergestellt sind. Die Kurven entsprechen den folgenden Antimonionendosen und -energien:

Kurven 21 Fund 21/?-5
Kurven 22Fund 22/? - 2

10i2/cm2beil0keV
10'*/cm2beil0keV

Die Kurven 23F und 23/? sind die Kurven für eine Referenz-Schottky-Barriere 23, die auf einer n-leitenden epitaktischen Schicht 10 mit einer Dotierung von 5 · 10¹⁴ Donatoratomen/cm³ hergestellt ist, wobei jedoch die zusätzliche flache implantierte Oberflächenschicht fehlt. Eine derartige Diode ist vom üblichen Typ, deren ganze Sperrkennlinie von dem durch die Kurve 1 in F i g. 1 angegebenen Typ ist.

All diese Barrieren 21, 22 und 23 wurden durch eine Nickelelektrode 15 in einem runden Kontaktfenster 13 mit einem Durchmesser von 100 μιη gebildet.

Bei einer Antimonionenenergie von lOkeV ist die Tiefe der gebildeten implantierten η+ -Schicht 14 praktisch gleichmäßig und beträgt etwa 10 nm. Dies ist genügend flach, um zu gewährleisten, daß die Erschöpfungsschicht der Barriere im spannungslosen Zustand sich bis jenseits der Implantation für Kurven 21 Fund R und 22F und /? und in der epitaktischen Schicht 10 erstreckt. Im spannungslosen Zustand ist die flache implantierte Oberflächenschicht 14 also in bezug auf Ladungsträger erschöpft. Infolgedessen ist die Neigung der Sperrkennlinie durch die Dotierung der epitaktischen Schicht 10 bestimmt und von dem Vorhandensein der implantierten Schicht 14 praktisch unabhängig.

Die für diese drei Schottky-Barrieren 21, 22 und 23 gemessenen Potentiale betrugen 0.46 eV. 0.50 eV bzw. 0,59 eV. Die für diese Schottky-Barrieren 21 und 22 gemessenen Durchschlagspannungen betrugen etwa 45 V bzw. 50 V.

Kurve A in F i g. 7 zeigt weitere Ergebnisse für Schottky-Dioden aus Nickel auf n-Silicium. In diesem Falle ist die oben beschriebene 10 keV-Antimonimplantation durch eine 5 keV-Antimonimplantation ersetzt, die eine etwas flachere implantierte Schicht liefert, während die η-leitende epitakiische Schicht eine Dotierung von 2 · 10¹⁵ Atomen/cm³ (2 Ω · cm) aufweist.

Kurve A zeigt die Erniedrigung der Höhe der Barriere ηΦ'β in eV als Funktion der Antimonionendosis. Es sei bemerkt daß bei einer Dosis von lO'Vcm² die Höhe der Barriere aus Nickel auf n-Silicium um etwa 0,2 eV verringert wird.

Fig.3 zeigt ein anderes Irnplantationsverfahren für die flache Oberflächenschicht 14. In diesem Falle wird nach der Reinigung eine dünne Dotierungsschicht 16, z. B. eine 40 nm dicke Antimonschicht 16, gebildet und mit Ionen beschossen, so daß Antimonionen indirekt in die unterliegende Isolierschicht 12 und in die epitaktische Schicht 10 implantiert werden. Die Isolierschicht 12 ist genügend dick, um den unterliegenden Halbleiter gegen die Antimonimplantation zu maskieren, die daher innerhalb des Fensters 13 lokalisiert ist. Ein 100 keV-Kryptonionenstrahl kann dabei Anwendung finden.

Vorzugsweise werden die meisten bombardierenden Ionen in der Dotierungsschichi 16 absorbiert und dringen nicht in die epilaktische Schicht 10 ein. Dann sublimiert die Antimonschichl 16 während einer

ϊ Glühbehandlung, z.B. bei 75O°C im Vakuum, und das indirekt implantierte Antimon bleibt in einer flachen Schicht 14 in der epitaktischen Schicht 10 zurück. Die Metallelektrode wird danach auf die obenbeschriebene Weise nach Reinigung der Oberfläche angeordnet. In

in einem solchen Falle und unter Anwendung einer 20 nm dicken Antimonschicht 16 und einer 100 keV-Kryptonionendosis von 2xlO^u/cm^J wurde die Höhe einer Schottky-Barriere aus Nickel auf n-Silicium auf etwa 0,39 eV verringert. Die Sperrkennlinie wies die gleiche

H Form wie die durch die Kurve 3 in Fig. 1 angegebene Sperrkenniinie auf.

Fig.5 zeigt einen ImplantationsschriU bei einem Verfahren zur Steigerung der effektiven Höhe einer Barriere aus Nickel auf n-Silicium. Dieses Beispiel ist gleich dem Beispiel nach F i g. 3, mit dem Unterschied, daß die Dotierungsionen einen dem der epitaktischen Schicht 10 entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen. In diesem Falle sind die Schicht 10 und das Substrat 11 vom p-Leitungstyp. Ein Antimonionenstrahl mit einer Ener-

2> gie von z. B.5 keV kann angewendet werden. Wie in den vorangehenden Beispielen beschrieben ist, kann anschließend eine Nickelelektrode zur Bildung der Schottky-Barriere angeordnet werden. Unter Anwendung eines solchen Verfahrens kann die effektive Höhe

»ι einer Schottky-Barriere aus Nickel auf p-Siliciuin z. B. um etwa 0,3 eV gesteigert werden.

Einige Ergebnisse für eine solche Barricrencrhöhung nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5 sind durch die Kurve B in Fig.7 dargestellt, die die Zunahme der

i"> Höhe der Barriere c/Φβ in eV als Funktion der pro cm² implantierten Antimonionendosis D für eine p-Dolierung der epitaktischen Schicht von 4 ■ 10^lh Atomen/cm³ angibt. Die Antimonionenstrahlenergie ist 5 keV und die Glühtemperatur ist 750^rC. Es sei bemerkt, daß bei einer

4" Dosis von 10¹³/cm² die Höhe der Barriere um etwa 0,25 eV gesteigert wird.

F i g. 8 zeigt einen vergrößerten Teil der Durchiaßkennlinien 31F, 32F und 33Fund der Spcrrkennlinien 31/?. 32/? und 33/? unterhalb des Durchschlags von Schottky-Barrieren 31, 32 und 33, die durch ein lonenimplantationsverfahren unter Verwendung von p-leitenden epitaktischen Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 0,4 Ω · cm hergestellt sind. Die Kurven entsprechen den folgender. Antimonionendosen

so von 5 keV.

Kurven31 Fund/?: 2 Kurven32Fund/?.· 5 ■
Kurven 33 Fund/?: 1 ■ lO'Vcrn²

Die Kurven 30Fund R sind für eine Referenz-Schottky-Barriere 30 angegeben, die auf einer p-leitenden epitaktischen Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 0,4 Ω - cm hergestellt ist Eine derartige Diode ist vom üblichen Typ.

bo Alle diese Barrieren 30, 31, 32 und 33 werden durch eine Nickelelektrode in einem runden Kontaktfenster 13 mit einem Durchmesser von 400 μπι gebildet.

Bei einer Antimonionenenergie von 4 keV ist die Tiefe der implantierten Schicht 14 praktisch gleichmä-

b5 ßig und geringer als die Tiefe der implantierten Schicht die durch lOkeV-lonen gebildet wird, während die Schicht 14 im spannungslosen Zustand der Diode völlig erschöpft ist

Die Durchschlagspannung der Referenz-Schottky-Diode 30 ist etwa 10 V. Die Durchschlagspannungen der Dioden 31,32 und 33 waren höher; die der Diode 31 war etwa 15 V. Diese Erhöhung der Durchschlagspannung ist ein zusatzlicher Vorteil der Erfindung. Es stellt sich heraus, daß diese Steigerung auf eine Zunahme der Barrierenhöhe rings um den Umfang des Scholtky-Kontaktes zurückzuführen ist.

F i g. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der eine flache hochdotierte Schicht 14, in die Antimon implantiert ist, örtlich rings um den Umfang eines Schottky-Kontakts angeordnet ist, um die Barrierenhöhe rings um diesen Umfang zu steigern. In diesem Falle wird die effektive Barrierenhöhe des ganzen Schottky-Kontaktes durch den größten Teil des Kontakts, und zwar den nicht am Umfang liegenden Teil, bestimmt.

Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß mit flachen Oberflächenschichten im Schottky-Sperrschichtsystem Barrierenhöhen über einen breiten Bereich eingestellt werden können. Obgleich die Ergebnisse sich auf Nickel-Silicium-Barrieren bezogen, können auch andere Metall-Halbleiter-Kombinationen und andere Dotierungsmittel für die flache Oberflächenschicht Anwendung finden. So könnten z. B. Aluminium-Schottky-Barrieren mit p-leilendem Silicium mit Barrierenhöhen hergestellt werden, die sich zur Anwendung auf von

■'· Schottky-Dioden begrenzten pnp-Transistoren eignen. Indium kann als Akzeptordotierung zur Bildung flacher Oberflächenschichten verwendet werden, die dazu benutzt werden können, die gebildete Barriere auf η-leitenden Substraten zu erhöhen und Dioden mit fast

ι» idealen Kennlinien zu erhalten. Auch andere Halbleitermaterialien, z. B. Galliumarsenid, können verwendet werden.

Im allgemeinen hängt die ohne Verschlechterung der Sperrkennlinien höchste erreichbare Herabsetzung der

>^r> Barrierenhöhe von dem zur Herstellung des Schottky-Kontakts verwendeten Metall ab. Sie wird für Metalle, die eine größere Barrierenhöhe liefern, groß sein. Auf diese Weise kann eine Barriere aus Gold auf n-Silicium mit z. B. einer normalen Höhe von etwa 0,8 eV um etwa 0,4 eV herabgesetzt werden, wobei Antimonionen von 5 keV verwendet werden, um eine flache Oberflächenschicht unter der Goldelektrode zu bilden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schottky-Diode mit einem Hakleiterkörper mit einer flachen Oberflächenschicht (14), die einen höheren Dotierungsgrad als der darunterliegende Teil (10) des Halbleiterkörpers und den gleichen oder den entgegengesetzten Leitungstyp aufweist, wobei auf der flachen Oberflächenschicht eine Metallelektrode liegt, die mit dem Halbleiterkörper eine Schottky-Barriere bildet, und wobei diese flache Oberflächenschicht zur Regelung der effektiven Barrierenhöhe vorgesehen ist, und die Dotierung der flachen Oberflächenschicht von einer anderen Quelle als der Metallelektrode herrührt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierungsgrad der Oberflächenschicht (14) mindestens zwei Größeno^rdnungen höher als der Dotierungsgrad des darunterliegenden Teils (10) ist und mindestens 5 · ΙΟ'⁷ Atome/cm³ beträgt, daß der Dotierungsgrad um die Dicke der flachen Oberflächenschicht (14) so niedrig sind, daß die Oberflächenschicht (14) im spannungslosen Zustand der Barriere in bezug auf Ladungsträger erschöpft ist, wodurch die Neigung der Sperrstrom-Spannungs-Kennlinie durch die Dotierung des unter der flachen Oberflächenschicht liegenden Teils (10) des Halbleiterkörpers bestimmt ist und von der Oberflächenschicht (14) praktisch unabhängig ist.

2. Schottky-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Teiles (10) des Halbleiterkörpers höchstens 10¹⁵ Atome/cm' beträgt.

i. Schottky-Diode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der flachen Oberflächenschicht (14) höchstens 15 mn beträgt.

4. Schottky-Diode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der flachen Oberflächenschicht (14) vom gleichen Leitungstyp wie die des Teiles (10) des Halbleilerkörpers ist.

5. Schottky-Diode nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Oberflächenschicht (14) einen Leitungstyp aufweist, der dem des Teiles (10) des Halbleiterkörpers entgegengesetztist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Schottky-Barriere mit einer vorbestimmten Höhe zwischen einer Metallelektrode (15) und einem Teil (10) eines Halbleiterkörpers gebildet wird, wobei unter Verwendung eines lonenbeschusses ein Dotierungsmaterial in den betreffenden Teil des Halbleiterkörpers zur Bildung einer flachen höher dotierten Oberflächenschicht (14) an der Stelle implantiert wird, an der die Schottky-Barriere gebildet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß die lonendosis derart gewählt wird, daß der erforderliche höhere Dotierungspegel der flachen Oberflächenschicht (14) zur Steuerung der effektiven Höhe der Barriere erhalten wird, wobei die Ionenenergie derart gewählt wird, daß eine derartige Tiefe der flachen Oberflächenschicht (14) erhalten wird, daß die Schicht (14) im spannungslosen Zustand der Barriere in bezug auf Ladungsträger praktisch erschöpft ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

zeichnet, daß das Dotierungsmaterial in den Teil (10) des Halbleiterkörpers durch indirekte Implantation aus einer das Dotierungsmaterial enthaltenden Schicht (16) implantiert wird, welche Dotierungsschicht (16) auf der Oberfläche des Teiles (10) des Halbleiterkörpers gebildet und mit Ionen beschossen wird, um die indirekte Implantation durchzuführen.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenbeschuß mit Ionen des Dotierungsmaterials erfolgt, die in den Teil (10) des Halbleiterkörpers implantiert sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungsionendosis mindestens 10¹² Dotierungsionen/cm² beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungsionendosis etwa 10^IJ Dotierungsioncn/cm·² beträgt.