СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ диодов с БАРЬЕРОМ ШОТТКИ Советский патент 1971 года по МПК H01L21/443 

Изобретение относится к способам изготовления диодов поверхностно-барьерного типа с использованием выпрямительного эффекта барьера Шоттки, образованного на границе между полупроводником и металлом.

До настоящего времени диоды такого типа изготовлялись путем создания контакта между соответствующими металлами и полупроводниками испарением в вакууме, гальваностегией, химическим осаждением, точечноконтактным методом и т. п. Для изготовления диодов используются такие полупроводниковые материалы, как германий, кремний или арсенид галлия, с которыми приводят в контакт золото путем испарения в вакууме или точечпоконтактным методом, или другие материалы, с которыми контактирует вольфрам при химическом осаждении или точечноконтактном методе соединения.

Материалы, с которыми контактирует вольфрам при химическом осаждении, позволяют образовать стабильный барьер Шоттки при высоких температурах, поскольку эвтектические температуры металла и полупроводников выше, чем у золота. Кроме того, вследствие способности барьера выдерживать обработку при температуре 500°С эти материалы весьма пригодны для изготовления диодов. Далее, поскольку вольфрам имеет меньщую работу выхода, чем золото, барьер в диоде получают

более низким, чем с золотом и, соответственно, обеспечивается больщая плотность прямого тока. Однако до сих пор было весьма трудно осаждать пленку вольфрама на такие полупроводники как германий и образовывать при этом барьер на границе между этими материалами.

Существуют два снособа химического осаждения вольфрама. При одном из них галоидные соединения вольфрама разлагаются термическим путем, а нри друго.м восстанавливаются в водороде. При этом в обоих случаях используются температуры, превышающие 500°С.

В процессе осаладения пленки вольфрама на полупроводниковую подложку, нагретую до температуры выше 500°С, возникает реакция в твердой фазе, при которой образуются вещества постоянного химического состава, liaпример силициды вольфрама типа WSio. Между этими веществами возникает омический контакт, предотвращающий образование барьера, используемого для выпрямительного действия диода. Поэтому во избежание реакции

в твердой фазе между полупроводниковой подложкой и вольфрамом в процессе осаждения вольфрама необходимо температуру подложки поддерживать ниже 500°С.

Для этого, согласно предложенному способу, газовая смесь паров галоидных соединений вольфрама и газообразного водорода предварительно нагревается от 600 до 900°С перед ее нанесением на полупроводниковую подложку, а температура подложки поддерживается в интервале 390-500°С.

При этом предварительный нагрев газовой смеси из паров галоидных соединений вольфрама и водорода, в отличие от прямого дутья на подложку газовой смеси с температурой более низкой, чем температура подложки, не только препятствует понижению температуры поверхности этой подложки, но даже активирует газовую смесь и, кроме того, стимулирует ход реакции восстановления водородом WXa-fSHa W + GHX, ускоряя процесс очищения образовавшихся галоидных соединений водорода на поверхности полупроводниковой подложки. В результате на полупроводпикоооГ подложке может быть осаждена высококачественная вольфрамовая пленка при температуре меньше 500°С.

Путем выбора формы нагревателя, используемого для нагрева газовой смеси, можно обеспечить равномерное обдувание i-азовой смесью поверхности полупроводниковой подложки. Таким образом, вольфрамовая пленка, осажденная на эту подложку, становится однородной по толщине. Кроме того, толщина пленки не ограничивается вследствие термического разложения, как это обычно имеет место при использовании гпестифтористого вольфрама. Можно легко образовать пленки вольфрама толщиной боле 1 мк.

В соответствии с нредложенным способом, на подложку может быть осаждена нленка вольфрама, однородная по толщине, с металлическим блеском, не содержащая перазложившихся галоидных соединений вольфрама.

Кроме того, поскольку температура полупроводниковой подложки остается нижебОО С, химически устойчивые промежуточные вещества на границе между этой подложкой и пленкой вольфрама не образуются, и на границе формируется барьер Шоттки, обладающий хорощим выпрямительным действием.

На фиг. 1 показана установка для осуществления снособа; на фиг. 2-диод с барьером Шоттки.

На сформированной пластинке из кристаллического кремния «-типа толп1,иной 0,2 мм с удельным сопротивлением 0,001 ом-см. путем термического разложения силапа SiH4 был наращен эпитаксиальный слой кремния п-типа толщиной 4 мк с удельным сопротивлением 3 ом-см. Пластинку с наращенным слоем помещают на нагревательную подставку 1, разогревают и выдерживают при температуре от 390 до 500°С, создаваемой с помощью высокочастотного нагревателя 2. В то же время гексахлорид вольфрама WCU помещают на держателе 3, нагревают до 100°С с помоодью подогревного сопротивления 4 и в верхнюю часть цилиндрического реактора 5 вводят газообразный водород со скоростью 2 л/мин. В результате получают газовую смесь паров гексахлорида вольфрама и водорода.

Газовая смесь проходит через угольный нагреватель 6 в форме сетки, нагретый до температуры 600-SSO C при помощи высокочастотного нагревателя, затем дости|-ает полупроводниковой подложки 7, осаждается на ней, в результате чего на этой подложке образуется пленка вольфрама.

В том случае когда расстояние между кремниевой подложкой 7 и нагревателе.м 6 равняется 1 см, оптимальная температура кремниевой подложки составляет от 420 до , а

оптимальная температура нагревателя 6- 700°С.

Затем пленку вольфрама на кремниевой подложке покрывают слоем меди для образования выводного электрода, после чего область, лежащую вне требуемого перехода, очищают методом резистивного травления. Помимо этого, на обратную сторону кремниевой подложки наносят золото с содержанием 1 % сурьмы при 400С с целью образования

омического электрода к переходу. Периферийные участки вольфрамовой пленки удаляют для уменьшения тока утечки, проходящего по капалу, образованному в направлении поверхности кремниевой подложки.

При этом получают готовый диод (см. фиг. 2), состоящий из кремниевой подложки 7, эпитаксиального слоя 8, вольфрамовой пленки 9, медного электрода 10 и омического электрода 11. Обратное допустимое напряжение

этого диода 20-50 в, плотность обратного тока насыщения а/см, высота барьера Шоттки 0,65 эв.

Высококачественные диоды могут быть получены также при использовании в качестве

подложки кристалла арсенида галлия. При осаждении пленки вольфрама температура полупроводниковой подложки поддерживается в пределах 390-500°С. В этом случае высота барьера Шоттки составляет 0,4 эв для герма11ия и 0,7 эв для арсенида галлия.

Эти значения почти равны значениям, полученным при термическом разложении гексафтористого вольфрама. При изготовлении диодов предложенным способом, пленка вольфрама может быть нанесена на кремний, выращенный на таких изоляционных материалах, как сапфир, кварц, керамика или стекло, вследствие чего на их границе образуется барьер Шоттки. Таким способом можно изготовлять пленочные диоды.

При изготовлении диодов предложенны.м способом барьер Шоттки образуется на границе между полупроводниковой подложкой и осажденной на ней пленкой вольфрама. Этим

способом можно изготовлять диоды с барьером Шоттки в промышленном масщтабе. Полученные диоды можно использовать в качестве диодов СВЧ, варакторов или мопдных диодов. Их барьеры используют не только в сторов с металлической базой или в качестве вентиля в униполярных (полевых) транзистоpax, но также в фотодиодах или обнаружителях излучений. П р с д .: е т изобретения Способ изготовления нолупроводниковых диодов с блрьером Шоттки осаждением металлической 1ЛСНКИ вольфрама на полупро510 водниковую подложку путем восстановления галоидных соединений вольфрама в водороде, отличающийся тем, что, с целью получения однородного и устойчивого барьера, газовую смесь паров галоидных соединений вольфрама и газообразного водорода предваригельно иагревают от 600 до 900°С перед нанесением ее на полупроводниковую подложку, температуру которой поддерживают в интервале 390- 500°С.