DE10330838B4

DE10330838B4 - Elektronisches Bauelement mit Schutzring

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Publication number: DE10330838B4
Application number: DE10330838A
Authority: DE
Inventors: Carsten Ahrens; Stefan Pompl; Ulf Bartl; Hubert Werthmann; Wolfgang Dr. Hartung; Raimund Dr. Peichl; Bernd Dr. Eisener; Christian Herzum
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: DE10330838A1; US7307329B2; US20050035423A1

Abstract

Elektronisches Bauelement, das folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat (100);
eine Isolationsschicht (106), die auf dem Substrat (100) angeordnet ist, wobei die Isolationsschicht (106) eine Öffnung (108) an einem Bereich der Oberfläche (110) des Substrats (100) aufweist;
eine aktive Schicht (120), die innerhalb der Öffnung (108) auf der Oberfläche (110) des Substrats (100) angeordnet ist, wobei die aktive Schicht (120) an den an die Isolationsschicht (106) angrenzenden Bereichen der Oberfläche (124) der aktiven Schicht (120) einen Schutzring (146) umfasst;
eine Kontaktschicht (150), die auf einem Bereich der aktiven Schicht (120) angeordnet ist, wobei die Kontaktschicht (150) an einen Bereich des Schutzrings (146) anschließt; und
eine Dotierstruktur (142), die in der Öffnung (108) der Isolationsschicht (106) auf der Oberfläche (124) der aktiven Schicht (120) angeordnet ist und den Schutzring (146) zumindest teilweise abdeckt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Bauelement und insbesondere auf ein elektronisches Bauelement, das in integrierter Technik realisiert ist.
Für den Einsatz in Schaltkreisen der Hoch- bzw. Höchstfrequenztechnik werden oftmals Bauelemente mit einer stark nicht-linearen Kennlinie benötigt. Hierbei erweist sich insbesondere ein Metall-Halbleiter-Kontakt mit einer nicht zu starken Dotierung des Halbleitermaterials von Vorteil, da ein derartiger Kontakt die für ein Schaltungsdesign notwendige stark nicht-lineare Kennlinie aufweist. Ein derartiger Metall-Halbleiter-Kontakt, der auch als Schottky-Diode bezeichnet wird, eignet sich daher aufgrund der stark nicht-linearen Diodenkennlinie insbesondere als Gleichrichterelement bei extrem hohen Frequenzen und als Majoritätsträgerbauelement, da die Speicherladungseffekte durch Minoritätsträger unwesentlich sind.
Ein grundsätzliches Problem von Schottky-Dioden besteht in dem Auftreten von parasitären Strömen über den Randbereich der Diode. Der parasitäre Strom resultiert hierbei aus einer Überlagerung von mehreren unterschiedlichen Leitungsmechanismen, wie sie exemplarisch in 2 dargestellt sind.
Derartige Leitungsmechanismen treten jedoch nicht nur bei Schottky-Dioden, sondern auch bei anderen Bauelementen auf. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit werden in der nachfolgenden Beschreibung die zu parasitären Strömen führenden Leitungsmechanismen am Beispiel einer Schottky-Diode gezeigt.
2 zeigt zunächst einen Halbleiter 200, der beispielsweise ein n-dotiertes Silizium mit einer Dotierungskonzentration von < 10¹⁸ cm^–3 umfasst. Ferner ist ein Isolator 202, bei spielsweise Siliziumdioxid, auf dem Halbleiter 200 angeordnet, so dass ein Teil der Oberfläche des Halbleiters 200 durch den Isolator 202 bedeckt ist. Weiterhin ist ein Metallbereich 204 derart auf dem Halbleiter 200 und dem Isolator 202 angeordnet, dass der Metallbereich 204 denjenigen Bereich des Halbleiters 200 bedeckt, der nicht durch den Isolator 202 bedeckt ist, und zugleich der Metallbereich 204 einen Bereich der Oberfläche des Isolators 202 überdeckt. Zwischen dem Metallbereich 204 und dem Halbleiter 200 bildet sich somit an der Grenzfläche zwischen dem Metallbereich 204 und dem Halbleiter 200 eine Raumladungszone 206 aus. Der eingestellte Nutzstrom ist durch eine Emission über die Potentialbarriere zwischen dem Metallbereich 204 und dem Halbleiter 200 gegeben, wie in 2 durch den Pfeil 210 dargestellt ist. Ein signifikanter Anteil des parasitären Stroms wird durch Ladungsträger verursacht, die die relativ dünne Potentialbarriere am Rand des Isolators, d. h. zwischen dem Metallbereich (Schottky-Metall) 204 und dem Halbleiter 200 überwinden. Ein derartiger Effekt (auch Tunneleffekt genannt) ist in 2 durch den Pfeil 208 dargestellt. Außerdem tragen leitende Kanäle durch Minoritätsladungsträger im Randbereich der Raumladungszone (d. h. in dem Bereich der Raumladungszone 206, der in einer Umgebung des Isolators 202 angeordnet ist) zu einem parasitären Strom über den Diodenrand bei.
Darüber hinaus sind auch Leckströme durch höhere elektrische Felder bekannt, die bei den zylindrisch oder sphärisch gekrümmten Anteilen der Raumladungszone am Diodenrand zu einer Verminderung der Schottky-Barrierenhöhe führen können. Durch ein geeignetes Prozessieren der Schottky-Diode lassen sich diese Leckströme im Vergleich zum Nutzstrom jedoch klein halten. Insbesondere wird hierzu oftmals ein pn-Dioden-Schutzring in den Halbleiter 200 eingebettet, wobei der Metallbereich 204 den pn-Dioden-Schutzring teilweise überdeckt. Hierdurch wird ein parasitärer Strom über den Diodenrand minimiert, da durch den pn-Dioden-Schutzring eine Erhöhung der Potentialbarriere zwischen dem Metallbereich 204 und dem Halbleiter 200 am Randbereich der Schottky-Diode realisiert ist.
Problematisch erweist sich der pn-Dioden-Schutzring jedoch dadurch, dass hierdurch die Schottky-Diode einen zusätzlichen parasitären Kapazitätsanteil aufweist. Der zusätzliche parasitäre Kapazitätsanteil des pn-Dioden-Schutzrings wird hierbei insbesondere durch seine laterale Ausdehnung sowie auch durch seine vertikale Ausdehnung im Halbleiter 200 definiert. Um eine Schottky-Diode für hochfrequenz- bzw. mikrowellentechnische Anwendungen einsetzen zu können, ist es jedoch notwendig, das Niveau der parasitären Kapazitäten der Schottky-Diode gegenüber der reinen Raumladungszonenkapazität der Schottky-Diode besonders klein zu halten. In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein pn-Dioden-Schutzring, der durch ein photolithographisches Verfahren erzeugt wurde, zu große laterale und vertikale Dimensionen aufweist und somit keine ausreichend geringen parasitären Kapazitäten aufweist, so dass diejenigen Schottky-Dioden, die mit einem pn-Dioden-Schutzring ausgestattet sind, nicht für hochfrequenztechnische bzw. mikrowellentechnische Anwendungen geeignet sind. Um Schottky-Dioden herzustellen, die den Anforderungen eines hochfrequenztechnischen bzw. mikrowellentechnischen Einsatzes genügen, wird daher meist auf den pn-Dioden-Schutzring verzichtet. Als Folge stellen sich jedoch die beschriebenen parasitäre Ströme über den Diodenrand ein, die sich stark negativ auf die elektrische Leistungsfähigkeit des Bauelements in hochfrequenztechnischen Anwendungen auswirken.
Um die auftretenden parasitären Ströme am Diodenrand der Schottky-Diode ausreichend zu minimieren, werden beispielsweise zwei Lithographieebenen für die Isolation und Definition des aktiven Schottky-Gebietes (d. h. demjenigen Gebiet der Schottky-Diode, in welchem ein Metall-Halbleiterkontakt besteht) benötigt, wobei jedoch ein Schutzring in diesem Anwendungsfall nicht vorgesehen ist (siehe US 06060757 A ). Hierbei entstehen neben Justagetoleranzen, die sich negativ auf die Design-Regeln auswirken, auch hohe Kosten durch das Prozessieren der Diode in mehreren Lithographieebenen. Dadurch stoßen mikrowellentaugliche Designs aus Technologie- und Kostengründen sehr schnell an Realisierungsgrenzen.
Ein weiterer Ansatz zur Minimierung der parasitären Ströme besteht in dem Ausbilden von Schutzringen um das aktive Schottky-Gebiet (siehe beispielsweise die US 04261095 A , US 04063964 A , US 03820235 A , US 04209350 A , US 05418185 A , US 05696025 A , US 04414737 A , US 04796069 A , US 0420934989 , US 03907617 A , US 04691435 A , US 05907179 A , US 06191015B1 , US 06060757 A ). Einige dieser Ansätze weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie einen teils hohen thermischen Aufwand erfordern, was durch Ausdiffusion von Dotierstoffen des meist hochdotierten Kathodenanschlusses in benachbarte niedrig dotierte Bereiche zu einer Verschlechterung des Serienwiderstandes des Kathodenanschlusses führt. Andere Ansätze sind nicht für hochfrequenztechnische bzw. mikrowellentechnische Anwendungen einsetzbar, da die lateralen Dimensionen des Schutzrings und somit die parasitären Kapazitäten zu groß sind. Wieder andere Ansätze sind nicht für den Einsatz in Schottky-Dioden geeignet, da bei diesen Ansätzen eine Trockenätzung auf dem späteren aktiven Halbleitergebiet stattfindet, was die Diodeneigenschaften der Schottky-Diode verschlechtern würde. Ferner wird in der bestehenden Technologie der Halbleiter 200 außerhalb des aktiven Schottky-Gebietes oftmals entfernt, um parasitäre Kapazitäten der Anschlusskontakte des Halbleiters 200 und des Metallbereichs 204 zu vermeiden. Das aktive Schottky-Gebiet wird anschließend auf der sich nach dem Entfernen des Halbleitermaterials ergebenden Insel des Halbleiters definiert, wobei jedoch ein hoher Aufwand nötig ist, da für dieses Verfahren zwei zusätzliche Lithographieebenen notwendig sind.
Ähnlich gelagerte Probleme in Bezug auf parasitäre Kapazitäten wie sie bei Schottky-Dioden zu verzeichnen Sind, treten auch bei weiteren elektronischen Bauelementen, wie z. B. hochempfindlichen Sensoren mit geringen Abmessungen auf.

Die US-A-3820235 zeigt eine Schutzringstruktur für eine Mikrowellen-Schottky-Diode mit einem Verfahren zum automatischen Ausbilden eines pn-Übergang-Schutzrings während einer epitaktischen Abscheidung von Halbleitermaterial. Da kein separater Diffusionsschritt zur Bildung des Schutzrings erforderlich ist, lässt sich ein Herstellungsverfahren vereinfachen und ein sehr schmaler Schutzring realisieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauelement mit verbesserten elektrischen Eingenschaften bei zugleich geringen geometrischen Abmessungen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Bauelement gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein elektronisches Bauelement, das folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat;
eine Isolationsschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die Isolationsschicht eine Öffnung an einem Bereich der Oberfläche des Substrats aufweist
eine aktive Schicht, die innerhalb der Öffnung auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die aktive Schicht an den an die Isolationsschicht angrenzenden Bereichen der Oberfläche der aktiven Schicht einen Schutzring umfasste und
eine Kontaktschicht, die auf einem Bereich der aktiven Schicht angeordnet ist, wobei die Kontaktschicht zugleich an einen Bereich des Schutzrings anschließt bzw. einen Bereich des Schutzrings überdeckt
eine DOtierstruktur, die in der Öffnung der Isolationsschicht auf der Oberfläche der aktiven Schicht angeordnet ist und den Schutzring zumindest teilweise abdeckt.

Erfindungsgemäß ist auf dem Substrat eine Isolationsschicht angeordnet, wobei die Isolationsschicht eine Öffnung an einem Bereich der Oberfläche des Substrats aufweist. Innerhalb dieser Öffnung der Isolationsschicht ist eine aktive Schicht auf der Oberfläche des Substrats angeordnet. Weiterhin umfasst die aktive Schicht an den an die Isolationsschicht angrenzenden Bereichen der Oberflächen der aktiven Schicht einen Schutzring. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements besteht darin, dass die aktive Schicht durch die Öffnung in der Isolationsschicht begrenzt ist. Diese seitliche Begrenzung der aktiven Schicht durch die Isolationsschicht begrenzt zugleich (beispielsweise als Diffusionsbarriere) den Schutzring in der aktiven Schicht, der somit eine geringere laterale Dimension aufweist, als er ohne die seitliche Begrenzung durch die Isolationsschicht aufweisen würde. Aufgrund der geringeren lateralen Dimension des Schutzrings weist der Schutzring zugleich eine geringere parasitäre Kapazität auf, als ein Schutzring aufweisen würde, der seitlich nicht durch die Isolationsschicht begrenzt ist, wodurch sich günstigere elektronische Eigenschaften für den Einsatz des elektronischen Bauelements in hochfrequenztechnischen Anwendungen realisieren lassen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die aktive Schicht ein Halbleitermaterial und die Kontaktschicht ein metallisches Material.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die aktive Schicht ein Halbleitermaterial mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und der Schutzring ein Halbleitermaterial mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, wobei sich der zweite Leitfähigkeitstyp vom ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das elektronische Bauelement eine Dotier struktur auf, die ein Halbleitermaterial mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Material der Dotierstruktur ein dotiertes Oxid.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das elektronische Bauelement eine Hilfsstruktur, die in der Öffnung der Isolationsschicht auf den Oberflächen der Dotierstruktur, die einer Seitenflanke der Isolationsschicht und der Oberfläche des Schutzrings gegenüber liegen, angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Material der Hilfsstruktur eine Ätzrate bezüglich eines Ätzmediums auf, die höher ist als die Ätzrate des Materials der Dotierstruktur bezüglich des Ätzmediums.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Substrat einen Kontaktierbereich zum elektrischen Kontaktieren der aktiven Schicht.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Kontaktierbereich elektrisch leitfähig zu einer ersten externen Anschlussstelle geführt und die Kontaktschicht elektrisch leitfähig zu einer zweiten externen Anschlussstelle geführt, wobei die erste externe Anschlussstelle von der zweiten externen Anschlussstelle isoliert ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen eines Substrats, das eine Isolationsschicht aufweist;
(b) Strukturieren der Isolationsschicht, um eine Öffnung in der Isolationsschicht auszubilden, durch welche ein Bereich der Oberfläche des Substrats frei liegt;
(c) Aufbringen einer aktiven Schicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp auf diejenige Oberfläche des Substrats, die durch die Öffnung in der Isolationsschicht frei liegt;
(d) Aufbringen einer Dotierschicht mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf die Oberfläche der Isolationsschicht, die Seitenwände der Öffnung der Isolationsschicht und die Oberfläche der aktiven Schicht;
(e) Strukturieren der Dotierschicht;
(f) Erzeugen eines Schutzrings durch Einbringen von Dotierstoffen aus der Dotierschicht in die aktive Schicht; und
(g) Erzeugen einer Kontaktschicht, die auf einem Bereich der aktiven Schicht aufgetragen wird, wobei die Kontaktschicht zugleich einen Bereich des Schutzrings überdeckt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zum Herstellen eines elektro nischen Bauelements nach dem Schritt (g) den folgenden Schritt:

(h) Kontaktieren der Kontaktschicht zum Ausbilden eines externen Anschlussbereichs der Kontaktschicht und Kontaktieren der aktiven Schicht zum Ausbilden eines externen Anschlussbereichs der aktiven Schicht.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt (b) zum Herstellen eines elektronischen Bauelements die folgenden Schritte:

(b.1) Aufbringen einer ersten Abdeckschicht auf die Oberfläche der Isolationsschicht;
(b.2) Strukturieren der ersten Abdeckschicht unter Verwendung einer Maske; und
(b.3) Ausbilden einer Struktur in der Isolationsschicht unter Verwendung der in der ersten Abdeckschicht ausgebildeten Struktur.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt (e) zum Herstellen eines elektronischen Bauelements die folgenden Schritte:

(e.1) Aufbringen einer Hilfsschicht auf die Oberfläche der Dotierschicht;
(e.2) Strukturieren der Hilfsschicht in zumindest demjenigen Bereich der Hilfsschicht, der auf dem Bereich der Dotierschicht angeordnet ist, welcher die Oberfläche der aktiven Schicht bedeckt, um eine Maske zu erstellen; und
(e.3) Ausbilden einer Struktur in der Dotierschicht unter Verwendung der in der Hilfsschicht erstellten Maske, um durch die Struktur in der Dotierschicht einen Schutzring in der aktiven Schicht zu definieren.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen die Schritte (e.2) und (e.3) des Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Bauelements einen Ätzvorgang.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Ätzvorgang im Schritt (e.2) des Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Bauelements ein anisotropes Trockenätzen mit einem Ätzmittel, das eine Ätzrate aufweist, die bezüglich des Materials der Hilfsschicht höher ist, als eine Ätzrate des Ätzmittels bezüglich der Dotierschicht.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Ätzvorgang im Schritt (e.3) ein Nassätzen der Dotierschicht mit einem Ätzmittel, wobei das Ätzmittel eine Selektivität bezüglich der Hilfsschicht aufweist, so dass durch den Ätzvorgang die Hilfsschicht im wesentlichen nicht angegriffen wird.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt (f) des Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Bauelements ein Tempern des elektronischen Bauelements zum Ausbilden des Schutzrings, indem durch das Tempern ein Ausdiffundieren von Dotierstoffen der strukturierten Dotierschicht in die aktive Schicht erfolgt, wodurch ein Übergang zwischen dem ersten Leitfähigkeitstyp und dem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet wird, durch den der Schutzring gebildet wird.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt (g) des Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Bauelements ein Aufbringen eines Metalls auf die Oberfläche der aktiven Schicht zum Ausbilden einer Kontaktschicht.

Die Erfindung ermöglicht hierdurch das Herstellen von Schutzringen für mikrowellentaugliche elektronische Bauelemente, insbesondere mikrowellentaugliche Schottky-Dioden. Hierzu wird ein sogenannter Spacer-Prozess benutzt, um eine Diffusionsquelle mit einer lateralen Ausdehnung weit unterhalb der Lithographiegrenze zu ermöglichen und zugleich Lagefehlertoleranzen durch Verwendung eines zusätzlichen Photolithographie-Schrittes zu vermeiden. Der Spacer ist vorzugsweise zweischichtig aufgebaut, so dass die obere Schicht (Hilfssicht) vorzugsweise trocken geätzt wird. Die untere Schicht (Dotierschicht) enthält vorzugsweise einen Dotierstoff, der beispielsweise durch eine thermische Ausdiffusion in die aktive Schicht den Schutzring erzeugt. Die untere Schicht (Dotierschicht) wird weiterhin vorzugsweise nass geätzt. Dadurch lässt sich der wesentliche Vorteil erreichen, dass das aktive Schottky-Gebiet nicht durch kinetische Teilchen (wie z. B. bei der Trockenätzung) geschädigt wird. Durch die vorzugsweise Verwendung einer selektiven Epitaxie der aktiven Schicht in einem Isolationsfenster wird beispielsweise die Ausdiffusion des zu erzeugenden Schutzrings aus dem Spacer einseitig begrenzt, was die Kapazität des Schutzrings weiter vermindert. Ein weiterer Vorteil der vorzugsweise eingesetzten Epitaxie ist darin zu sehen, dass nicht wie beim bekannten Prozess zum Herstellen eines elektronischen Bauelements eine ganzflächige Epitaxieschicht größtenteils durch eine Ätzung entfernt werden muss, da das Aufbringen der aktiven Schicht nunmehr vorzugsweise selektiv in der gebildeten Öffnung in der Isolationsschicht erfolgen kann. Dieses Vorgehen spart einen Prozessschritt und vermeidet das Anätzen des buried layers (einer unter der aktiven Schicht angeordneten Kontaktschicht), welche nach dem bisherigen Verfahren hochohmiger wird. Weiterhin lässt sich die vorliegende Struktur zum Bilden eines selbstjustierenden Silizids verwenden.

Der Erfindung liegt somit ein dreifach selbstjustierender Aufbau zugrunde. Die Dimensionen der vorzugsweise durch Epitaxie zu bildenden aktiven Schicht, des Schutzrings und des aktiven Gebietes zwischen der aktiven Schicht und der Kontaktschicht werden somit alle durch die Öffnung des Isolatorfensters definiert. Dadurch werden Lithographieschritte eingespart und Justagetoleranzen vermieden. Folglich sind bei genannten dreifach selbstjustierenden Aufbau kleinere Struk turen möglich, was zu verbesserten elektrischen Eigenschaften des herzustellenden elektronischen Bauelements führt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1A bis 1F ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektronischen Bauelements in Schnittdarstellung gemäß den Schritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Bauelements;

2 eine Darstellung eines herkömmlichen elektronischen Bauelements in Schnittdarstellung, wobei zugleich der gewünschte Leitungsmechanismus und der Ort des unerwünschten Leitungsmechanismus dargestellt sind.

In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Anhand der 1A–1F wird nachfolgend das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für ein elektronisches Bauelement an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Form einer Schottky-Diode näher erläutert. In 1A ist ein Substrat 100 gezeigt, welches eine Oberfläche 102 aufweist. In dem Substrat 100 wird ein hochdotiertes Gebiet (buried layer) 104, vorzugsweise durch Ionenimplantation oder Diffusion, erzeugt, das den späteren Anodenkontakt der Schottky-Diode darstellt. Als Dotiermaterial wird hierbei vorzugsweise ein Material verwendet, durch welches ein n-dotierter Halbleiterbereich erzeugt wird. Für eine derartige Dotierung kommt beispielsweise Arsen als Dotiermaterial in Betracht. Der buried layer 104 sollte möglichst geringe geometrische Ausmaße aufweisen, um spätere parasitäre Kapazitäten zum Kathodenanschluß klein zu halten. Nachfolgend wird auf der Oberfläche 102 des Substrats 100 eine Isolationsschicht 106 (beispielsweise Siliziumdioxid) aufgetragen. Weiterhin wird in der Isolationsschicht 106 eine Öffnung 108 über einem Bereich 110 der Oberfläche 102 gebildet, wodurch der buried layer 104 teilweise freigelegt wird. Die sich nach diesen Verfahrensschritten ergebende Struktur ist in 1A dargestellt.
Nachfolgend wird auf dem freiliegenden Bereich 110 der Oberfläche 102 eine aktive Schicht 120 selektiv abgeschieden. Das selektive Abscheiden erfolgt hierbei vorzugsweise durch ein Epitaxieverfahren zum Auftragen von beispielsweise Silizium auf die freiliegende Oberfläche 102. Das Material der abgeschiedenen aktiven Schicht 120 umfasst hierbei vorzugsweise eine Dotierung mit einem ersten Leitfähigkeitstyp (beispielsweise eine n-Dotierung). Weiterhin wird eine Dotierschicht 122 auf die Oberfläche 124 der aktiven Schicht 120, die Oberfläche 126 der Isolationsschicht 106 und die Seitenwände 128 der Isolationsschicht 106 aufgetragen. Die Dotierschicht 122 umfasst vorzugsweise ein dotiertes Oxid mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der sich von dem ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet. Als Dotiermaterial der Dotierschicht kann beispielsweise Bor in Betracht gezogen werden.
Weiterhin wird auf die Oberfläche 130 der Dotierschicht 122 eine Hilfsschicht 132 aufgetragen, wobei das Material der Hilfsschicht 132 bezüglich des Materials der Dotierschicht 122 vorzugsweise eine höhere Ätzrate bei einer anisotropen Trockenätzung aufweist. Ferner sollte das Material der Hilfsschicht 132 derart gewählt sein, dass sich die Dotierschicht 122 bei einer Nassätzung mit einem Ätzmittel hochselektiv gegenüber der Hilfsschicht 132 ätzen lässt, so dass also die Hilfsschicht 132 durch die Nassätzung der Dotierschicht 122 lediglich gering angegriffen wird. Ferner sollte das Material der Dotierschicht 122 vorzugsweise nicht mit einem in einem nachfolgenden Schritt aufzubringenden Schottky-Metall (beispielsweise bei einer Silizid-Temperung) reagieren. Die sich nach diesen Verfahrensschritten ergebende Struktur ist in 1B dargestellt.
Die Dotierschicht 122 wird vorzugsweise nasschemisch geätzt, wobei lediglich diejenigen Bereiche 142 der Dotierschicht verbleiben, welche auf den Seitenwänden 128 der Isolationsschicht 106 und einem Bereich 144 der Oberfläche 124 der aktiven Schicht 120 angeordnet sind. Es wird somit ein Doppelspacer, bestehend aus den verbliebenen Strukturen der Hilfsschicht 132 und den verbliebenen Strukturen 142 der Dotierschicht 122 auf den Seitenwänden 128 der Isolationsschicht 106 und dem Bereich 144 der Oberfläche 124 der Isolationsschicht 106 ausgebildet. Unter Verwendung dieses Doppelspacers erfolgt in einem anschließenden thermischen Prozessschritt ein Ausdiffundieren von Dotierstoffen aus der verbliebenen Struktur 142 der Dotierschicht 122 in die aktive Schicht 102, wodurch der Schutzring 146 ausgebildet wird. Die Erfindung umfasst somit die Herstellung eines Schutzrings durch die vorzugsweise Ausdiffusion aus einem Doppelspacer mit einer Diffusionsquelle (Dotierschicht) und vorzugsweise einer Nassätzmaske für die Diffusionsquelle (Hilfsschicht). Dadurch werden sehr schmale Schutzringe möglich, ohne dass das Gebiet der späteren aktiven Schicht durch kinetische Teilchen geschädigt wird. Die sich nach diesen Prozessschritten ergebende Struktur ist in 1C exemplarisch dargestellt.
In einem hieran anschließenden Prozessschritt wird auf die freiliegende Oberfläche 148 der aktiven Schicht 120 ein metallisches Material aufgetragen, beispielsweise durch einen Sputtervorgang, wodurch durch einen selbstjustierenden Silizid-Prozeß eine Kontaktschicht 150 ausgebildet wird. Durch den Silizid-Prozess, der beispielsweise ein Auftragen von Titan mit einer nachfolgenden Temperung zur Silizid-Bildung zwischen der aktiven Schicht 120 und dem Titan umfasst, wird eine hohe Leitfähigkeit der durch das Silizid ausgebildeten Kontaktschicht 150 erreicht. Die sich nach diesem Verfahrensschritt ergebende Struktur ist in 1D dargestellt.
Bei einem derartigen Herstellungsverfahren beispielsweise von Mikrowellen-Schottky-Dioden erfolgt somit eine dreifache Kombination aus zwei bekannten selbstjustierenden Prozessen verschiedener Technologien (insbesondere ein selektives Aufbringen einer aktiven Schicht 120 vorzugsweise durch ein Epitaxieverfahren und ein selbstjustierendes Aufbringen eines Silizids als Kontaktschicht 150) und einem neuen selbstjustierenden Prozess (Doppelspacer-Diffusionsquelle) zum Ausbilden eines Schutzrings in der aktiven Schicht 120.
In einem anschließenden Prozessschritt wird auf die Oberfläche 126 der Isolationsschicht 106, die Oberfläche 152 der Dotierstruktur, die Oberfläche 154 der Hilfsstruktur und die Oberfläche 156 der Kontaktschicht 150 eine Schutzschicht 158 abgeschieden. Die sich nach diesem Prozessschritt ergebende Struktur ist in 1E dargestellt.
Hieran anschließend wird auf der Oberfläche 160 der Schutzschicht 158 zumindest ein Kontaktloch 162 zum Kontaktieren der aktiven Schicht 120 unter Verwendung des buried layers 104 und zumindest ein Kontaktloch 164 zum Kontaktieren der Kontaktschicht 150 definiert. Das Definieren der Kontaktlöcher 162 und 164 kann beispielsweise durch ein photolithographisches Verfahren erfolgen. Nachfolgend wird das zumindest eine definierte Kontaktloch 162 zum Kontaktieren der aktiven Schicht 120 derart ausgebildet, so dass derjenige Bereich der Schutzschicht 158 und derjenige Bereich der Isolationsschicht 106, welche lotrecht unterhalb des auf der Oberfläche 160 definierten Kontaktlochs 162 angeordnet sind, wobei durch das Ausbilden des Kontaktlochs 162 ein Bereich des buried layers 104 freigelegt wird. Ferner wird derjenige Bereich der Schutzschicht 158, welcher lotrecht unterhalb des zumindest einen definierten Kontaktlochs 164 zum Kontaktieren der Kontaktschicht 150 entfernt, wodurch ein Bereich der Oberflä che 156 der Kontaktschicht 150 frei liegt. Zum Ausbilden von externen Anschlussstellen werden in einem nachfolgenden Prozessschritt die gebildeten Kontaktlöcher 162 und 164 mit einem Füllmaterial (vorzugsweise Wolfram) leitfähig verfüllt, so dass auf der Oberfläche 160 der Schutzschicht 158 zumindest eine externe Anschlussstelle 166 zum Kontaktieren der aktiven Schicht 120 und zumindest eine externe Anschlussstelle 168 zum Kontaktieren der Kontaktschicht 150 ausgebildet wird, wobei die externen Anschlussstellen 166 und 168 mit der Oberfläche 160 der Schutzschicht 158 vorzugsweise bündig schließen. Die sich nach diesen Prozessschritten ergebende Struktur ist in 1F dargestellt.
Obwohl oben ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert wurde, ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere findet die vorliegende Erfindung auch Anwendung auf andere elektronische Bauelemente, in denen durch einen mehrfach-selbstjustierenden Prozess innerhalb eines Isolatorfensters das Ausbilden eines Schutzrings mit geringen lateralen Ausmaßen möglich ist.

Claims

Elektronisches Bauelement, das folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (100); eine Isolationsschicht (106), die auf dem Substrat (100) angeordnet ist, wobei die Isolationsschicht (106) eine Öffnung (108) an einem Bereich der Oberfläche (110) des Substrats (100) aufweist; eine aktive Schicht (120), die innerhalb der Öffnung (108) auf der Oberfläche (110) des Substrats (100) angeordnet ist, wobei die aktive Schicht (120) an den an die Isolationsschicht (106) angrenzenden Bereichen der Oberfläche (124) der aktiven Schicht (120) einen Schutzring (146) umfasst; eine Kontaktschicht (150), die auf einem Bereich der aktiven Schicht (120) angeordnet ist, wobei die Kontaktschicht (150) an einen Bereich des Schutzrings (146) anschließt; und eine Dotierstruktur (142), die in der Öffnung (108) der Isolationsschicht (106) auf der Oberfläche (124) der aktiven Schicht (120) angeordnet ist und den Schutzring (146) zumindest teilweise abdeckt.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die aktive Schicht (120) ein Halbleitermaterial umfasst und bei dem die Kontaktschicht (150) ein metallisches Material umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 2, bei dem das Halbleitermaterial der aktiven Schicht (120) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und bei dem der Schutzring (146) ein Halbleitermaterial umfasst, das einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der sich vom ersten Leitfähigkeitstyp unterscheidet.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 3, bei dem die Dotierstruktur (142) ein Halbleitermaterial mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 4, bei dem das Material der Dotierstruktur (142) ein dotiertes Oxid umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 4, das ferner folgendes Merkmal umfasst: eine Hilfsstruktur, die in der Öffnung (108) der Isolationsschicht (106) auf der Oberfläche (130) der Dotierstruktur (142), die einer Seitenflanke (128) der Isolationsschicht (106) und der Oberfläche (144) des Schutzrings (146) gegenüber liegt, angeordnet ist.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 6, bei dem das Material der Hilfsstruktur eine Ätzrate bezüglich eines Ätzmediums aufweist, die höher ist als die Ätzrate des Materials der Dotierstruktur (142) bezüglich des Ätzmediums.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1 bis 7, bei dem das Substrat (100) einen Kontaktierbereich (104) zum elektrischen Kontaktieren der aktiven Schicht (120) umfasst.
Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 8, bei dem der Kontaktierbereich (104) elektrisch leitfähig zu einer ersten externen Anschlussstelle (166) geführt ist und bei dem die Kontaktschicht (150) elektrisch leitfähig zu einer zweiten externen Anschlussstelle (168) geführt ist, die von der ersten externen Anschlussstelle (166) isoliert ist.
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements mit den folgenden Schritten: (a) Bereitstellen eines Substrats (100), das eine Isolationsschicht (106) aufweist; (b) Strukturieren der Isolierschicht (106), um eine Öffnung (108) in der Isolierschicht (106) auszubilden, durch die ein Bereich (110) der Oberfläche (102) des Substrats (100) frei liegt; (c) Aufbringen einer aktiven Schicht (120) mit einem ersten Leitfähigkeitstyp auf diejenige Oberfläche (110) des Substrats (100), die durch die Öffnung (108) in der Isolationsschicht (106) frei liegt; (d) Aufbringen einer Dotierschicht (122) mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf die Oberfläche (126) der Isolationsschicht (106), die Seitenwände (128) der Öffnung (108) der Isolationsschicht (106) und die Oberfläche (124) der aktiven Schicht (120); (e) Strukturieren der Dotierschicht (122); (f) Erzeugen eines Schutzrings (146) durch Einbringen von Dotierstoffen aus der Dotierschicht (122) in die aktive Schicht (120); und (g) Erzeugen einer Kontaktschicht (150), die auf einen Bereich der aktiven Schicht (120) aufgetragen wird, wobei die Kontaktschicht (150) zugleich einen Bereich des Schutzrings (146) überdeckt.
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß Anspruch 10, das nach dem Schritt (g) den folgenden Schritt umfasst: (h) Kontaktieren der Kontaktschicht (150) zum Ausbilden einer externen Anschlussstelle der Kontaktschicht (150) und Kontaktieren der aktiven Schicht (120) zum Ausbilden einer externen Anschlussstelle (166) der aktiven Schicht (120).
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß Anspruch 10, bei dem der Schritt (b) die folgenden Schritte umfasst: (b.1) Aufbringen einer ersten Abdeckschicht auf die Oberfläche der Isolationsschicht (106); (b.2) Strukturieren der ersten Abdeckschicht unter Verwendung einer Maske; und (b.3) Ausbilden einer Struktur in der Isolationsschicht (106) unter Verwendung der in der ersten Abdeckschicht ausgebildeten Struktur.
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß Anspruch 12, bei dem der Schritt (e) die folgenden Schritte umfasst: (e.1) Aufbringen einer Hilfsschicht (132) auf die Oberfläche (130) der Dotierschicht (122); (e.2) Strukturieren der Hilfsschicht (132) in zumindest demjenigen Bereich der Hilfsschicht (132), der auf dem Bereich der Dotierschicht (122) angeordnet ist, welcher die Oberfläche (124) der aktiven Schicht (120) bedeckt, um eine Maske zu erstellen; und (e.3) Ausbilden einer Struktur (142) in der Dotierschicht (122) unter Verwendung der in der Hilfsschicht (132) erstellten Maske, um durch die Struktur (142) in der Dotierschicht (122) einen Schutzring (146) in der aktiven Schicht (120) zu definieren.
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß Anspruch 13, bei dem die Schritte (e.2) und (e.3) einen Ätzvorgang umfassen.
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß Anspruch 14, bei dem der Ätzvorgang im Schritt (e.2) durch ein anisotropes Trockenätzen mit einem Ätzmittel erfolgt, das eine Ätzrate aufweist, die bezüglich des Materials der Hilfsschicht (132) höher ist als eine Ätzrate des Ätzmittels bezüglich der Dotierschicht (122).
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem der Ätzvorgang im Schritt (e.3) ein Naßätzen der Dotierschicht (122) mit einem Ätzmittel umfasst, wobei das Ätzmittel eine Selektivität bezüglich der Dotierschicht (122) aufweist, so dass durch den Ätzvorgang die Hilfsschicht (132) im wesentlichen nicht angegriffen wird.
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, beim der Schritt (f) folgenden Schritt umfasst: Tempern des elektronischen Bauelements zum Ausbilden des Schutzrings (146), indem durch das Tempern ein Ausdiffundieren von Dotierstoffen der Dotierstruktur (142) in die aktive Schicht (120) erfolgt, wodurch ein Übergang zwischen dem ersten Leitfähigkeitstyp und dem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet wird, durch den der Schutzring gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem der Schritt (g) den folgenden Schritt umfasst: Aufbringen eines Metalls auf die freiliegende Oberfläche (148) der aktiven Schicht (120) zum Ausbilden einer Kontaktschicht (150) durch eine selbstjustierende Silizierung.