EP3268991A1 - Verbesserte halbleiteranordnung mit schottky-diode - Google Patents

Verbesserte halbleiteranordnung mit schottky-diode

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EP3268991A1
EP3268991A1 EP16726576.8A EP16726576A EP3268991A1 EP 3268991 A1 EP3268991 A1 EP 3268991A1 EP 16726576 A EP16726576 A EP 16726576A EP 3268991 A1 EP3268991 A1 EP 3268991A1
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EP
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region
diffusion
conductivity type
doped
epitaxial
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Withdrawn
Application number
EP16726576.8A
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Inventor
Michael Reschke
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Diotec Semiconductor AG
Original Assignee
Diotec Semiconductor AG
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Publication date
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    • H10D64/111—Field plates

Definitions

  • Line type can be arranged.
  • an optimized Schottky diode with reduced sheet resistance can be provided.
  • the corresponding Schottky diode can be made of a smaller size. Applications of such Schottky diodes can be extended thereby.
  • the invention also provides a Schottky diode comprising contact metallizations, a Schottky barrier, an n (+) substrate, a graded epitaxial region, a constant
  • FIG. 7 Schematic sectional view of FIG. 6 after
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of an embodiment of a Schottky diode according to the invention, produced in accordance with the process steps shown in FIGS. 5 to 10
  • Fig. 1 is an embodiment of the invention
  • Epitaxial substrate 7 not reached. Thus, there is no p, (n +) transition but a grad n, p transition 9.
  • the oxide 105 In the following photo step, the oxide 105 or
  • Epitaxy region 103 (gradient about 3.5 ⁇ 10EXP19 / pm) has a layer thickness of about 2 ⁇ m.

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Halbleiteranordnung (12) mit einer Schottky-Diode, umfassend eine Schutzringstruktur, eine Epitaxieschicht (4) und ein Epitaxiesubstrat (7)<b>. </b> Die Diode weist ein Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp auf, das mit einem Konzentrationsgradienten einer simultan diffundierenden höher dotierten Schicht vom ersten Leitungstyp einen grad n, p Übergang bildet.

Description

"Verbesserte Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode"
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode, die unter Beibehaltung der elektrischen Daten, eine erhöhte Stromdichte gegenüber bekannten
technischen Lösungen aufweist und mit geringem Aufwand
produzierbar ist.
Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der US 4 206 540 AI,
hinlänglich bekannt. Dabei handelt es sich allgemein um
Halbleiterbauelemente, die einen Metall-Halbleiter-Übergang als Grundstruktur aufweisen und deren grundsätzliche
elektronische Eigenschaften durch diesen Übergang bestimmt sind .
Im Gegensatz zu ebenfalls gemeinhin bekannten pn-Dioden weisen Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden diesen gegenüber geringere Schleusenspannungen auf. Weiterhin sind im
Allgemeinen aufgrund ausgeprägter Sperrbereiche die
erreichbaren Durchbruchspannungen bei solchen
Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden erheblich niedriger als bei pn-Dioden. Üblicherweise wird zur Verbesserung des Durchbruchverhaltens ein Schutzring (engl, „guard ring") in die Epitaxieschicht eindiffundiert. Ein solcher Schutzring ist beispielsweise in der DE 199 39 484 AI offenbart. In aller Regel wird zum Erreichen einer verbesserten Stromergiebigkeit die für die Herstellung des Schottky- ontaktes erforderliche schwächer dotierte Halbleiterschicht einer ersten Dotierung bzw. eines ersten Leitungstyps auf ein hochdotiertes bzw. höher dotiertes Substrat mit gleicher
Dotierung bzw. vom gleichen Leitungstyp aufgebracht.
In herkömmlicher Weise erfolgt eine Begrenzung der maximalen Spannungsbelastung durch den Einbau eines zum Schottky- Übergang parallel liegenden pn-Überganges, der durch Diffusion eines Gebietes vom zweiten Dotierungstyp bzw. zweiten
Leitungstyps erfolgt und der den Schottky-Kontakt ringförmig umgibt .
Nachteilig ist hierbei jedoch, dass beim Anlegen einer Revers- surge-Spannung, welche den abgesicherten Spannungsbereich überschreitet eine Zerstörung der Diode möglich ist.
Hierzu ist aus dem Stand der Technik der US 6 177 712 bekannt, dass ein schwach dotierter Schutzring eines zweiten
Leitungstyps zur Aufweitung des elektrischen Feldes im
kritischen Bereich beiträgt, wodurch der Durchbruch später erfolgt .
Die DE 10 2009 056 603 AI und die DE 10 2009 018 971 AI nehmen sich dieser genannten Problematik an und beschreiben
Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden, welche verbesserte Reversstromfestigkeiten aufweisen. Dabei findet insbesondere ein vertikaler p, n(+) Übergang von einem Schutzring vom zweiten Leitungstyp durch die Epitaxieschicht des ersten
Leitungstyps in ein höher dotiertes Epitaxiesubstrat vom ersten Leitungstyp, statt. Hierbei erfolgt die Ausbreitung der Raumladungszone in vertikaler Richtung aufgrund eines quasilinearen Übergangs primär in ein p Gebiet, entsprechend einem Gebiet vom zweiten Leitungstyp.
Weiterhin wird in dem Schutzring oberflächennah eine höher dotierte Anreicherungsschicht vom zweiten Leitungstyp,, entsprechend einem p(+) Gebiet, implantiert, um ein laterales Eindringen der Raumladungszone in das Gebiet vom zweiten
Leitungstyp, entsprechend p, zu begrenzen.
Hierzu wird bei der DE 10 2009 056 603 AI ein für die p(+) Implantation erforderliches Bremsoxid eingesetzt, wodurch das Aufbringen einer LTO/CVD-Schicht entfällt.
Bei der DE 10 2009 018 971 AI wird das elektrische Feld im näheren Oberflächenbereich des diffundierten Gebietes mittels eines Linearisierungsringes aufgeweitet. Dieses zusätzlich eingebrachte Gebiet kann zu einer besseren
Potentialhomogenisierung in dem Schutzring mit einer oberhalb des Linearisierungsringes angeordneten Metallschicht verbunden werden, wodurch aufgrund einer Äquilinearisierung des
elektrischen Feldes entlang des Gebietes vom zweiten
Leitungstyp eine Erhöhung der Stoßstromfestigkeit im
Reversbetrieb erreicht wird.
Einerseits weist dieser Stand der Technik jedoch den Nachteil auf, dass die Bauformen der genannten Halbleiteranordnungen mit Schottky-Dioden entweder spezielle und damit einhergehend wirtschaftlich aufwändige Bearbeitungsschritte erfordern, soll eine erhöhte Reversstromfestigkeit bei gleichzeitiger
Minimierung des Vorwärtsspannungsabfalls erreicht werden.
Andererseits liegen bei diesen Konstruktionen geringere
Stromdichten vor, so dass die Bauform entsprechend höher ausfällt, woraus entsprechend höhere Herstellungskosten reduzieren . Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode
bereitzustellen, welche eine erhöhte Stromdichte und
reduzierte Restströme im Sperrbetrieb aufweist und
kostengünstig und kompakt herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in eine
Halbleiteranordnung mit einer Schottky-Diode, umfassend eine Schutzringstruktur, eine Epitaxieschicht und ein
Epitaxiesubstrat, ein Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp mit einem Konzentrationsgradienten ausgebildet ist, das mit einer simultan diffundierenden höher dotierten Schicht vom ersten Leitungstyp einen grad n, p Übergang bildet.
Dies führt zu einer Anhebung der Konzentration im
Epitaxiegebiet, einem positiven Konzentrationsgradienten in Richtung des Epitaxiesubstrates und damit einhergehend einer Verringerung des effektiven Bahnwiderstandes. Weiterhin wird die Eindringtiefe des Gebiets vom zweiten Leitungstyp
verringert und ein Ausbreiten der Raumladungszone erfolgt aufgeteilt in das Gebiet vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p, und ein höher dotiertes graduiertes Gebiet vom ersten
Leitungstyp, entsprechend grad n.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass in das Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp 31 ein hochdotiertes Gebiet 8 oberflächennah ausgebildet ist, wobei die laterale Dimensionierung des hochdotierten Gebiets 8 derart ausgebildet ist, dass laterale Begrenzungen der Ausbreitung einer
Verarmungszone ausgeschlossen werden.
Es kommt somit nicht zu Begrenzungen der Ausbreitung der
Verarmungszone in ein Gebiet vom zweiten Leitungstyp,
entsprechend p. Eine maximale Ausbreitung der Verarmungszone in ein höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p(+), wird unterbunden. Differenzen zwischen lateraler und vertikaler Diffusion werden durch die
Konstruktion des hochdotierten Gebiets vom zweiten
Leitungstyp, entsprechend p(+), ausgeglichen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Feldring derart außerhalb konzentrisch zu dem Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, dass ein vertikaler Abstand zwischen dem Feldring und dem Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp größer ist als eine aus konstanter
Restschichtdicke der Epitaxieschicht und Schichtdicke des graduierten Gebietes zusammengesetzter Schichtdicke.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass ein lateraler Querschnitt A der Struktur n, p, p(+), p, n und/oder ein vertikaler
Querschnitt B der Struktur p(+), p, n, grad n, n(+) vorliegt.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann zudem vorsehen, dass in einem höher dotierten Gebiet vom zweiten Leitungstyp ein weiteres noch höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist. In dessen Folge kann vorgesehen sein, dass ein lateraler Querschnitt A der Struktur n, p, p(+), p(++), p(+), p, n und/oder ein vertikaler Querschnitt B der Struktur p(++), p(+)/ f grad n, n(+) vorliegt.
Im Weiteren kann die Erfindung derart dargestellt werden, dass eine Halbleiteranordnung eine Schottky-Diode umfasst, die ein Gebiet vom ersten Leitungstyp, ein höher dotiertes Gebiet vom ersten Leitungstyp und wenigstens ein Gebiet vom zweiten
Leitungstyp umfasst, in dem ein höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, das Gebiet vom zweiten Leitungstyp zumindest teilweise innerhalb des Gebietes vom ersten Leitungstyp und eines Übergangsgebietes vom ersten Leitungstyp zwischen dem Gebiet vom ersten Leitungstyp und dem höher dotierten Gebiet vom ersten Leitungstyp angeordnet ist, wobei das Übergangsgebiet einen Konzentrationsgradienten aufweist .
Das Gebiet vom ersten Leitungstyp kann als Epitaxieschicht ausgestaltet sein und insbesondere als n-Epitaxieschicht . Das höher dotierte Gebiet vom ersten Leitungstyp kann als
Epitaxiesubstrat ausgestaltet sein. Das Gebiet vom zweiten Leitungstyp kann als Diffusionsgebiet ausgestaltet sein.
In allen Fällen sieht die Erfindung auch vor, dass erster und zweiter Leitungstyp entsprechend umgekehrt verwendet werden können. Ebenso kann das Übergangsgebiet als graduiertes Gebiet ausgebildet sein.
Das Diffusionsgebiet vom zweiten Leitungstyp kann mit einem Konzentrationsgradienten einer simultan diffundierenden höher dotierten Schicht vom ersten Leitungstyp einen n, p Übergang bilden und vorzugsweise einen grad n, p Übergang bilden.
Denkbar ist zudem, dass anstelle eines grad n, ein grad n(+), p Übergang gebildet wird.
Weiterhin kann das Gebiet vom zweiten Leitungstyp kontaktfrei zu dem höher dotierten Gebiet vom ersten Leitungstyp
angeordnet sein. Im Sinne der Erfindung kann das Gebiet vom zweiten Leitungstyp überwiegend im Gebiet vom ersten
Leitungstyp angeordnet sein.
Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass zumindest in einem Teilbereich des Gebiets vom ersten Leitungstyp zumindest ein Feldring angeordnet ist. Vorteilhaft kann der zumindest eine Feldring konzentrisch zu dem wenigstens einen Gebiet zweiten Leitungstyps angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist zudem, wenn der zumindest eine
Feldring vom zweiten Leitungstyp in einem Abstand zu dem zumindest einen Gebiet vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, der größer oder gleich einer Schichtdicke des Gebiets vom ersten Leitungstyp ist und/oder größer oder gleich einer zusammengesetzten Schichtdicke aus Gebiet vom ersten
Leitungstyp und Schichtdicke vom Übergangsgebiet. Die
Erfindung kann vorsehen, dass das Gebiet vom ersten
Leitungstyp eine im Vergleich zum höher dotierten Gebiet vom ersten Leitungstyp gleiche oder größere Schichtdicke aufweist
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Halbleiteranordnung kann vorsehen, dass die effektive Epitaxieschichtdicke
zwischen l-10pm beträgt.
In einer Ausgestaltung weist die Halbleiteranordnung bei einer effektiven Epitaxieschichtdicke von 2 pm und einem spez.
Widerstand der Epitaxieschicht von 1 Ohmcm einen
Bahnwiderstand von 20 bis 30 mOhm mm2 inklusive der Verluste in einem ca. 300pm/3mOhmcm Substrat auf. Bei veränderten
Epitaxieschichtdicken können sich die differentiellen
Widerstände entsprechend verändern.
Die Erfindung kann auch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einer Schottky-Diode vorsehen, die einen n, p Übergang und vorzugsweise einen grad n, p Übergang aufweist, vorsehen, bei dem zwischen einem Gebiet vom ersten Leitungstyp und einem höher dotierten Gebiet vom ersten
Leitungstyp ein Übergangsgebiet vom ersten Leitungstyp mit einem Konzentrationsgradienten eingebracht wird.
Die Erfindung kann weiterhin ein Verfahren vorsehen, bei dem zur Bildung einer Schutzringstruktur ein Diffusionsgebiet vom zweiten Dotierungstyp in ein homogen dotiertes Gebiet bis zu einem in der Konzentration graduierten Gebiet eines ersten Leitungstyps auf einem hochkonzentrierten Epitaxiesubstrat vom ersten Leitungstyp eingebracht wird.
Vorteilhaft kann bei dem Verfahren wenigstens ein Feldring in zumindest ein Gebiet ersten Leitungstyps eingebracht werden. Der zumindest eine Feldring kann bevorzugt konzentrisch und besonders bevorzugt außerhalb konzentrisch zu einem Schutzring und/oder einem Gebiet vom zweiten Leitungstyp eingebracht werden, derart, dass ein Abstand zwischen Schutzring und/oder Gebiet vom zweiten Leitungstyp und Feldring größer ist als die Schichtdicke des Gebietes vom ersten Leitungstyp oder der Gesamtschichtdicke aus dem Gebiet vom ersten Leitungstyp und dem Gebiet vom ersten Leitungstyp und dem Übergangsbereich. Alle vorgenannten Merkmale, insbesondere die vorteilhaften Ausführungen werden erfindungsgemäß beansprucht und tragen zur Optimierung der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe bei.
Die Erfindung sieht zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode vor, wobei in einem ersten Prozessschritt eine Oxidation des Epitaxiewafers , der als Ausgangsprodukt
eingesetzt wird, zur Vorbereitung auf den fotolithographischen Prozess und zur Passivierung vor nachfolgenden
Hochtemperaturschritten erfolgt.
Es findet hierbei eine Verringerung der Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes von etwa 0,5 μπι auf etwa 0,3 μιη statt .
Im nachfolgenden Fotoschritt wird das Oxidfenster zur
Implantation vor Bor geöffnet und ein dünnes Oxid vor der Implantation erzeugt. Hierbei ist wesentlich, dass erheblich geringere
Implantationskonzentrationen von einer Dosis von etwa
3*10EXP13/pm bei einer Energie von 50keV verwendet werden.
Mit der Diffusion des Bors und der Herausbildung eines p, grad n Überganges kommt es zu einer weiteren Verringerung des konstant dotierten Restgebietes auf etwa 0,1 pm bedingt durch zusätzliche Diffusion des Gradienten in Richtung Oberfläche ausgehend vom Substrat.
Im simultanen Diffusionsprozess kommt es sowohl zu einer
Diffusion des Bors durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte Epitaxiegebiet.
Gleichzeitig kommt es zu einer simultanen Diffusion der Träger aus dem Substrat in der der Bordiffusion entgegengesetzten Richtung .
Weiterhin kommt es zu einer vertikalen Diffusion der
Konzentrationsunterschiede (Gradient) im Bahngebiet in
Richtung des konstant dotierten Epitaxiegebietes und
verringert dieses auf etwa 0,1 m.
Es schließt sich ein zusätzlicher Fotoschritt mit
Borimplantation an, der eine oberflächennahe p(+) Anhebung der Borkonzentration erwirkt. Daran anschließende Aktivierung der Träger erfolgt durch einen kurzzeitigen Temperaturschritt.
Nachfolgend wird mittels Fotoschritt das Kontaktgebiet des Schottky Bereichs geöffnet. Es folgen Metallisierungsschritte zur Erstellung der Schottkybarriere und zur
Kontaktmetallisierung . Die Erfindung sieht zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode vor, ausgehend von einem Ausgangsprodukt, das wenigstens ein n (+) -Substrat , ein graduiertes Epitaxiegebiet und ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet umfasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei dadurch
gekennzeichnet, dass Bor eindiffundiert und ein grad n, p Übergang ausgebildet wird sowie vorzugsweise simultane
Diffusionsprozesse erfolgen,
- wobei sowohl eine Diffusion von Bor durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte
Epitaxiegebiet erfolgt;
- wobei eine vorzugsweise simultane Diffusion aus dem n(+)- Substrat in einer Richtung erfolgt, die der Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte Epitaxiegebiet entgegengesetzt ist und
- wobei eine vertikale Diffusion eines Gradienten im
Bahngebiet in einer Richtung erfolgt, die der Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet als auch in das graduierte Epitaxiegebiet entgegengesetzt ist .
Es kann somit eine optimierte Schottky-Diode mit reduziertem Bahnwiderstand bereitgestellt werden. Daraus resultiert, dass die entsprechende Schottky-Diode von geringerer Baugröße gefertigt sein kann. Anwendungsgebiete solcher Schottky-Dioden können dadurch ausgedehnt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schottky- Dioden mit reduziertem Bahnwiderstand sieht die Reduzierung des konstant dotierten Epitaxiegebietes in wenigstens zwei Schritten vor, wobei ein Schritt eine Oxidation und ein Schritt zumindest ein vorzugsweise simultaner
Diffusionsprozess ist.
Die Erfindung kann vorsehen, dass in einer ersten Verringerung die Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes von etwa 0,5 μκι auf etwa 0,3 pm verringert wird und in einer zweiten Verringerung von etwa 0,3 pm auf etwa 0,1 pm
verringert wird.
Weiterhin wird eine Schottky-Diode beansprucht, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Die Erfindung sieht auch eine Schottky-Diode vor, umfassend Kontaktmetallisierungen, eine Schottkybarriere, ein n(+) Substrat, ein graduiertes Epitaxiegebiet, ein konstant
dotiertes Epitaxiegebiet, ein Oxid, ein p(+) -Gebiet und ein p- Gebiet und ist dadurch gekennzeichnet, dass das konstant dotierte Epitaxiegebiet eine Schichtdicke von etwa 0,1 pm aufweist und das graduierte Epitaxiegebiet eine Schichtdicke von etwa 2 μητι aufweist.
Eine derartige erfindungsgemäße Schottky-Diode weist einen reduzierten Bahnwiderstand und eine entsprechend erhöhte
Stromdichte auf. Entsprechend kann die Baugröße einer solchen Schottky-Diode reduziert werden.
Beispielhaft und keineswegs hierauf beschränkend wird der charakteristische Bahnwiderstand der graduierten Schicht einer Schottky-Diode, die eine Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes von etwa 0,1 pm aufweist, im Fall der 40V Spannungsklasse auf etwa 15mOhm mm2 gesenkt.
Zuzüglich des charakteristischen Widerstands des Substrates von etwa lOmOhm mm2 ergibt sich ein Gesamtwiderstand von etwa 25mOhm mm2, der eine Erhöhung der Stromdichte auf etwa 4A/mm2 ermöglicht .
Die dominanten Restströme werden durch die Schottkybarriere und durch die Oberflächenkonzentration von etwa 0,1 pm
bestimmt .
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. nach diesem Verfahren hergestellte Schottky-Dioden zeichnen sich in vorteilhafter Weise durch niedrigere Sperrströme mittels konstruktiver
Maßnahmen durch Profilierung des Konzentrationsverlaufs mit einem oberflächennahen Gebiet konstanter Konzentration von etwa und von etwa Ο,δμπι Dicke aus.
Weitere Vorteile sind Erreichung höherer effektiver
Stromdichten durch Verringerung des Bahnwiderstandes. Diese wird durch Einbringen eines Konzentrationsgradienten erreicht, welcher ausgehend vom Substrat mit einem Gradienten von etwa 3,5*10ΕΧΡ/μπι bis zum Erreichen des konstant dotierten Gebietes bei etwa 0,5pm verläuft. Die damit verbundene Reduktion des Bahnwiderstandes ermöglicht eine Erhöhung der Stromdichte zu Referenzbauelementen auf etwa 4A/mm2
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen gemäß nachfolgend beschriebenen
Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 Schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen
Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode Fig. 2 Vergrößerte schematische Schnittansicht der
erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung mit Schottky- Diode
Fig. 3 Vergrößerte schematische Schnittansicht einer
weiteren Ausführungsform
Fig. 4 Vergrößerte schematische Schnittansicht einer
weiteren Ausführungsform
Fig. 5 Schematische Schnittansicht eines Ausgangsproduktes zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schottky- Diode
Fig. 6 Schematische Schnittansicht des in Fig. 5 gezeigten
Ausgangsproduktes nach einem ersten Prozessschritt
Fig. 7 Schematische Schnittansicht gemäß Fig. 6 nach
weiteren Prozessschritten
Fig. 8 Schematische Schnittansicht gemäß Fig. 7 nach
weiteren Prozessschritten
Fig. 9 Schematische Schnittansicht gemäß Fig. 8 nach
weiteren Prozessschritten
Fig. 10 Schematische Schnittansicht gemäß Fig. 9 nach
weiteren Prozessschritten
Fig. 11 Schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schottky-Diode, hergestellt gemäß den in Fig. 5 bis Fig. 10 gezeigten Prozessschritten In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Halbleiteranordnung 12 mit Schottky-Diode dargestellt. Diese weist eine Metallisierung 1 und ein unterhalb der
Metallisierung 1 angeordnetes Oxid 2 auf. Zusätzlich ist eine Barrieremetallschicht 5 vorgesehen. Unterhalb der
Barrieremetallschicht 5 sowie des Oxids 2 ist eine
Epitaxieschicht 4 angeordnet. Die Epitaxieschicht 4 ist im Ausführungsbeispiel vom ersten Leitungstyp, als n
Epitaxieschicht ausgestaltet.
Die Halbleiteranordnung 12 mit Schottky-Diode umfasst
weiterhin ein hochdotiertes Epitaxiesubstrat 7 vom ersten Leitungstyp. Im Ausführungsbeispiel ist das hochdotierte
Epitaxiesubstrat 7 als n( +) Epitaxiesubstrat ausgebildet.
Die Halbleiteranordnung 12 mit Schottky-Diode weist zudem wenigstens ein Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp auf, das zudem als Schutzringstruktur ausgestaltet sein kann. Das Diffusionsgebiet 31 dringt vertikal in ein graduiertes Gebiet 6 ein, ohne die Diffusionsfront von n(+) aus dem
Epitaxiesubstrat 7 zu erreichen.
Das graduierte Gebiet 6 ist im Ausführungsbeispiel Resultat eines dem Stand der Technik entsprechendes Stufenprofils des Epitaxieprozesses, dessen vertikale Diffusionskomponente zur Konzentrationsanhebung im Gebiet 4 und der Herausbildung des Endzustandes des Gebietes 6 führt, als auch Endpunkt der gegenläufigen Diffusion des Gebietes 31 durch Gebiet 4 in Gebiet 6.
Das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp ist im
Ausführungsbeispiel als p Gebiet ausgestaltet. Innerhalb des Diffusionsgebietes 31 ist ein höher dotiertes Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp, im Ausführungsbeispiel entsprechend p(+), derart eingebracht, dass das von der Barrieremetallschicht 5 überdeckte Gebiet der Epitaxieschicht 4 und des
Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp leitend
verbunden sind.
Dieses höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp ist konstruktiv so ausgebildet, dass eine lateral in das
Diffusionsgebiet 31 eindringende Verarmungszone nicht durch das Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp begrenzt wird. Das höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp ist oberflächennah im Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp angeordnet. Die Notwendigkeit des höher dotierten Gebietes 8 vom zweiten
Leitungstyp ergibt sich insbesondere durch eine Vermeidung von parasitären Barrieren auf bzw. in dem demgegenüber niedriger dotierten Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp.
Eine Erhöhung der Stromdichte wird dadurch erreicht, dass ein Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp, derart angeordnet wird, dass es in ein simultan eindiffundierendes, höher dotiertes graduiertes Gebiet 6 vom ersten Leitungstyp
eindringt, jedoch die Diffusionsfront von n(+) aus dem
Epitaxiesubstrat 7 nicht erreicht. Somit liegt kein p, (n+) Übergang sondern ein grad n, p Übergang 9 vor. Ein
einstellbarer Konzentrationsgradient des graduierten Gebietes 6 erreicht bei der Simultandiffusion die Epitaxieschicht 4 und erhöht dessen Konzentration graduell, jedoch ohne dessen
Oberfläche zu erreichen.
Sperrende Übergänge sind vertikal und lateral gerichtet. Der vertikale Übergang ist dabei vom Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp zum graduierten Gebiet 6 vom ersten
Leitungstyp gerichtet. Dies entspricht dem genannten grad n, p Übergang 9. Der laterale Übergang ist vom Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp zur Epitaxieschicht 4 vom ersten Leitungstyp gerichtet. Dies entspricht einem p, n Übergang 10.
Die Ausbreitung der Raumladungszone erfolgt in vertikaler Richtung überwiegend in das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp als auch in Richtung des graduierten Gebietes 6 im Sinne einer Linearisierung des p, n Überganges 10. In
lateraler Richtung erfolgt die Ausbreitung der Raumladungszone sowohl in das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp als auch in die Epitaxieschicht 4 vom ersten Leitungstyp.
In einem Abstand zu dem Diffusionsgebiet 31 vom zweiten
Leitungstyp ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich zumindest ein Feldring 32 eingebracht, der eine Begrenzung des äußeren elektrischen Feldes bewirkt. Dieser als xl bezeichnete Abstand ist im gezeigten Beispiel größer als die Restdicke der Epitaxieschicht Wxn-grad (n+) . Der Abstand xl ist zudem größer als die summierte Schichtdicke der Epitaxieschicht 4 und des graduierten Gebietes 6.
In der Fig. 2 ist eine Darstellung des Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp und des Feldringes 32 im Detail gezeigt. Hierbei ist ersichtlich, dass das Einbringen eines oberflächennah angeordneten, höher dotierten Gebietes 8 vom zweiten Leitungstyp in das Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp der Vermeidung von parasitären Barrieren auf der Oberfläche des Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp und der sich daraus ergebenden Fehlpolungen der
Feldplattenmetallisierung oberhalb des Oxides 2 über dem äußeren lateral diffundierten Bereich des Gebietes 31 dient. Zur Verbesserung der Wirkung der äußeren Feldbegrenzung des Gebietes 32 ist ein Erreichen der Feldplattenmetallisierung des Bereiches 32 konstruktiv zu vermeiden. Das Einbringen eines Gebietes 8 in 32 äquivalent zu den Verhältnissen in 31 ist möglich aber nicht zwingend Die Vermeidung der Feldbegrenzung an der Oberfläche erfolgt durch Festlegung eines als x2 bezeichneten vertikalen
Abstandes zwischen dem Außenumfang des höher dotierten
Gebietes 8 vom zweiten Leitungstyp und dem Außenumfang des Diffusionsgebietes 31 vom zweiten Leitungstyp. Der Abstand x2 ist größer als die sich ausbreitende Raumladungszone im
Diffusionsgebiet 31 vom zweiten Leitungstyp. Weiterhin ist in Fig. 2 gezeigt, dass ein lateraler Querschnitt (A) der
Struktur n, p, p(+), p, n und ein vertikaler Querschnitt (B) der Struktur p (+ ) , p, grad n, n(+) vorliegt. Es kann auch vorgesehen sein, dass entweder ein derartiger lateraler
Querschnitt A oder ein derartiger vertikaler Querschnitt B vorliegt .
In Fig. 3 und Fig. 4 sind schematisch weitere
Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In der Fig. 3 ist dargestellt, wie das höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten
Leitungstyp derart fluchtend bezogen auf das Oxid 2 und innerhalb des Gebiets 31 vom zweiten Leitungstyp angeordnet ist, dass der Abstand x2 gemäß obigen Erläuterungen näher definiert wird. Zudem ist in der Fig. 3 ersichtlich, dass der Feldring 32 vom zweiten Leitungstyp kein höher dotiertes Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp aufweist.
Fig. 4 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform, bei der in das höher dotierte Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p( +) ein weiteres, noch höher dotiertes Gebiet 11 vom zweiten Leitungstyp, entsprechend p(++) angeordnet ist.
Dementsprechend kann mit dieser Anordnung ein vertikaler Übergang p(++), p(+), p, grad n, n(+) stattfinden. Überdies kann, wie jedoch nicht gezeigt wird, das Gebiet 8 vom zweiten Leitungstyp entsprechend Fig. 3 angeordnet sein und zusätzlich ein noch höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schottky- Diode ist in den Fig. 5 bis Fig. 10 schematisch dargestellt.
In einem ersten Prozessschritt erfolgt zunächst eine Oxidation eines Epitaxiewafers, der als Äusgangsprodukt 108 (siehe Fig. 5) eingesetzt wird, zur Vorbereitung auf nachfolgenden
fotolithographischen Prozess und zur Passivierung vor
nachfolgenden Hochtemperaturschritten .
Das Ausgangsprodukt 108 umfasst ein n(+) Substrat 102, ein graduiertes Epitaxiegebiet 103 (im Ausführungsbeispiel etwa 3, 5*10ΕΧΡ15/μπι) und ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet 104, das im Ausführungsbeispiel eine Schichtdicke von etwa 0,5 μιη auf eist .
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist exemplarisch die 40V Spannungsklasse beschrieben. Es findet hierbei eine
Verringerung der Schichtdicke des konstant dotierten
Epitaxiegebietes 104 von etwa 0,5 μιη (Fig. 5) auf etwa 0,3 pm statt (siehe Fig. 6) .
Im nachfolgenden Fotoschritt wird das Oxid 105 bzw.
Oxidfenster zur Implantation vor Bor geöffnet und ein Oxid vor der Implantation erzeugt (siehe Fig. 7) .
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden erheblich geringere Implantationskonzentrationen von einer Dosis von etwa
3*10EXP13 / m bei einer Energie von 50keV verwendet.
Mit der Diffusion des Bors und der Herausbildung eines p, grad n Überganges kommt es zu einer weiteren Verringerung des konstant dotierten Epitaxiegebietes 104 bedingt durch
zusätzliche Diffusion des Gradienten in Richtung Oberfläche 109 ausgehend vom Substrat 102. Im simultanen Diffusionsprozess kommt es sowohl zu einer
Diffusion des Bors durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet 104 als auch in das graduierte Epitaxiegebiet 103.
Gleichzeitig kommt es zu einer simultanen Diffusion der Träger aus dem Substrat 102 in der, der Bordiffusion
entgegengesetzten Richtung.
Hierbei kann es sich beispielsweise um Diffusion von Arsen handeln .
Weiterhin kommt es zu einer vertikalen Diffusion der
Konzentrationsunterschiede (Gradient) im Bahngebiet in
Richtung des konstant dotierten Gebietes 104 (siehe Fig. 8) .
Es schließt sich ein zusätzlicher Fotoschritt mit
Borimplantation an (siehe Fig. 9), der eine oberflächennahe p(+) Anhebung der Borkonzentration erwirkt. Diese ist aus Sicherheitsgründen notwendig, um sowohl den Kontakt von p (somit p, p(+))) zur energetischen Abführung der
Avalancheströme im ESD Fall zu garantieren. Dies kann durch hochdosierte Bor- oder BF2 Implantation erfolgen.
Daran anschließende Aktivierung der Träger erfolgt durch einen kurzzeitigen Temperaturschritt, der keinen wesentlichen
Einfluss auf die vorhergehenden Dotierungsprofile hat.
Nachfolgend wird mittels Fotoschritt das Kontaktgebiet des Schottky Bereichs geöffnet (siehe Fig. 10) . Es folgen weitere Metallisierungsschritte zur Erstellung der Schottkybarriere 110 sowie zur Kontaktmetallisierung. Somit wird die in Fig. 11 dargestellte Schottky-Diode 100 erhalten, die erfindungsgemäß beansprucht wird, wobei angegebene Werte als exemplarisch und keinesfalls als bindend zu betrachten sind. Die in Fig. 11 schematisch dargestellte erfindungsgemäße
Schottky-Diode 100 umfasst Kontaktmetallisierungen 101, 101a, eine Schottkybarriere 110, ein n(+) Substrat 102 (Gradient etwa 1*10ΕΧΡ19/μιτι) , ein graduiertes Epitaxiegebiet 103, ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet 104 , ein Oxid 105, ein p(+) -Gebiet 107 sowie ein p-Gebiet 106.
Das konstant dotierte Epitaxiegebiet 104 weist hierbei eine Schichtdicke von etwa 0,1 pm auf, das graduierte
Epitaxiegebiet 103 (Gradient etwa 3, 5*10EXP19/pm) weist eine Schichtdicke von etwa 2 pm auf.
Beispielhaft weist eine erfindungsgemäße Schottky-Diode 100 in der Spannungsklasse 40V einen verringerten charakteristischen Bahnwiderstand auf, der etwa 25mOhm mm2 beträgt. Eine
vergleichbare Schottky-Diode aus dem Stand der Technik weist einen Bahnwiderstand von etwa 40mOhm mm2 auf.
Im Sinne der Erfindung sind die Begriffe Schottky-Diode und Halbleiteranordnung mit Schottky-Diode als äquivalent
aufzufassen .
Bezugszeichenliste :
1 Metallisierung
2 Oxid
3 p(+),n Übergang
4 Epitaxieschicht
5 Barrieremetallschicht
6 graduiertes Gebiet
7 Epitaxiesubstrat
8 höher dotiertes Gebiet vom zweiten Leitungstyp
9 grad n, p Übergang
10 p, n Übergang
11 höher dotiertes Gebiet (p(++))
12 Halbleiteranordnung
31 Diffusionsgebiet
32 Feldring
xl vertikaler Abstand zwischen 31 und 32
x2 vertikaler Abstand zwischen Außenumfang von 8 und
Außenumfang von 31
A lateraler Querschnitt
B vertikaler Querschnitt
100 Schottky-Diode
101 Kontaktmetallisierung
101a Kontaktmetallisierung
102 n(+) Substrat
103 graduiertes Epitaxiegebiet
104 konstant dotiertes Epitaxiegebiet
105 Oxid
106 p-Gebiet
107 p(+) -Gebiet
108 Ausgangsprodukt
109 Oberfläche
110 Schottkybarriere

Claims

Ansprüche :
1) Halbleiteranordnung (12) mit einer Schottky-Diode, umfassend eine Schutzringstruktur, eine Epitaxieschicht (4) und ein Epitaxiesubstrat (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp ausgebildet ist, das mit einem Konzentrationsgradienten einer simultan
diffundierenden höher dotierten Schicht vom ersten Leitungstyp einen grad n, p Übergang bildet.
2) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass in das Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp ein höher dotiertes Gebiet (8) vom zweiten
Leitungstyp oberflächennah ausgebildet ist, wobei die laterale Dimensionierung des hochdotierten Gebiets (8) derart
ausgebildet ist, dass laterale Begrenzungen der Ausbreitung einer Verarmungszone ausgeschlossen werden.
3) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Feldring (32) derart außerhalb konzentrisch zu einem Diffusionsgebiet (31) vom zweiten
Leitungstyp angeordnet ist, dass ein vertikaler Abstand zwischen dem Feldring (32) und dem Diffusionsgebiet (31) vom zweiten Leitungstyp größer ist als eine aus konstanter
Restschichtdicke einer Epitaxieschicht (4) und Schichtdicke eines graduierten Gebietes (6) zusammengesetzter Schichtdicke.
4) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass ein lateraler Querschnitt (A) der
Struktur n, p, p(+), p, n und/oder ein vertikaler Querschnitt (B) der Struktur p(+), p, grad n, n(+) vorliegt.
5) Verfahren zur Herstellung einer Schottky-Diode ausgehend von einem Ausgangsprodukt ( 108 ) , das wenigstens ein n(+) Substrat (102), ein graduiertes Epitaxiegebiet (103) und ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet (104) umfasst, dadurch gekennzeichnet , dass
Bor eindif undiert und ein grad n, p Übergang ausgebildet wird sowie vorzugsweise simultane Diffusionsprozesse erfolgen,
- wobei sowohl eine Diffusion von Bor durch das konstant
dotierte Epitaxiegebiet (104) als auch in das graduierte Epitaxiegebiet (103) erfolgt;
- wobei eine vorzugsweise simultane Diffusion aus dem n( +)- Substrat (102) in einer Richtung erfolgt, die der
Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte
Epitaxiegebiet (104) als auch in das graduierte
Epitaxiegebiet (103) entgegengesetzt ist und
- wobei eine vertikale Diffusion eines Gradienten im
Bahngebiet in einer Richtung erfolgt, die der Diffusion von Bor sowohl durch das konstant dotierte Epitaxiegebiet (104) als auch in das graduierte Epitaxiegebiet (103) entgegengesetzt ist.
6) Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des konstant dotierten Epitaxiegebietes (104) von etwa 0/3 μπι auf etwa 0,1 pm verringert wird.
7) Schottky-Diode (100), dadurch gekennzeichnet, dass die Schottky-Diode (100) gemäß Verfahren nach Anspruch 5
hergestellt ist.
8) Schottky-Diode (100), wenigstens umfassend
Kontaktmetallisierungen (101, 101a) , eine Schottkybarriere (110), ein n (+) -Substrat (102), ein graduiertes Epitaxiegebiet (103), ein konstant dotiertes Epitaxiegebiet (104), ein Oxid (105), ein p(+) -Gebiet (107) und ein p-Gebiet (106), dadurch gekennzeichnet , dass das konstant dotierte Epitaxiegebiet (104) eine Schichtdicke von etwa 0,1 μιπ aufweist und das graduierte Epitaxiegebiet (103) eine Schichtdicke von etwa 2 m aufweist.
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