КРЕМНИЕВЫЙ ДИОД ШОТТКИ

Полезная модель относится к области электронной техники, а именно - к конструкции создания полупроводниковых диодов Шоттки на основе кремния.
Известен кремниевый диод Шоттки, состоящий из кремниевой сильнолегированной подложки n-типа проводимости, слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, что и подложка, и охранного кольца р-типа проводимости, слоя оксида кремния, барьера Шоттки на основе металлов платиновой группы в окне слоя оксида кремния, причем, контакт Шоттки сформирован в пределах окна в слое оксида кремния (см., например, патент США 5888891, C.L. H01L 21/34, H01L 29/872 от 30 марта 1999 г.).
Наличие кремниевой сильнолегированной подложки n-типа проводимости и слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, что и подложка позволяет оптимизировать величину остаточного напряжения открытого диода и пробивного напряжения закрытого диода. Охранные кольца р-типа проводимости снижают токи утечки по периферии контакта Шоттки до уровня утечек плавных pn-переходов. Использование барьера Шоттки на основе металлов платиновой группы в окне слоя оксида кремния обусловлено достаточно высокой высотой барьера Шоттки на кремнии n-типа, что позволяет получать токи утечки, в том числе и при повышенной температуре. Использование окна в слое оксида кремния позволяет легко удалить металлы платиновой группы на оксиде кремния после формирования силицидов элементов платиновой группы в окне оксида кремния. Удаление, как правило, производится смесью соляной и азотной кислот («царской водкой»). Причем, силициды элементов платиновой группы не взаимодействуют с «царской водкой», а сами металлы на оксиде кремния полностью удаляются.
В приведенном устройстве металлизация анода выполнена из слоев титан - никель - серебро общей толщиной 1 мкм, что позволяет использовать для присоединения вывода к аноду кремниевого диода Шоттки только пайку мягкими припоями. Слои титан - никель - серебро наносятся в едином процессе, а затем проводят фотолитографию по этим металлам для формирования контактных площадок анода. Металлизация перекрывает часть оксида кремния на охранном кольце р-типа проводимости.
Сварку для присоединения выводов к аноду использовать нельзя, так как при сварке происходит деградация контакта Шоттки. Для исключения деградации контакта Шоттки при сварке анода вместо металлизации из слоев титан - никель - серебро применяют металлизацию из алюминия, либо из сплавов алюминий - кремний, алюминий - медь. Однако при использовании в качестве металлизации алюминия и его сплавов происходит деградация контакта Шоттки, выполненного на основе элементов платиновой группы из-за проникновения алюминия через слой силицидов платиновой группы к кремнию при создании металлизации на основе алюминия и ее термообработках.
Указанный недостаток частично устранен в кремниевом диоде Шоттки, состоящем из кремниевой сильнолегированной подложки n-типа проводимости, слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, что и подложка и охранного кольца р-типа проводимости, слоя оксида кремния, барьера Шоттки на основе металлов платиновой группы в окне слоя оксида кремния, причем, контакт Шоттки сформирован в пределах охранного кольца р-типа проводимости, антидиффузионного слоя на основе молибдена и слоя металлизации (см., например, патент США 4408216, C.L. H01L 29/48, от 4 октября 1983 г.)
Использование антидиффузионного слоя на основе молибдена толщиной обычно 0,1-0,2 мкм препятствуют проникновению алюминия и деградации контакта Шоттки, однако присоединение выводов к аноду возможно только пайкой, также как и в предыдущем случае (из-за малой толщины слоя молибдена).
Увеличивать толщины молибдена, титана и никеля нецелесообразно, так как это увеличивается последовательное сопротивление контакта Шоттки.
Как и в предыдущем аналоге, слои титан - никель - серебро наносятся в едином процессе, а затем проводится фотолитография по этим металлам для формирования контактных площадок анода. Металлизация перекрывает часть оксида кремния на охранном кольце р-типа проводимости.
Наиболее близким к предлагаемому является кремниевый диод Шоттки, состоящий из кремниевой сильнолегированной подложки n-типа проводимости, слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, что и подложка и охранного кольца р-типа проводимости, слоя оксида кремния, барьера Шоттки на основе металлов платиновой группы в окне слоя оксида кремния, причем, контакт Шоттки сформирован в пределах охранного кольца р-типа проводимости, антидиффузионного слоя на основе молибдена и слоя металлизации на основе алюминия для сварки к нему гибких выводов (см., например, кремниевый диод Шоттки в кристаллах 2ДШ2150АС-5, технические условия АЕЯР.432120.560 ТУ, чертеж ЮФ7.344.385).
Как и в предыдущих случаях, антидиффузионный слой на основе молибдена и слой металлизации на основе алюминия наносятся в одном процессе, например, магнетронным распылением, а затем, методом фотолитографии в этих слоях формируют контактные площадки под сварку. Так как толщина металлизации на основе алюминия лежит в интервале 2-7 мкм в зависимости от рабочего тока через диод Шоттки (2 мкм - при рабочих токах до 1 А, 7 мкм - при рабочих токах 200 А и более). Металлизация молибден - алюминий перекрывает часть оксида кремния на охранном кольце р-типа проводимости.
-6
-6
При формировании металлизации молибден - алюминий таким способом при увеличении толщины слоя алюминия часто наблюдается отслоение молибдена от оксида кремния из-за невысокой адгезии молибдена к оксиду кремния и существенного превышения значения коэффициента термического расширения алюминия (24·10 1/°C) над коэффициентом термического расширения молибдена (6·10 1/°C) и значения толщины слоя алюминия - 3,7 мкм и молибдена - 0,1-0,2 мкм. После формирования контактных площадок и проведения термообработки нанесенных слоев молибдена и алюминия возникают термомеханические напряжения в слое молибден-алюминий, которые приводят к отслоению периферийных участков контактных площадок.
Отслоенные участки молибден-алюминий приводят к замыканию между катодом и анодом, что снижает выход годных изделий из-за дефектов рабочей поверхности кристалла по внешнему виду и их надежность.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение выхода годных готовых изделий и их надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известных устройств, в предлагаемой полезной модели кремниевого диода Шоттки, состоящего из кремниевой сильнолегированной подложки n-типа проводимости, слаболегированного эпитаксиального слоя того же типа проводимости, что и подложка, и охранного кольца р-типа проводимости, слоя оксида кремния, барьера Шоттки на основе металлов платиновой группы в окне слоя оксида кремния, причем контакт Шоттки сформирован в пределах охранного кольца р-типа проводимости, антидиффузионного слоя на основе молибдена и слоя металлизации на основе алюминия для сварки к нему гибких выводов, слой молибдена нанесен только в контактном окне.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что слой молибдена нанесен только в контактном окне.
При формировании металлизации молибден-алюминий таким способом при увеличении толщины слоя алюминия не происходит отслоение молибдена от оксида кремния, так как адгезия молибдена к кремнию и к силицидам металлов платиновой группы высокая, что повышает выход годных изделий и их надежность.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурой. На фиг. 1 приведен разрез предлагаемого кремниевого диода Шоттки.
Позициями на фиг. 1 обозначены:
1 - кремниевая сильнолегированная подложка n-типа проводимости;
2 - слаболегированный эпитаксиальный слой того же типа проводимости, что и подложка;
3 - охранное кольцо р-типа проводимости;
4 - слой оксида кремния;
2
5 - слой силицидов платиновой группы (PtSi);
6 - антидиффузионный слой на основе молибдена;
7 - металлизация на основе алюминия;
8 - металлизация катода.
Устройство и процесс изготовления предлагаемого полупроводникового прибора описан ниже.
14
-2
j
На эпитаксиальной кремниевой сильнолегированной подложке n-типа проводимости 1 (см. фиг. 1), легированной мышьяком до удельного сопротивления 0,003 Ом·см сформирован слаболегированный эпитаксиальный слой 2 того же типа проводимости, что и подложка, толщиной 10 мкм с сопротивлением 2 Ом·см. Затем поверхность эпитаксиальной пленки легируют бором с дозой 10 см и энергией 40 кэВ методом ионной имплантации. Далее проводят операцию маскирования областей охранных колец р-типа проводимости 3, например, с помощью фоторезиста и изотропного травления в плазме на глубину 0,3 мкм. Затем поверхность пластины окисляют при температуре 1100°C в течение 100 минут. При этом происходит образование защитного слоя оксида кремния 4 толщиной 0,4-0,5 мкм и локальная диффузия областей охранных колец р-типа проводимости 3 x=1,7 мкм. Затем вскрывают контактное окно анода до эпитаксиального слоя с р-n переходами. Далее методом магнетронного распыления в вакууме наносят слой, например, платины толщиной 0,01 мкм, проводят отжиг при температуре 600°C в течение 30 минут для формирования слоя силицида платины 5. Затем пластину со сформированным слоем силицида платины обрабатывают в растворе «царской водки» для удаления силицида платины с поверхности оксида кремния. Силицид платины при этом не удаляется. Далее электроннолучевым напылением наносят антидиффузионный слой молибдена 6 толщиной 0,15 мкм. Затем проводят фотолитографии для формирования слоя молибдена 6 в окне в слое оксида кремния. Затем электронно-лучевым напылением наносят слой металлизации из алюминия 7 толщиной 3,7 мкм и проводят фотолитографии по металлу для формирования металлизации анода и термообработку при температуре 450°C в среде аргона. Металлизацию катода 8 формируют последовательным напылением титана толщиной 0,1 мкм, никеля толщиной 0,5 мкм и серебра или золота толщиной 0,5 мкм.
Отдельную фотолитографию по молибдену можно не проводить. Тогда последовательно наносят слои молибдена и алюминия, а при проведении фотолитографии молибден-алюминий размер маски под контактную площадку анода выбирают таким образом, чтобы слой молибден - алюминий находился только в контактном окне и не выходил на слой оксида кремния.
Результаты контроля внешнего вида кремниевых диодов Шоттки заявляемой конструкции в сравнении с прототипом представлены в таблице.
Анализ таблицы показывает, что предлагаемый кремниевый диод Шоттки в сравнении с прототипом позволяет увеличить выход годных кремниевых диодов Шоттки в среднем на 15%.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет решить задачу повышения выхода годных изделий и их надежности.