DE2360030C3 - Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Diode - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Diode

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Diode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem aus der US-PS 33 97 450 bekannten Verfahren wird auf der Oberfläche eines Siliziumkörpers mit n-Leitungstyp eine HF-Lösung aufgebracht, der eine Metallsalzlösung zugegeben wird, wobei das Metall des Metallsalzes aus Platin besteht, Bei dieser Behandlung wird reines Metall auf der Siliziumoberfläche abgeschieden (s. Spalte 4, Zeilen 60 bis 73 in Verbindung mit der Figurenbeschreibung zu Fig. 1E bis
Bei dem Stand der Technik gemäß der DE-OS 16 032 wird zum Herstellen einer Schottky-Sperrschicht mit einer Sperrschichthöhe von annähernd 0,9 eV eine 10%ige Flußsäurelösung (HF) 1 Minute lang auf die gereinigte Oberfläche eines p-leitenden Siliziumkörpers zum Entfernen von Oberflächenoxiden aufgebracht und die Lösungen danach wieder entfernt (s.
Anspruch 1 in Verbindung mit Seite 4). Das Anliegen dieses Verfahrens ist es, den hinsichtlich der Sperrschichten zwischen n-leitenden und p-leitendem Silizium bestehenden Unterschied zu überwinden.
Schließlich ist aus der DE-OS 19 38 367 ein Halbleiterbauelement mit Schottky-Sperrschicht bekannt, das auf einer Oberfläche eines Siliziumkörpers eine zusammengesetzte, durch Aufdampfen oder Zerstäuben hergestellte Metallschicht besitzt, die mindestens zwei
ίο Metalle der Titan, Vanadium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Nickel, Kupfer, Gold und die Metalle der Platingruppe umfassenden Gruppe enthält (s. Anspruch 3 in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 und der zugehörigen Beschreibung).
Die bekannten alternativen Möglichkeiten — eingangs beispielhaft durch Literatur belegt — bestehen darin, das Metall auf dem Silizium aus einer wäßrigen Lösung abzuscheiden, z. B. durch Elektroplattieren oder stromloses Abscheiden. Obwohl mit diesem Verfahren geringere Kosten verbunden sind und keine hohen Temperaturen für eine Wärmebehandlung benötigt werden, besteht der Nachteil darin, daß die Schottky-Sperrschichthöhe der sich ergebenden Metall/Silizium-Schottky-Sperrschicht vergleichsweise niedrig ist und darüber hinaus die Sperrschicht anfällig für Beschädigungen während nachfolgender Behandlungsschritte ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit vergleichsweise geringem Aufwand verbundenes Verfahren zum Herstellen von Schottky-Übergängen mit besonders hohen Sperrschichthöhen zu schaffen.
Diese Aufgabe w;rd erfindungsgemäß durch die im Anspruch beanspruchten Verfahrensschritte gelöst Das neue Verfahren kann bei Zimmertemperatur mit relativ geringem apparativen Aufwand durchgeführt werden und ergibt Schottky-Sperrschichtübergänge, deren Sperrschichthöhen zu den größten bisher bekanntgewordenen Sperrschichthöhen zählen.
Anahand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht einer nach dem neuen Verfahren hergestellten Schottky-Sperrschichtdiode und
F i g. 2 ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten bei einem Beispiel des neuen Verfahrens.
Beispiel I
In F i g. 1 der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer Schottky-Sperrschichtdiode 10 gezeigt. Die Diode 10 weist eine Metallsilicidschicht 12 einer Dicke
so zwischen 50 und 200 Λ auf einer Oberfläche 14 eines Körpers 16 aus η-leitendem Silizium, z. B. aus arsen- oder phosphordotiertem Silizium auf. Der Körper 16 aus η-leitendem Silizium ist als epitaktische Schicht ausgebildet, die eine Dicke zwischen 1 und 5 μπι und eine Donatorkonzentration von etwa4 χ 10'6cm-Jhat; die den Körper 16 bildende Schicht ist auf einer (lOO)-Oberfläche eines Substrats 18 beispielsweise aus entartetem (n + + )-Silizium niedergeschlagen. Das Substrat 18 kann auch aus ρ-leitendem Silizium bestehen. Die Oberfläche 14 ist eine (lOO)-Oberflache, wobei jedoch im Rahmen des neuen Verfahrens auch andere Oberfläche, z. B. eine (111)-Oberfläche, verwendet werden können.
Das Substrat 18 hat eine Dicke von etwa 0,25 mm und
einen spezifischen Widerstand von etwa 0,01 Ohm cm oder weniger. Der Körper 16 aus Silizium hat einen spezifischen Widerstand von etwa 0,2 Ohm cm. In der Praxis ist die obere Fläche 20 der Metallsilicidschicht 12
15
20
beispielsweise mit aufeinanderfolgenden Schichten von Chrom, Gold und Kupfer (nicht dargestellt) metallisiert Die untere Räche 22 des Substrats 18 ist ebenfalls mit einem metallischen Oberzug, z. B. mit Kupfer (nicht dargestellt), versehen.
Die Metallsilicidschicht 12 besteht aus einem Silicid von entweder Iridium, Platin oder Osmium und ist nach dem im folgenden anhand des Flußdiagramms gemäß F i g. 2 beschriebenen neuen Verfahren hergestellt, das die folgenden Schritte umfaßt: in
(a) Reinigen der Oberfläche 14 des Siliziumkörpers 16;
(b) Entfernen von Oxiden von der gereinigten Oberfläche 14 mit Hilfe einer konzentrierten HF-Lösung;
(c) Zugabe einer Lösung aus einem Iridium-, Platinoder Osmiumsalz und eines Wasserstoffhalogenids, vorzugsweise HCL, zu der H F-Lösung zur Reaktion mit dem Silizium, wobei die Metallsilicidschicht 12 gebildet wird;
und
(d) Entfernen der Lösungen von der Metallsilicidschicht IZ
Statt der Behandlung der Gesamtoberfläche 14 des Siliziumkörpers 16 können im Rahmen des neuen Verfahrens auch nur bestimmte Bereiche der Oberfläche 14 behandelt werden. Dabei können einige Teile der Oberfläche 14, beispielsweise unter Verwendung geeigneter Fotolacke mit Hilfe photolithografischer Methoden, abgedeckt und nur die nicht abgedeckten Teile der jo Oberfläche 14 behandelt werden.
Bei dem neuen Verfahren ist das Vorhandensein von Chlorwasserstoff im HF und in der Metallsalzlösung wichtig, um die Bildung einer Metallsilicidschicht statt einer reinen Metallschicht zu gewährleisten. Das Vorhandensein von Chlorwasserstoff bewirkt außerdem eine glatte Oberfläche der niedergeschlagenen Metallsilicidschicht und ergibt daher eine Struktur, die mit moderner Halbleitertechnologie vereinbar ist.
Die Metallsilicidschicht 12 mit entweder Iridium, Platin oder Osmium als Metall wird auf der Oberfläche 14 des Siliziumkörpers 16 wie folgt hergestellt: Zunächst wird die Oberfläche 14 des Siliziumkörptrs nach irgendeiner bekannten Methode gereinigt, beispielsweise nacheinander in die folgenden Lösungen getaucht:
(a) 5 H2SO4 :1 H2O2 : 1 H2O.
(b) HF.
(c) 1 HCI: 1 H2O2^H2O,
(d) HF.
(e) HF und
(f) Äthylalkohol.
50
Nach jedem Eintauchen, ausgenommen dem zuletzt genannten, wird die Oberfläche 14 mit entionisiertem Wasser gewaschen. Nach dem letzten Eintauchen in Äthylalkohol wird die Oberfläche trocken geschleudert
Zum entfernen von Oxiden von der gereinigten Oberfläche 14 des Körpers 16 wird diese in etwa 10 bis 30 m| HF(IO bis 50%)(vorzugsweise 30 ml von 50%iger H F), das sich in einem PTFE- oder Polyäthylen-Behälter befindet, eingetaucht Nach etwa 30 Minuten ist die Oberfläche 14 des Körpers 16 zum Aufbringen einer Metallsilicidschicht geeignet.
Die Metallsilicidschicht 12 wird mit Iridium als Metall gemäß dem neuen Verfahren wie folgt hergestellt: Eine Lösung wird im Verhältnis zwischen 03 und 1,0 ml HCI und zwischen 1 und IO ml von 0,1% IrCI3 · 3 H2O (vorzugsweise 7 ml von 0,1% IrCIjOH2O) der vorerwähnten Lösung von 10 bis 30 mi HF (50%) zugesetzt und mit der Oberfläche 14 zur Reaktion mit dem Silizium des Körpers 16 in Kontakt gehalten, wodurch sich die Schicht 12 aus Iridiumsilicid bildet Je nach Konzentration der Komponenten der zuvor angegebenen Lösungen bildet sich die Iridiumsilicidschicht 12 geeigneter Dicke (50 bis 200 A) nach etwa 10 bis 100 Stunden bei Zimmertemperatur. Die Schicht 12 wird sodann mit destilliertem Wasser gespült und trockengeschleudert Andere säurelösliciie Salze des Iridiums, z. B. IrCU, können anstelle des IrCl3 · 3 H2O verwendet werden.
Elektronenbeugungsmessungen an der auf der Oberfläche 14 ausgebildeten Schicht 12 zeigten, daß die Schicht 12 Iridiumsilicid ist /-V-{Strom-Spannungs-) Messungen an einer Iridiumsilicid-Si/izium-Schottky-Sperrschichtdiode haben gezeigt, daß diese ausgezeichnete Vorspanncharakteristiken in Durchlaß- und Sperrichtung hat mit einer Kniespar . jng von 0.4 bis 0,5 V in Durchiaßrichiung und prakr -ch keinem Sperrstrom bis zum Erreichen des Avalanchedurchbruchs bei einer Spannung, bei der eine pn-Flächendiode normalerweise durchschlägt So wird beispielsweise ein Avalf'.ichedurchbruch in Sperrichtung bei 25 Volt für die Iridiumsilicid-Schottky-Diode mit einem 1,05 μπι dicken n-Ieitenden aktiven Körper 16 bei einer Donatorkonzentration von 4 χ 10I6cm-J und bei 14 Volt für einen 0,5 μπι dicken, η-leitenden Körper 16 bei einer Donatorkonzentration von 63 χ ΙΟ16 cm-'beobachtet
C- V-(Kapazitäts-Spannungs-)Messungen zeigen, daß die Sperrschichthöhe der Schicht 12 aus Iridium-Silicid auf dem n-Ieitenden Siliziumkörper 16 (Donatorkonzentration von 5 χ 1015 bis 6^ χ 10"cmJ) 053 ±0,03 Elektronenvolt ist Genaue Reststrommessungen sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsvorspannung stimmen ausgezeichnet mit den für eine Spen schic!.(höhe von 0.9 Volt theoretisch vorausgesagten Werten überein. Die Schottky-Sperrschichthöhe, die mit dem neuei. Verfahren für die Iridium-Silicid/Silizium-(n-Typ-)Schottky-Sperrschicht erreicht wird, gehört zu den größten bisher erzielten.
Beispiel II
Die Metallsilicidschicht 12 mit Platin als Metallkomponente wird nach dem neuen Verfahren in einer ähnlichen Weise wie die aus Iridiumsilicid bestehende Schicht 12 hergestellt: der einzige Unterschied besteht darin, daß anstelle des Iridiumsalzes Platinsalz verwendet wird. Demgemäß w:rd die Oberfläche 14 des Körper·. IS aus η-leitendem Silizium entsprechend dem Beispiel 1 zunächst gereinigt und ebenfalls entsprechend dem vorhergehender Beispiel in eine Lösung ."wischen 10 und 30 ml HF (50%) eingetaucht Nach dem Entfernen der etwa auf der Oberfläche 14 gebildeten Siliziumoxide wird eine Lösung aus 03 bis 1.0 ml HCI undl bis 10 ml 0,1%
H2PtCI6 · 6 H2O
(vorzugsweise 5 ml von 0,1% H2PtCU-OH2O) der vorgenannten HF-Lösung zugegeben und mit der Oberfläche 14 zur Reaktion mit dem Silizium des Körpers 16 in Kontakt gehalten, wodurch sich die
Schicht 12 aus Plalinsiiicid bildet, die nach etwa 10 bis 100 Stunden Ginwirkungsdauer eine Dicke zwischen 50 und 1000 A besitzt Ein Eintauchen der Schicht 12 aus Platinsilicid in Königswasser (3 HCI: I HNO3) über 24 Stunden ändert das Platinsilicid nicht. Die Schottky-Sperrschichthöhe des Platinsilicid/Silizium-(n-Typ) Gleichrichterübergangs beträgt 0,854 Elektronenvolt. Andere säurelösliche Salze des Platins, z. B. PtCI2, können anstelle des
M2PtCI6 6H2O
verwendet werden.
Beispiel III
Die Metallsilicidschicht 12 mit Osmium als Metallkomponenle wird nach dem neuen Verfahren wie folgt hergestellt:
Die Oberfläche 14 des Körpers 16 aus n-leitendem Silizium wird in derselben Weise wie bei der Bildung der Iridiumsilicid- oder Platinsilicidschichten behandelt, mit der Ausnahme, daß ein Metallsalz des Osmiums für die Metallsalze von Iridium oder Platin substituiert wird. Zur Herstellung der Metallsilicidschicht 12 aus Osmiumsilicid können säurelösliche Osmiumsalze, z. B. OsCb und OsCIj, verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Schottky-Diode, bei dem auf einen η-leitenden Siliziumkörper eine wäßrige Flußsäurelösung, die Chlorionen und Ionen von Metallen der Platingruppe enthält, einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper eine Donatorkonzentration zwischen 5 χ 1015 und 6,5 χ 10" Atomen χ cm-3 aufweist, der Flußsäurelösung eine Osmium-, Iridium- oder Platinchloridlösung oder deren Mischungen, die jeweils mit Chlorwasserstoffsäure angesäuert sind, zugesetzt wird, wodurch eine Metallsilicidschicht auf dem Siliziumkörper gebildet wird, und daß die Lösungen danach von der Schicht entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper zum Entfernen von Oxiden des Siliziums von der Oberfläche in eine 10-bis 50%ige f I«ißsäure-(HF)-Lösung über eine Zeit von etwa 10 Minuten bis 4 Stunden eingetaucht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Zugabe der Osmium-, Iridium- oder Platin- Flußsäure-( H F)- Lösung die Oberfläche 10 bis 100 Stunden in die Lösungen getaucht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Zugabe einer Lösung aus Chlorwasserstoff und dem Metallsalz zu deir Fluorwasserstoff-(HF)-Lösung das Zumischen im Verhältnis 03 bis 1,0 ml von HCl und 1 bis 10 ml von 0.1% Hexachlorplatinsäure
(H1-PtCI6 6H2O)
zu 10 bis 3OmI der Flußsäure-(hF)-(50%)-Lösung umfaßt
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Zugabe einer Lösung aus Chlorwasserstoff und dem Metallsalz zur HF-Lösung ein Zumischen im Verhältnis 03 bis 1,0 ml von Chlorwasserstoff (HCl) und 1 bis 10 ml von 0,1% Osmiumchlorid (OsCI2) zu 10 bis 30 ml der Fluorwasserstoff-^ F)-(50%)-Lösung umfaßt.
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