DE60118217T2 - Schottky-gleichrichter mit graben - Google Patents

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    • H01L29/872—Schottky diodes

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf Gleichrichter und insbesondere auf Schottky-Gleichrichtervorrichtungen und auf Verfahren zur Bildung derselben.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gleichrichter weisen einen relativ kleinen Widerstand für den Stromfluss in einer Durchlassrichtung und einen hohen Widerstand für den Stromfluss in einer umgekehrten Richtung auf. Schottky-Gleichrichter sind Gleichrichter, welche als Ausgangsgleichrichter in Schaltnetzteilen und anderen schnellen Leistungsschaltanwendungen, wie z.B. bei Motorantrieben, eingesetzt werden. Diese Vorrichtungen sind in der Lage, große Durchlassströme zu führen und große Rückwärts-Sperrspannungen zu liefern.
  • Das US-Patent Nr. 5,365,102 von Mehrotra et al. mit dem Titel "Schottky Barrier Rectifier with MOS Trench", entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1, offenbart Schottky-Gleichrichter, die eine höhere Durchbruchspannung aufweisen als theoretisch mit einem idealen, abrupten pn-Übergang mit parallelen Flächen erreichbar. Eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform der beschriebenen Gleichrichter ist in 1 dargestellt. In dieser Figur umfasst der Gleichrichter 10 ein Halbleitersubstrat 12 eines ersten Leitungstyps, typischerweise des n-Leitungstyps, mit einer ersten Fläche 12a und einer zweiten entgegengesetzten Fläche 12b.
  • Das Substrat 12 weist einen relativ hoch dotierten Kathodenbereich 12c (gezeigt als N+) benachbart zur ersten Fläche 12a auf. Ein Driftbereich 12d des ersten Leitungstyps (gezeigt als N) erstreckt sich vom Kathodenbereich 12c zur zweiten Fläche 12b. Entsprechend ist die Dotierungskonzentration des Kathodenbereichs 12c größer als die des Driftbereichs 12d. Eine Mesa 14 mit der Querschnittsbreite "Wm", definiert durch die entgegengesetzten Seiten 14a und 14b, ist im Driftbereich 12d gebildet. Die Mesa kann streifenförmig, rechtwinklig, zylindrisch oder von einer anderen ähnlichen Geometrie sein. Isolierbereiche 16a und 16b (beschrieben als SiO2) sind ebenfalls auf den Seiten der Mesa vorgesehen. Der Gleichrichter weist ebenso eine Anodenelektrode 18 auf den Isolierbereichen 16a, 16b auf. Die Anodenelektrode 18 bildet einen Schottky-Gleichrichterkontakt mit der Mesa 14 an der zweiten Fläche 12b. Die Höhe der an der Grenzfläche Anodenelektrode/Mesa gebildeten Schottky-Barriere hängt vom Typ des verwendeten Elektrodenmetalls und Halbleiters (z.B. Si, Ge, GaAs und SiC) und weiterhin von der Dotierungskonzentration in der Mesa 14 ab. Schließlich ist eine Kathodenelektrode 20 benachbart zum Kathodenbereich 12c an der ersten Fläche 12a vorgesehen. Die Kathodenelektrode 20 kontaktiert ohmsch den Kathodenbereich 12c.
  • Entsprechend dem US-Patent Nr. 5,612,567 werden wünschenswerte Wirkungen erzielt mit der Vorrichtung nach 1 aufgrund des Auftretens von Ladungskopplung zwischen den Majoritätsladungsträgern im mesaförmigen Teil des Driftbereichs 14 und dem Teil der Metallanode 18 gegenüber den isolierten Seitenwänden 16a, 16b der Gräben. Insbesondere ist das elektrische Feld im Zentrum des Halbleiterkontakts (Schottky-Kontakts) im Vergleich zu einem idealen Gleichrichter mit parallelen Flächen erheblich reduziert. Die Reduzierung des elektrischen Felds im Zentrum des Schottky-Kontakts bewirkt eine deutliche Abnahme des Rückwärts-Leckstroms durch eine Reduzierung der Höhe der Schottky-Barriere. Der Rückwärts-Leckstrom ist der Strom in einem Gleichrichter bei einem Rückwärtsbetrieb (Sperrung). Weiterhin verschiebt sich die Spitze im Profil des elektrischen Feldprofils weg vom Metall-Halbleiter-Kontakt und in den Driftbereich. Da die Spitze des elektrischen Felds sich weg vom Schottky-Kontakt bewegt, ist die Mesa in der Lage, mehr Spannung zu tragen, und somit werden höhere Durchbruchspannungen (Sperrspannungen) als bei einem idealen Gleichrichter mit parallelen Flächen geliefert.
  • Da die Spannungen von modernen Netzteilen wegen des Wunsches nach verringertem Stromverbrauch und wachsender Energieeffizienz weiter absinken, ist es vorteilhaft, den Vorwärts-Spannungsabfall über Leistungsgleichrichter zu erniedrigen. Der Wunsch nach verringertem Stromverbrauch macht es auch allgemein vorteilhaft, den Rückwärts-Leckstrom zu minimieren. Somit sollten für die Minimierung des Stromverbrauchs sowohl der Vorwärts-Spannungsabfall als auch der Rückwärts-Leckstrom minimiert werden.
  • Unglücklicherweise ist, obwohl der Schottky-Grabengleichrichter nach dem US-Patent Nr. 5,365,102 in einer hohen Rückwärts-Durchbruchspannung (Sperr spannung) und einem niedrigeren Rückwärts-Leckstrom resultiert, dieses Konzept dennoch für viele energieeffizienten Anwendungen unvorteilhaft, da es in einem unerwünscht hohen Vorwärts-Spannungsabfall über dem Gleichrichter resultiert.
  • Das US-Patent Nr. 5,612,567 von Baliga mit dem Titel "Schottky Barrier Rectifiers and Methods of Forming the Same" offenbart, dass ein niedriger Vorwärts-Spannungsabfall, ein niedriger Rückwärts-Leckstrom und eine hohe Durchbruchspannung gleichzeitig erreicht werden können, indem der Schottky-Grabengleichrichter nach dem US-Patent Nr. 5,365,102 modifiziert wird. Insbesondere wird der mesaförmige Teil des Driftbereichs mit einer nicht-gleichförmigen Dotierungskonzentration versehen, was einen niedrigen Vorwärts-Spannungsabfall zugleich mit einer hohen Sperrspannungseigenschaft und einem niedrigen Rückwärts-Leckstrom liefern soll. Der Driftbereich ist vorzugsweise ungleichförmig dotiert, so dass the Dotierungskonzentration in einer Richtung weg vom Schottky-Gleichrichterübergang zwischen der Anodenelektrode und dem Driftbereich monoton zunimmt. Die ungleichförmige Dotierung wird vorzugsweise durch computergesteuerte In-Situ-Dotierung während des epitaktischen Aufwachsens auf einem höher dotierten Kathodenbereich erreicht. Das Dotierungsprofil und die Konzentrationen werden vorzugsweise so gewählt, dass, wenn der Gleichrichter beim Einsetzen des Durchbruchs in Sperrrichtung rückwärts vorgespannt wird, das Profil des elektrisches Felds im Driftbereich im wesentlichen gleichförmig ist und/oder mit negativer Steigung versehen ist, um ein monoton abneh mendes Profil in einer Richtung weg vom Schottky-Gleichrichterübergang zum Kathodenbereich zu haben.
  • Unglücklicherweise führt die Notwendigkeit eines gestuften Dotierungsprofils zu einer erheblichen Verkomplizierung und somit zu Aufwand beim Herstellprozess. Entsprechend besteht ein Bedarf daran, eine Schottky-Gleichrichtervorrichtung zu liefern, die leicht herzustellen ist, und gleichzeitig einen niedrigen Vorwärts-Spannungsabfall, einen niedrigen Rückwärts-Leckstrom und eine hohe Durchbruchspannung zu liefern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die obigen und weitere Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst. Insbesondere wird ein Schottky-Gleichrichter geliefert mit: (a) einem Halbleiterbereich mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche, wobei der Halbleiterbereich benachbart zur ersten Fläche einen Kathodenbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Driftbereich von dem ersten Leitungstyp aufweist, und wobei der Driftbereich eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als der Kathodenbereich aufweist; (b) einem oder mehreren, sich von der zweiten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden und eine oder mehrere Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs definierenden Gräben; (c) einem Isolierbereich benachbart zum Halbleiterbereich in den unteren Teilen des Grabens; (d) und einer Anodenelektrode, die (i) sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem an der zweiten Fläche einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet, (ii) sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem in den oberen Teilen des Grabens einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet, und (iii) sich benachbart zu dem Isolierbereich in den unteren Teilen des Grabens befindet.
  • Vorzugsweise ist der Halbleiter Silizium, der erste Leitungs-Typ ist der n-Leitungstyp, und eine Kathodenelektrode ist auf der ersten Fläche vorgesehen.
  • Die unteren Teile der Gräben entsprechen vorzugsweise etwa 25 bis 40 % der Tiefe der Gräben. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Graben in den Kathodenbereich, wobei sich die isolierten unteren Teile des Grabens vorzugsweise zwischen dem Kathodenbereich und dem Driftbereich erstrecken.
  • Der Isolierbereich enthält vorzugsweise Siliziumdioxid, das entweder abgeschieden oder thermisch aufgewachsen sein kann.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Polysiliziumbereich auf dem Isolierbereich vorgesehen und bildet einen Teil der Anodenelektrode.
  • Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Bildung eines Schottky-Grabengleichrichters. Das Verfahren besteht aus: (a) der Bildung eines Halbleiterbereichs mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche, wobei der Halbleiterbereich benachbart zur ersten Fläche einen Kathodenbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Driftbereich von dem ersten Leitungstyp aufweist, und wobei der Driftbereich eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als der Kathodenbereich aufweist; (b) der Bildung von einem oder mehreren, sich von der zweiten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden Gräben, die eine oder mehrere Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs definieren; (c) der Bildung eines Isolierbereichs benachbart zum Halbleiterbereich in den unteren Teilen des Grabens; und (d) der Bildung einer Anodenelektrode, die (i) sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem an der zweiten Fläche einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet, (ii) sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem in den oberen Teilen des Grabens einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet, und (iii) sich benachbart zu dem Isolierbereich in den unteren Teilen des Grabens befindet.
  • Der Schritt der Bildung eines Halbleiterbereichs umfasst vorzugsweise das Vorsehen eines Halbleitersubstrats, das dem Kathodenbereich entspricht, sowie das Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf dem Substrat, die dem Driftbereich auf dem Substrat entspricht.
  • Der Schritt der Bildung von Gräben umfasst vorzugsweise die Schritte der Bildung einer strukturierten Maskenschicht über der zweiten Fläche des Halbleiterbereichs und der Ätzung der Gräben durch die Maskenschicht.
  • Der Schritt der Bildung des Isolierbereichs kann das Vorsehen einer Oxidschicht über der zweiten Fläche und in den Gräben sowie darauf folgend die Ätzung von Teilen der Oxidschicht umfassen. In ei nigen Ausführungsformen wird eine Fotolack-Struktur auf der Oxidschicht (die thermisch aufgewachsen sein kann) vorgesehen, und nicht von dem Fotolack bedeckte Teilen der Oxidschicht werden geätzt, woraufhin der Fotolack entfernt wird. In anderen Ausführungsformen ist eine Polysiliziumschicht auf der Oxidschicht (die thermisch aufgewachsen sein kann) vorgesehen, und die Polysiliziumschicht wird geätzt, so dass Teile der Oxidschicht über der zweiten Fläche und über den oberen Teilen der Gräben frei liegen, und diese frei liegenden Teile werden anschließend durch Ätzung entfernt.
  • Der Schritt der Bildung des Isolierbereichs kann auch das Abscheiden einer Oxidschicht umfassen. Zum Beispiel kann eine Tetraethylorthosilikat-Schicht auf der zweiten Fläche und innerhalb der Gräben abgeschieden werden. Die Tetraethylorthosilikat-Schicht kann dann geätzt werden, bis sie von der zweiten Fläche und den oberen Teilen der Gräben entfernt ist. Anschließend kann das Tetraethylorthosilikat in eine Siliziumdioxid-Schicht von hoher Dichte umgewandelt werden.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass ein neuartiger Schottky-Gleichrichter mit einem niedrigen Vorwärts-Spannungsabfall, einem niedrigen Rückwärts-Leckstrom und einer hohen Durchbruchspannung geliefert wird.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, dass solch ein Schottky-Gleichrichter mit einfachen und daher preiswerten Produktionstechniken hergestellt werden kann.
  • Noch weitere Ausführungsformen und Vorteile werden dem Fachmann durch die vorgelegte eingehende Beschreibung, die Beispiele und Ansprüche leicht deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10A–10D zeigen Querschnittsansichten eines Verfahrens zur Bildung eines Schottky-Grabengleichrichters nach 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11A–11D zeigen Querschnittsansichten eines Verfahrens zur Bildung eines Schottky-Grabengleichrichters nach 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12A–12D zeigen Querschnittsansichten eines Verfahrens zur Bildung eines Schottky-Grabengleichrichters nach 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • EINGEHENDE BESCHREIBUNG BESTIMMTER BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird nun im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch auf verschiedene Weise ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier vorgelegten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
  • In 2 ist eine Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Gleichrichter 10 weist einen Halbleiterbereich 12 eines ersten Leitungstyps auf, typischerweise des n-Leitungstyps, mit einer ersten Fläche 12a und einer zweiten, entgegengesetzten Fläche 12b. Das Substrat des Halbleiterbereichs 12 umfasst vorzugsweise einen relativ hoch dotierten Kathodenbereich 12c (gezeigt als N+) benachbart zur ersten Fläche 12a. Wie gezeigt, ist der Kathodenbereich 12c mit einer Dotierungskonzentration des ersten Leitungstyps von etwa 5 × 1019/cm3 dotiert. Ein Driftbereich 12d eines ersten Leitungstyps (gezeigt als N) erstreckt sich vorzugsweise vom Kathodenbereich 12c zur zweiten Fläche 12b. Wie gezeigt, ist der Driftbereich 12d mit einer Dotierungskonzentration des ersten Leitungstyps von etwa 3,3 × 1016/cm3 für eine 30 Volt-Vorrichtung dotiert. Driftbereich 12d und Kathodenbereich 12c bilden einen nicht-gleichrichtenden N+/N-Übergang.
  • Mesas 14 mit einer Querschnittsbreite "Wm" sind im Driftbereich 12d gebildet. Mesas sind durch entgegengesetzte Gräben definiert. Isolierbereiche 16 (in diesem Fall als thermisch aufgewachsene Oxidschichten gezeigt) sind innerhalb der Gräben gebildet und befinden sich benachbart zum Halbleiterbereich 12 entlang den unteren Teilen 14b der Halbleiter/Graben-Schnittstellen. Die Isolierbereiche 16 haben typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von etwa 700 bis 2000 Angström. Wm ist typischerweise etwa 1 μm. Die Grabentiefe "d" ist typisch in der Größenordnung von 3 μm.
  • Mesas 14 erstrecken sich in einer dritten Dimension (nicht gezeigt) und können streifenförmig, rechtwinklig, zylindrisch oder von einer anderen ähnlichen Geometrie sein. Somit können, wie der Fachmann verstehen wird, Mesas 14 mit zahlreichen Grabenkonfigurationen im Halbleiterbereich 12 gebildet werden.
  • Beispielsweise kann eine Mesa 14 zwischen Paaren von benachbarten linearen Gräben gebildet werden, die sich einer dritten Dimension erstrecken. Als ein weiteres Beispiel kann ein ringförmiger Graben eine Mesa 14 bilden. Bei beiden Beispielen erscheinen die Gräben, im Querschnitt gesehen, wie in 2 gezeigt.
  • Eine Anodenelektrode 18 wird direkt benachbart zum Driftbereich 12d entlang den Flächen 12b und entlang oberen Teilen 14a der Halbleiter/Graben-Schnittstellen gefunden. Die Anodenelektrode 18 wird auch direkt benachbart zu den Isolierbereichen 16 gefunden. Die Anodenelektrode 18 bildet einen Schottky-Gleichrichterübergang, wo sie den Halbleiter-Driftbereich 12d kontaktiert, d.h. entlang den oberen Teilen 14a und den zweiten Flächen 12b.
  • Schließlich ist eine Kathodenelektrode (nicht gezeigt) benachbart zum Kathodenbereich 12c an der ersten Fläche 12a vorgesehen. Die Kathodenelektrode kontaktiert den Kathodenbereich 12c vorzugsweise ohmsch.
  • Ein derartiger Gleichrichter liefert einen niedrigen Vorwärts-Spannungsabfall, einen niedrigen Rückwärts-Leckstrom und eine hohe Durchbruchspannung. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie der Wirkungsweise festzulegen, wird angenommen, dass dieses Konzept durch Erhöhung der Oberfläche des Schottky-Gleichrichterkontakts zwischen der Anodenelektrode 18 und dem Driftbereich 12d einen verbesserten Vorwärts-Spannungsabfall liefert, indem die Kontaktfläche über die zweite Fläche 12b hinaus und in die oberen Teile 14a erweitert wird. Gleichzeitig bewirkt der Isolierbereich 16 benachbart zu den unteren Teilen 14b das Auftreten einer Ladungskopplung zwischen der Anodenelektrode 18 und der Mesa 14 sowie beeinflusst in vorteilhafter Weise die Spannungsprofile innerhalb der Mesastruktur und liefert hohe Rückwärts-Durchbruchspannungen und niedrige Leckströme. Es liegt innerhalb der technischen Fähigkeiten eines Fachmanns, den Betrag der den oberen Teilen 14a zugeordneten Grabentiefe d sowie den Betrag der den unteren Teilen 14b zugeordneten Grabentiefe d zu optimieren. Typischerweise wird eine Grabentiefe von etwa 3 μm verwendet, von denen etwa 2 μm in Kontakt mit der Anodenelektrode 18 sind.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. Diese Ausführungsform ist ähnlich zu der von 2, außer dass ein leitender Polysiliziumbereich 19 über dem Isolierbereich 16 in den Gräben zwischen den Mesas 14 vorgesehen ist.
  • Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in 4 und 5 dargestellt. Diese Ausführungsformen sind ähnlich zu denen von 2 bzw. 4, außer dass die Gräben sich über die Driftbereiche 12d hinaus und in den Kathodenbereich 12c erstrecken.
  • Noch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in 6 und 7 gezeigt. Diese Ausführungsformen sind ähnlich zu denen von 2 bzw. 3, außer dass die Isolierbereiche 16 in diesen Figuren an Stelle von thermisch aufgewachsenen Schichten abgeschiedene Oxidschichten aufweisen.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in 8 und 9 gezeigt. In 8 sind die Schottky-Gleichrichtungseigenschaften des Kontakts zwischen der Anodenelektrode und dem Driftbereich 12d durch die Verwendung einer Vielschicht-Anodenelektrode verbessert, welche eine Titan-Schicht 18a, eine Titan-Wolfram-Schicht 18b und eine Wolfram-Schicht 18c umfasst. In diesem besonderen Beispiel weist die Titan-Wolfram-Schicht 18b 50 % Titan und 50 % Wolfram auf. Weitere Verbesserungen des Vorwärts-Spannungsabfalls ergeben sich durch Bildung von N+-Bereichen 12e innerhalb der Vorrichtung (siehe 9). In diesem besonderen Beispiel ist die Dotierungskonzentration der N+-Bereiche etwa 1 × 1019/cm3. 10A–10D stellen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schaffen des in
  • 2 gezeigten Schottky-Grabengleichrichters 10 dar.
  • Unter Bezug auf diese Figuren wird eine N-dotierte epitaktische Schicht (entsprechend dem Driftbereich 12d) auf einem konventionellen N+-dotierten Substrat aufgewachsen (entsprechend dem Kathodenbereich 12c). Die epitaktische Schicht 12d ist typischerweise etwa 7 μm dick. Danach wird ein Fotolack-Maskierungsprozess zur Bildung von (nicht gezeigten) Maskenteilen verwendet, welche die Position der Gräben 21 definieren. Die Gräben 21 werden vorzugsweise durch Öffnungen zwischen den Maskenteilen durch reaktive Ionenätzung trocken-geätzt, typischerweise bis zu einer Tiefe von etwa 3 μm. Die Maskenteile werden entfernt, und eine Oxidschicht 16 wird durch thermische Oxidation über der Fläche der gesamten Struktur gebildet. Dicken nahe zu etwa 700 bis 2000 Angström sind für die Oxidschicht 16 typisch. Danach wird die Fläche mit Fotolack bedeckt, der teilweise abgelöst wird, z.B. durch reaktive Ionenätzung, bis nur noch Fotolackteile 23 am Boden der Gräben 21 übrig bleiben, wobei nur ein Teil der Oxidschicht 16 bedeckt wird, wie in 10A gezeigt.
  • Danach wird die Oxidschicht 16 geätzt, beispielsweise durch Nassätzung, um Oxidbereiche 16 zu liefern, wie in 10B gezeigt. Auf diese Weise werden die Flächen 12b und die oberen Teile 14a frei gelegt, während die unteren Teile 14b mit Oxid bedeckt bleiben.
  • Der Fotolack 23 wird dann vollständig entfernt, z.B. durch reaktive Ionenätzung, um die Struktur von 10C zu liefern.
  • Schließlich ist die Anodenelektrode 18 zur Komplettierung der Struktur von 10D vorgesehen. Beispielsweise kann die Anodenelektrode durch Verwendung (a) einer Ti-W-Schicht, gefolgt von (b) einer Pt-Si-Schicht, gefolgt von (c) einer Al-Schicht erhalten werden. Als weiteres Beispiel kann die Anodenelektrode durch Verwendung (a) einer Ti-N-Schicht, gefolgt von (b) einer Pt-Si-Schicht, gefolgt von (c) einer Al-Schicht erhalten werden.
  • Noch ein weiteres Beispiel der Anodenelektrode 18 findet man in 8 (siehe obige Diskussion). In diesem Beispiel wird die Anodenelektrode durch Verwendung (a) einer Ti-Schicht, gefolgt von (b) einer Ti-W-Schicht, gefolgt von (c) einer W-Schicht erhalten.
  • Falls eine Struktur wie die von 9 herzustellen ist, kann den obigen Schritten gefolgt werden, außer dass nach dem Aufwachsen der epitaktischen Schicht 12d eine N+-Schicht 12e im oberen Teil der epitaktischen Schicht 12d gebildet wird, beispielsweise durch Ionenimplantation und -diffusion.
  • Die 11A–11D zeigen eine Ausführungsform der Erfindung zur Bildung des Schottky-Grabengleichrichters nach 3. Die Schritte für 11A sind dieselben wie die für 10A bis zu dem Punkt, nach dem die Oxidschicht 16 aufgewachsen wird. Dann wird die Vorrichtung mit der Polysilizi umschicht 19 bedeckt (und die Gräben gefüllt), d.h. polykristallines Silizium, unter Benutzung von bekannten Techniken, wie beispielsweise CVD, um die in 11A gezeigte Struktur zu liefern. Die Polysiliziumschicht 19 ist typischerweise N-Typ-dotiert, um ihren Widerstand zu erniedrigen. N-Typ-Dotierung kann z.B. durch CVD mit Phosphorchlorid oder Implantation mit Arsen oder Phosphor durchgeführt werden.
  • Die Polysiliziumschicht 19 wird dann z.B. durch reaktive Ionenätzung isotrop geätzt, um die Teile der Oxidschicht 16 über den Flächen 12b und den oberen Teilen 14a freizulegen, wie in 11B gezeigt. Die Oxidschicht 16 über den Teilen 14b bleibt mit Polysilizium 19 bedeckt.
  • Die freigelegte Oxidschicht wird dann vorzugsweise geätzt, z.B. durch Nassätzen, wobei nur Teile der Oxidschicht 16 verbleiben, die durch den Polysiliziumbereich 19 geschützt sind, in diesem Fall die Teile der Oxidschicht 16, die sich benachbart zu den unteren Teilen 14b befinden, wie in 11C gezeigt. Schließlich wird die Anodenelektrode 18 verwendet, wie oben diskutiert, um die Struktur von 11D zu liefern.
  • 12A–C zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die mit 12A verbundenen Schritte sind die gleichen wie für 10A bis zu dem Punkt der Grabenbildung. An diesem Punkt, wie in 12A gezeigt, wird eine TEOS (Tetraethylorthosilikat)-Schicht oder SI(OC2)H5)4)-Schicht 25 abgeschieden, beispielsweise durch LPCVD bei Tempe raturen zwischen 650 und 800 °C, um die Struktur von 12A zu liefern. Nach einer Trocken-Isotrop-Ätzung z.B. mit einem Trockenätzer des Parallel-Elektroden-(Planar)-Typs wird die Struktur von 12B erzielt. An diesem Punkt sind die unteren Teile 14b mit der TEOS-Schicht 25 bedeckt, während die oberen Teile 14a dies nicht sind. Die TEOS-Schicht wird anschließend verdichtet, um eine Siliziumdioxid-Schicht 16 hoher Dichte zu erhalten. Eine Anodenelektrode 18 wird verwendet, wie oben diskutiert, was in der Struktur von 12C resultiert.
  • Die vorliegende Erfindung liefert somit einen Schottky-Grabengleichrichter und Verfahren zur Herstellung desselben. Der Gleichrichter hat eine Anodenelektrode in einem Schottky-Gleichrichterkontakt mit dem Halbleiter-Driftbereich entlang den oberen Teilen der. Halbleiter/Graben-Schnittstelle, während der Driftbereich von der Gleichrichteranode entlang den unteren Teilen der Halbleiter/Graben-Schnittstelle durch einen Isolierbereich getrennt ist. Der Gleichrichter liefert einen niedrigen Vorwärts-Spannungsabfall, einen niedrigen Rückwärts-Leckstrom und eine hohe Durchbruchspannung. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf diverse beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, kann es viele weitere Varianten der obigen Ausführungsbeispiele geben, die dem Fachmann offensichtlich sind. Es versteht sich, dass diese Varianten innerhalb der Lehre der vorliegenden Erfindung liegen, welche lediglich durch die beigefügten Ansprüche einzuschränken ist.

Claims (25)

  1. Schottky-Gleichrichter mit einem Halbleiterbereich mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche, wobei der Halbleiterbereich benachbart zur ersten Fläche einen Kathodenbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Driftbereich von dem ersten Leitungstyp aufweist, wobei der Driftbereich eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als der Kathodenbereich aufweist; einem oder mehreren, sich von der zweiten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden und eine oder mehrere Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs definierenden Gräben; einem Isolierbereich benachbart zum Halbleiterbereich in den unteren Teilen des Grabens; und einer Anodenelektrode, die sich benachbart zu dem Driftbereich und benachbart zu dem Isolierbereich in den unteren Teilen des Grabens befindet und mit dem Driftbereich an der zweiten Fläche einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenelektrode sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und damit in den oberen Teilen des Grabens einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet.
  2. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der Halbleiter Silizium ist.
  3. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der erste Leitungstyp der n-Leitungstyp ist.
  4. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der Graben sich in den Kathodenbereich erstreckt.
  5. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 4, wobei die unteren Teile des Grabens sich zwischen dem Kathodenbereich und dem Driftbereich erstrecken.
  6. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei der Isolierbereich Siliziumdioxid aufweist.
  7. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 6, wobei das Siliziumdioxid abgeschiedenes Siliziumdioxid ist.
  8. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 6, wobei das Siliziumdioxid thermisch aus dem Halbleiterbereich aufgewachsen ist.
  9. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei ein Polysiliziumbereich auf dem Isolierbereich vorgesehen ist und einen Teil der Anodenelektrode bildet.
  10. Verfahren zur Bildung eines Schottky-Grabengleichrichters, bestehend aus: der Bildung eines Halbleiterbereichs mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche, wobei der Halbleiterbereich benachbart zur ersten Fläche einen Kathodenbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Driftbereich von dem ersten Leitungstyp aufweist, wobei der Driftbereich eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als der Kathodenbereich aufweist; der Bildung von einem oder mehreren, sich von der zweiten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden Gräben, die eine oder mehrere Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs definieren; der Bildung eines Isolierbereichs benachbart zum Halbleiterbereich in den unteren Teilen des Grabens; und der Bildung einer Anodenelektrode, die (a) sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und damit an der zweiten Fläche einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet, (b) sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und damit in den oberen Teilen des Grabens einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet, und (3) sich benachbart zu dem Isolierbereich in den unteren Teilen des Grabens befindet.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin das Vorsehen einer Kathodenelektrode auf der ersten Fläche des Halbleiterbereichs umfassend.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Bildung eines Halbleiterbereichs das Vorsehen eines Halbleitersubstrats umfasst, das dem Kathodenbereich entspricht; sowie das Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf dem Substrat, die dem Driftbereich entspricht.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Bildung von Gräben die Schritte der Bildung einer strukturierten Maskenschicht über der zweiten Fläche des Halbleiterbereichs und der Ätzung der Gräben durch die Maskenschicht umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Gräben so gebildet werden, dass sie sich in den Kathodenbereich erstrecken.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Isolierschicht so gebildet wird, dass sie sich vom Kathodenbereich in den Driftbereich erstreckt.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Bildung des Isolierbereichs das Vorsehen einer Oxidschicht über der zweiten Fläche und in den Gräben sowie die Ätzung von Teilen der Oxidschicht umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin das Vorsehen einer Fotolack-Struktur auf der Oxidschicht, die Ätzung von nicht von dem Fotolack bedeckten Teilen der Oxidschicht sowie die Entfernung des Fotolacks umfassend.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Oxidschicht thermisch aufgewachsen ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin umfassend die Schritte des Vorsehens einer Polysilizium-Schicht auf der Oxidschicht, der Ätzung der Polysilizium-Schicht, so dass Teile der Oxidschicht über der zweiten Fläche und über den oberen Teilen der Gräben frei liegen, sowie der Ätzung der Oxidschicht, so dass die Teile der Oxidschicht über der zweiten Fläche und über den oberen Teilen der Gräben entfernt werden.
  20. verfahren nach Anspruch 19, wobei die Oxidschicht thermisch aufgewachsen ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Bildung der Isolierschicht die Abscheidung einer Oxidschicht umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, weiterhin die Schritte der Abscheidung einer Tetraethylorthosilikat-Schicht auf der zweiten Fläche und innerhalb der Gräben, der Ätzung der Tetraethylorthosilikat-Schicht, bis sie von der zweiten Fläche und den oberen Teilen der Gräben entfernt ist, und der Um wandlung des Tetraethylorthosilikats in eine Siliziumdioxid-Schicht von hoher Dichte umfassend.
  23. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, wobei die unteren Teile der Gräben etwa 25 bis 40 % der Tiefe der Gräben entsprechen.
  24. Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, weiterhin eine auf der ersten Fläche vorgesehene Kathodenelektrode umfassend.
  25. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die unteren Teile der Gräben etwa 25 bis 40 % der Tiefe der Gräben entsprechen.
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