Диод Шоттки

Изобретение относится К электронной технике, а более конкретно - К конструкции кристалла полупроводниковых приборов с барьером Шоттки, проходящих вь 1 сокотемпературную сборку в корпусах. Изобретение может быть использовано при создании приборов типа 11 Т 6 О (Р) и др.Известна конструкция диода Шоттки, выполненного в виде кристалла кремния, например п-типа проводимости, в котором имеется эпитаксиальный слой п-типа с пониженным содержанием легирующей примеси и расположенное на нем защитное покрытие из диоксида кремния, причем в защитном покрытии имеется сквозное окно к кремнию, в котором находится многослойная металлическая пленка контакта Шоттки, охватываемая охранным кольцом в виде легированной области р-типа, а внешние контакты диода расположены с противоположных сторон кристалла 1. В известной конструкции диода Шоттки нижний слой контакта Шоттки выполнен из тугоплавкого металла, его силицида или нитрида и обеспечивает заданные электрические характеристики прибора.В другой известной конструкции диода Шоттки с целью повышения рабочего напряжения охранное кольцо расположено от границы контакта Шоттки с некоторым зазором, а на поверхности защитного слоя из диоксида кремния нанесена пленка аморфного кремния 2.Наиболее близким к предлагаемому устройству является конструкция диода Шоттки,в которой область металлического контакта Шоттки, выполненного из титана, охвачена слоем из оксида титана (ТйхО), который в свою очередь покрыт слоем изоляции, в качестве которой может использоваться диоксид кремния З. Таким образом, металлическая пленка контакта Шоттки охвачена двухслойной пленкой, верхний слой которой представляет собой высококачественный диэлектрик, а нижний слой является проводящим. Удельное поверхностное сопротивление слоя оксида титана велико - может достигать значения 1 ГОм/ совместно со слоем диоксида кремния такая пленка практически может рассматриваться как двухслойное диэлектрическое покрытие.Главный недостаток аналогов и прототипа состоит в том, что они имеют недостаточно высокую стабильность параметров в условиях термических воздействий, которые могут иметь место на операциях сборки приборов и в процессе их эксплуатации при рассеивании кристаллом значительной мощности. Кроме того, надежность таких диодов Шоттки невелика из-за высокой вероятности выхода их из строя, главным образом, по двум причинам - возможной при нагревании кристалла реакции содержащих металл слоев (в том числе слоя ТйхО) с диэлектрическими пленками, что приводит к ухудшению их качества и росту токов утечки, и искривления энергетических зон кремния вблизи поверхности эпитаксиального слоя из-за наличия в слое диоксида кремния положительного связанного заряда, плотность которого, в зависимости от технологических методов и режимов формирования, может лежать в широких пределах и при достаточно большой толщине слоя диоксида кремния (-О,5 мкм) достигать значений 5-1012 см 2. Если указанные причины приводят к деградации свойств кристаллов на этапе их изготовления, то это приводит к отбраковке значительной части кристаллов на пластине и, в целом, означает невысокую технологичность.В основу изобретения положена задача повышения надежности, технологичности и стабильности параметров диодов Шоттки при термических воздействиях, в том числе в процессе сборки в корпус.Сущность изобретения заключается в том, что диод Шоттки, содержащий размещенный в корпусе между металлическими проволочными выводами кристалл кремния одноименного типа проводимости с эпитаксиальным слоем с более низкой концентрацией легирующих примесей, на поверхности которого выполнено защитное покрытие из диоксида кремния со вскрытым к кремнию окном, выполненную в эпитаксиальном слое легированную область противоположного типа проводимости с топологией в форме кольца по периметру окна, в котором выполнена многослойная металлическая пленка контакта Шоттки, включающая контактирующий с кремнием слой, содержит расположенную наповерхности защитного покрытия из диоксида кремния диэлектрическую пленку из термического оксида тантала толщиной О,О 7-О,4 О мкм, охватывающую, по меньшей мере, область, занимаемую контактирующим с кремнием металлическим слоем, или область,занимаемую одним из слоев металлической пленки, вышележащих по отношению к контактирующему с кремнием слою.Решение поставленной задачи изобретения объясняется следующим образом. Как показывает анализ причин брака и отказов мощных диодов Шоттки, проходящих вь 1 сокотемпературную сборку (при температурах -6 ОО С и выше), значительная доля отказов обусловлена неконтролируемой реакцией в кремнием вышележащих по отношению к контактирующему с кремнием металлических слоев на периферии контактного окна в слое диоксида кремния и миграцией быстродиффундирующих примесей в область обедненного слоя контакта Шоттки с поверхности.Имеющееся охранное кольцо в кристалле типовых конструкций диодов Шоттки полностью проблему не устраняет из-за интенсивного характера реакции во время вь 1 сокотемпературной сборки. Образующиеся при этом промежуточные соединения типа силицидов переходных металлов могут иметь значительную толщину и в силу фактора объемного роста вызывать дополнительные остаточные механические напряжения в твердотельной структуре, дестабилизирующие ее функционирование. В случае контакта по периметру основного контактирующего с кремнием металлического слоя таких металлов, как алюминий или его сплавы с кремнием и медью, серебро и др., в нем в процессе вь 1 сокотемпературной сборки происходит интенсивное растворение кремния, что также, в конечном счете, вызывает деградацию прибора. Наличие же в предложенной конструкции диода Шоттки охватывающего контактный слой металла дополнительного слоя диэлектрика (из оксида тантала) препятствует протеканию подобных взаимодействий в области периметра контактного окна.Второй из отмеченных факторов - миграция быстродиффундирующих примесей проявляется в типовых конструкциях кристалла диодов Шоттки ввиду того, что в закрытом объеме корпуса на основе легкоплавких стекол, содержащих такие примеси, как К, На, Ы и др., в процессе сборки образуется среда с повышенной концентрацией этих примесей. В предложенной конструкции диода Шоттки слой оксида тантала является дополнительным диэлектрическим слоем, который к тому же обладает отрицательным связанным зарядом,величина которого достигает 3-1013 см 2 4. Указанные примеси в процессе сборки диффундируют преимущественно в виде ионов и поэтому они оказываются связанными зарядовыми ловушками, расположенными на границе раздела диэлектрических слоев 51 О 2/Та 2 О 5. По этой причине их присутствие в обедненном слое контакта Шоттки практически исключается и дестабилизирующего действия примесей во время работы прибора не происходит.Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез диода Шоттки, содержащего высоколегированную кремниевую подложку 1 п-типа или р-типа проводимости с относительно низколегированным эпитаксиальным слоем(подложка также может быть п-типа, например КЭМ-0,003, с эпитаксиальным слоем птипа проводимости), например КЭФ-О,81,О, охранное кольцо р-типа (п-типа) 2, легированную область р-типа (п-типа) скрайберной дорожки 3, слой термического оксида кремния (5102) 4, слой контактирующего с кремнием металла 5, образующего барьер Шоттки промежуточный металлический слой 6, верхний металлический слой (объемный вывод) 7,слой тыльного металлического контакта 8, слой термического оксида тантала (Та 2 О 5) 9.Данная структура может быть изготовлена следующим образом в исходной эпитаксиальной п/п (р/р)-структуре стандартными методами фотолитографии и диффузии формируется область охранного кольца противоположного типа проводимости. Затем при помощи фотолитографии вскрывается контактное окно требуемой конфигурации. Последующими операциями вакуумного напыления, фотолитографии и термического окисленияформируется слой из оксида тантала (Та 2 О 5). Далее, после соответствующей подготовки поверхности, методами вакуумного напыления последовательно наносятся металл барьера Шоттки И промежуточный металлический слой. Полученная структура покрывается фоторезистом, в котором фотолитографией вскрывается окно требуемой формы. На незащищенной фоторезистом поверхности гальванически выращивается объемный вывод. После удаления фоторезиста и находившихся под ним металлов промежуточного и контактных слоев производится утонение структур до требуемой толщины и формирование вакуумным напылением тыльного металлического контакта.Работает предлагаемый диод Шоттки следующим образом. Слой контактирующего с кремнием 1 металла, образующего барьер Шоттки 5, обеспечивает его заданные электрические свойства - форму вольт-амперной характеристики, коэффициент неидеальности,обратные токи, падение напряжение при прямом смещении и др. На величину некоторых из указанных параметров влияет также степень легирования эпитаксиального слоя кремния. Топологический рисунок слоя контактирующего с кремнием металла приблизительно соответствует форме контактного окна в защитно-пассивирующем диэлектрике из 5102 4. Несколько меньшая площадь этого слоя обусловлена требованиями к его адгезии, а при достаточной адгезии к 51 и защитно-пассивирующему диэлектрику металлический слой может частично покрывать диэлектрик за пределами контактного окна. В качестве материала контакта с 51 могут использоваться металлы из ряда Мо, У, Ш, Т 1, Ый, Рб, Р и др., а также некоторые сплавы, такие как Ш-Тй, Рс 1-77 и др. Промежуточный металлический слой 6, выполняемый, например, из А 1 или сплава А 1-51, А 1-51-С 11, Ад, Ый, сплава Ый-У и др. металлов или сплавов, служит для обеспечения однородного распределения тока по всей площади контакта Шоттки и для создания необходимых условий для подсоединения внешнего вывода с лицевой стороны кристалла. Верхний металлический слой 7 (объемный вывод) используется для непосредственного соединения с выводом корпуса, например типа 130-35, и может выполняться из серебра, например методом электрохимического роста через фоторезистивную маску. Тыльный металлический контакт 8 может иметь многослойную структуру, например У/ПСр-15/А.Кроме того, в конструкции кристалла могут содержаться дополнительные металлические слои, которые выполняют функции диффузионных барьеров между указанными вь 1 ше слоями. Могут использоваться, в частности, многослойные пленки типа Тй/Ый/А.Возможны различные варианты конструктивного исполнения заявляемого устройства с различным расположением слоя термического оксида тантала, отличающихся площадью, нахождению на горизонтальных или боковых стенках слоя оксида кремния и т.д. Принципиальным моментом в конструкции остается наличие границы раздела 51 О 2/Та 2 О 5 и схватывание слоем Та 2 О 5 металлического электрода на лицевой поверхности кристалла. Толщина слоя Та 2 О 5 также может лежать в достаточно широких пределах от 0,07 мкм - до 0,40 мкм.Нижний предел толщины слоя Та 2 О 5 (0,07 мкм) обусловлен тем, что при меньшем значении величина эффективного связанного заряда недостаточна для нейтрализации эффектов проникновения ионов примесей в зону действия контакта Шоттки. Верхний предел в 0,40 мкм обусловлен тем, что при больших значениях проявляются остаточные механические напряжения, которые изменяют распределение связанного заряда, вызывая его отток от границы раздела с 5102, и могут приводить к формированию нежелательных полей остаточных напряжений, сказывающихся на характеристиках контакта Шоттки.Как показали экспериментальные исследования, показатели качества предложенной конструкции диода Шоттки, зависящие от зарядовых состояний в маскирующей оксидной пленке, существенно лучше по сравнению с используемыми диодами Шоттки, конструкция которых соответствует выбранному прототипу. Результаты сравнительных испытаний приведены в табл. 1.Как СЛЕДУЕТ ИЗ данных таблицы, значения обратных ТОКОВ заявляемой КОНСТРУКЦИИ ДИОДОВ ШОТТКИ СУЩЕСТВЕННО НИЖЕ, ЧЕМ ДЛЯ ИЗВЕСТНОЙ КОНСТРУКЦИИ. ЭТО ОбЪЯСНЯЕТСЯ УМЕНЬШЕНИЕМ ВЛИЯНИЯ связанного заряда В ОКСИДНОЙ ПЛЕНКЕ на протекание тока ПрИ Обратном СМЕЩЕНИИ прибора. ВРЕМЯ восстановления ПрИ ПЕрЕКЛЮЧЕНИИ, КОТОрОЕ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ ВрЕМЕНИ ЕМКОСТНОЙ ЦЕПИ, также НЕСКОЛЬКО ЛУЧШЕ В приборах,СООТВЕТСТВУ 1 ОЩИХ заявляемой КОНСТРУКЦИИ. Остальные КОНТрОЛИрУЕМЫЕ параметры пракТИЧЕСКИ НЕ ИЗМЕНЯЮТСЯ.Основные характеристики диодов Шоттки в сравнении с прототипомНаименование к размерность параметра Обозначение Условия измерении Заявляемая конПрототип струкция диода Шоттки Обратный ток 11 111 15 В Время восстанов- 11 112 10 МА ления при пере- 11 111 1 МА ключении Кнагрузки 100 ОМ Падение напряже- 11 1 МА 0,35 В 0,32 В ния на приборе при ПрИзмерения параметров диодов Шоттки проводились с помощью измерительного комплекса типа НР 4061 А (США). Прототип и заявляемая конструкция изготовлены на действующем оборудовании.В табл. 2 приведены значения обратных токов диодов Шоттки в конструкциях со различной структурой диэлектрических слоев 5102 5102/Та 205 (с различной толщиной слоя Та 205) ИСравнительные данные по обратным токам диодов Шоттки с различной структурой диэлектрических слоевСтруктура диэлектрических слоев в диодах Значения 11, мкА (при 111 15 В) Шоттки и значения толщины 1), МкМ 5102 а 0,62