EA026882B1

EA026882B1 - Диод шоттки

Info

Publication number: EA026882B1
Application number: EA201400949A
Authority: EA
Inventors: Аркадий Степанович Турцевич; Ярослав Александрович Соловьев; Олег Эрнстович Сарычев
Original assignee: Открытое акционерное общество "ИНТЕГРАЛ"-управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ"
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2017-05-31
Also published as: EA201400949A1

Abstract

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. В основу настоящего изобретения положена задача снижения обратного тока диода Шоттки и уменьшения удельного расхода рения. Сущность изобретения заключается в том, что в диоде Шоттки, содержащем сильнолегированную кремниевую подложку n-типа проводимости со сформированным окисленным слаболегированным эпитаксиальным слоем того же типа проводимости и охранным кольцом р-типа проводимости, образующим р-n 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.%.

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.

В основу настоящего изобретения положена задача снижения обратного тока диода Шоттки и уменьшения удельного расхода рения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

- 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.

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.

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.

Сравнительная характеристика обратных токов утечки диодов Шоттки и удельного расхода рения на одну пластину диодов Шоттки

№ п/п	Тип барьерного слоя электрода Шоттки	Толщина слоя Ке, нм	Толщина слоя Мо, нм	1обр/1обр пр	Р«А Пр
1	рений	3	70	0,270	0,088
2	рений	5	100	0,097	0,146
3	рений	10	200	0,055	0,291
4	рений	15	300	0,073	0,437
5	рений	20	500	0,093	0,582
6	Сплав молибден-рений с содержанием рения 10,0 масс. % (прототип)	150		1,0	1,0

Примечание:

1обр/1обр пр - отношение обратного тока утечки диода Шоттки, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением к току утечки диода Шоттки - прототипа.

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.

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.

Источники информации.

Зи С. Физика полупроводниковых приборов: Кн. 1/Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - С. 456.

Патент США 4899199, МПК Н01Ь 29/47, 29/66, опубл. 06.02.1990.

Патент РБ 8380, МПК Н01Ь 29/872, 29/47, опубл. 30.08.2006.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.