DE2654416A1 - Verfahren zur herstellung von schottky-dioden mit verbesserter hoehe der barriere - Google Patents
Verfahren zur herstellung von schottky-dioden mit verbesserter hoehe der barriereInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden mit
verbesserter Höhe der Barriere
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schottky-Diodenr- die verbesserte Eigenschaften hinsichtlich
der Höhe der Barriere aufweisen.
1 Die Verwendung von Schottky-Sperrschichten ist bekannt. Eine
; Schottky-Sperrschicht wird gebildet als eine gleichrichtende
; Metall-Halbleiter-Sperrschicht, die durch Plattieren, Aufdampfen
oder Aufstäuben eines Metalls aus einer Reihe von Metallen auf
. n- oder p-leitende Halbleitermaterialien erzeugt wird. Die allge-
! mein verwendeten Metalle sind die Elektrodenmetalle wie Molybdän,
j Wolfram, Aluminium, Hafnium oder mit Kupfer legiertes Aluminium und das am meisten verwendete Halbleitermaterial ist Silicium.
Die elektrischen Eigenschaften solcher Metall-Halbleiter-Sperrschichten
hängen von der Austrittsarbeit des Metalls wie auch von der Elektrodenaffinität des Halbleiters ab. Die Energie, die
ein durchschnittliches Elektron benötigt, um in der Sperrichtung
j die Barriere zu, durchqueren, ist weitgehend besimmt durch die \ Höhe der Barriere der Sperrschicht, wobei diese Höhe der Barriere
gleich der Differenz der Austrittsarbeiten des Metalls und des
Halbleiters ist. Aus dieser Beziehung folgt, daß eine wesentliche
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Forderung für die Bildung einer Dioden-Sperrschicht darin besteht,
daß die Austrittsarbeit des Metalls die entsprechende
Eigenschaft des Halbleitermaterials übertreffen muß, damit eine Barriere vorhanden ist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt
wird, wird ein ohmscher Kontakt gebildet.
JEs wurde gefunden, daß im Falle einer Aluminium-Kupfer-Legierung
Schottky-Dioden erzeugt werden können, indem ein n-leitendes !Silicium benutzt wird, das eine Dotierung von weniger als 8 χ
j O
JAtome/cm aufweist. Es ist bekannt, daß Wolfram, Nickel und Molybidän
benützt werden können, um Schottky-Dioden in Verbindung mit n-leitendem Silicium zu bilden, das die oben erwähnte Dotierung
.aufweist und daß Hafnium verwendet werden kann mit p-leitendem i
iSiliciumf das die oben erwähnte Dotierung aufweist, um Schottky- j
Dioden zu bilden,
■ Mit der üblichen Aluminium-Silicium-Barriere ist eine Höhe der
!Barriere in der Größenordnung von 0,68 bis Of72 Elektronenvolt
!möglich, wenn reines Metall an der Sperrschicht nach dem üblichen !Sintervorgang vorhanden istf der zur Herstellung der Dioden benutzt
wird. ;
j Für viele Zwecke sind Schottky-Dioden, die eine Barrierenhöhe von
iof68 bis Of72 Elektronenvolt aufweisen, befriedigend. Es besteht
jedoch das Bedürfnis zur Herstellung von Schottky-Dioden, die eine einheitliche und bedeutend vergrößerte Höhe der Barriere
aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden anzugeben, die verbesserte
Eigenschaften hinsichtlich der Höhe der Barriere aufweisen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden gelöst, das gekennzeichnet ist
durch Abscheiden einer Metallschicht auf einer eine niedrigere Austrittsarbeit aufweisenden Halbleiterschicht, Abscheiden einer
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Schicht von Halbleitermaterial auf die Metallschicht, Erhitzen !
;des Halbleitermaterials und des Metalls auf eine Temperatur nahe [
idem eutektischen Punk des Metalls und Abkühlen der Metallschicht ι
mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 5 C/Sekunde bis auf !
Raumtemperatur. '
Jim folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus-
führungsbeispieles näher beschrieben, bei dem die Sperrschicht | ,aus einer Aluminium-Kupferlegierung und Silicium gebildet wird j
•und verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Höhe der Barriere !
aufweist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde als Metall :
Aluminium gewählt, das mit 5 Gew.% Kupfer legiert war. Bei der Herstellung der Schottky-Diode wurde ein Siliciumsubstrat aus
n-leitendem Silicium benutzt, das eine Dotierung von weniger als
16 3
8 χ 10 Atomen/cm besitzt. Eine Schicht von Siliciumdioxid
wird auf der Oberfläche des Siliciums durch ein geeignetes Verjfahren erzeugt, beispielsweise durch Oxydation, Darauf werden
Löcher in das Siliciumdioxid an geeigneten Stellen für die Sperrschicht geätzt, um das Silicium in der üblichen Weise
freizulegen. Anschließend wird eine Schicht einer AluminiumiKupferlegierung
auf die Oberfläche des Substrates aufgedampft, wodurch die Löcher ausgefüllt werden und die Metall-Silicium-Sperrschichten
an den vorgeschriebenen Stellen auf dem Substrat !gebildet werden. Anschließend wird polykristallines Silicium
jdurch ein geeignetes Verfahren, z.B. durch Elektronenstrahlversdampfung
auf der Oberfläche des Metalls abgeschieden.
Anschließend wird die Halbleiterscheibe während 1 bis 2 Stunden ,in einer geeigneten Umgebung, z.B. die in einem üblichen ge-
jschlossenen Ofen in einer Stickstoffatmosphäre erzeugt wird,
bei 400 bis 500 0C gesintert (oder gebrannt). Nach dem Brennen
wird die Halbleiterscheibe aus der Umgebung für das Aufheizen entfernt und mit vorgegebener Geschwindigkeit, die größer als
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5 °C pro Sekunden ist, abgekühlt, bis die Halbleiterscheibe die Umgebungstemperatur angenommen hat. Das Abkühlen kann dadurch
!erfolgen, daß die Halbleiterscheibe beispielsweise in Kontakt imit einer Wärmesenkel gebracht wird oder durch Abschrecken in
leiner künstlichen Atmosphäre, wie Helium, das durch flüssigen
'stickstoff geleitet wurde. Es wurde gefunden, daß aus Aluminium-Kupfer
legierungen und Silicium gebildete Sperrschichten, die
durch das beschriebene Verfahren erzeugt wurden, eine Höhe der !Barriere von mindestens 0,75 Elektronenvolt aufweisen, während
Idie Höhe der Barriere, die durch die bekannten Verfahren er-Ireichbar
ist, die das gleiche Metall und die gleichen Halbleiter-'materialien verwenden, nur 0,68 bis 0,72 Elektronenvolt beträgt,
I TABELLE 1
Abkühlungsgeschwindig- Höhe der Barriere Probe keit °C/Sekunde Elektronenvolt
j 1 2-3 Of72-O,74
2 5 0,75-0,78
; 3 8 0,79-0,81
; 4 15 0,82-0,83
5 20 0,82-0,84
j Die Tabelle 1 zeigt die Höhen der Barrieren von Schottky-Dioden
mit einer durch Aluminiumkupfer und Silicium gebildeten Sperrschicht, die bei verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten gemäß
der vorher gegebenen Verfahrensbeschreibung erzeugt wurden. Insbesondere zeigt Tabelle 1 die Daten von 5 Proben, die gemäß dem
beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, wobei jede Probe zumindest eine Halbleiterscheibe umfaßt, auf deren jeder etwa
20 Schottky-Sperrschichten gebildet wurden. Die Sperrschichten
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ϊ ■;■■■ ;■ -ϊ'
'wurden aus einer Aluminium-Kupferlegierung gebildet mit einer
darüberliegenden Siliciumschicht, die auf n-leitende Siliciumsubsträte
abgeschieden wurden. Die in Tabelle 1 aufgezeichneten
jWerte für die Höhe der Barriere stellen den Bereiche der Werte
par, die beim Messen aller Sperrschichten erhalten wurde.
Es ist angenommen, daß die verbesserte Höhe der Barriere der
Schottky^-Dioden auf die Verwendung der darüberliegenden Schicht
von poy!kristallinem Silicium zurückzuführen ist, die als eine
Quelle oder ein Reservat wirkt, aus dem Silicium in das Metall
der Schottky-Diode während des Sintervorgangs diffundiert wird.
Wenn das Metall der Schottky-Diode mit Silicium gesättigt oder nahezu gesättigt ist, neigt der nach dem Silter ausgeführte
jabkühlungsschritt dazu f das Ausdiffundieren des Siliciums zu
!verhindern, wodurch das fertige Produkt ein Schottky-Metall
aufweist, das in merklichem Ausmaß mit Silicium durchsetzt
[ist. Dies wiederum beeinfluß die Austritts arbeit des Metalls j
iind resultiert in einer verbesserten Höhe der Barriere, .~ \
\us der Tabelle 1 ist zu ersehen, daß eine Verbesserung der
öhe der Barriere auftrittf wenn die Abkühlung mit einer Gechwindigkelt
von 2 bis 3 °C/Sekunde erfolgt. Aus den in der Tabelle wiedergegebenen Daten geht jedoch hervor, daß eine
bedeutende Verbesserung erzielt wird mit Abkühlungsgeschwin- j äigkeiten von 5 oC/Sekunde und mehr. Obgleich Abkühlungsgeschwindigkeiten von mehr als 20 °C/Sekunde nicht angewandt
wurden auf die Proben 1 bis 5, haben andere Experimente auf
ähnliche Schottky-Sperrschichten ergeben, daß eine weitere
Verbesserung in der Höhe der Barriere erreicht werden kann nitAbkühlungsgeschwindigkeiten von 50 oC/Sekunde,
Abgleich die vorstehend beschriebenen Beispiele sich auf Sperrschichten
aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung und Silicium beziehen, ist es klar, daß andere bekannte Schottky-Metall entweder
mit n-leitendem oder mit p-leitendem Silicium verwendet
herden können, um Schottky-Dioden gemäß dem vorstehend beschrie-
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-sr-
benen Verfahren zu erzeugen, die ähnliche verbesserte Eigenschaften
aufweisen.
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Claims (6)
- PATENTANSPRÜCHEVerfahren zur Herstellung von Schottky-Dioden, gekennzeichnet durch: : : Abscheiden einer Metallschicht auf einer eine niedrigere ; Austrittsarbeit aufweisenden Halbleiterschicht, 'i Abscheiden einer Schicht von Halbleitermaterial auf die Me-,tallschicht,Erhitzen des Halbleitermaterials und des Metalls auf eine Temperatur nahe dem eutektischen Punkt des Metalls und Abkühlen der Metallschicht mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 5 °C/Sekunde bis auf Raumtemperatur.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1f dadurch gekennzeichnetf daß : die Metallschicht Aluminium enthältf das auf ein n-leiten- j des Siliciumsubstrat abgeschieden wird, '
- 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschicht während einer Stunde auf , eine Temperatur zwischen 400 und 500 C erhitzt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und20 °C/Sekunde bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird,
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall auf eine Temp<
Stunde erhitzt wird.Metall auf eine Temperatur von etwa 400 ° während einer - 6. Verfahren nach Anspruch 1r gekennzeichnet durch: Abscheiden einer Aluminium-Kupfer-Legierung auf ein n-leitendes Siliciumsubstrat, das eine Dotierung von weniger als 8 χ 10 Atome/cm aufweist,008 70 9 8 2 77 0 8 § £ORIGlNAAbscheiden einer polykristallinen SiIieiuraschicht auf die Aluminiura-Kupfer-Schicht, Erhitzen dieser Schicht bei einer Temperatur zwischen 400 und 500 0C während 1 bis 2 Stunden und Abkühlen der Aluminium-Kupfer-Schicht mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 20 °C/Sekunde bis auf Raumtemperatur,008 709827/D89J
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| DE1965340A1 (de) * | 1969-01-10 | 1970-07-23 | Fairchild Camera Instr Co | Schottky-Diode |
| DE2259188B2 (de) * | 1971-12-20 | 1974-10-17 | International Business Machines Corp., Armonk, N.Y. (V.St.A.) | Integrierbare Schottky-Diode und ihre Verwendung in einer integrierten Halbleiterschaltung, insbesondere einem Festwertspeicherwerk |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| US-Z: IBM Tech. Discl. Bull., Bd. 16, 1973, S. 615-616 * |
| US-Z: Solid State Electronics, Bd. 11, 1968, S. 291-300 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2337425A1 (fr) | 1977-07-29 |
| US3987216A (en) | 1976-10-19 |
| JPS5950115B2 (ja) | 1984-12-06 |
| FR2337425B1 (de) | 1980-09-05 |
| JPS5325352A (en) | 1978-03-09 |
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