-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur einer Schottky-Diode und insbesondere eine Schottky-Diode, welche einen Graben enthält, in dem zumindest eine in hoher Konzentration dotierte Halbleiterschicht vorgesehen ist, um zur Realisation eines geringen Durchlasswiderstands und eines geringen Sperrrichtungs-Leckstroms eine Superverbindung zu bilden.
-
2. Stand der Technik
-
Eine Schottky-Diode ist eine Halbleiterdiode mit geringem Spannungsabfall bei der Leitung und schneller Schaltbetätigung und ist ein elektronisches Bauteil, welches durch die Anwendung der Eigenschaften einer Schottky-Barriere gebildet wird. Die Schottky-Diode nutzt eine Metall-Halbleiterverbindung als Schottky-Barriere, um eine Strom-Gleichrichtungswirkung zu erzielen. Die Natur der Schottky-Barriere verringert den Spannungsabfall der Schottky-Diode bei der Leitung und erhöht die Schaltgeschwindigkeit, sodass die Schottky-Diode in Anwendungen weit verbreitet ist, die Schaltvorgänge mit hoher Geschwindigkeit benötigen, beispielsweise in Stromversorgungen mit Schaltung und Kommunikationsvorrichtungen. Die Schottky-Diode hat jedoch den großen Nachteil einer geringen Sperrspannung. Beispielsweise ist für Schottky-Dioden, die aus Silizium und Metall gebildet sind, der Betrag der Sperrspannung relativ gering und der Sperrrichtungs-Leckstrom ist relativ hoch und erhöht sich weiter mit steigender Temperatur, was zu einem Kontrollverlust durch steigende Temperatur führen kann. In praktischen Anwendungen der Schottky-Diode muss die Sperrspannung daher gewissen Beschränkungen unterworfen werden, sodass sie weit geringer als der Nennwert ist, sodass die Anwendungen der Schottky-Diode begrenzt sind.
-
Verbesserungen der Schottky-Diode im Hinblick auf dieses Problem sind durch die Ausbildung einer Grabenstruktur in der Diode möglich, um die Probleme einer relativ geringen Umkehrspannung und eines relativ hohen Sperrichtungs-Leckstroms zu überwinden. Ein Beispiel ist in der
Taiwanesischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. I232590 dargestellt, welche eine Schottky-Barrierendiode mit Gräben offenbart, welche den typischen Aufbau einer Graben-Schottky-Diode hat, wobei auf einer äußeren Schicht innerhalb des Grabens eine Oxidation gebildet ist und die Oxidationsschicht mit polykristallinen Silizium gefüllt ist, um die Bildung von Gussnasen an den Rändern des Grabens zu vermeiden. Der Leckstrom kann jedoch entlang der Ränder der Oxidschicht in der Sperrrichtung fließen und auch der Durchlasswiderstand wird nicht verringert und zudem wird im Hinblick auf Wärmeschäden durch einen Temperaturanstieg keine Verbesserung erreicht. Zudem wird das Problem der relativ geringen Sperrspannung nicht effektiv gelöst.
-
Ferner sind andere Referenzen aus dem Stand der Technik, beispielsweise die
Chinesischen Patente Nr. ZL02811144.3 , welches einen Graben-Schottky-Gleichrichter offenbart, und
ZL 02820570.2 , welches einen Doppel-Maskengraben-Schottky-Gleichrichter und ein zugehöriges Herstellungsverfahren offenbart, sowie das
U. S. Patent Nr. 6,426,542 , welches eine Schottky-Diode mit einem dielektrischen Graben offenbart, verwandte Designs mit ähnlicher Grabenstruktur, die ebenfalls unter den vorgenannten Problemen leiden, dass der Durchlasswiderstand nicht verringert wird, Wärmeschäden durch Temperaturanstieg nicht vermieden werden, der Sperrrichtungs-Leckstrom nicht effektiv verringert wird und die Sperrspannung relativ gering ist. Ferner sind die bekannten Herstellungsverfahren aus dem vorgenannten Stand der Technik sehr kompliziert und benötigen zumindest zwei Masken zum Trennen von Ätz-Arbeitsschritten, was zu hohen Herstellungskosten führt und daher wirtschaftlich unpraktikabel und für die industrielle Anwendung nachteilig ist.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die oben diskutierte bekannte Grabenstruktur von Schottky-Dioden ist eine komplizierte Struktur und führt zu hohen Herstellungskosten und ferner zu Problemen und Nachteilen durch eine nicht effektive Verringerung der Durchlassspannung, eine fehlende Verbesserung von Wärmeschäden durch Temperaturanstiege, eine wenig effektive Verringerung des Sperrichtungs-Leckstroms und eine relativ geringe Sperrspannung.
-
Im Hinblick auf diese Probleme möchte die vorliegende Erfindung eine Schottky-Diode bereitstellen, die geringe Herstellungskosten hat, Wärmeschäden in Fällen eines geringen Durchlasswiderstands effektiv reduziert und den Leckstrom beim Anlegen einer Sperrspannung reduzieren kann sowie ein relativ hohes Niveau der Sperrspannung hat, um übermäßige Beschränkungen in ihrer Anwendbarkeit zu vermeiden.
-
Das vorrangige Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Struktur einer Schottky-Diode bereitzustellen, die ein Halbleitersubstrat, eine Epitaxie-Schicht, zumindest eine mit hoher Konzentration dotierte Schicht, eine dielektrische Schicht, eine polykristalline Siliziumschicht und eine Leiterschicht umfasst. Das Halbleitersubstrat dient als Kathode. Die Epitaxie-Schicht wird auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet und die Epitaxie-Schicht wird geätzt, um eine Mehrzahl von Gräben zu bilden. Die mit hoher Konzentration dotierte Schicht umfasst einen Block von mit hoher Konzentration dotiertem Halbleitermaterial, welches auf einer außenumfänglichen Zone jedes der Gräben gebildet ist, sodass eine Oberfläche der mit hoher Konzentration dotierten Schicht an die Epitaxie-Schicht anschließt. Die dielektrische Schicht wird innerhalb der mit hoher Konzentration dotierten Schicht ausgebildet. Die polykristalline Siliziumschicht wird innerhalb der dielektrischen Schicht ausgebildet. Die Leiterschicht ist auf der Epitaxie-Schicht und jedem der Gräben ausgebildet, wobei die Leiterschicht als Anode dient. Mit der Anordnung der mit hoher Konzentration dotierten Schicht wird daher der Durchlasswiderstand verringert, wenn die Kathode des Halbleitersubstrats und die Anode der Leiterschicht in einer Vorwärts-Ablenkungsbedingung eingestellt werden. Zudem wird durch eine von der mit hoher Konzentration dotierten Schicht gebildete Superverbindung der Sperrrichtungs-Leckstrom verringert und für die Sperrrichtung wird eine hohe Spannung erreicht, wenn die Kathode des Halbleitersubstrats und die Anode der Leiterschicht in einen Sperrzustand eingestellt sind.
-
Die Wirksamkeit der Struktur der Schottky-Diode nach der vorliegenden Erfindung ist darin begründet, dass auf einer Außenschicht des Grabens eine mit hoher Konzentration gebildete Schicht gebildet ist, sodass ein geringer Widerstand für die Leitung in Durchlassrichtung erreicht werden kann, wenn die aus einem Halbleitersubstrat gebildete Kathode und die aus einer Leiterschicht gebildete Anode in einen Durchlasszustand eingestellt sind. Ferner können durch Temperaturanstieg verursachte Wärmeschäden effektiv reduziert werden. Andererseits wird, wenn die Kathode des Halbleitersubstrats und die Anode der Leiterschicht in einen Sperrzustand eingestellt sind, zwischen der mit hoher Konzentration dotierten Schicht und dem Halbleitersubstrat, der Epitaxie-Schicht, der dielektrischen Schicht, der polykristallinen Siliziumschicht und der Leiterschicht eine Superverbindung gebildet, wodurch der Sperrrichtungs-Leckstrom deutlich reduziert werden kann.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
Die vorliegende Erfindung wird für den Fachmann durch die Lektüre der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele klarer werden, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, wobei:
-
1 den Aufbau einer Schottky-Diodenstruktur zeigt, die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
-
2 ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Schottky-Diodenstruktur nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
3 der 2 gleicht, jedoch eine Leiterschicht und ein Halbleitersubstrat zeigt, die in einen in Sperrrichtung geschalteten Arbeitszustand eingestellt sind;
-
4 den Aufbau einer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebauten Schottky-Diode zeigt;
-
5 den Aufbau einer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebauten Schottky-Diode zeigt;
-
6 eine Testkurve einer Schottky-Diodenstruktur nach der vorliegenden Erfindung und zum Vergleich einer Schottky-Diode nach dem Stand der Technik in einem Durchlasszustand zeigt;
-
7 eine Testkurve einer Schottky-Diodenstruktur nach der vorliegenden Erfindung und zum Vergleich einer Schottky-Diode nach dem Stand der Technik in einem Sperrzustand zeigt; und
-
8 eine Ladungsverteilung einer mit hoher Konzentration dotierten Schicht eines Grabens der Schottky-Diodenstruktur nach der vorliegenden Erfindung in einem Durchlasszustand zeigt.
-
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
Bezugnehmend auf die Figuren und insbesondere auf 1 ist eine Struktur einer allgemein mit 100 bezeichneten Schottky-Diode dargestellt, welche gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, dargestellt. Die Schottky-Diodenstruktur 100 der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleitersubstrat 10, welches ein als Kathode dienendes N+-Substrat ist, eine Epitaxie-Schicht 20, welche ein mit geringer Konzentration dotierter N-Epitaxie-Film ist, der aus dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet ist. Die Epitaxie-Schicht 20 wird geätzt, um mehrere Gräben 30 zu bilden, deren Form nicht beschränkt ist, wobei als Beispiel für die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels ein rechteckiger Aufbau gewählt wurde.
-
Zumindest eine mit hoher Konzentration dotierte Schicht 40 umfasst einen dotierten Block eines Hoch-Konzentrations P+-Halbleiters, der auf einer außenumfänglichen Zone jedes Grabens 30 ausgebildet ist, sodass eine mit hoher Konzentration dotierte Schicht 40 an die Epitaxie-Schicht 20 anschließt.
-
Eine dielektrische Schicht 50 ist innerhalb der mit hoher Konzentration dotierten Schicht 40 ausgebildet. Die dielektrische Schicht 50 ist aus Oxiden wie beispielsweise Silizimdioxid (SiO2) gebildet.
-
Eine polykristalline Siliziumschicht ist innerhalb der dielektrischen Schicht 50 ausgebildet.
-
Eine Leiterschicht 70 ist auf der Epitaxie-Schicht 20 und jedem der Gräben 30 gebildet und ist auf der mit hoher Konzentration dotierten Schicht 40, der dielektrischen Schicht 50 und der polykristallinen Siliziumschicht 60 jedes der Gräben 30 der Epitaxie-Schicht 20 ausgebildet, wobei die Leiterschicht 70 als Anode dient. Die Leiterschicht 70 dient als Schottky-Metall und ist aus einem Metall, wie beispielsweise Titan (Ti) oder Platin (Pt) gebildet und wird durch Sputtern hergestellt, um an oberen Enden der mit hoher Konzentration dotierten Schicht 40, der dielektrischen Schicht 50 und der polykristallinen Siliziumschicht 60 jedes Grabens 30 der Epitaxie-Schicht 20 anzuhaften.
-
Bezugnehmend auf 2 wird ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Schottky-Diodenstruktur 100 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Leiterschicht 70 und die Halbleiterschicht 10 sich in einem auf Durchlass geschalteten Arbeitszustand befinden, in welchem die mit hoher Konzentration dotierte P+-Schicht 40 einen Leiterpfad für elektrischen Strom (wie durch die Pfeile in 2 angedeutet) mit geringem Widerstand bereitstellt, sodass der Gesamtwiderstand für den Durchlasszustand effektiv verringert wird, um so Wärmeschäden zu verringern und Kontrollverlust durch Wärme zu vermeiden, sodass die Zuverlässigkeit des Bauteils aufrechterhalten werden kann.
-
Bezugnehmend auf 3 sind die Leiterschicht 70 und das Halbleitersubstrat 10 der Schottky-Diodenstruktur 100 in einem Sperrzustand dargestellt, in welchem die mit hoher Konzentration dotierte Schicht 40 eine Superverbindung im Hinblick auf das Halbleitersubstrat 10, die Epitaxie-Schicht 20, die dielektrische Schicht 50, die polykristalline Siliziumschicht 60 und die Leiterschicht 70 bildet, um so den Umkehr-Leckstrom deutlich zu reduzieren und eine hohe Sperrpotenzialbarriere bereitzustellen.
-
Nun wird Bezug auf 4 und 5 genommen, die jeweils zweite und dritte Ausführungsbeispiele der Schottky-Diodenstruktur 100 nach der vorliegenden Erfindung zeigen. 4 zeigt Gräben 30 mit einer U-Form und 5 zeigt Gräben 30 mit einer Trapezform, die jeweils die gleichen Wirkungen im Hinblick auf die effektive Verringerung des Widerstands bei der Vorwärts-Auslenkung der Leiterschicht 70 und des Halbleitersubstrats 10 in einem Durchlasszustand und einer signifikanten Verringerung des Umkehrleckstroms und der einer hohen Sperrpotenzialdifferenz für den Sperrzustand bereitstellt.
-
Bezugnehmend auf 6 und 7 sind Testkurven für die Schottky-Diodenstruktur 100 im Durchlasszustand und Sperrzustand dargestellt. In 6 und 7 ist die Ordinate der Strom (I) mit der Einheit Ampere/Mikrometer und die Abszisse zeigt die Spannung (V) an, deren Einheit Volt ist. 6 zeigt eine erste Kurve S1, welche die Schottky-Diodenstruktur 100 nach der vorliegenden Erfindung darstellt und eine zweite Kurve S2, welche eine herkömmliche Schottky-Diode darstellt, welche Gräben hat, jedoch keine mit hoher Konzentration dotierte Schicht 40 umfasst. Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt, dass die erste Kurve S1 der Schottky-Diodenstruktur 100 nach der vorliegenden Erfindung einen geringeren Durchlasswiderstand und reduzierte Wärmeschäden zeigt. 7 zeigt für die Sperrbedingung eine dritte Kurve S3, welche die Schottky-Diodenstruktur 100 nach der vorliegenden Erfindung darstellt, und eine vierte Kurve S4, welche eine herkömmliche Schottky-Diode darstellt, welche Gräben hat, jedoch keine mit hoher Konzentration dotierte Schicht 40 umfasst. Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt, dass die dritte Kurve S3 der Schottky-Diodenstruktur 100 nach der vorliegenden Erfindung in einem Sperrzustand einen geringeren Leckstrom und ein höheres Sperrzustands-Spannungsniveau zeigt.
-
Nun wird Bezug auf 8 genommen, welche eine Ladungsverteilung der mit hoher Konzentration dotierten Schicht jedes Grabens der Schottky-Diodenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Durchlasszustand zeigt. Es ist offensichtlich, dass die zwei Ladungszonen S5 und S6 mit hoher Dichte außerhalb der jedoch anschließend an die mit hoher Konzentration dotierte Schicht 40 jedes Grabens 30 vorliegen, was ein klarer Hinweis darauf ist, dass die Schottky-Diodenstruktur 100 nach der vorliegenden Erfindung zu den Vorteilen einer geringen Durchlassspannung und reduzierten Wärmeschäden in einem Durchlasszustand führt.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung bezugnehmend auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass ein Spektrum von Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden kann, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, welcher durch die beiliegenden Ansprüche definiert werden soll.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- TW 232590 [0003]
- CN 02811144 [0004]
- CN 02820570 [0004]
- US 6426542 [0004]
