EA026882B1 - Schottky diode - Google Patents

Schottky diode Download PDF

Info

Publication number
EA026882B1
EA026882B1 EA201400949A EA201400949A EA026882B1 EA 026882 B1 EA026882 B1 EA 026882B1 EA 201400949 A EA201400949 A EA 201400949A EA 201400949 A EA201400949 A EA 201400949A EA 026882 B1 EA026882 B1 EA 026882B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
schottky
rhenium
schottky diode
layer
window
Prior art date
Application number
EA201400949A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201400949A1 (en
Inventor
Аркадий Степанович Турцевич
Ярослав Александрович Соловьев
Олег Эрнстович Сарычев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ" filed Critical Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ"
Priority to EA201400949A priority Critical patent/EA026882B1/en
Publication of EA201400949A1 publication Critical patent/EA201400949A1/en
Publication of EA026882B1 publication Critical patent/EA026882B1/en

Links

Abstract

The invention is related to electronic engineering, in particular, to design of a chip of powerful Schottky diodes, and can be used, e.g., as rectifiers in products of power electronics. The present invention is based on the task of reduction of reverse current in a Schottky diode and a decrease in specific rhenium consumption. The essence of the invention is that in a Schottky diode comprising a highly-doped silicon substrate of n-type conductivity with an oxidated, lightly doped epitaxial layer of the same conductivity type and a guard ring of p-type conductivity forming a p-n junction, a window opened in silicon oxide, a 0.05-0.5 μm recess made in the window, a Schottky diode barrier layer and a contact electrode, the Schottky diode barrier layer consists of two layers: the lower layer is made of rhenium having a thickness of 5.0 to 15.0 nm, and the upper layer is formed of molybdenum 100 to 300 nm thick.

Description

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно - к конструкции кристалла мощных диодов Шоттки, и может быть использовано, например, в качестве выпрямителей в изделиях силовой электроники.The invention relates to electronic equipment, and more specifically to the design of a crystal of powerful Schottky diodes, and can be used, for example, as rectifiers in power electronics products.

Известен диод Шоттки [1], содержащий сильнолегированную кремниевую подложку η-типа проводимости со сформированным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, на поверхности которого содержится пленка окисла кремния, вскрытое в окисле кремния окно, барьерный слой электрода Шоттки в окне и на прилегающей к окну поверхности окисла кремния.Known Schottky diode [1], containing a heavily doped silicon substrate of η-type conductivity with a formed lightly doped epitaxial layer of the same type of conductivity, on the surface of which contains a film of silicon oxide, a window opened in silicon oxide, a Schottky electrode barrier layer in the window and adjacent to the window silicon oxide surface.

Однако по причине отсутствия охранного кольца диоды Шоттки данной конструкции характеризуются высокими краевыми обратными токами по периферии электрода Шоттки при обратном смещении диода, что обусловливает низкий процент выхода годных диодов Шоттки.However, due to the lack of a guard ring, the Schottky diodes of this design are characterized by high edge reverse currents around the periphery of the Schottky electrode at the reverse bias of the diode, which causes a low percentage of the output of suitable Schottky diodes.

Известен диод Шоттки [2], содержащий сильнолегированную кремниевую подложку η-типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и охранным кольцом противоположного типа проводимости, образующим р-η переход, вскрытое в окисле окно, барьерный слой электрода Шоттки из молибдена в окне, выполненный с зазором по отношению к окислу кремния над охранным кольцом, и контактный электрод.Known Schottky diode [2], containing a heavily doped silicon substrate of η-type conductivity with the formed oxidized lightly doped epitaxial layer of the same type of conductivity and a guard ring of the opposite type of conductivity, forming a p-η junction, an open window in the oxide, a Schottky barrier layer of molybdenum to a window made with a gap with respect to silicon oxide above the guard ring, and a contact electrode.

Наличие охранного кольца позволяет уменьшить уровень обратного тока за счёт устранения краевых токов. Однако барьерный слой электрода Шоттки из молибдена характеризуется относительно высоким уровнем обратного тока.The presence of a guard ring allows you to reduce the level of reverse current due to the elimination of edge currents. However, the barrier layer of a molybdenum Schottky electrode is characterized by a relatively high level of reverse current.

Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением является диод Шоттки [3], содержащий сильнолегированную кремниевую подложку η-типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и охранным кольцом р-типа проводимости, образующим р-η переход, вскрытое в окисле кремния окно, сформированное в окне углубление, барьерный слой электрода Шоттки из сплава молибден-рений с содержанием рения 250 мас.%.The closest technical solution to the proposed device is the Schottky diode [3], which contains a heavily doped η-type silicon substrate with a formed oxidized lightly doped epitaxial layer of the same conductivity type and a p-type conductivity guard ring forming a p-η junction exposed in silicon oxide a window, a recess formed in the window, a barrier layer of a Schottky electrode of a molybdenum-rhenium alloy with a rhenium content of 250 wt.

В данном устройстве наличие в барьерном слое рения повышает высоту барьера Шоттки и обеспечивает снижение обратного тока диода Шоттки. Однако снижение обратного тока диода Шоттки недостаточно и это обеспечивается путём увеличения удельного расхода рения.In this device, the presence of rhenium in the barrier layer increases the height of the Schottky barrier and reduces the reverse current of the Schottky diode. However, reducing the reverse current of the Schottky diode is not enough and this is achieved by increasing the specific consumption of rhenium.

В основу настоящего изобретения положена задача снижения обратного тока диода Шоттки и уменьшения удельного расхода рения.The present invention is based on the task of reducing the reverse current of a Schottky diode and reducing the specific consumption of rhenium.

Сущность изобретения заключается в том, что в диоде Шоттки, содержащем сильнолегированную кремниевую подложку η-типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и охранным кольцом р-типа проводимости, образующим р-η переход, вскрытое в окисле кремния окно, сформированное в окне углубление величиной 0,05-0,5 мкм, барьерный слой электрода Шоттки, контактный электрод; барьерный слой электрода Шоттки выполняют двуслойным: нижний слой формируют из рения толщиной от 5,0 до 15,0 нм, а верхний слой формируют из молибдена толщиной от 100 до 300 нм.The essence of the invention lies in the fact that in a Schottky diode containing a highly doped silicon substrate of η-type conductivity with a formed oxidized lightly doped epitaxial layer of the same type of conductivity and a protective ring of p-type conductivity, forming a p-η junction, a window formed in silicon oxide, formed in the window, a depression of 0.05-0.5 μm, a barrier layer of a Schottky electrode, a contact electrode; The Schottky electrode barrier layer is bilayer: the lower layer is formed from rhenium with a thickness of 5.0 to 15.0 nm, and the upper layer is formed of molybdenum with a thickness of 100 to 300 nm.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показал, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что барьерный слой электрода Шоттки выполняют двуслойным: нижний слой формируют из рения толщиной от 5,0 до 15,0 нм, а верхний слой формируют из молибдена толщиной от 100 до 300 нм.A comparative analysis of the invention with the prototype showed that the claimed device differs from the known one in that the Schottky barrier layer is double-layer: the lower layer is formed from rhenium from 5.0 to 15.0 nm thick, and the upper layer is formed from molybdenum from 100 to 300 thickness nm

Решение поставленной в изобретении задачи объясняется следующим образом. При заданной температуре, обратный ток диода Шоттки является обратной экспоненциальной функцией высоты барьера Шоттки. Высота барьера Шоттки молибден-кремний η-типа составляет порядка 0,68 эВ [1]. Барьерный слой электрода Шоттки из сплава молибден-рений (в соответствии с прототипом) обеспечивает высоту барьера Шоттки порядка 0,7 эВ, что обусловливает снижение обратного тока диода Шоттки в 3 раза. Выполнение барьерного слоя электрода Шоттки в виде двуслойной структуры рений-молибден позволяет получить высоту барьера Шоттки порядка 0,75 эВ, что приводит к снижению обратного тока относительно барьера Шоттки из чистого молибдена.The solution of the problem set in the invention is explained as follows. At a given temperature, the reverse current of the Schottky diode is the inverse exponential function of the height of the Schottky barrier. The Schottky barrier height of η-type molybdenum-silicon is of the order of 0.68 eV [1]. The barrier layer of the Schottky electrode of the molybdenum-rhenium alloy (in accordance with the prototype) provides a Schottky barrier height of about 0.7 eV, which leads to a 3-fold decrease in the reverse current of the Schottky diode. The implementation of the Schottky barrier layer of the electrode as a two-layer rhenium-molybdenum structure allows one to obtain a Schottky barrier height of the order of 0.75 eV, which leads to a decrease in the reverse current relative to the Schottky barrier made of pure molybdenum.

При толщине рения менее 5,0 нм и толщине молибдена менее 100 нм не обеспечивается формирование сплошного барьера Шоттки и происходит твердофазное взаимодействие материала контактного электрода с барьерным слоем электрода Шоттки, что приводит к снижению высоты барьера Шоттки и увеличению обратного тока.With a rhenium thickness of less than 5.0 nm and a molybdenum thickness of less than 100 nm, the formation of a continuous Schottky barrier is not ensured and the solid-phase interaction of the material of the contact electrode with the barrier layer of the Schottky electrode occurs, which reduces the height of the Schottky barrier and increases the reverse current.

При толщине рения более 15,0 нм и толщине молибдена более 300 нм дальнейший эффект в уменьшении обратного тока не наблюдается, но возрастает удельный расход рения.With a rhenium thickness of more than 15.0 nm and a molybdenum thickness of more than 300 nm, a further effect in reducing the reverse current is not observed, but the specific consumption of rhenium increases.

Сущность изобретения поясняется на фигуре, где изображен поперечный разрез диода Шоттки в соответствии с предлагаемым техническим решением, содержащего сильнолегированную кремниевую подложку η-типа проводимости (1) со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости (2) и охранным кольцом р-типа проводимости (3), образующим рη переход, вскрытое в окисле кремния (4) окно, углубление под барьерным слоем электрода Шоттки величиной 0,05-0,5 мкм, контактный электрод (7), барьерный слой электрода Шоттки выполнен двуслойным: нижний слой формируют из рения (5) толщиной от 5,0 до 15,0 нм, а верхний слой формируют из молибдена (6) толщиной от 100 до 300 нм.The invention is illustrated in the figure, which shows a cross section of a Schottky diode in accordance with the proposed technical solution, containing a highly doped silicon substrate of η-type conductivity (1) with a formed oxidized lightly doped epitaxial layer of the same type of conductivity (2) and a protective ring of p-type conductivity (3) forming the pη junction, a window opened in silicon oxide (4), a recess under the barrier layer of a Schottky electrode of 0.05-0.5 μm in size, a contact electrode (7), a barrier layer of a Schottky electrode flax is bilayer: the lower layer is formed from rhenium (5) with a thickness of 5.0 to 15.0 nm, and the upper layer is formed from molybdenum (6) with a thickness of 100 to 300 nm.

- 1 026882- 1,026882

Данная структура может быть изготовлена следующим образом. В исходной эпитаксиальной п+/пструктуре стандартными методами фотолитографии и диффузии формируется область охранного кольца р-типа проводимости (3). Затем при помощи фотолитографии и последующего жидкостного травления вскрывается контактное окно требуемой конфигурации. Далее, после соответствующей подготовки поверхности, методом магнетронного распыления наносятся рений (5) толщиной от 5,0 до 15,0 нм, поверх которого методом магнетронного распыления наносится молибден (6) толщиной от 100 до 300 нм, а последующей фотолитографией формируется конфигурация барьерного слоя электрода Шоттки. После чего на полученную структуру методом магнетронного распыления наносятся металлизация контактного электрода с последующей фотолитографией, формирующей его конфигурацию.This structure can be made as follows. In the initial epitaxial n + / structure, the region of the p-type conduction ring is formed by standard methods of photolithography and diffusion (3). Then, using photolithography and subsequent liquid etching, the contact window of the desired configuration is opened. Then, after appropriate surface preparation, rhenium (5) from 5.0 to 15.0 nm thick is applied by magnetron sputtering, molybdenum (6) from 100 to 300 nm thick is applied by magnetron sputtering, and a barrier layer configuration is formed by subsequent photolithography Schottky electrode. After that, the metallization of the contact electrode is applied to the resulting structure by magnetron sputtering followed by photolithography, which forms its configuration.

Работает предлагаемый диод Шоттки следующим образом. Слой контактирующего с кремнием рения (5), образующего барьер Шоттки, обеспечивает заданные электрические свойства диода Шоттки, такие как высота барьера Шоттки, форма вольт-амперной характеристики, обратный ток, падение напряжения при прямом смещении. Слой молибдена (6) предотвращает твердофазное взаимодействие между рением и материалом контактного электрода и таким образом стабилизирует электрические свойства диода Шоттки. Охранное кольцо (3) служит для устранения краевых токов утечки по периметру барьерного электрода. Поскольку молибден имеет плохую адгезию к δίθ2, то между краями барьерного электрода и окном в окисле кремния (4) имеется зазор, расположенный над охранным кольцом. Контактный электрод (7) служит для создания полевой обкладки по наружному периметру охранного кольца (3), предотвращающей поверхностный пробой р-п перехода при обратном смещении, обеспечения однородного распределения тока по всей площади контакта Шоттки и для создания необходимых условий для подсоединения внешнего вывода с планарной стороны кристалла.The proposed Schottky diode operates as follows. The layer of rhenium contacting silicon (5), which forms a Schottky barrier, provides the specified electrical properties of the Schottky diode, such as the height of the Schottky barrier, the shape of the current – voltage characteristic, the reverse current, and the voltage drop under forward bias. The molybdenum layer (6) prevents the solid-state interaction between rhenium and the contact electrode material and thus stabilizes the electrical properties of the Schottky diode. The guard ring (3) serves to eliminate the edge leakage currents around the perimeter of the barrier electrode. Since molybdenum has poor adhesion to δίθ 2 , there is a gap between the edges of the barrier electrode and the window in silicon oxide (4) located above the guard ring. The contact electrode (7) is used to create a field lining along the outer perimeter of the guard ring (3), which prevents surface breakdown of the pn junction during reverse bias, ensures a uniform distribution of current over the entire Schottky contact area, and to create the necessary conditions for connecting an external output to the planar sides of the crystal.

В таблице приведена сравнительная характеристика обратных токов диодов Шоттки и удельного расхода рения на одну пластину диодов Шоттки, изготовленных в соответствии с настоящим изобретением по отношению к прототипу.The table shows a comparative characteristic of the reverse currents of Schottky diodes and the specific consumption of rhenium per one plate of Schottky diodes made in accordance with the present invention with respect to the prototype.

Сравнительная характеристика обратных токов утечки диодов Шоттки и удельного расхода рения на одну пластину диодов ШотткиComparative characteristics of the reverse leakage currents of Schottky diodes and the specific consumption of rhenium per one plate of Schottky diodes

№ п/п No. p / p Тип барьерного слоя электрода Шоттки Type of Schottky barrier layer Толщина слоя Ке, нм Ke layer thickness, nm Толщина слоя Мо, нм Thickness layer Mo, nm 1обр/1обр пр 1obr / 1obr pr Р«А Пр R "A Pr 1 one рений rhenium 3 3 70 70 0,270 0.270 0,088 0,088 2 2 рений rhenium 5 5 100 one hundred 0,097 0,097 0,146 0.146 3 3 рений rhenium 10 10 200 200 0,055 0,055 0,291 0.291 4 4 рений rhenium 15 fifteen 300 300 0,073 0,073 0,437 0.437 5 5 рений rhenium 20 twenty 500 500 0,093 0,093 0,582 0.582 6 6 Сплав молибден-рений с содержанием рения 10,0 масс. % (прототип) Alloy molybdenum-rhenium with a rhenium content of 10.0 mass. % (prototype) 150 150 1,0 1,0 1,0 1,0

Примечание:Note:

1обр/1обр пр - отношение обратного тока утечки диода Шоттки, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением к току утечки диода Шоттки - прототипа.1 obr / 1 obr pr is the ratio of the reverse leakage current of a Schottky diode manufactured in accordance with the present invention to the leakage current of a Schottky diode - prototype.

Рке/Рке пр - отношение удельного расхода рения на одну пластину диода Шоттки, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением к расходу рения на одну пластину диода Шоттки - прототипа.Rke / Rke pr - the ratio of the specific consumption of rhenium per one plate of a Schottky diode made in accordance with the present invention to the consumption of rhenium per one plate of a Schottky diode - prototype.

Таким образом, предлагаемая конструкция по сравнению с прототипом позволяет решить задачу уменьшения обратного тока утечки диода Шоттки в 10,3-13,7 раз и уменьшение удельного расхода рения в 2,3-6,8 раз.Thus, the proposed design in comparison with the prototype allows us to solve the problem of reducing the reverse leakage current of the Schottky diode by 10.3-13.7 times and reducing the specific consumption of rhenium by 2.3-6.8 times.

Источники информации.Information sources.

Зи С. Физика полупроводниковых приборов: Кн. 1/Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - С. 456.Zi S. Physics of semiconductor devices: Kn. 1 / Per. from English - M .: Mir, 1984. - S. 456.

Патент США 4899199, МПК Н01Ь 29/47, 29/66, опубл. 06.02.1990.U.S. Patent 4,899,199, IPC H01 29/47, 29/66, publ. 02/06/1990.

Патент РБ 8380, МПК Н01Ь 29/872, 29/47, опубл. 30.08.2006.Patent RB 8380, IPC Н01Ь 29/872, 29/47, publ. 08/30/2006.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Диод Шоттки, содержащий сильнолегированную кремниевую подложку п-типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости, охранное кольцо р-типа проводимости, образующее р-п переход, вскрытое в окисле кремния окно, сформированное в окне углубление величиной 0,05-0,5 мкм, барьерный слой электрода Шоттки и контактный электрод, отличающийся тем, что барьерный слой электрода Шоттки выполняют двуслойным: нижний слой формируют из рения толщиной от 5,0 до 15,0 нм, а верхний слой формируют из молибдена толщиной от 100 до 300 нм.A Schottky diode containing a heavily doped p-type silicon substrate with a formed oxidized lightly doped epitaxial layer of the same type of conductivity, a p-type protective ring, forming a p-n junction, a window opened in silicon oxide, a recess formed in the window of 0.05- 0.5 μm, the Schottky electrode barrier layer and a contact electrode, characterized in that the barrier Schottky electrode layer is bilayer: the lower layer is formed from rhenium with a thickness of 5.0 to 15.0 nm, and the upper layer is formed from mo ibdena thickness from 100 to 300 nm.
EA201400949A 2014-07-30 2014-07-30 Schottky diode EA026882B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201400949A EA026882B1 (en) 2014-07-30 2014-07-30 Schottky diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201400949A EA026882B1 (en) 2014-07-30 2014-07-30 Schottky diode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201400949A1 EA201400949A1 (en) 2016-02-29
EA026882B1 true EA026882B1 (en) 2017-05-31

Family

ID=55404347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201400949A EA026882B1 (en) 2014-07-30 2014-07-30 Schottky diode

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA026882B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010056313A (en) * 2008-08-28 2010-03-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device, and method of manufacturing the same
US20120043551A1 (en) * 2005-11-15 2012-02-23 Power Integrations, Inc. Second contact schottky metal layer to improve GaN schottky diode performance

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120043551A1 (en) * 2005-11-15 2012-02-23 Power Integrations, Inc. Second contact schottky metal layer to improve GaN schottky diode performance
JP2010056313A (en) * 2008-08-28 2010-03-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device, and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
EA201400949A1 (en) 2016-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI724160B (en) Grooved metal oxide half-type Schottky diode
JP6685476B2 (en) Oxide semiconductor device and method for manufacturing oxide semiconductor device
US9082815B2 (en) Semiconductor device having carrier extraction in electric field alleviating layer
TWI731844B (en) Layered body
WO2012053071A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
CN1870301A (en) Gallium nitride semiconductor device
JP2011044688A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2014157896A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
US20150279983A1 (en) Semiconductor device
JP2017092355A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
TW201133838A (en) Power semiconductor device
US9018633B2 (en) Semiconductor device
JP6067133B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
US20200287060A1 (en) Schottky barrier diode
JP2017168669A (en) Semiconductor device
JP2013093482A5 (en)
JP2017139289A (en) diode
JP2010258327A (en) Vertical gallium nitride semiconductor device having reverse withstand voltage
US20150325709A1 (en) Semiconductor device
JP5943846B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017055026A (en) Semiconductor device
JP2012248736A (en) Semiconductor device
EA026882B1 (en) Schottky diode
JP2009004566A (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US20110193099A1 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU