DE6931891U - Oberflaechensperrschicht-diode - Google Patents

Description

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PATENTANWALT || DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 M D N C H E N 7*2.AUgUSt 1969

MelchloratraBe 42

Mein Zeichen: M55G-280

Motorola, Inc.

;j 9^01 West Grand Avenue

Franklin Park, Illinois V.St.A.

Oberflächensperrschicht-Diode

Die Neuerung betrifft eine Oberflächensperrschicht-Diode mit einem in einem Halbleiterkörper vorgesehenen Ringbereich zur Verbesserung der Durchbruchspannung.

Oberflächensperrschicht-Dioden sind auch als Schottky-Dioden bekannt und insbesondere für hohe Spannungen verwendbar. Bei derartigen Oberflächensperrschicht-Dioden wurden neuerdings Verbesserungen mit Hilfe einer Oxyd-Passivierung erzielt, wodurch sich die Durchbruchspannung auf Grund einer bereichsbegrenzten Diffusion eines entlang dem Umfang der aus Metall bestehenden Sperrelektrode verlaufenden Bereichs mit P-Leitung erheblich vergrössert. Derartige Halbleiteranordnungen sind durch eine extrem kurze Regenerierungszeit in Sperrichtung gekennzeichnet, die sich auf Grund eines Mangels an einer

Fs/wi Vf/ U λ U ef I. messbaren

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meeabaren Ladung aus Hinoritätsträgern ergibt«

Ein Nachteil des bekannten HaIbIeiteraufbaus dieser Art ist die Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung des durch die Diffusion gebildeten ringförmigen PN Übergangs auf die Umfangslinie der metallischen Sperrelektrode· Wenn nämlich eine Eontaktberührung »wischen dem FH Übergang und der Sperrelektrode stattfindet, verursacht das Anlegen einer Torspannung in Durchlassrichtung die Injektion von Ladungsträgern ens dem ringförmigen Diffusionsborsich in den Bereich der Schottky-SpeffSQhleht, wodurch die Regsnerierungsseit erheblich vergrössert wird. Selbst wenn der PN Übergang von der Schottky-Sperrschicht getrennt ist, kann ein beträchtlicher Leckstrom in Sperriohtung auftreten,, bevor die Verarmung des Bereiches an Ladungsträgern den peripheren PN Übergang erreicht. Daher kann eine optimale Halbleiteranordnung dieser Art nur durch eine exakte Ausbildung und Anordnung des peripheren Bereiches der Sperrelektrode bezüglich dos PN Übergangs erzielt werden.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die Struktur des Aufbaus einer Oberflächensperrschicht-Diode mit Passivierung derart su verbessern, dass insbesondere die Injektion von Trägerladung über den peripheren FXT Übergang unterdrückt wird, usi dadurch die Dvirohbruohapannung su vergröaeern· Ferner soll durch die Gestaltung des Halbleiteraufbaus die Notwendigkeit für eine (genaue Ausrichtung der Sperrelektrode belüglieh des peripheren PN Übergangs erheblich verringert werden.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Oberflächensperrschicht-Mode wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein in dem Halbleiterkörper vorgesehener erster Bereich eines bestimmten Leitfahigköltetyps einen ersten Oborfläehenbereieh des Halbleiterkerpers umfasBt, dass (sin zweiter Bereich eines entgegengesetzten LeitfthigkeitetTps einen zweiten und den ersten Boreich umgebenden Öberfläohenberetoh des Halbleiter-

körper·

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körpers umfasst, dass ein dritter Bereich des bestimmten Leitf&higkeitstyps einen dritten, den ersten und zweiten Bereioh umgebenden Oberflächenbereich des HalbleiterkSrpers umfasst, dass der ©rste und dritte Bereich durch den aweiten Bereich voneinander getrennt sind, und dass eine Qberfli.chen-3perrelektrode in Sontaktvarbindung mit dem ersten, zweiten und dritten Bereioh steht·

Bei einer naeh den Herkmalen der Neuerung aufgebauten Schottky-Diode wird durch eine besondere Ausbildung der paaslvierenden. Teile der Bereich der Sölaottky=Spsrrsehislvfe des Halbleiterkörpern von einem Bereich mit entgegengesetzter Leitfähigkeit umgeben „ in welchem ein weiterer Bereioh der bestimmten Leitfähigkeit derart angeordnet ist, dass dieser nahe der inneren Begrenzung des Bereichs mit entgegengesetzter Leitfähigkeit verläuft. Biese beiden Bereiche umgeben den Bereich der Schottky-Sperrschicht -und verlaufen bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers, wodurch zwei nahe beieinandexliegande EK überginge gebildet werden, die nahe bei dem umfang der Sperrelektrode bis an dl© Oberfläche des Ealbleite körpera verlaufen. Β» ist von Wichtigkeit, dass der Teil, über welchen der Kontakt zur Sperrel&ktrode hergestellt wird, vsm Hittelbereich des die« Schottky-Sperrschicht bildenden Teils de» HalbleiterkSrpere bis zumindest in di$ Sähe des ersten der beiden. WS Übergange volläuft, die diese Schottky-Sperrschicht umgeben« Ferner ist es wichtig, dass der Umfang der Sperrelektrode nicht über den. Bereioh hinausgreift, der iiLatrhalb des Bereiches mit entgegengesetzter Leitfähigkeit liegt· Dimit wird in vorteilhafter Weise die Xtarchbxuchspannung erheblich erhöht.

Das Wesen der Neuerung schlleast eine spesiella Ausführung mit eis., bei der der Schottky-Sporrbereieh IT-Leitung aufweist und von einem Halbleiterbereioh mit F-Leitung umgeben ist. Innerhalb dieses Halbleiterbereiches mit F-Leitufeg befindet sich

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•in weiterer Bereich mit B-Leitung, wobei dessen innerer nabe bei der inneren XImIangslinie des Bereichs «it F-£ei-fcvrag Terl&uTt· Sie IMf angslinie der aetellisehen Sperrelettrode greift über die innere Oafangsiinie dee Bereiches «it F-Leitnng und die innere TMtangslinie des dsxln liegenden Bereiches «it H-Lei-tune· Jedoch greift die Tfiifengslinie der Spexrelektrode niobt Über den Hussertn Umfang des Bereiches Bit V-Xeltimg vaaA. steht mit diesen auch nicht in Kontaktverbindung· HIe Seile der aetallisohen Elektrode, die über diese letztere IMf linie hinassrsgen, slid alt Ulfe einer passi-vierenden ^

schicht oder einer anderen isolierenden Schicht von des taase ren PS Bereich getrennt·

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EIno bedepiolswoioa Ausfülirungafcr» de? Neuerung lit in der dargestellt· Bs seigern

1 "bis 3 Querschnitte eines Halbleiterelementes in ver-

grSseerter Darstellung entsprechend verschiedener Verfahrenesustän&e bei dor Herstellung eines Halbleiterelementes gemäas der Neuerung ;

Fig. 4 einen ebenfalls vergrössort dargestellten (Querschnitt des fertiggestellten Halblelterelomentes gemäss der Neuerung .

Ein Silloiumträger 11 genäse Fig. 1 mit Ä-Leitung besitzt einen Widerstand, der nicht gröaser ist als 10"*' Ohm cm· Auf dem Siliciumträger 11 ist mit Hilfe einer bekennten Technik eine epitaktische Schicht 12 angebracht, die etwa 2 bis 5/u dick ist und einen Widerstand von ixogefähr 0,5 bis 2*0 Ohm cm besitst· Sine Oxidschicht 13 odor eine andere dielektrische Schicht liegt über der epitaktisohen Schicht 12 und 1st zur Vorbereitung für eine selektive Diffusion mit einer ringförmigen öffnung 14 versehen. Bie Oxidschicht 15 dient bei der Diffusion als Mffusionsmaske«

In Fig· 2 ist der Aufbau gemäss Fig» 1 nach der Ausführung der selektiven Diffusion mit einem als Akseptor dienenden

{ Dotierungsmaterial, ä«S. Bor, ia-gestcllt. B&di^rsh entsteht

j ©ia ringförmig diffundierter Bereich 16 mit B-Leitung· Während

j der Diffusion bildet sich innerhalb der öffnung 14 eine dtane

Oxidschicht 15 aus.

Der in Fig· 3 dargestellte Aufbau ergibt sica_a nachdem die öffnung 14 gemäss Fig. 2 mit Hilfe eines selektiven Itavorgangs aur Beseitigung der Oxidschicht 15 wieder geöffnet ist und mit Hilfe einer nachfolgenden selektiven Diffusion eines als Donator wirkenden Dotierungsmaterials durch die wiedergeöffnete

- 5 - öffnung

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Öft&uag 14 ein. diffundierter Bereich ΧΘ mit »-Leitung gebildet ist. Gleishaeitig mit dam Aufbau des Bereich·· 18 diffun diert dt« !Dotierungsmaterial des Bereichen 16 weiter in die Schicht 12 ein, wodurch sieh der Bereich 16

O"bvohi der Wideretand ä.ov Bereiche 16 und 18 nicht kritisch ist₉ wird vorzugsweise dor Bereich 16 Ms au einer Oberflächan-StSrstslle&koasentratien von ungefähr 10^1δ Atoac/ct^ und der Bereich 1? vorzugsweise bis zu einer Oberfläehen-Stöx'etellenkonzentration von zumindest 10 ' Atome/cnr diffundiert» Bas für die B&tusion des Bereiches 13 bevoraugte Botlerungsmaterial ist Fbiosphor«, Viahrend dieser Diffusion bildet sich eine dünne Oxidschicht! 17.

Zur fertisstellung d©s Halhleiteraufbaus, wie er in Fig. 4-dargestellt ist, wird bei dent in Jig, 3 dargestellten Aufbau suntchst der Seil der Ogydschieht 13 entfernt, der von dar Oxidschicht 17 uHg@^©n ist. Bein Entfernen di@s©a Seiles der Oxydschicht 13 wird auch ungefähr die Hälfte der Oxidschicht 17 beseitigt, wodurch der für das Aufbringen des Sperrschicktmetalls präparierte Aufbau entsteht« Beim Entfernen dar Oxidschicht ist keine besonders hoho Präzision erforderlich, da die gessaite Breite dos Bereiches 13 als Toleransftereieh zwr Verfügung steht, doh« der Umfang des Sperrsohiehtmatalles 19 liegt irgendwo zwischen den inneren und äusseren Begraneuags-» linier, der Oberfläche des Bereiches 18. für die Hotall-Halbleitergpensschicht, die auch als Schottky-urenssachieht dqseiohnet wird, ktino, eine Holybdinschicht 19 oder eine Schicht eines anderen geeigneten Materials aufgebracht werden«. Anschliassend wird die Hetallschioht mit einen Kontaktmaterial 20, daa voraugsweise aus Gold besteht, iiberaüg@n₉ womit der Ealbleiteraufbau gemäss der Neuerung fertiggestellt ist.

Sa der diffundierte Bereich 18 geschaffen wird, us den Stroafluss Bwischen der Sperrschicht elektrode 19 und dem Bereich

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zu

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xu begrenzen, let es offensichtlich, daae dl® bevorzugte Ausfuhrungsfora der Neuerung einen flalblaiteiwufbau d&rstellu, bei dem der PKf übergang zwischen den Betreich 16 und den Bereich. 18 so nahe wie möglich bei dem zwischen dem Bereich 16 und der Halbleltersehleht 12 ausgebildeten PN ttbergang liegt. Dies ist verträglich mit dem Vermeiden eines Durehsclilass des einen Übergangs hinsichtlich des anderen Übergangs. Kit Hilfe der derzeitigen Technik ist man in der Lage, zwei derartige Übergänge zu schaffen, die in einem Abstand bis herunter zu ungefähr 0*5 Ai voneinander verlaufen, vorausgesetzt dass beide Grenzschichten flach sind· Bei grSsseren Halbleiteranordnungen, die dickers Grenzschichten erfordern, wird ein grdsserer Abstand für die beiden Grenzschichten notwendig· Trc/azdem erhält man durch die Ausbildung eis.es relativ schmalen Bereiches 18 innerhalb eines verhältnisaässig grossen Bereiches 16 die grundsätzlichen Vorteile, wenn nur ein !Dell des Bereiches 18 zwischen dem Bereich 16 und der Sperrelektrode liegt, wodurch ein leekstrom durch den Bereich 16 unterdrückt wird»

Zusätzlich zur Verringerung des Kontafctbereichas zwischen der Sperrelektrode und dem Bereich 16 vers?ingert die Neuerung auch den Sperrstrom dadurch, dass dieser kontakt auf denjenigen Teil des Bereiches 16 begrenzt ist_s der von Hatur aus auf Grund des normalen Profils der St8rstellenkonzen*rati©is.,die in einem diffundierten Bereich existiert, den höchsten Widerstand aufweist«,

Bei Halbleiteranordmmgen der beschriebenen Art ohne die Ausgestaltung seiaäss der Neuerung ist es bekannt, dass Oberflächensperrschicht-Dioden mit einem peripheren PH Obergang bis su 50% Leckstrom durch den Ρϊί Übergang aufweisen, wenn sich die Vorspannung einem maximalen Wert nähert« Unter Ausnutzung der Merkaale gemäss der Neuerung ist es leicht möglich, den Kontaktbereich der Sperrelektrode und den Widerstand des Bereiches 16 sovieit zu verringern, dass weniger als % des Stromes über

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d«& peripkeren FV Übergang flleeefc,, selbst wean eiea £±« T«repanttung einem maximalen Betriebswert

Ein w#lt«r»r Tort·!! d«r &tlbleit©?@i«ardinmi geals· d·? Neuerung ergitti eich aus de? feswndimg eines su«ltrlleh*n. M«talll al*i*uiifffia-tn**lfana. der dl©

und durch eine ringförmig® öffiraäg in der passiYlerendem SehieJtt mit der Schicht 12 in Berührung stobt· Die Funktion einer artigen Metallisierung Isasteht in der durch OberXl&chenladung er Beugten lBTereioneeealclitettf die: smu|ä der Schicht 12 la der Sihe der Ortneflleht) «ur p-ia-Sohicht 15 auabllden

Selba-tnreratindlieh wird die Wirkunc der Neuerung auch bei

eimer Halbleiteranordnung in gleicher Veise erzielt» dl© in im

Vergleich *u Fig. 4 umgekehrter Leitfahigkeitstolge aufgebaut

ist.

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Claims (1)

1. Schutzansprüche

   1· Oberfl&chensperrsoMeht-Siode iiit einem In dem Halbleiterkörper -vorgesehenen Bingbere^.oh sur Verbesserung dar Dinrchbrushspannung., dadurch gekennzeichnet, . dass ein in dem Halbleiterkörper vorgesehener erster Bereich (13) eines bestimmt en Leitf&hif&eitstyps (H+) einen ersten Oberfläch&nberisiGh des Halbleiterkörper» umfaast, dass <sin zweiter Bereich (16) eines entgegengesetzten Xsitfähigkeitßtyps (?) ©inen svfeitiDn, den ersten Bereieb. gebanden Qberfl&ehenbereielä deis Halbleiterkorpers dass eis. dritter Bereich (12) &©s bestiamten Leitfähigkeitstyps (If-) einen dritten, den ersten und aweiten Bereich !angebenden Oberflächeabereicli des lalbleiterkSrpers uaf^sst, dass der erste und dritte Bereich durch den sweiten Bereich voaaiiaander getrennt sind, und dass eine Oberfläohen-Sperr@lektrode (2D₉ 19) in SoataktverbifloLöäg Bit dem ersten, zweiten und drittem. Bereich steht».

   2· Oberfläch^nsperrschicht-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sweite Bereich ©in® ringförmige Geometrie aufweist und suscsamen mit dem erstem Bereich einen ersten FN Übergang bildet, der sich zu der Halbleiteroberfläche im wesentlichen in Fora konzentrisch liegender geschlossener Kurven erstreckt, dass der dritte

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   !•reich, ebenfalls c&ao riasfSrelge Oeoeetrie aeftriisis «a(L mit dea oveltsa. Bereich einen »weitat ^f überfseng

   der sien iu de? Ob@^fig©h$ des HalbltlterkBrpere e

   in term kons*nt?i@©h@? geaehloeees

   die wischen d@m orstan gesenlossenen Eesvea sngeerdnet sind, und daas die Uofaneslioi· der Xeatelrtfltene der

   OberfHchen-Spe^s-eloktsodQ ait der

   innerhalb der @&©it@n gesehldssenen Xurven

   Oberfllleheneperreehieht-Biede nach Aneprufh I, deftörea sekennseiohnet^ dass der erste Bereleh «na einer Siliciussehieht mit V-^eitvß^ besteht, die einen Wideret and «wischen 0,2 bis 2₉0 Ohm em aufweist·

   4· Oberflachen8pes^s©hieht-Biode na©h Änspsuoh 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und dritte Bereich des SilieiiahalbleiterkSrpers !^Leitung besitzt, dass die Sperrelektrede aus Holybdln

   Oberfläohen8per?sehich,t-&iods nach Anspruch 1, dadurch gekennseieb.net, dass der Abstand swischen dem ersten und dritten Bereich weniger ist als 1

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