DE2734072A1 - Verfahren zur herstellung von schottky-dioden mit gold-silicium- sperrschicht - Google Patents
Verfahren zur herstellung von schottky-dioden mit gold-silicium- sperrschichtInfo
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Description
Patentanwälte Jl ^ LC\1 J
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
8 München 60
27. Juli 1977
LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES
89» rue de la Faisanderie
75016 Paris / Frankreich
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schottky-Diöden mit Gold-Silicium-Sperrschicht mit
Schutzring vom Planartyp.
Eine solche Struktur ist dem Fachmann bekannt. Sie bildet den Gegenstand zahlreicher Untersuchungen und eine Beschreibung befindet sich in der US-Patentschrift 3 463
Der Vorteil dieser Strukturen besteht darin, daß die Sperrschicht aus dem gleichen Metall, das als Ausgangsmetall dient, erhalten wird und eine leichte Anbringung
des Ausgangsleiters der Diode gestattet. Jedoch führt die
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Dr.Ha/Ma
Dr.Ha/Ma
Verwendung einer Sperrschicht mit Gold häufig zu einer mangelnden Zuverlässigkeit im Laufe der Zeit,
was im wesentlichen auf Diffusionserscheinungen von Gold in das Silicium zurückzuführen ist, was insbesondere
bei Vorrichtungen in Erscheinung tritt, die bei hoher Temperatur betrieben werden. Die Zerstörung
der Sperrschicht ist auf verwickelte Vorgänge zurückzuführen. Sie wird durch die Anwesenheit von Verunreinigungen
an der Zwischenfläche zwischen dem Metall und dem Silicium begünstigt. Die vorliegende Erfindung
betrifft im wesentlichen eine Verbesserung des Herstellungsverfahrens von Dioden mit Gold-Silicium-Sperrschicht
mit einer guten Zeitstandfestigkeit sowie einer verbesserten Stabilität bei hoher Temperatur.
Sie betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden mit Schutzring und hoher Sperrspannung.
Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, daß die Gold-Silicium-Sperrschicht durch Diffusion des
Goldes durch einen dünnen Metallfilm aus reduzierendem Metall, z.B. Chrom, erhalten wird, was die Wiederherstellung
der Siliciumoberflache, welche die Sperrschicht bilden soll, im Augenblick der Bildung der Sperrschicht
gewährleistet. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung wird die Diffusion des Goldes durch den Metallfilm
durch Wärmebehandlung bei einer Temperatur über 300° und unterhalb der Bildungstemperatur des Eutektikums
Gold-Silicium (377°C) bewirkt.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung, welche beispielsweise AusfUhrungsformen zeigt, näher
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 ein Flußdiagramm der Herstellung der erfindungsgemäßen Dioden,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Diode während verschiedener Herstellungsstufen, und
Fig. 3 eine Kennlinie einer erfindungsgemäßen Diode.
In Fig. 1 ist die Vorbereitung des Substrats, welches im gewählten Falle η-leitend und ziemlich stark dotiert
ist (etwa 5·10 Atome pro cm ), mit 1 bezeichnet. Bekanntlich bildet sich trotz sorgfältiger Reinigung auf
der Oberfläche des Siliciums spontan eine etwa 60 8 dicke verbleibende Oxidschicht. Auf dem Substrat wird dann
(Stufe Z) bei tiefer Temperatur eine epitaktische Schicht aus der Dampfphase mit einer Dicke von etwa 5 Mikrometer
und einem spezifischen Widerstand von 2 Ohm-cm abgeschieden.
Fig. 2A zeigt ein Substrat 20 und diese epitaktische Schicht 21, wobei natürlich die relativen Dicken nicht
im gleichen Maßstab dargestellt werden können. Das Plättchen mit seiner epitaktischen Schicht wird dann einer
Wärmeoxidation (Stufe 3) in einer Tiefe von etwa 0,5 Mikrometer auf beiden Seiten des Plättchens unterworfen,
wobei diese Oxidschichten als Maske während späterer Verfahrensstufen dienen sollen. Diese Schichten sind
in Fig. 2B mit 22 und 22' bezeichnet. Dann wird der Schutzring wie üblich durch Fotomaskierung und anschließende
Ätzung der Schicht 22 gebildet (Stufe A), wobei ein ringförmiges Fenster entsteht, in welches aus
der Dampfphase ein p-leitender Störstoff eindiffundiert
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wird; man erhält so das in Fig. 2C dargestellte Gebilde,
bestehend aus dem Substrat 20 und der epitaktischen Schicht 21, über welcher sich die Oxidschicht mit dem
Fenster 23 befindet, unterhalb welchem die den Schutzring der Diode darstellende eindiffundierte Ringzone 24
liegt. Die erneute Oxidation des Fensters 23» welche zur Bildung einer neuen zusammenhängenden Oxidschicht 25
führt, wie dies in Fig. 2D dargestellt ist, erfolgt während der Diffusion. Dann wird der Katodenkontakt
durch Ätzung der Oxidschicht 22' und Dotierung der Unterseite des Substrats 20, z.B. durch Ionenimplantation,
um das Silicium zur leichteren Anbringung des Katodenkontakts zu entarten, hergestellt, wie dies in Fig. 2E
dargestellt ist. Die Herstellung der Anode erfolgt nach bekannten Fotogravierungsverfahren (Stufe 6), wobei die
öffnung des Anodenfensters 25* durch den mittleren Kreisumfang des Schutzrings 24 begrenzt wird. Eine
Schicht aus reduzierendem Metall, beispielsweise Chrom, wird im Vakuum auf das vorher gereinigte und erhitzte
Substrat aufgedampft. In dem gleichen Behälter wird dann im Vakuum eine Goldschicht aufgedampft. Bei 2F ist
die so behandelte Diode mit den beiden Metallschichten 26 bzw. 27 dargestellt. Dieses Gebilde wird dann gemäß
einem wesentlichen Merkmal der Erfindung einer Wärmebehandlung (Stufe 8) bei einer Temperatur zwischen 350
und 3700C während 1 Stunde unterworfen; diese Wärmebehandlung
dient zur Eindiffusion des Goldes 27 durch die Chromschicht 26 bis zu einem Kontakt mit der epitaktischen
Siliciumschicht 21. Diese Wärmebehandlung kann unmittelbar in dem zur Bildung der Metallfilme
verwendeten Vakuumgehäuse oder in einem unabhängigen Ofen erfolgen. Sie findet in einer normalen Atmosphäre
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statt. Dabei erhält man das in Fig. 2G dargestellte Gebilde. Man bildet dann auf bekannte Weise die Katode
(Stufe 9)vorzugsweise auf die gleiche Weise wie die
Anode, jedoch ohne Maskierung, so daß der Katodenkontakt über die ganze Unterseite des Substrats 20 erfolgt. Die
vorhergehenden Verfahrensstufen des Aufdampfens und der Wärmebehandlung sind in Stufe 9 zusammengefaßt. Im Fall
der Katode wird vorzugsweise die Goldschicht als Oberfläche beibehalten, um die Anbringung des Katodenanschlusses zu erleichtern. In Fig. 2H ist die fertige
Diode schematisch dargestellt. Die Schichten 28 und 29 entsprechen dem den Katodenkontakt bildenden Chrombzw. Goldfilm.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform bildet natürlich nur ein Beispiel. Eine völlig gleichwertige
Methode kann von einem p-leitenden Substrat mit einem η-leitenden Schutzring ausgehen. Dioden wurden unter
Verwendung eines von einem Goldfilm 27 überlagerten, etwa 200 Ä dicken Titanfilms als reduzierender Film 26
hergestellt. Die die Stufe 8 bildende Wärmebehandlung ist dann die folgende: Einstündiges Erhitzen auf 3000C.
Die übrigen Verfahrensstufen sind identisch mit den vorstehend beschriebenen. Es besteht eine Relation
zwischen der Behandlungsdauer, der Temperatur und der Dicke der Schicht. Die beiden vorstehenden Beispiele
entsprechen der gleichen Behandlungsdauer aufgrund der Gegebenheiten der Zeitplanung für die Herstellung und
sind in keiner Weise beschränkend.
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Fig. 3 zeigt die Spannungs-Stromkennlinien (in Durchlaß-
und Sperrichtung) einer Testdiode (Kurven 30 und 31)$
bestehend aus einer Schottky-Diode mit Schutzring und Gold-Sperrschicht entsprechend dem Stand der Technik;
die gleichen Kennlinien 32 bzw. 33 für eine erfindungsgemäße Diode mit gleichen Abmessungen auf einem Substrat
mit sehr ähnlichen Kennlinien sind ebenfalls in Fig. 3 eingezeichnet. Die Spannungen sind in linearem Maßstab
angegeben; die Maßeinteilungen der Durchlaßkennlinie (Vp) und auch der Sperrkennlinie (VR) sind in Volt
angegeben. Die zwei Werte an einem Punkt der beiden Maßeinteilungen stehen im Verhältnis 50 zueinander.
Der Ordinatenmaßstab ist logarithmisch, und er gilt für den Durchlaßstrom (Ip) und für den Sperrstrom (in)» die
Maßeinheit ist das Ampere.
Wie zu erkennen ist, weisen die zwei Kennlinien in der
Nähe der Spannungswerte Null einen schwachen Knick auf, an den eich zwei geradlinige, weitgehend parallele Abschnitte anschließen, die sich bei Spannungswerten Über
10 V krümmen. Diese Nichtlinearität ist unter anderem auf die Wirkung des Schutzrings zurückzuführen. Bei einer
Verlängerung der geradlinigen Abschnitte der Kurven 30 und 32 zu kleinen Spannungen hin ergibt sich bei der
-12 wert, der für die erfindungsgemäße Diode 3·10 Α und
für die Diode nach dem Stand der Technik 1,5·10"' A
beträgt; diese Werte fallen mit denen der Spannungs-Strom-Sperrkennlinie zusammen. Bei einem Vergleich der
Stromwerte bei einer Spannung von 0,1 V ergibt sich für die Dioden nach der Erfindung etwa 1,2.10 A und für
die Dioden nach dem Stand der Technik 10 A. Auch die
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Sperrkennlinien verlaufen mit Ausnahme der unmittelbaren Nähe des Koordinatenursprungs weitgehend geradlinig.
Der Sperrstrom einer Diode nach der Erfindung
hat bei einer Spannung von -20 V einen Wert von etwa
-11
8.10 A, während er bei Dioden nach dem Stand der Technik bei etwa 8.10"9 A liegt.
8.10 A, während er bei Dioden nach dem Stand der Technik bei etwa 8.10"9 A liegt.
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•40-.
Leerseite
Claims (4)
1.] Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden mit Schutzring und einer Gold-Silicium-Sperrschicht,
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Silicium vor Abscheidung des Goldfilms ein zwischen einigen
Tausend und 200 Ä dicker Film aus einem reduzierenden Metall abgeschieden wird, worauf das Gebilde
einer Wärmebehandlung unter Diffusion des Goldes durch den reduzierenden Film unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das reduzierende Metall Chrom ist und die Wärmebehandlung 1 Stunde bei einer Temperatur zwischen
350 und 377°C bis zur Erzielung einer Dicke der Chromabscheidung von einigen Tausend Ä durchgeführt
wird.
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Dr.Ha/Ma
Dr.Ha/Ma
ORIGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden der Diode mittels zweier
nacheinander aufgebrachter Metallfilme aus einem mit dem Silicium in Kontakt befindlichen reduzierenden
Metall und Gold über dem reduzierenden Metall gebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Metall Titan ist und die Wärmebehandlung
1 Stunde bei 3000C bis zu einer Dicke der Schicht von 200 Ä durchgeführt wird.
709886/0765
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