Способ изготовления полупроводниковых диодов с барьером шоттки

О П И С А Н И Е 306650ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Соеетскиз Социалистическиз РаспустивМ ПАТЕНТУ Зависимый о тентаЗаявлено 15.Х.1966 (Ло 1 18224/26-25) 7689/65 Япония ютчстснь Уо 19 гпя 191 191 МПК Н 011 7/34 1 011 7/36Приоритет 16.Х 1.1965Опубликовано 11 Х.1971. Комитет по делам зооретений и открытий при Совете Министрое СССРУДК 621.382,002(088.8) та оп бликования оппса Ачторыизобретени ИностранцыДжиничи Матсуно и (Япония) Морио Иноуэ, Гота Такая наги1 игето Заявитель Иностранная фирма Мацушита Электроникс КорпорейшнСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЬ 1 Х ДИОДОВ С БАРЬЕРОМ ШОТТКИИзобретение 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 меньшую работу выхода, чем золото, барьер в диоде получают более низким, чем с золотом и, соответственно, обеспечивается большая плотность прямого тока. Однако до сих пор было весьма трудно осаждать пленку вольфрама на такие по лупроводники как германий и образовыватьпри этом барьер на границе между этими материалами.Существуют два способа химического осаждения вольфрама. Г 1 ри одном из нпх гялопд ные соединения вольфрама разлагався термическим путем, а при другом восстанавливаются в водороде. Г 1 рп этом в обоих случаях используются температуры, превышающие 500 С.15 В процессе осаждения пленки вольфрама наполупроводниковую подложку, нагретую до температуры выше 500 С, возникает реакция в твердой фазе, при которой образуются вещества постоянного химического состава, на пример силициды вольфрама типа КЬ 1. Между этими веществами возникает омичсский контакт, предотвращающий образование барьера, используемого для выпрямительного действия диода. Поэтому во избежание реакции 25 в твердой фазе между полупроводниковойподложкой и вольфрамом в процессе осаждения вольфрама необходимо температуру подложки поддерживать ниже 500 С.Цель изобретения заключается в получении 50 однородного и устойчивого барьера.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 оло репсует пониею температуры поверхности этой подложки, но даже активирует газовую смесь и, кроме гого, стимулирует ход реакции восстановления водородом %Х+ЗН - +-%+6 НХ, ускоряя процесс очищения образовавшихся галоидных соединений водорода на поверхности полупроводниковой подложки. В результате на полупроводниковой подложке может оыть осаждепа высококачественная вольфрамовая пленка при температуре меньше 500 С,Г 1 утем выбора формы нагревателя, используемого для нагрева газовой смеси, можно обеспечить равномерное обдувание газовой 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 шестифтористого вольфрама. Можно легко образовать пленки вольфрама толщиной боле 1 лк.В соответствии с предложенным способом, на подложку может быть осаждена пленка вольфрама, однородная по толщине, с металлическим блеском, не содержащая неразложившихся галоидных соединений вольфрама.Кроме того, поскольку температура полупроводниковой подложки остается ниже 500 С, химически устойчивые промежуточные вещества на границе между этой подложкой и пленкой вольфрама не образуются, и на границе формируется барьер Шоттки, обладающий хорошим выпрямительным действием.На фиг. 1 показана установка для осу.цествления способа; на фиг, 2 в ди с барьером Шоттки.На сформированной пластинке из кристаллического кремния и-типа толщиной 0,2 я,я с удельным сопротивлением 0,001 ол сл путем термического разложения силана 51 Н был наращен эпитаксиальный слой кремния и-типа толщиной 4 лк 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 ЮС 1 помещают на держателе 3, нагревают до 100 С с помощью подогревного сопротивления 4 и в верхнюю часть цилиндрического реактора 5 вводят га 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 зообразный водород со скоростью 2 лмин. В результате получают газовую смесь паров гексахлорида вольфрама и водорода.Газовая смесь проходит через угольный нагреватель 6 в форме сетки, нагретый до температуры 600 - 850 С при помощи высокочастотного нагревателя, затем достигает пот- проводпиковой подложки 7, осаждается на ней, в результате чего на этой подложке образуется пленка вольфрама.В том случае когда расстояние между кре дниевой подложкой 7 и нагревателем 6 равняется 1 ся, оптимальная температура кремниевой подложки составляет от 420 до 480=С, а оптимальная температура нагревателя 6 - 700 С.Зятем 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 400"С с целью образования омического электрода к переходу. Г 1 ериферийные участки вольфрамовой пленки удаляют для уменьшения тока утечки, проходящего по каналу, 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 5 10 - " а/слР, 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 в 5 С. В этом случае высота барьера Шоттки составляет 0,4 эв для гермаьия и 0,7 эв для арсенида галлия.Эти значения почти равны значениям, полу- ценным при термическом разложении гексафтористого вольфрама, При изготовлении диодов предложенным способом, пленка вольфрамаможет 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 предложенным способом барьер Шоттки образуется на границе между полупроводниковой подложкой и осажденной на ней пленкой вольфрама. Этим способом можно изготовлять диоды " барьером Шоттки в промышленном масштабе. Полученные диоды можно использовать в качестве диодов СВЧ, варакторов или мощных диодов. Их барьеры используют не только в качестве эмиттеров или коллекторов транзи.306650 Составите:Текрсд А. А Редактор Т. 3. О вс Подписноеете Министров СССР Изд. Ъе 849 Тираж 473митета по делам изобретений и открытий прн С Москва, Ж, Раушская наб., д. 4,5 Заказ 196 ЦНИИПИ Типография, пр. Сапунова сторов с металлической базой или в качестве вентиля в униполярных (полевых) транзисторах, но также в фотодиодах или обнаружителях излучений. П ред;,:ет изобретения Способ изготовления полупроводникоьых диодов с барьером Шоттки осаждением металлической пленки вольфрама на полупроводнпковую подложку путем восстановления галондиъ 1 х соединений вольфрама в водороде, отли епощиися тем, что, с целью получения однородного и устойчивого барьера, газовую 5 смесь паров галоидных соединений вольфраман газообразного водорода предваригельно нагревают от 600 до 900 С перед нанесением ее на полупроводниковую подложку, температуру которой поддерживают в интервале 390 - 1 о 500 С.