DE60118432T2

DE60118432T2 - Graben-gleichrichter mit schottky-barriere und diesbezügliches herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60118432T2
Application number: DE60118432T
Authority: DE
Inventors: Fwu-Iuan Saratoga HSHIEH; Chong Koon Fremont SO; E. John Tracy AMATO
Original assignee: General Semiconductor Inc
Current assignee: General Semiconductor Inc
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: TW511191B; US20020074613A1; KR100794716B1; CN1315197C; US6558984B2; EP1346417A2; AU2002230986A1; US20020074578A1; JP2004521487A; JP4440542B2; WO2002049118A2; DE60118432D1; US6420768B1; WO2002049118A3; CN1529912A; KR20040033283A; EP1346417B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Gleichrichter und insbesondere auf Schottky-Grabengleichrichter und auf Verfahren zur Bildung derselben.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gleichrichter weisen einen relativ kleinen Widerstand für den Stromfluss in einer Durchlassrichtung und einen hohen Widerstand für den Stromfluss in der 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" 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.
Bei einem im US-Patent Nr. 5,365,102 beschriebenen Verfahren wird der Driftbereich 12d durch epitaktisches Aufwachsen auf dem Substrat 12c geschaffen. Gräben werden dann durch mit Fotolack strukturierte Nitridschichten geätzt, wodurch diskrete Mesas 14 mit gegen thermische Oxidation resistenten Nitridkappen gebildet werden. Isolierbereiche 16, vorzugsweise Siliziumdioxid, werden auf den Seitenwänden und den Böden der Gräben 22b gebildet, aber wegen der Anwesenheit der Nitridbereiche nicht oben auf den Mesas 14 (Flächen 12b). Die Nitridbereiche (ebenso wie etwaige Oxidbereiche für den Spannungsabbau, falls vorhanden) werden entfernt, und die Metallisierung von Anode 18 und Kathode 20 wird vorgenommen. Weitere Informationen sind im US-Patent Nr. 5,365,102 gegeben.
Wie im folgenden näher dargelegt, betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen an mit denen im US-Patent Nr. 5,365,102 verwandten Schottky-Grabengleichrichtern und auf Verfahren zur Herstellung derartiger Schottky-Grabengleichrichtern.
Das US-Patent Nr. 6,078,090 offenbart einen Schottky-Grabengleichrichter mit Grabenkreuzungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 18.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines Schottky-Grabengleichrichters vorgeschlagen. Das Verfahren besteht aus:

(a) Der Bildung eines Halbleiterbereichs mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche. Der Halbleiterbereich weist benachbart zur ersten Fläche einen Driftbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Kathodenbereich von dem ersten Leitungstyp auf. Der Driftbereich hat eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als die Gesamtdotierungskonzentration des Kathodenbereichs.
(b) Der Bildung einer Vielzahl von sich von der ersten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden Gräben. Diese Gräben definieren eine Vielzahl von Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs und bilden Grabenkreuzungen an einer Vielzahl von Stellen.
(c) Der Bildung einer Oxidschicht, die den Halbleiterbereich an Stellen entsprechend den Grabenböden und den unteren Teilen der Grabenseitenwände bedeckt.
(d) Der Bildung eines Polysiliziumbereichs, der innerhalb der Gräben über der Oxidschicht angeordnet ist.
(e) Der Bildung von Isolierbereichen über dem Polysiliziumbereich und der Oxidschicht an den Grabenkreuzungen.
(f) Der Bildung einer Anodenelektrode, die sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet.

Falls gewünscht, kann der Gleichrichter mit einer Kathodenelektrode auf der zweiten Fläche des Halbleiterbereichs versehen sein.
Der Halbleiter ist vorzugsweise ein Silizium-Halbleiter, und der Leitungstyp ist n-Leitungstyp. Bevorzugte Isolierschichten sind Bor-Phosphor-Silikat-Glas-Bereiche.
Der Schritt der Bildung eines Halbleiterbereichs umfasst vorzugsweise das Vorsehen eines Halbleitersubstrats, das dem Kathodenbereich entspricht, sowie dann das Aufwachsen einer epitaktischen Halbleiterschicht, die dem Driftbereich auf dem Substrat entspricht.
Der Schritt der Bildung von Gräben umfasst vorzugsweise: die Bildung einer strukturierten Maskenschicht über der ersten Fläche des Halbleiterbereichs und die Ätzung der Gräben durch die Maskenschicht. In einigen Ausführungsformen werden die Gräben in die Driftbereiche, aber nicht in den Kathodenbereich geätzt. In anderen werden die Gräben ausreichend tief geätzt, so dass sie sich durch den Driftbereich und in den Kathodenbereich erstrecken.
Die Schritte der Bildung der Oxidschicht, der Polysiliziumschicht und der Isolierbereiche umfassen vorzugsweise weiterhin: (a) die Bildung einer Oxidschicht auf der ersten Fläche des Halbleiterbereichs und innerhalb der Gräben, beispielsweise durch thermisches Aufwachsen oder durch Oxidabscheidungsverfahren; (b) die Bildung einer Polysilizium-Schicht über der Oxidschicht; (c) die Ätzung der Polysilizium-Schicht, so dass Teile der Oxidschicht über der ersten Fläche und Teile der Oxidschicht über den oberen Teilen der Grabenseitenwände frei liegen; (d) die Bildung einer Isolierschicht über der Oxidschicht und der geätzten Polysilizium-Schicht; (e) die Bildung einer strukturierten, ätzungsbeständigen Schicht über der Isolierschicht an den Grabenkreuzungen; und (f) die Ätzung der Isolierschicht und der Oxidschicht, wo sie von der strukturierten, ätzungsbeständigen Schicht nicht bedeckt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Schottky-Grabengleichrichter geschaffen. Der Gleichrichter umfasst:

(a) einen Halbleiterbereich mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche. Der Halbleiterbereich weist benachbart zur ersten Fläche einen Driftbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Kathodenbereich von dem ersten Leitungstyp auf. Der Driftbereich hat eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als die Gesamtdotierungskonzentration des Kathodenbereichs.
(b) eine Vielzahl von sich von der ersten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden Gräben. Die Gräben definieren eine Vielzahl von Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs, und die Gräben bilden eine Vielzahl von Grabenkreuzungen.
(c) eine Oxidschicht, die den Halbleiterbereich am Boden der Gräben und den unteren Teilen der Grabenseitenwände bedeckt.
(d) einen Polysiliziumbereich, der innerhalb der Gräben über der Oxidschicht angeordnet ist.
(e) Isolierbereiche an den Grabenkreuzungen, die einen Teil des Polysiliziumbereichs und einen Teil der Oxidschicht an den Grabenkreuzungen bedecken.
(f) eine Anodenelektrode, die sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet.

Ein Anzahl von Kreuzungswinkeln ist für die Gräben möglich. In einem bevorzugten Fall kreuzen sich die Gräben in rechten Winkeln zueinander. Eine Anzahl von Konfigurationen ist für die Isolierbereiche an den Grabenkreuzungen möglich. In einem bevorzugten Fall sind die Isolierbereiche rechteckig, von oberhalb der Gräben gesehen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Schottky-Grabengleichrichter, bei denen Zellen durch sich kreuzende Gräben definiert werden, mit hoher Ausbeute gebildet werden können, aufgrund verbesserter Prozesskontrolle an den Grabenkreuzungsbereichen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass Schottky-Grabengleichrichter ohne das Risiko des Güteverlusts durch Abschnürung an den Grabenkreuzungsbereichen gebildet werden können. Ein Güteverlust dieser Art führt zur Abnahme der Rückwärts-Sperrspannungen und zur Zunahme der Leckströme.
Diese und weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden Offenbarung schnell offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine teilweise Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine teilweise Querschnittsdarstellung eines Schottky-Grabengleichrichters gemäß der vorliegenden Erfindung.
3A–3G zeigen teilweise Querschnittsdarstellungen entlang Linie A-A' von 5, welche ein Verfahren darstellen, durch das ein Schottky-Grabengleichrichter gemäß 2 hergestellt werden kann.
4A–4G zeigen teilweise Querschnittsdarstellungen entlang Linie B-B' von 5, welche ein Verfahren darstellen, durch das ein Schottky-Grabengleichrichter gemäß 2 hergestellt werden kann.
5 zeigt eine teilweise Draufsicht eines Schottky-Grabengleichrichters, welche die relativen Positionen der Querschnitte von 3A–3G und 4A–4G darstellt.
6A und 6B zeigen teilweise Draufsichten eines Schottky-Grabengleichrichters, welche die Positionen der Schutzmaßnahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung relativ zu den Gräben und Mesas des Gleichrichters darstellen.
7A–7C zeigen teilweise Querschnittsdarstellungen entlang Linie B-B' von 6B, welche ein Verfahren darstellen, durch das ein Schottky-Grabengleichrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann.
8 zeigt eine Teilansicht eines Grabenkreuzungsbereichs, die eine zweidimensionale Darstellung der Bereiche liefert, wo das Polysilizium die Grabenwände nach der Polysiliziumätzung kontaktiert.
Wie es bei derartigen Figuren üblich ist, sind die obigen Zeichnungen nicht maßstabsgerecht.
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 Weisen ausgeführt werden und ist nicht als auf die hier aufgeführten Ausführungsformen beschränkt anzusehen.
Die gemeinsam eingereichte US-Anmeldung Serial No. 09/653,084 beschreibt einen Gleichrichter, der einen niedrigen Vorwärts-Spannungsabfall, einen niedrigen Rückwärts-Leckstrom und eine hohe Rückwärts-Durchbruchspannung aufweist. 2 stellt ein Beispiel eines derartigen Gleichrichters 10 in einem teilweisen Querschnitt dar. Der Gleichrichter 10 weist einen Halbleiterbereich 12 eines ersten Leitungstyps, typischerweise des n-Leitungstyps, mit einer ersten Fläche 12a und einer zweiten entgegengesetzten Fläche 12b. Das Substrat des Halbleiterbereichs 12 weist vorzugsweise einen relativ hoch dotierten Kathodenbereich 12c (gezeigt als N⁺) benachbart zur ersten Fläche 12a auf. In der gezeigten 30 Volt-Siliziumanordnung ist der Kathodenbereich 12c mit einer Dotierungskonzentration von etwa 5 × 10¹⁹/cm³ dotiert. Ein Driftbereich 12d eines ersten Leitungstyps (gezeigt als N) erstreckt sich vorzugsweise vom Kathodenbereich 12c zu den zweiten Flächen 12b. Der Driftbereich 12d ist bei der gezeigten Anordnung mit einer Dotierungskonzentration von etwa 3,3 × 10¹⁶/cm³ dotiert. Driftbereich 12d und Kathodenbereich 12c bilden einen nichtgleichrichtenden N⁺/N-Übergang.
Mesas 14 (welche nur teilweise dargestellt sind) sind im Driftbereich 12d durch entgegengesetzte Gräben definiert, wie bekannt. Bei der gezeigten Anordnung ist die Mesabreite typisch in der Größenordnung von 1 Mikrometer, und die Grabentiefe ist typisch in der Größenordnung von 3 Mikrometer. Wie gezeigt, erstrecken sich die Gräben in den Driftbereich 12d, können sich aber auch weiter in den Kathodenbereich 12c erstrecken. Die Mesas 14 erstrecken sich in einer dritten Dimension (nicht gezeigt) und können streifenförmig, rechtwinklig, zylindrisch oder von einer anderen ähnlichen Geometrie sein. Isolierbereiche 16 sind innerhalb der Gräben gebildet und befinden sich benachbart zum Halbleiterbereich 12 entlang den unteren Teilen 14b der Halbleiter/Graben-Schnittstellen. In diesem Fall sind die Isolierbereiche 16 als Oxidschichten gezeigt, insbesondere als Siliziumoxidschichten, die thermisch aufgewachsen oder abgeschieden sein können. Die Isolierbereiche 16 haben typischerweise eine Dicke in der Größenordnung von etwa 700 bis 2000 Angström. Leitende Polysiliziumbereich 19 sind über den Isolierbereichen 16 in den Gräben zwischen den Mesas 14 vorgesehen.
Eine Anodenelektrode 18 befindet sich unmittelbar benachbart zu dem Driftbereich 12d entlang den Flächen 12b und entlang den oberen Teilen 14a der Halbleiter/Graben-Schnittstellen. Die Anodenelektrode 18 befindet sich auch unmittelbar benachbart zu den oberen Teilen der Isolierbereiche 16 und den Polysiliziumbereichen 19. Die Anodenelektrode 18 bildet dort, wo sie den Halbleiter/Driftbereich 12d kontaktiert, d.h. entlang den oberen Teilen 14a und den zweiten Flächen 12b, einen Schottky-Gleichrichterübergang.
Eine Kathodenelektrode 20 ist benachbart zum Kathodenbereich 12c an der ersten Fläche 12a vorgesehen. Vorzugsweise bildet die Kathodenelektrode einen ohmschen Kontakt mit dem Kathodenbereich 12c.
Die in 2 gezeigte Anordnung liefert verbesserte Spannungsabfalleigenschaften, Rückwärts-Durchbruchspannungen und Leckströme. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie der Wirkungsweise festzulegen, wird angenommen, dass dieses Konzept verbesserte Vorwärts-Spannungsabfalleigenschaften gegenüber dem Konzept von 1 liefert, da die Oberfläche des Schottky-Gleichrichterkontakts zwischen der Anodenelektrode 18 und dem Driftbereich 12d erhöht wird, 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, mit der resultierenden, einen wünschenswerten Abschnürungseffekt bildenden Verarmung. Dies beeinflusst in vorteilhafter Weise die Spannungsprofile innerhalb der Mesastruktur, liefert hohe Rückwärts-Durchbruchspannungen und niedrige Leckströme.
Ein Schema zur Herstellung eines Schottky-Grabengleichrichters wie der nach 2 wird nun in Verbindung mit 3A–G und 4A–G beschrieben. Eine Draufsicht, welche die Kreuzung zweier sich zwischen Mesas 14 befindlichen Gräben 21 dar stellt, ist in 5 gezeigt. Die Position des Querschnitts nach 3A–3G ist durch die strichpunktierte Linie A-A' in dieser Figur gezeigt, welche sich auf halbem Weg zwischen dem gezeigten horizontalen Graben und dem nächsten (nicht gezeigten) horizontalen Graben befindet. Die Position des Querschnitts nach 4A–4G ist durch die strichpunktierte Linie B-B' gezeigt und befindet sich unmittelbar benachbart zur Grabenkreuzung.
Unter Bezug auf 3A–G und 4A–G wird eine N-dotierte epitaktische Schicht (entsprechend dem Driftbereich 12d) auf ein konventionell n-dotiertes Substrat (entsprechend dem Kathodenbereich 12c) aufgewachsen. Die epitaktische Schicht 12d ist typisch etwa 7 Mikrometer dick. Als nächstes 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 Mikrometern. Die Maskenteile werden entfernt, und es ergeben sich die Strukturen von 3A (weit entfernt von der Grabenkreuzung) und 4A (benachbart zur Grabenkreuzung). Diese Strukturen sind an diesem Punkt des Prozesses im wesentlichen die gleichen.
Eine Isolierschicht, vorzugsweise eine Oxidschicht 16, wird dann über der Fläche der Struktur gebildet (z.B. durch thermische Oxidation), wie in 3B und 4B gezeigt. Dicken im Bereich von etwa 700 bis 2000 Angström sind für die thermische Oxidschicht 16 typisch. Die Strukturen von 3B und 4B bleiben an diesem Punkt des Prozesses im wesentlichen die gleichen.
Dann wird die Anordnung mit einer Polysiliziumschicht (d.h. polykristallines Silizium) 19 bedeckt (und die Gräben gefüllt), unter Benutzung von bekannten Techniken, wie beispielsweise CVD, um die in 3C und 4C gezeigte Struktur zu liefern. Wie man in diesen Figuren sehen kann, ist das Polysilizium 19 nahe den Grabenkreuzungsbereichen flacher (4C) als weiter von der Grabenkreuzung entfernt (3C). 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 isotrop geätzt (z.B. durch reaktive Ionenätzung), um die Teile der Oxidschicht 16 entlang den Flächen 12b und den oberen Teilen 14a freizulegen, wie in 3D und 4D gezeigt. Teile der Oxidschicht 16 entlang den unteren Teilen 14b bleiben mit Polysilizium 19 bedeckt. Da das Polysilizium vor dem Ätzen nahe den Grabenkreuzungsbereichen flacher ist (vergleiche 4C mit 3C), ist das Polysilizium auch nach dem Ätzen in diesen Bereichen flacher (vergleiche 4D mit 3D). 8 ist eine Teilansicht eines Grabenkreuzungsbereichs mit der Darstellung eines Grabens 21 und von Mesas 14. Ebenso ist in 8 eine zweidimensionale Darstellung der Bereiche gezeigt, wo das Polysilizium 19 die Grabenwände nach dem Ätzschritt kontaktiert.
Eine BPSG (Bor-Phosphor-Silikat-Glas)-Schicht 15 wird dann z.B. durch PECVD über der gesamten Struktur gebildet und mit einer strukturierten Fotolackschicht 17 in den Endbereichen versehen. (Der Übersichtlichkeit halber ist die Anordnung der BPSG-Schicht in den Endbereichen in den Figurabfolgen gezeigt.) Die resultierende Struktur ist in 3E und 4E gezeigt.
Die Struktur wird geätzt, typischerweise durch reaktive Ionenätzung, was in der Entfernung von BPSG resultiert, wo es nicht durch Fotolack geschützt ist. Die BPSG-Bereiche 15, die nach dem Ätzen übrig bleiben, liegen teilweise über den äußeren Driftbereichen 12d (siehe 3F). Diese Bereiche wirken als Feldplatten, welche das vom Gleichrichter während des Betriebs erzeugte elektrische Feld abschließen. Der Fotolack wird dann entfernt, was in der Struktur von 3F und 4F resultiert.
Zusätzlich zu BPSG wird im Verlauf dieses Ätzprozesses auch eine bestimmte Menge des Polysiliziums von der Struktur entfernt, wodurch die Polysiliziumstrukturen 19 erodiert werden. Im Ergebnis werden die bereits flachen Polysiliziumbereiche 19 an den Grabenkreuzungen (siehe 4E) nach diesen Verfahrensschritten noch flacher (siehe 4F).
Nicht von BPSG oder Polysilizium 19 bedecktes Oxid wird während dieses Ätzschritts ebenso entfernt. Im Ergebnis wird Oxid 16 von Teilen der oberen Flächen 12b des Driftbereichs 12d ebenso wie von den oberen Teilen 14a der diesen Bereichen zugeordneten Grabenwände entfernt. Nahe den Grabenkreuzungsbereichen kann das Oxid 16 wegen der flachen Tiefe des Polysiliziums 19 in diesen Bereichen im wesentlichen bis zum Grabenboden abgeätzt werden, wie in 4F gezeigt.
Dann wird die Struktur mit einer metallischen Kontaktschicht 18 versehen, um eine Anodenelektrode für die Anordnung zu bilden, und wird mit einer metallischen Kontaktschicht 20 versehen, um eine Kathodenelektrode für die Anordnung zu bilden.
Da das Oxid nahe den Grabenkreuzungsbereichen so stark geätzt werden kann, kontaktiert die Anode den Driftbereich entlang im wesentlichen der gesamten Länge der Grabenseitenwand (und in vielen Fällen einem Teil des Grabenbodens). Eine Folge dieser Tatsache ist, dass der weiter oben diskutierte, gewünschte Abschnürungseffekt wesentlich abgebaut wird. Im Ergebnis werden für die Anordnung die Rückwärts-Durchbruchspannungen erniedrigt, und die Leckströme werden erhöht, was die Funktion und die Ausbeute beeinträchtigt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Schutzprozess und eine Struktur geschaffen, wodurch dieses unerwünschte Ergebnis vermieden wird. Der Schutzprozess verändert den obigen Prozess nahe den Grabenkreuzungsbereichen durch Bilden von Schutzbereichen über den Grabenkreuzungsbereichen. Derartige Schutzbereiche sind vorzugsweise oxidätzungsresistente Bereiche wie z.B. BPSG-Bereiche, aber es können auch andere Materialien benutzt werden.
Wie aus der folgenden Diskussion deutlich werden wird, bleiben mit dem Schutzprozess die Querschnitte entsprechend der Position der Linie A-A' von 5 (3A–3G) weitgehend unverändert.
Wegen der Bildung der Schutzbereiche ändern sich jedoch die Querschnitte entsprechend der Position der Linie B-B'. Genauer gesagt ist der Schutzprozess der gleiche wie der obige Prozess bis zu dem Punkt, wenn die Polysiliziumschicht geätzt wird (siehe 4D).
In dem obigen Prozess wird an diesem Punkt eine BPSG-Schicht 15 gebildet, und die Struktur wird in den Endbereichen mit Fotolackmerkmalen versehen (siehe 4E, mit dem Hinweis, dass diese Fotolackmerkmale nicht in dieser Figur erscheinen; sondern in 3E).
Demgegenüber ist in dem Schutzprozess der vorliegenden Erfindung nach Bildung der BPSG-Schicht 15 eine strukturierte Fotolackschicht 17 vorgesehen, die nicht nur die BPSG-Schicht in den Endbereichen schützt, sondern die BPSG-Schicht auch dort schützt, wo die Gräben sich kreuzen. Im Ergebnis wird statt der Bildung einer Struktur, bei der die Grabenkreuzungsbereiche wie in 4E erscheinen, eine Struktur geschaffen, bei der die BPSG-Schicht 15 durch ein Fotolackmerkmal 17 geschützt wird, wie in 7A gezeigt.
Eine diese Fotolackmerkmale darstellende, teilweise Draufsicht ist in 6A und 6B gezeigt, wobei 6A eine Ansicht der BPSG-Merkmale in größerem Maßstab ist als 6B. (6A und 6B stellen einen Teil der Anordnung nahe der Mitte und daher nicht die BPSG-Merkmale in den Endbereichen dar.) Die Anordnung der Fotolackmerkmale 17 relativ zu den die Halbleiter-Mesastrukturen 14 definierenden Gräben 21 ist gezeigt. Es ist anzumerken, dass zwar rechteckige Mesas gezeigt sind, die vorliegende Erfindung sich auf jegliches Konzept bezieht, bei dem Mesas durch sich kreuzende Gräben gebildet werden. Es ist weiterhin anzumerken, dass, wie gezeigt, sich diese Bereiche etwas über die Grabenkreuzungsbereiche hinaus erstrecken. Hierin sind "Grabenkreuzungsbereiche" (auch als "Grabenkreuzungen" bezeichnet) die Grabenbereiche, die zwei oder mehr Gräben gemeinsam sind. Als spezielles Beispiel ist der Grabenkreuzungsbe reich von 5 der Bereich, der in einem von einer gestrichelten Linie definierten Rechteck 11 eingeschlossen ist.
In Fortsetzung dieses Prozesses, wie für 4F oben beschrieben, wird ein BPSG-Ätzschritt durchgeführt, gefolgt von der Entfernung des Fotolacks. Dies resultiert in einer Struktur wie der in 7B. Wie in dieser Figur erkannt werden kann, verhindert die Anwesenheit der BPSG-Merkmale 15 nahe den Grabenkreuzungsbereichen, dass das Oxid 16 im wesentlichen bis zum Grabenboden weggeätzt wird, wodurch der oben erwähnte unerwünschte Abbau der Abschnürung vermieden wird. Es sind zwar rechteckige BPSG-Merkmale in dieser speziellen Ausführungsform gebildet, aber es ist dem Fachmann unmittelbar offensichtlich, dass auch andere Geometrien möglich sind, solange ein Überätzen des Oxids innerhalb der Gräben in der Nähe der Grabenkreuzungspositionen vermieden wird.
Die Struktur wird dann mit den metallischen Kontaktschichten 18 und 20 versehen (wie in 4G weiter oben), welche als Anoden- und Kathodenelektroden für die Anordnung wirken. Die resultierende Struktur ist in 7C gezeigt.
Wiederum sind die primären, im Schutzprozess durchgeführten Änderungen in den Grabenkreuzungsbereichen zu finden. Somit unterscheiden sich die Querschnitte von 7A–7C wesentlich von den Querschnitten von 4E–4G. In den Nicht-Grabenkreuzungsbereichen sind jedoch die Querschnitte (nicht gezeigt) im wesentlichen die gleichen wie die Querschnitte von 3E–3G.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden ist, gibt es viele andere Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen, die dem Fachmann offensichtlich sind. Es versteht sich, dass diese Variationen innerhalb der Lehre der vorliegenden Erfindung liegen, welche lediglich durch die angefügten Ansprüche begrenzt ist.

Claims

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 Driftbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Kathodenbereich von dem ersten Leitungstyp aufweist, wobei der Driftbereich eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als die Gesamtdotierungskonzentration des Kathodenbereichs hat; der Bildung einer Vielzahl von sich von der ersten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden Gräben, die eine Vielzahl von Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs definieren, und wobei die Gräben Grabenkreuzungen an einer Vielzahl von Stellen bilden; der Bildung einer Oxidschicht, die den Halbleiterbereich an Stellen entsprechend den Grabenböden und den unteren Teilen der Grabenseitenwände bedeckt; der Bildung eines Polysiliziumbereichs, der innerhalb der Gräben über der Oxidschicht angeordnet ist; der Bildung von Isolierbereichen über dem Polysiliziumbereich und der Oxidschicht an den Grabenkreuzungen; und der Bildung einer Anodenelektrode, die sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin das Vorsehen einer Kathodenelektrode auf der zweiten Fläche des Halbleiterbereichs umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, 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.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bildung von Gräben die Schritte der Bildung einer strukturierten Maskenschicht über der ersten Fläche des Halbleiterbereichs und der Ätzung der Gräben durch die Maskenschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Gräben ausreichend tief geätzt werden, so dass sie sich durch den Driftbereich und in den Kathodenbereich erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Gräben in die Driftbereiche, aber nicht in den Kathodenbereich geätzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte zur Bildung der Oxidschicht, der Polysiliziumschicht und der Isolierbereiche weiterhin umfassen: die Bildung einer Oxidschicht auf der ersten Fläche des Halbleiterbereichs und innerhalb der Gräben; die Bildung einer Polysilizium-Schicht über der Oxidschicht; die Ätzung der Polysilizium-Schicht, so dass Teile der Oxidschicht über der ersten Fläche und Teilen der Oxidschicht über den oberen Teilen der Grabenseitenwände frei liegen; die Bildung einer Isolierschicht über der Oxidschicht und der geätzten Polysilizium-Schicht; die Bildung einer strukturierten, ätzungsbeständigen Schicht über der Isolierschicht an den Grabenkreuzungen; und die Ätzung der Isolierschicht und der Oxidschicht, wo sie von der strukturierten ätzungsbeständigen Schicht nicht bedeckt sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Oxidschicht thermisch aufgewachsen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Oxidschicht abgeschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Isolierschicht eine Bor-Phosphor-Silikat-Glas-Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Halbleiter ein Silizium-Halbleiter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Leitungstyp der n-Leitungstyp ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Isolierbereiche Bor-Phosphor-Silikat-Glas-Bereiche sind.
Verfahren zur Bildung eines Schottky-Grabengleichrichters, bestehend aus: dem Aufwachsen einer epitaktischen Siliziumschicht des n-Leitungstyps auf einem Silizium-Substrat des n-Leitungstyps, wobei das Substrat und die epitaktische Schicht einen Halbleiterbereich mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche bildet, wobei die epitaktische Schicht einem Driftbereich benachbart zur ersten Fläche entspricht, wobei das Halbleiter-Substrat einem Kathodenbereich benachbart zur zweiten Fläche entspricht, und wobei der Driftbereich eine geringere Gesamtdotierungskonzentration als die Gesamtdotierungskonzentration des Kathodenbereichs hat; der Bildung einer Vielzahl von sich von der ersten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden Gräben, die eine Vielzahl von Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs definieren, und die Grabenkreuzungen an einer Vielzahl von Stellen bilden; der Bildung einer Oxidschicht auf dem Halbleiterbereich an der ersten Fläche und innerhalb der Gräben; der Bildung eines Polysiliziumbereichs über der Oxidschicht; der Ätzung der Polysilizium-Schicht, so dass Teile der Oxidschicht über der ersten Fläche und über den oberen Teilen der Grabenseitenwände frei liegen; der Bildung einer Isolierschicht über der Oxidschicht und über der geätzten Polysilizium-Schicht; der Bildung einer strukturierten, ätzungsbeständigen Schicht über der Isolierschicht an den Grabenkreuzungen; und der Ätzung der Isolierschicht und der Oxidschicht in Bereichen, wo sie von der strukturierten ätzungsbeständigen Schicht nicht bedeckt sind; und der Bildung einer Anodenelektrode, die sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Oxidschicht thermisch aufgewachsen ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Oxidschicht abgeschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Isolierbereiche Bor-Phosphor-Silikat-Glas-Bereiche sind.
Schottky-Grabengleichrichter, umfassend: einen Halbleiterbereich mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Fläche, wobei der Halbleiterbereich benachbart zur ersten Fläche einen Driftbereich von einem ersten Leitungstyp und benachbart zur zweiten Fläche einen Kathodenbereich von dem ersten Leitungstyp aufweist, wobei der Driftbereich eine geringere Gesamtdotierungskon zentration als die Gesamtdotierungskonzentration des Kathodenbereichs hat; eine Vielzahl von sich von der ersten Fläche in den Halbleiterbereich erstreckenden Gräben, die eine Vielzahl von Mesas innerhalb des Halbleiterbereichs definieren, und wobei die Gräben eine Vielzahl von Grabenkreuzungen bilden; eine Oxidschicht, die den Halbleiterbereich am Boden der Gräben und den unteren Teilen der Grabenseitenwände bedeckt; ein Polysiliziumbereich, der innerhalb der Gräben über der Oxidschicht angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass Isolierbereiche an den Grabenkreuzungen gebildet werden, die einen Teil des Polysiliziumbereichs und einen Teil der Oxidschicht an den Grabenkreuzungen bedecken; und eine Anodenelektrode, die sich benachbart zu dem Driftbereich befindet und mit diesem einen Schottky-Gleichrichterkontakt bildet.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 18, wobei der erste Leitungstyp der n-Leitungstyp ist.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 18, wobei die Gräben in die Driftbereiche, aber nicht in den Kathodenbereich geätzt sind.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 18, wobei die Gräben sich durch den Driftbereich und in den Kathodenbereich erstrecken.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 18, wobei der Halbleiter ein Silizium-Halbleiter ist.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 18, wobei das Oxid Siliziumoxid ist.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 18, wobei die Isolierbereiche Bor-Phosphor-Silikat-Glas-Bereiche sind.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 18, wobei die Gräben sich in rechten Winkeln zueinander kreuzen.
Schottky-Grabengleichrichter nach Anspruch 25, wobei die Isolierbereiche an den Grabenkreuzungen rechteckig sind, von oberhalb der Gräben gesehen.