DE2649738C2 - Halbleiterbauelement - Google Patents
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Description
Ausführungsform des Halbleiterbauelements sowie dessen Herstellung erläutert werden.
Fig. Id zeigt einen Schnitt des fertigen Halbleiterbauelements.
Diese Einrichtung umfaßt ein Halbleitersubstrat 2, einen Oberflächenschutzfilm 3 und ein
Sperrschichtmetall 1. Das Halbleitersubstrat 2 kann aus einem beliebigen Halbleitermaterial bestehen, typischerweise
aus Silicium, aber auch aus einem Verbindungshalbleiter der Elemente der Gruppen III und V des
Periodensystems oder einem Verbindungshalbleiter der Elemente der Gruppen H und VI des Periodensystems
oder aus einem Verbindungshalbleiter aus Elementen der Gruppe IV des Periodensystems. Das Halbleitersubstrat
2 weist gemäß Fig. Ic Hauptflächen IA und \B
auf.
Die Oberflächenschutzschicht 3 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, typischerweise aus
Siliciumdioxid (SiO2) oder Siliciumnitrid (S13N4). Der
Siüciumdioxidfilm kann durch Aufwachsen aus der
Dampfphase ausgebildet werden oder durch Sputterverfahren oder thermische Oxydationsverfahren. Das
thermische Oxydationsverfahren ist jedoch nur anwendbar, wenn das Halbleitersubstrat 2 aus Silicium besteht.
Der Siliciumnitridfilm kann durch Aufwachsen aus der Dampfphase ausgebildet werden. Vor dem Aufbringen
der Oberflächenschutzschicht wird die Oberfläche des Halbleitersubstrats 2, ζ. B. einer Siliciumscheibe vom
/7-Typ, mit einem organischen Lösungsmittel wie Trichlen gewaschen.
Eine Öffnung 3a wird gemäß Fig. Ia in einem bestimmten Bereich der Oberflächenschutzschicht 3
durch Photoätzung ausgebildet, wodurch ein Teil der Hauptfläche \A freigelegt wird. Die Oberflächenschutzschicht
3 hat normalerweise eine Dicke von 0,5 bis 2 μπι.
Der freigelegte Bereich des Halbleitersubstrats wird nun mit einer Ätzlösung geätzt, wobei eine Ausnehmung
6 gemäß F i g. Ib gebildet wird. Wenn das Halbleitersubstrat
aus Silicium besteht, so wird die Ätzlösung aus Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure gebildet. Bei
diesem Ätzvorgang werden auch die Bereiche unterhalb der Oberflächenschutzschicht 3 in der Nähe der öffnung
3a geätzt, wobei ein überstehender Bereich 7 der Oberflächenschutzschicht 3 gebildet wird, welche über
die periphere Kante der Ausnehmung 6 reicht. Somit besteht unterhalb des überstehenden Bereiches 7 ein
Hohlraum 8. Die Tiefe rj der Ausnehmung 6 beträgt normalerweise I bis 10 μπι.
Das Sperrschichtmetall 1 wird gemäß Fig. Ic auf der
Wandung der Ausnehmung 6 durch Elektroplattierung abgeschieden, wobei auch diejenigen Bereiche beschichtet
werden, weiche direkt unterhalb des überstehenden Bereiches 7 liegen. Die Dicke der Schottky-Metallschicht
kann bei dem Elektroplattierverfahren beliebig gesteuert werden. Eine Dicke von 50 bis 500 nm ist
bevorzugt. Wenn die Dicke geringer als 50 nm ist, so kommt es zur Bildung von Nadellöchern, so daß ein
darauf aufgebrachtes Metall durch die Nadellöchsr hindurch in das Halbleitersubstrat 2 diffundiert. Wenn
die Dicke größer als 500 nm ist, so wird die Spannungsbeanspruchung der elektroplattieren Metallschicht
zu groß, so daß diese sich ablöst.
Bei dem Elektroplattierverfahren wird das Halb= leitersubstrat 2 mit der Oberflächenschutzschicht 3 und
der Ausnehmung 6 unter der öffnung 3a in eine Lösung eingetaucht, welche aus einer Nickelplattierlösung und
einer Palladiumplattierlösung in einem zweckentsprechenden Verhältnis zcr Erzeugung einer Nickel-Palladium-Legierungsschicht
besteht. Gegenüber dem HaIb-
leitersubstrat 2 wird in der Plattierlösung eine Anodenplatte aus Palladium oder Kohlenstoff angeordnet.
Der positive Pol der Plattiergleichstromquelle wird mit der Anodenplatte verbunden und der negative Pol
wird mit dem Halbleitersubstrat 2 verbunden. Diese Elektroplattiertechnik ist bevorzugt, da hierbei die
Dicke der Metallschicht 1 leicht gesteuert werden kann. Eine Elektrode 9 wird sodann ausgebildet, um die
Anbringung einer externen Zuleitung zu erleichtern und um das Sperrschichtmetall 1 zu schützen. Bei der
Ausbildung der Elektrode 9 wird Gold verwendet, wenn
die Elektrode 9 durch Elektroplattierung aufgebracht wird. Wenn man Vakuumdampfabscheidungsverfahren
anwendet, so verwendet man Gold oder Aluminium als Metall der Elektrode 9. Der Hohlraum 8 wird gefüllt,
wenn die Elektrode 9 nach dem Elektroplattierverfahren ausgebildet wird. Andererseits bleibt jedoch ein Teil
des Hohlraums 8 erhalten, wenn man nach dem Vakuumdampfabscheidungsverfahren arbeitet Dieser
Fall ist in Fig. 1d gezeigt In der letzten Stufe wird auf
der anderen Hauptfläche Iß der Siliciumscheibe 2 vom /7-Typ ein Ohm'scher Kontakt 10 mr Wickel hergestellt.
im folgenden soll anhand der Fig.~a und 2b eine
weitere Ausführungsform des Halbleiterbauelements erläutert werden. Zunächst werden wiederum die
Verfahrensstufen gemäß den F i g. 1 a und I b durchgeführt. Danach wird das Schottky-Sperrschichtmetall 1
nach einem bekannten Vakuumdampfphasenabscheidungsverfahren oder Sputter-Verfahren aufgebracht,
und zwar mindestens in dem mittleren Bereich der Ausnehmung 6 in der Siliciumscheibe- 2 vom n-Typ.
Unter Anwendung bekannter Photoätzverfahren wird diese Metallschicht 1 nur im mittleren Bereich der
Ausnehmung belassen, welcher der Fläche unterhalb der Öffnung 3a des SiO2- Filmes entspricht. Die Dicke t
der Metallschicht ! ist geringer als die Tiefe rj der Ausnehmung 6, so daß in der nachfolgenden Stufe eine
Nickel-Palladium-Plattierlösung leicht in den Hohlraum 8 eintreten kann. Das Metall 1 besteht z. B. aus
Molybdän (Mo), Platin (Pt), Tantal (Ta), Wolfrain (W). Sodann wird das Halbleitersubstrat in der Plattierlösung
mit einer Nickel-Palladium-Legierung plattiert, wobei die'jiliciumscheibe 2 als negativer Pol dient und wobei
eine Palladiumplatte oder Kohlenstoffplatte als positiver Pol dient. Das Schottky-Metall 11 aus Nickel-Palladium-Legierung
wird auf das Schottky-Metall 1 aufgebracht, welches zuvor aufgetragen wurde, sowie
auf die Wandung der Ausnehmung 6, welche unterhalb des überstehenden Bereiches 7 des SiO2-FiImSS 3 liegt.
In der Praxis ist die Fläche der Wandung der Ausnehmung 6, welche unterhalb des überstehenden
Bereiches 7 liegt, beträchtlich kleiner als der Bereich der Wandung der Ausnehmung 6, welcher unterhalb der
Öffnung 3a der SiO2-Schicht liegt. Das Sperrschichtmetall
av.'f der Wandung der Ausnehmung 6 im Bereich unterhalb der Öffnung 3a besteht aus einem in hohem
Maße hitzefesten Material, wie Molybdän. Andererseits besteht das Metall im Bereich unterhalb des überstehenden
Bereiches 7 aus der Nickel-Palladium-Legierung, welche leicht durch Elektroplattierung aufgebracht
werden kann. Auf diese Weise bedecken die Metallschichten
ii und 1 die gesamte Wandung der Ausnehmung 6 der Siliciumscheibe 2. Die Verwendung
eines Materials großer Hitzebeständigkeit als Metall 1 dient dazu, die elektrischen Eigenschaften der Schottky-Barriere
gegen thermische Einflüsse zu stabilisieren.
In einer letzten Stufe wird eine Elektrode 9 durch Elektroplattierung. Vakuumdampfphasenabscheidung
oder Spulterung aufgebracht. Danach wird die jedoch auch eine Siliciumschcibe vom ρ-Typ verwenden
Ohm'sche Elektrode IO auf der anderen Haupifläche oder eine andere Halbleiterscheibe, /.. B. eine Ge- oder
aufgebracht(Fig. 2b). eine GaAs-Scheibe. Die Erfindung wurde für eine
In den beschriebenen Beispielen wurde eine Silicium- Schottky-Diode beschrieben. Sie eignet sich jedoch
scheibe vom n-Typ als Halbleitersubstrat verwendet. '· auch zur Anwendung auf andere Halbleitereinrichtun-
Anslelle des Siliciumsubstrats vom p-Typ kann man gen mit einer Schottky-Sperrschicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Halbleiterbauelement mit
(1) einem Halbleitersubstrat, das in einer Hauptfläche
eine Ausnehmung aufweist
(2) einerOberflächenschutzschichtdie
(2.1) eine Öffnung aufweist und ]0
(22) über die Ausnehmung übersteht
(3) einem Schottky-Sperrschicht-Metall, das
(3.1) auf die Oberfläche der Ausnehmung aufgebracht ist
dadurch gekennzeichnet, daß das Schottky-Sperrschicht-Metall
20
(3.2) cöfcgesamte Ausnehmung (6) bedeckt und
(33) zumindest im Bereich unterhalb der überstehenden Oberflächenschutzschicht aus einer durch Elektroplattierung aufgebrachten Nickel-Palladium-Legierung besteht
(33) zumindest im Bereich unterhalb der überstehenden Oberflächenschutzschicht aus einer durch Elektroplattierung aufgebrachten Nickel-Palladium-Legierung besteht
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schottky-Sperrschicht-Metall
eine Dicke von 50 bis 500 nm aufweist.
3. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprü- J0
ehe 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Halbleitersubstrat (2) und dem durch Elektroplattierung
ausgebildeten Teil des Metalls im Bereich unter der öffnung der Oberflächenschutzschicht
(3) durch Sputterurvg oder Vakuumdampfab- 3;
Scheidung angeordnete Zwiscnenschicht (1) aus einem Metall.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenschicht (1) aus
Nickel, Chrom, Molybdän, Platin, Tantal, Titan, Wolfram, Palladium oder Rhodium besteht.
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat, das in einer Hauptfläche eine
Ausnehmung aufweist, einer Oberflächenschutzschicht, die eine Öffnung aufweist und über die Ausnehmung
übersteht, und einem Schottky-Sperrschichtmetall, das auf die Oberfläche der Ausnehmung aufgebracht ist. Ein
solches Halbleiterbauelement ist aus der DE-OS 19 41912 bekannt. Zur Herstellung dieses bekannten
Halbleiterbauelementes wird das Schottky-Metall durch Vakuumaufdampfung aufgebracht. Hierdurch wird
erreicht, daß die Oberfläche der Ausnehmung nur direkt unterhalb der Öffnung in der Oberflächenschutzschicht
beschichtet wird, während die Oberflächenbereiche der Ausnehmung, welche im Schatten des überstehenden
Randes der Oberflächenschutzschicht liegen, frei bleiben, Dieser Struktur wird eine Erhöhung der Durchbruchsperrspannung
zugeschrieben sowie die angestrebte Steilheit der Sperrspannungscharakteristik. Insbesondere wird die Auffassung vertreten, daß die
niedrige Sperrspannung und der sanfte Sperrspannungsverlauf bei älteren Schottky-Dioden darauf
zurückzuführen sind, dai3 die Schottky-Sperrschicht sich
bis zu einer Ladungsspeicherschicht an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und der Oberflächenschutzschicht
erstreckt Der gleiche Kausalzusammenhang kommt in den US-Patentschriften 37 77 228 und
37 46 950 zum Ausdruck.
Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß derartig aufgebaute Halbleiterbauelemente noch eine zu weiche
Stromspannungscharakteristik im Sperrbereich aufweisen. Die Abweichung der Sperrcharakteristik von der
theoretischen Sperrcharakteristik mit einem abrupten Obergang zu unendlicher Steilheit kann durch den
n-Wert ausgedrückt werden. Die theoretische Sperrcharakteristik hat den η-Wert I. Schottky-Dioden, welche
nach den oben erläuterten Prinzipien aufgebaut sind, zeigen n-Werte im Bereich von etwa 1,4 bis 1,8.
Darüber hinaus hat sich gezeigt daß bei der .Herstellung der bekannten Halbleiterbauelemente des
eingangs genannten Typs die Reproduzierbarkeit der elektrischen Eigenschaften unzureichend ist Dies
äußert sich zum einen in der erheblichen Streuung des n-Wertes und anderen auch in einer großen Streuung
der Durchbruchspannung. Darüber hinaus sind die bekannten Schottky-Dioden mit einer unzureichenden
Temperaturstabilität behaftet. Es kommt z. B. bei einer Schottky-Diode des Typs Au/Ni/GaAs schon bei
Temperaturen von 2000C zu einer starken wechselseitigen
Diffusion von Nickel einerseits und Galliumarsenid andererseits.
Aus der DE-OS14 39 527 ist bereits ein Elektroplattierungsverfahren
bekannt, und aus der US-PS 36 77 909 ist auch bereits eine Badzusammensetzung zur Ausbildung
einer Plattierungsschicht aus einer Nickel-Palladium-Legierung bekannt. Bisher wurden jedoch diese
Verfahren nicht zur Hersteilung von Schottky-Dioden verwendet.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art
derart weiterzubilden, daß die elektrischen Eigenschaften eine geringe Streuung aufweisen und daß insbesondere
die Durchbruchspannung in Sperrichtung einen reproduzierbar hohen Wen aufwji't und eine dem
theoretischen Verlauf weitgehend angenäherte Sperrcharakteristik hoher Reproduzierbarkeit vorliegt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schottky-Sperrschichtmetall die gesamte
Ausnehmung bedeckt und zumindest im Bereich unterhalb der überstehenden Oberflächenschicht aus
einer, durch Elektroplattierung aufgebrachten Nickel-Palladium-Legierung besteht.
Bei einem derart aufgebauten Halbleiterelement ist entgegen der Lehre des Standes der Technik die
gesamte Ausnehmung mit dem Sperrschichtmetall bedeckt. Überraschenderweise wird dennoch eine hohe
DMrchbruchspannung in Sperrichtung erzielt sowie ein harter Kennlinienverlauf im Sperrbereich. Die elektrischen
Daten streuen nur geringfügig. Der η-Wert liegt bei etwa 1,1 und zeigt nur eine äußerst geringe Streuung.
Auch die Durchbruchspannung in Sperrichtung zeigt eine überraschend hohe Reproduzierbarkeit. Darüber
hinaus ist die TemperaturstabilitSt des Halbleiterbauelements wesentlich verbessert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. la bis Id Schnitte durch verschiedene Stadien der Herstellung des Halbleiterelementes;
Fig.2a und 2b Schnitte verschiedener Stadien der
Herstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Halbleiterbauelements.
Im folgenden soll anhand der Fig. la bis Id eine
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP50130269A JPS5254369A (en) | 1975-10-29 | 1975-10-29 | Schottky barrier semiconductor device |
Publications (2)
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