DE112006000175T5

DE112006000175T5 - Graben Schottky-Sperrschichtdiode mit unterschiedlicher Oxiddicke

Info

Publication number: DE112006000175T5
Application number: DE112006000175T
Authority: DE
Inventors: Davide Marina del Rey Chiola
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: US7323402B2; US8143655B2; JP2008533696A; DE112006000175B4; CN101371337A; TW200631186A; US20080087896A1; CN101371337B; TWI308395B; US20050127465A1; WO2006076298A3; WO2006076298A2

Abstract

Schottky-Gleichrichter, der umfasst:
ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps;
mehrere Gräben längs einer ersten Stirnseite des Halbleitersubstrats, die durch mehrere Mesas beabstandet sind, wobei jeder der Gräben eine Oxidschicht mit einer unterschiedlichen Dicke besitzt, die die Boden- bzw. Seitenwandflächen des Grabens überzieht; und
eine Schottky-Metallschicht über der ersten Stirnseite des Halbleitersubstrats, die einen Schottky-Gleichrichterkontakt mit den mehreren Mesas bildet.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung und beansprucht die Priorität der US-Anmeldung Nr. 10/193.783, eingereicht am 11. Juli 2002, mit dem Titel "Trench Schottky Barrier Diode", von Kohji Andoh und Davide Chiola, deren Inhalte hiermit durch Literaturhinweis eingefügt sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf eine Graben-Schottky-Diode mit unterschiedlicher Oxiddicke und auf einen Prozess zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung.
Erörterung des Standes der Technik
Schottky-Dioden sind wohl bekannt und werden mit verschiedenen Topologien hergestellt, einschließlich der Grabentopologie, wie sie typischerweise im US-Patent 5.612.567 an Bantval Baliga gezeigt ist. Der Prozess für die Herstellung einer Graben-Schottky-Diode erfordert eine große Anzahl von Maskierungsschichten und Herstellungsschritten. Die US-Patent-Anmeldung 10/193.783 vom Erfinder der vorliegenden Erfindung stellt jedoch einen Prozess gemäß der Erfindung für die Herstellung von Graben-Schottky-Dioden dar, in dem eine verringerte Anzahl von Schritten und weniger Maskierungsschichten erforderlich sind.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen, ist in 1 eine beispielhafte Graben-Schottky-Diode gezeigt, die entsprechend dem Prozess der obenerwähnten Anmeldung hergestellt worden ist, 1 ist eine Reproduktion der 11 dieser Anmeldung. Wie zu sehen ist, enthält die Vorrichtung nach 1 einen Silicium-Wafer 10 mit mehreren Mesas 54, die mehrere Gräben 30 einschließlich eines Abschlussgrabenbereichs 60 trennen. Eine dünne gleichmäßige Oxidschicht (SiO₂) 44 überzieht die Seitenwand- und Bodenflächen jedes Grabens 30 und des Abschlussbereichs 60, wobei sie die Gate-Oxide bzw. ein Abschlussoxid bildet. Ein P-Polysilicium 48 füllt jeden Graben 30 und bildet dadurch mehrere Elektroden, die unter Sperr-Vorspannung die in Sperrichtung vorgespannten Restströme verringern und die umgekehrt vorgespannte Sperrspannung vergrößern. Ein Schottky-Sperrschichtmetall 50 deckt den aktiven Bereich ab und bildet die Schottky-Kontakte 52, die sich über die Oberseiten der Mesa-Bereiche 54 ausdehnen. Schließlich breiten sich eine Anodenelektrode 56 und eine (nicht gezeigte) Katodenelektrode über die Ober- bzw. Unterseiten der Vorrichtung aus.
In einer Graben-Schottky-Vorrichtung, wie z. B. jener, die in der Beispielvorrichtung nach 1 gezeigt ist, wird die Oxidschicht gleichzeitig längs den Seitenwand- und Bodenflächen jedes Grabens 30 und des Abschlussbereichs 60 gebildet, wobei sie deshalb überall die gleiche gleichmäßige Dicke besitzt. Die Oxidschicht längs den Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben und des Abschlussbereichs erfüllt jedoch verschiedene Zwecke. Spezifischer werden in Abhängigkeit von der Dicke der Oxidschicht in jedem dieser Bereiche die elektrischen und strukturellen Eigenschaften der resultierenden Vorrichtung in verschiedenen Arten beeinflusst.
Das Gate-Oxid auf der Bodenfläche jedes Grabens 30 dient z. B. dazu, Bereiche mit hohem elektrischem Feld, die sich in den unteren Ecken der Gräben befinden, abzuschirmen. Je höher die Oxiddicke in diesem kritischen Bereich ist, desto höher ist die Durchschlagspannung in Sperrichtung, der die Vorrichtung im Allgemeinen standhalten kann. Demzufolge ist längs der Bodenflächen der Gräben ein dickeres Gate-Oxid erwünscht.
Im Gegensatz beeinflusst das auf der Seitenwand jedes Grabens 30 gezogene Gate-Oxid hauptsächlich die Abschnüreigenschaften des umgekehrt vorgespannten Reststroms. Spezifisch dient während der Sperr-Vorspannung das Oxid auf der Seitenwand eines Grabens dazu, die Anodenspannung von der Grabenelektrode zum Mesa-Bereich 54 zu übertragen. Ein Teil der negativen Anodenspannung fällt jedoch im Oxid mit dem Ausgleich der Spannung, die als die Abschnürspannung für den mesa-leitenden Bereich dient, ab.
Demzufolge ist eine geringe Gate-Oxiddicke längs der Seitenwand des Grabens erwünscht, um die im Oxid abgefallene Spannung zu minimieren und um eine verringerte in Sperrichtung vorgespannte Leckverlust-Abschnürspannung zu erlauben. Außerdem bedeutet eine geringe Oxiddicke längs der Seitenwand des Grabens, dass während des Oxidationsprozesses weniger Silicium verbraucht wird, wobei dadurch der Leitungsbereich in den Mesa-Bereichen 54 vergrößert wird. Wie bekannt ist, bedeutet ein vergrößerter Mesa-Bereich einen höheren aktiven Bereich, was zum Zwecke der Verringerung des Abfalls der Vorwärtsspannung der Vorrichtung während der Vorwärtsleitung vorteilhaft ist.
Was das Abschlussoxid im Abschlussbereich 60 anbelangt, dient es mehreren Zwecken. Aus einer elektrischen Perspektive dient das Oxid längs der Bodenfläche des Bereichs als ein Feldoxid für den Feldplattenabschluss. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass dieses Feldoxid dick genug ist, um den Einschnüreffekt des elektrischen Feldes zu minimieren, das im Oxid unter der Kante 58 der Metallfeldplatte auftritt und das für das Verlassen der Durchbruchspannung verantwortlich ist. Von einer mechanischen Perspektive erleidet dieser Abschnitt des Feldoxids unter der Kante der Metallfeldplatte während der Temperaturzyklus-Zuverlässigkeitsprüfungen der verkappten Vorrichtung eine hohe Belastung. Abermals ist eine dickere Feldoxidschicht erwünscht, um während dieser Tests ein Brechen des Oxids unter der Kante der Feldplatte zu vermeiden.
Wie zu sehen ist, ist es unvorteilhaft, die gleiche Oxiddicke über alle Bereiche der Graben-Schottky-Vorrichtung zu verwenden. Insbesondere ist es erwünscht, eine Oxidschicht zu besitzen, die die Seitenwände der Gräben und des Abschlussbereichs dünner als die Oxidschicht überzieht, die die Bodenflächen dieser Gräben überzieht.
Dennoch sollte außerdem angegeben werden, dass Andere Vorrichtungen des Grabentyps offenbart haben, die ein Gate-Oxid mit variabler Dicke verwenden; insbesondere offenbaren US-Patent 6.236.099 an Milton Boden und US-Patent 6.580.123 an Naresh Thapar derartige Vorrichtungen. Beide Patente sind jedoch auf MOS-Gate-Vorrichtungen, einschließlich MOSFETs und IGBTS und nicht auf Graben-Schottky-Vorrichtungen gerichtet. Außerdem lehren diese Patente nur die Verwendung eines variablen Gate-Oxids und nicht die Verwendung eines variablen Abschlussoxids.
Der Prozess, durch den Thapar das variable Gate-Oxid bildet, sollte außerdem angegeben werden. Insbesondere enthält dieser Prozess zuerst das Abscheiden einer Siliciumnitrid-Schicht auf den Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben. Die Nitridschicht auf der Bodenfläche wird dann weggeätzt, wobei darauf eine Oxidschicht zu einer gewünschten Dicke gezogen wird. Die Nitridschicht auf der Seitenwand des Grabens wird dann entfernt, wobei auf der Seitenwand eine nachfolgende Oxidschicht bis zu einer gewünschten Dicke gezogen wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge wäre es erwünscht, eine Graben-Schottky-Diode zu schaffen, die in verschiedenen Bereichen der Vorrichtung eine unterschiedliche oder variierende Oxiddicke besitzt, und dadurch die obigen und andere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiger Herstellungsprozess für die Herstellung der Graben-Schottky-Diode der Erfindung verwendet, die eine unterschiedliche Oxiddicke besitzt und die insbesondere eine Oxidschicht längs der Seitenwand jedes Grabens besitzt, die dünner als die Oxidschicht längs der Bodenflächen der Gräben ist.
Spezifisch wird gemäß der vorliegenden Erfindung anfangs eine erste Siliciumnitrid-Schicht direkt auf einer Oberfläche eines Siliciumsubstrats abgeschieden. Während eines Graben-Maskierungs- und -Ätzschrittes werden dann mehrere Mesas und Gräben in der Oberfläche des Substrats gebildet. Dieser Schritt kann außerdem die Bildung eines Abschlussgrabens enthalten. Sobald die Gräben und der Abschlussgraben gebildet sind, wird auf den Seitenwand- und Bodenflächen dieser Gräben eine Opferoxidschicht gezogen. Dieses Opferoxid wird dann abgelöst. Als Nächstes werden ein Gate- und Abschlussoxid auf den Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben bzw. des Abschlussgrabens gezogen, so dass die Dicke des Opferoxids zur Dicke des Gate-/Abschlussoxids vorzugsweise ein Verhältnis von 2:1 besitzt. Dann wird über den Seitenwand- und den Bodenflächen dieser Gräben und über der ersten Nitridschicht, die auf der Substratoberfläche verbleibt, eine zweite Nitridschicht abgeschieden. Diese zweite Nitridschicht wird dann trockengeätzt, wobei noch einmal die erste Nitridschicht freigelegt wird und wichtiger die Oxidschicht längs der Bodenflächen der Gräben freigelegt wird. Die Oxidschicht längs der Seitenwände der Gräben verbleibt jedoch abgedeckt. Demzufolge werden dann die Bodenflächen der Gräben noch einmal oxidiert. Nach dieser zweiten Oxidation wird dann die zweite Nitridschicht während eines Nassätzens von den Seitenwänden der Gräben abgelöst. Im Ergebnis wird gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Seitenwand jedes der Gräben und des Abschlussgrabens eine Oxidschicht gebildet, die dünner als die auf den Bodenflächen dieser Gräben gebildete Oxidschicht ist.
Sobald die zweite Nitridschicht entfernt ist, werden die Gräben als Nächstes mit einem P-Polysilicium gefüllt. Die verbleibende erste Nitridschicht wird dann in einem Nassätzen abgelöst. Als Nächstes wird eine Schottky-Metallschicht über der aktiven Oberfläche des Substrats abgeschieden, was den einen Schottky-Gleichrichterkontakt mit den mehreren Mesas bildet. Schließlich werden die Anoden- und Katodenelektroden auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats gebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird als solche eine neuartige Graben-Schottky-Diode, die eine unterschiedliche Oxiddicke besitzt, gebildet, wobei die Oxidschicht auf den Seitenwänden der Gräben und des Abschlussgrabens dünner als die Oxidschicht längs der Bodenflächen der Gräben ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt einen Querschnitt einer Graben-Schottky-Diode, die längs den Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben einschließlich eines Abschlussgrabens eine gleichmäßige Oxiddicke besitzt.
2 zeigt einen Querschnitt eines Silicium-Wafers nach der Bildung einer ersten Nitridschicht direkt auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats.
3 zeigt die Struktur nach 2, nachdem die erste Nitridschicht und das Substrat maskiert und trockengeätzt worden sind, was zur Bildung einer Menge von Gräben einschließlich eines Abschlussgrabens führt.
4 zeigt die Struktur nach 3 nach dem Ziehen einer Opferoxidschicht längs der Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben.
5 zeigt die Struktur nach 4 nach dem Entfernen der Opferoxidschicht.
6 zeigt die Struktur nach 5 nach dem Ziehen einer anfänglichen Gateoxid-/Abschlussoxid-Schicht längs der Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben.
7 zeigt die Struktur nach 6 nach der Bildung einer zweiten Nitridschicht, die die erste Nitridschicht und die Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben abdeckt.
8 zeigt die Struktur nach 7 nach einem Trockenätzen der zweiten Nitridschicht, was zum Freilegen der Oxidschicht längs der Bodenflächen der Gräben führt.
9 zeigt die Struktur nach 8 nach dem weiteren Ziehen der Gateoxid-/Abschlussoxid-Schicht längs der Bodenflächen der Gräben.
10 zeigt die Struktur nach 9, nachdem die zweite Nitridschicht vollständig entfernt worden ist, was zu einer unterschiedlichen Graben-Oxidschicht führt, in der die Oxidschicht auf den Seitenwänden der Gräben dünner als die Oxidschicht längs der Bodenflächen der Gräben ist.
11 zeigt die Struktur nach 10 nach dem Abscheiden einer Polysiliciumschicht, die die Gräben füllt, und nach einer nachfolgenden Borimplantation in die Polysiliciumschicht.
12 zeigt die Struktur nach 11 nach einem Ätzen der Polysiliciumschicht.
13 zeigt die Struktur nach 12 nach dem Abscheiden einer Barrierenmetallschicht, dem Glühen des Barrierenmetalls, um die Schottky-Kontakte über dem aktiven Bereich zu bilden, und dem Ätzen des nicht in Reaktion getretenen Barrierenmetalls über dem Abschlussgraben.
14 zeigt die Struktur nach 13 nach dem Abscheiden einer Anodenkontakt-Metallschicht und dem teilweise Ätzen dieser Schicht im Abschlussgraben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den 2-14 ist ein Herstellungsprozess und eine resultierende Vorrichtungsstruktur für eine Graben-Schottky-Diode, die eine unterschiedliche oder variierende Oxiddicke längs der Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben besitzt, veranschaulicht (es wird angegeben, dass die Figuren nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind). Der Prozess ist eine Modifikation des Zweimaskenprozesses, der in der Anmeldung 10/193.783 dargestellt ist. Durch die Änderung der Dicke der Oxidschicht längs der Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung gebildet, die eine verbesserte Durchschlagspannung in Sperrichtung besitzt und die gegen die Temperaturzyklen weniger empfindlich ist. Es wird angegeben, dass der hier beschriebene Prozess für eine Niederspannungs-Schottky-Vorrichtung vorgesehen ist, die für 15-45 V bemessen ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, dass mit geeigneten Änderungen der beschriebene Prozess für jede Bemessung der Vorrichtung gilt.
In 2 ist ein anfänglicher Silicium-Wafer 100 gezeigt, der ein N⁺-Substrat 104 mit einer epitaktisch gezogenen N^–-Oberseite 102 (Epischicht) besitzt. Als ein Beispiel kann der Wafer 100 eine Siliciumdicke besitzen, die von 2,5 µm bis etwa 4 µm reicht, und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,3 und 0,5 Ohm cm besitzen; es kann jedoch eine andere Siliciumdicke und ein anderer spezifischer elektrischer Widerstand verwendet werden. Der Wafer 100 wird anfangs unter Verwendung von z. B. Fluorwasserstoffsäure (HF-Säure) gereinigt, die thermische und natürliche Oxide entfernt.
Sobald gereinigt worden ist, wird eine entfernbare Oberflächen-Nitridschicht (Si₃N₄) 106 direkt mit einer Dicke von etwa 600-800 Å auf der Oberfläche 108 der Epischicht 102 unter Verwendung einer Technik der chemischen Niederdruckgasphasenabscheidung (LPCVD-Technik) abgeschieden. Es wird angegeben, dass die Nitridschicht 106 abgeschieden wird, ohne zuerst eine Auflagen-Oxidationsschicht zu bilden.
Um beabstandete Gräben auszubilden, werden als Nächstes eine Schicht Photolack und eine Maske mit einem gewünschten Grabenmuster (dieser Schritt ist nicht gezeigt) auf die Oberfläche der Nitridschicht 106 aufgetragen. Die resultierende Struktur wird dann unter Verwendung eines geeigneten photolithographischen Prozesses mit einem Muster versehen.
Als Nächstes werden unter Verwendung eines geeigneten Ätzprozesses, wie z. B. Plasmaätzen, die Nitridschicht 106 und die Epischicht 102 geätzt, um mehrere Gräben 110 und Mesas 122 zu bilden, wie in 3 gezeigt ist. Die Gräben verlaufen durch die Nitridschicht 106 und erstrecken sich abwärts von der Oberseite 108 der Epischicht 102 und in die Epischicht. Als ein Beispiel können die Gräben in parallel beabstandeten Streifen angeordnet sein, wobei sie eine Breite von etwa 0,5 µm, einen Abstand von etwa 0,5 µm und eine Tiefe von 1,5 µm besitzen können. Dennoch können andere Formationen und Abmessungen der Gräben verwendet werden.
Wie in 3 gezeigt ist, kann während dieses Prozesses des Bildens der Gräben 110 außerdem ein Abschlussgraben 111 gebildet werden, wobei dadurch ein Abschlussgrabenbereich gebildet wird, wie durch den Pfeil 112 gezeigt ist. Dennoch wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass die vorliegende Erfindung außerdem für Graben-Schottky-Vorrichtungen gilt, die keinen Abschlussgrabenbereich enthalten (für den Zweck der Erörterung wird die Bildung eines Abschlussbereichs angenommen).
Sobald die Gräben 110 und 111 gebildet worden sind, wird der verbleibende Abschnitt der Photolackmaske abgelöst, wobei die freigelegten Oberflächen der Gräben einem Reinigungsschritt vor der Diffusion unterzogen werden.
In 4 wird als Nächstes eine Opferoxidschicht (SiO₂) 114 mit einer Dicke von etwa 1000-1500 Å gleichzeitig auf den Seitenwand- und Bodenflächen jedes Grabens 110 und 111 gezogen. Dann wird ein Ätzen des Opferoxids auf eine Zieltiefe von etwa 1500-2000 Å ausgeführt, um diese Oxidschicht vollständig zu entfernen, wie in 5 gezeigt ist.
Als Nächstes wird gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in 6 gezeigt ist eine gleichmäßige Oxidschicht 116 auf eine Dicke von etwa 500-750 Å auf den Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben 110 und 111 unter Verwendung eines Nass- oder Trockenprozesses gezogen, wobei dadurch ein Gate-Oxid bzw. ein Abschlussoxid gebildet werden. Es wird angegeben, dass das bevorzugte Verhältnis der Dicke des Opferoxids zur Dicke des Gate-Oxids, das in diesem Schritt gezogen wird, 2:1 beträgt
Wie in 7 gezeigt ist, wird dann eine entfernbare Graben-Nitridschicht 118 mit einer Dicke von etwa 150-200 Å über der Oberflächen-Nitridschicht 106 und über der Oxidschicht 116 längs der Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben 110 und 111 unter Verwendung z. B. einer chemischen Niederdruckgasphasenabscheidung (LPCVD-Technik) abgeschieden. Dann wird unter Verwendung eines Trocken-Nitrid-Ätzens die Graben-Nitridschicht 118 von der Oberflächen-Nitridschicht 106, von den Bodenflächen 110a der Gräben 110 und von der Bodenfläche oder dem Feldbereich 111a des Abschlussgrabens 111 entfernt, wobei dadurch effektiv eine Graben-Nitridschicht nur auf die Seitenwand jedes Grabens aufgetragen wird, wie in 8 gezeigt ist. Als solche ist die Oxidschicht 116 nun längs der Bodenflächen 110a und 111a der Gräben 110 bzw. 111 freigelegt.
Demzufolge wird als Nächstes die freigelegte Oxidschicht 116 längs den Bodenflächen 110a und 111a der Gräben unter Verwendung eines Nass- oder Trockenprozesses auf eine Gesamtdicke von etwa 1000-5000 Å gezogen, wie in 9 gezeigt ist. Ein Nass-Nitrid-Atzen, z. B. Phosphorsäure 150 °C, und ein Ziel-Nitrid-Entfernen von 200-250 Å wird als Nächstes ausgeführt, um die verbleibende Graben-Nitridschicht 118 abzulösen, die die Seitenwände der Gräben 110 und 111 bedeckt. Gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in 10 gezeigt ist besitzt die Oxidschicht 116, die die Gräben 110 und 111 überzieht, nun eine unterschiedliche oder variierende Dicke, wobei die Oxidschicht, die die Seitenwände 110b und 111b der Gräben 110 bzw. 111 überzieht, dünner als die Oxidschicht ist, die die Bodenflächen 110a und 111a überzieht.
Es wird abermals angegeben, dass die obigen Oxiddicken lediglich Beispielzwecken dienen, wobei ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, dass andere Oxiddicken verwendet werden können, um Vorrichtungen mit anderen Bemessungen zu erzeugen, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In 11 wird als Nächstes eine Schicht undotiertes Polysilicium 120 auf der Oberfläche der obigen Struktur bis zu einer Dicke von etwa 7500 Å abgeschieden, um die Gräben 110 und 111 zu füllen. Dann wird eine Borimplantation, z. B. 1·10¹⁴/cm² bei 80 keV, auf die Oberfläche der Struktur aufgetragen. Dennoch wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass jede Art der Implantation, die als ein P-Dotierstoff wirkt, verwendet werden kann. Unter diesen Dotierstoffen sind Bor oder BF₂ am häufigsten.
Dann wird nach einer noch weiteren Reinigung vor der Diffusion die implantierte Art aktiviert und während einer Stunde auf 1050 °C gesteuert, um das Polysilicium in den Gräben P-leitend zu machen. Im Ergebnis sind nun mehrere Elektroden in den Gräben und zwischen den Mesas gebildet.
Als Nächstes wird durch eine geeignete Plasma-Ätzeinrichtung während einer Zeitdauer, die wenigstens fünf Sekunden länger dauert, als notwendig sein würde, um das Polysilicium von der Vorrichtungsoberfläche zu entfernen, ein Ätzen des Deckpolysiliciums ausgeführt. Dann wird eine geeignete Maske aufgetragen, wobei ein Teil des Polysiliciums längs der Bodenfläche 111a oder des Feldbereichs des Abschlussgrabens 111 entfernt wird. Nach diesen Schritten wird die verbleibende Oberflächen-Nitridschicht 106, die die Mesa-Bereiche 122 abdeckt, durch ein Nassätzen in Phosphorsäure bei 150 °C abgelöst. Die resultierende Struktur ist in 12 gezeigt.
Als Nächstes wird in 13 die Oberseite 108 der Struktur unter Verwendung irgendeines gewünschten Vormetall-Reinigers gereinigt. Ein Barrierenmetall 126, wie z. B. Titan (Ti) oder Titanwolfram (TiW) usw., wird als Nächstes auf die Oberfläche 108 gesputtert. Im Allgemeinen kann die Titanschicht mit irgendeiner Dicke aufgetragen werden, die Titanschicht ist aber vorzugsweise etwa 600 Å dick, um die Dicke der nachfolgenden Silicidschicht zu maximieren und um die Dicke des nicht in Reaktion getretenen Titans zu minimieren. Es wird außerdem angegeben, dass irgendeine Technik für das Abscheiden des Titans verwendet werden kann, wobei Sputtern und Elektronenstrahl-Verdampfung die häufigsten Techniken sind.
Als Nächstes wird die Titanschicht bei einer hohen Temperatur in einer inerten Atmosphäre geglüht. Als eine Folge reagiert die dünne Titanschicht mit dem aktiven Vorrichtungsbereich, um eine Titansilicidschicht über dem aktiven Bereich zu bilden, wobei die Schottky-Kontakte 124 gebildet werden, die sich über die Oberseiten der Mesa-Bereiche 122 ausdehnen. Die nicht in Reaktion getretene Titanschicht, die sich längs des Abschlussgrabens 111 erstreckt, wird dann entfernt, indem die Struktur mit irgendeiner bekannten Lösung auf Ammoniumhydroxid- oder Wasserstoffperoxid-Basis geätzt wird. Im Allgemeinen kann die Ätzzeit variieren, die Ätztemperatur sollte jedoch 80 °C nicht übersteigen, um die übermäßig schnelle Zersetzung des H₂O₂ zu vermeiden. Die resultierende Struktur ist in 13 gezeigt.
Wie in 14 zu sehen ist, wird als Nächstes eine Anodenkontakt-Metallschicht 130, die eine Schicht aus Aluminium oder eine andere leitfähige Metallschicht sein kann, auf der Oberseite der Struktur abgeschieden. Eine (nicht gezeigte) Metallmaske wird dann aufgetragen, wobei die Kontaktmetallschicht 130 innerhalb des Abschlussgrabens 111 teilweise geätzt wird, wobei dadurch nur ein Randabschnitt 128 des Metalls in diesem Bereich übriggelassen wird.
Schließlich wird der ganze Wafer über ein Klebeband an einem Rahmen einer (nicht gezeigten) Schleifvorrichtung angebracht, wobei ein Schleifen der Rückseite ausgeführt wird, was den Wafer auf 8 Tausendstelzoll dünner macht, wobei danach das Werkstück vom Band getrennt und geätzt wird, um die im Ergebnis des Schleifens rauh gewordenen Oberflächen zu glätten. Dann wird auf den Boden 132 des Wafers ein Rückseitenmetall, wie z. B. Trimetall (Ti/Ni/Ag), gesputtert, um eine Kantodenelektrode auf der Unterseite des Schottky-Gleichrichters zu bilden. Dann kann der Wafer längs der Ritzrahmen in Chips zerschnitten werden, um mehrere völlig gleiche Dioden zu trennen.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden für die Fachleute auf dem Gebiet viele andere Variationen und Modifikationen und andere Verwendungen offensichtlich werden. Es ist deshalb bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die spezifische Offenbarung hierin eingeschränkt wird.
Zusammenfassung
Ein Herstellungsprozess für eine Graben-Schottky-Diode mit unterschiedlicher Oxiddicke in den Gräben enthält das Bilden einer ersten Nitridschicht auf einer Substratoberfläche und das anschließende Bilden mehrerer Gräben einschließlich möglicherweise eines Abschlussgrabens in dem Substrat. Nach dem Bilden und dem Entfernen einer Opferoxidschicht werden die Seitenwand- und Bodenflächen der Gräben oxidiert. Auf dem Substrat wird dann eine zweite Nitridschicht aufgetragen und geätzt, so dass die zweite Nitridschicht die Oxidschicht auf den Seitenwänden der Gräben überdeckt, aber die Oxidschicht auf den Bodenflächen der Gräben freilegt. Dann werden die Bodenflächen der Gräben erneut oxidiert, wobei die verbleibende zweite Nitridschicht dann von den Seitenwänden entfernt wird, was zu einer Oxidschicht mit variierender Dicke führt, die auf den Seitenwand- und Bodenflächen jedes Grabens gebildet wird. Dann werden die Gräben mit P-Polysilicium gefüllt, wird die erste Nitridschicht entfernt und wird ein Schottky-Barrierenmetall auf die Substratoberfläche aufgetragen.

Claims

Schottky-Gleichrichter, der umfasst: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; mehrere Gräben längs einer ersten Stirnseite des Halbleitersubstrats, die durch mehrere Mesas beabstandet sind, wobei jeder der Gräben eine Oxidschicht mit einer unterschiedlichen Dicke besitzt, die die Boden- bzw. Seitenwandflächen des Grabens überzieht; und eine Schottky-Metallschicht über der ersten Stirnseite des Halbleitersubstrats, die einen Schottky-Gleichrichterkontakt mit den mehreren Mesas bildet.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, der ferner umfasst: ein leitfähiges Material eines zweiten Leitfähigkeitstyps in jedem der mehreren Gräben und angrenzend an die Oxidschicht; eine Anodenelektrode, die sich über und in Kontakt mit der Schottky-Metallschicht befindet; und eine Katodenelektrode über einer zweiten gegenüberliegenden Stirnfläche des Halbleitersubstrats.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, der ferner umfasst: einen Abschlussgraben längs der ersten Stirnseite des Halbleitersubstrats und über die Schottky-Metallschicht hinaus, wobei der Abschlussgraben eine Oxidschicht mit unterschiedlichen Dicken besitzt, die die Boden- bzw. Seitenwandflächen des Abschlussgrabens überzieht.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 3, der ferner umfasst: ein leitfähiges Material eines zweiten Leitfähigkeitstyps in jedem der mehreren Gräben und angrenzend an die Oxidschicht in jedem der mehreren Gräben; eine Anodenelektrode, die sich über und in Kontakt mit der Schottky-Metallschicht befindet und die sich bis zu dem Abschlussgraben erstreckt, so dass die Anodenelektrode einen Abschnitt der Oxidschicht überdeckt, die die Bodenfläche des Abschlussgrabens überzieht; und eine Katodenelektrode über einer zweiten gegenüberliegenden Stirnfläche des Halbleitersubstrats.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 3, bei dem die Oxidschicht, die die Seitenwandfläche des Abschlussgrabens überzieht, etwa 500 bis 750 Å dick ist, und die Oxidschicht, die die Bodenfläche des Abschlussgrabens überzieht, etwa 1000-5000 Å dick ist.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, bei dem für jeden der mehreren Gräben die Oxidschicht, die die Seitenwandfläche überzieht, dünner als die Oxidschicht ist, die die Bodenfläche überzieht.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, bei dem für jeden der mehreren Gräben eine Opferoxidschicht gezogen und vor dem Bilden der Oxidschicht, die die Seitenwand- und Bodenflächen überzieht, entfernt wird, wobei die Opferoxidschicht zweimal so dick wie die Oxidschicht ist, die die Seitenwandfläche für jeden der mehreren Gräben überzieht.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 1, bei dem für jeden der mehreren Gräben die Oxidschicht, die die Seitenwandfläche überzieht, etwa 500 bis 750 Å dick ist.
Schottky-Gleichrichter nach Anspruch 8, bei dem für jeden der mehreren Gräben die Oxidschicht, die die Bodenfläche überzieht, etwa 1000 bis 5000 Å dick ist.
Verfahren zur Herstellung eines Graben-Schottky-Gleichrichters mit variierender Oxiddicke, das die folgenden Schritte umfasst: Ätzen einer Stirnseite eines Siliciumsubstrats, das einen ersten Leitfähigkeitstyp besitzt, um mehrere beabstandete Gräben zu bilden, die sie von der Stirnseite abwärts in das Siliciumsubstrat erstrecken; Ziehen einer Oxidschicht auf den Seitenwand- und Bodenflächen jedes der mehreren Gräben; Abscheiden einer Graben-Nitridschicht über wenigstens der Oxidschicht, die die Seitenwand- und Bodenflächen jedes der mehreren Gräben überzieht; Ätzen der Graben-Nitridschicht, um für jeden der mehreren Gräben die Oxidschicht freizulegen, die wenigstens die Bodenfläche des Grabens überzieht; Fortsetzen des Ziehens der Oxidschicht, die die Bodenfläche des Grabens überzieht, für jeden der mehreren Gräben; und Ablösen der Graben-Nitridschicht, um für jeden der mehreren Gräben die Oxidschicht, die die Seitenwandfläche überzieht, freizulegen, um dadurch eine Oxidschicht mit variierenden Dicken längs den Seitenwand- bzw. Bodenflächen jedes Grabens zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, das vor dem Schritt des Ätzens des Siliciumsubstrats ferner die folgenden Schritte umfasst: Abscheiden einer Oberflächen-Nitridschicht direkt auf der Stirnseite des Siliciumsubstrats; Versehen der Oberflächen-Nitridschicht mit einem Muster, um ein Grabenmuster zu definieren; und Verwenden des Musters zum Ätzen der mehreren beabstandeten Gräben.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Abscheidens der Graben-Nitridschicht außerdem die Graben-Nitridschicht über der Oberflächen-Nitridschicht abscheidet und bei dem der Schritt des Ätzens der Graben-Nitridschicht außerdem die Graben-Nitridschicht von der Oberflächen-Nitridschicht entfernt.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem gleichzeitig mit dem Ätzen der mehreren Gräben ein Abschlussgraben in die Stirnseite des Siliciumsubstrats geätzt wird und bei dem eine Oxidschicht mit variierenden Dicken längs den Seitenwand- bzw. Bodenflächen des Abschlussgrabens gleichzeitig gebildet wird, wenn die Oxidschicht mit variierenden Dicken längs den Seitenwand- und Bodenflächen der mehreren Gräben gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der erste Schritt des Ziehens der Oxidschicht die Oxidschicht auf den Seitenwand- und Bodenflächen jedes der mehreren Gräben auf etwa 500 bis 750 Å zieht.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der zweite Schritt des Ziehens der Oxidschicht die Oxidschicht auf der Bodenfläche jedes der mehreren Gräben auf eine Gesamtdicke von etwa 1000 bis 5000 Å zieht.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der erste Schritt des Ziehens der Oxidschicht die Oxidschicht auf den Seitenwand- und Bodenflächen jedes der mehreren Gräben und auf den Seitenwand- und Bodenflächen des Abschlussgrabens auf etwa 500 bis 750 Å zieht und bei dem der zweite Schritt des Ziehens der Oxidschicht die Oxidschicht auf der Bodenfläche jedes der mehreren Gräben und auf der Bodenfläche des Abschlussgrabens auf eine Gesamtdicke von etwa 1000 bis 5000 Å zieht.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Abscheidens der Oberflächen-Nitridschicht die Oberflächen-Nitridschicht mit einer Dicke von etwa 600 bis 800 Å abscheidet und bei dem der Schritt des Abscheidens der Graben-Nitridschicht die Graben-Nitridschicht mit einer Dicke von etwa 150 bis 200 Å abscheidet.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Ablösens der Graben-Nitridschicht ein Ziel-Nitrid-Entfernen von etwa 200 bis 250 Å besitzt.
Verfahren nach Anspruch 10, das vor dem ersten Schritt des Ziehens der Oxidschicht ferner die folgenden Schritte umfasst: Ziehen einer Opferoxidschicht auf den Seitenwand- und Bodenflächen jedes der mehreren Gräben; und Ablösen der Opferoxidschicht von den Seitenwand- und Bodenflächen jedes der mehreren Gräben.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Ziehens der Opferoxidschicht die Opferoxidschicht auf eine Dicke zieht, die etwa zweimal größer als eine Dicke ist, auf die der erste Schritt des Ziehens der Oxidschicht die Oxidschicht auf den Seitenwand- und Bodenflächen jedes der mehreren Gräben zieht.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Dicke der Opferoxidschicht etwa 1000 bis 1500 Å beträgt.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Schritt des Ablösens der Opferoxidschicht ein Ziel-Oxid-Entfernen von etwa 1500 bis 2000 Å besitzt.
Verfahren nach Anspruch 10, das nach dem Schritt des Ablösens ferner die folgenden Schritte umfasst: Füllen der mehreren Gräben mit einem leitfähigen Material eines zweiten Leitfähigkeitstyps; und Bilden einer Schottky-Metallschicht über der Stirnseite des Siliciumsubstrats, so dass die Schottky-Metallschicht einen Schottky-Gleichrichterkontakt in den Mesa-Bereichen zwischen den mehreren Gräben bildet.
Verfahren nach Anspruch 13, das nach dem Schritt des Ablösens ferner die folgenden Schritte umfasst: Füllen der mehreren Gräben mit einem leitfähigen Material eines zweiten Leitfähigkeitstyps; Bilden einer Schottky-Metallschicht über den mehreren Gräben und über den Mesa-Bereichen zwischen den mehreren Gräben, so dass die Schottky-Metallschicht einen Schottky-Gleichrichterkontakt in den Mesa-Bereichen bildet; und Abscheiden eines Anodenkontaktmetalls über der Schottky-Metallschicht und Verlängern bis zum Abschlussgraben, so dass das Anodenkontaktmetall einen Abschnitt der Oxidschicht auf der Bodenfläche des Abschlussgrabens überdeckt.
Verfahren zur Herstellung einer Graben-Schottky-Barrierenvorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Formen einer ersten Nitridschicht auf einer von gegenüberliegenden Stirnseiten eines Halbleitersubstrats, das eine erste Leitfähigkeit besitzt; Versehen der ersten Nitridschicht mit einem Muster, um ein Grabenmuster zu definieren; Verwenden des Grabenmusters, um durch die erste Nitridschicht und durch Bereiche der einen Stirnfläche des Halbleitersubstrats zu ätzen, um im Halbleitersubstrat alternierende Gräben und Mesas zu bilden; Bilden einer Oxidschicht auf den Boden- und Seitenwandflächen jedes Grabens; Bilden einer zweiten Nitridschicht über wenigstens den Boden- und Seitenwandflächen jedes Grabens; Ätzen der zweiten Nitridschicht, um wenigstens die Oxidschicht freizulegen, die die Bodenfläche jedes Grabens überdeckt; Fortsetzen des Bildens der Oxidschicht, die die Bodenfläche jedes Grabens überdeckt, so dass für jeden Graben die Dicke der Bodenflächen-Oxidschicht von jener der Seitenwandflächen-Oxidschicht abweicht; Ablösen der zweiten Nitridschicht auf der Seitenwand jedes Grabens, um die Oxidschicht freizulegen, die die Seitenwandfläche überdeckt; Füllen der Gräben mit einem leitfähigen Material eines zweiten Leitfähigkeitstyps; Ablösen der ersten Nitridschicht, die den Mesas überlagert ist, um das Halbleitersubstrat freizulegen; und Aufbringen einer kontinuierlichen Barrierenschicht über die eine Stirnseite, um eine Schottky-Barriere zwischen dem freigelegten Abschnitt des Halbleitersubstrats der Mesas und der Barrierenschicht zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem ein Abschlussbereich mit einer Oxidschicht, deren Dicke sich zwischen den Boden- und Seitenwandflächen des Abschlussbereichs ändert, gleichzeitig mit den Gräben gebildet wird.