Brevet FR2007393A1 — publié le 19700109

, . 2007393 69 09909 La présente invention se rapporte à un perfectionnement apporté à un dispositif semi-conducteur ayant une barrière dite de Schottky et à un procédé pour le fabriquer. Les dispositifs semi-conducteurs ayant une barrière de Schot-5 tky sont bien connus. Parmi ces dispositifs classiques, on peut citer, par exemple, les diodes du type planaire et du type mésa, fabriquées en formant une couche d'un métal, tel que du nickel, du molybdène, du tungstène, du vanadium, de l'or ou du palladium, sur un substrat d'une matière semi-conductrice telle que du sili-10 cium, du germanium ou de l'arséniure de gallium. Les figures 1 et 2 représentent respectivement des vues latérales en coupe d'un exemple de diode classique de type planaire, ayant une barrière de Schottky, et d'un exemple d'une diode classique de type mésa, ayant une barrière de Schottky. 15 Sur la figure 1 représentant un exemple d'une diode classique de type planaire ayant la barrière de Schottky, un film isolant 2 en oxyde de silicium est prévu à la surface du substrat de silicium 1 et, ultérieurement, un trou 3 est ouvert sur le film isolant 2. Alors, on réalise une couche de nickel 4 au moyen d'un 20 procédé de dépôt sous vide, d'un proeédé de pulvérisation ou d'un dépôt chimique à une surface du substrat de silicium, exposée à travers le trou 3, afin de former une barrière de Schottky 8 entre la surface du substrat de silicium-1 'et-la couche de nickel 4. En outre, sur la couche de nickel 4, on'"réalise une couche 25 d'électrode 5 en métal tel que le nickel ou . l'or, au moyen d'un procédé de dépôt sous vide et, finalement, on lie deux fils conducteurs 6 et 7 à la surface de la couche d'électrode 5 et au fond du substrat 1, respectivement. La diode du type planaire mentionnée ci-dessus ne peut pas avoir un voltage de rupture in-30 verse suffisamment élevé, par suite de la nature du dispositif semi-conducteur du type planaire. D'autre part, des diodes classiques du type mésa, ayant la barrière de Schottky, sont constituées, par exemple, comme on l'explique en se référant à un exemple se rapportant à la figure 35 2, dans lequel une couche de nickel 14 est réalisée au sommet d'un substrat de silicium 11, au moyen d'un procédé de dépôt sous vide, du procédé de pulvérisation ou d'un procédé de dépôt chimique pour former une barrière de Schottky 18 entre la surface du substrat de silicium 11 et la couche de nickel 14. Ultérieurement, 40 une couche d'électrode 15 en métal tel que du nickel, de l'alumi 69 09909 2 2007393 nium ou de l'or est réalisée sur la couche de nickel 14 au moyen d'un procédé de dépôt sous vide, et le substrat 11, avec la couche de nickel 14 et la couche d'électrode 15, est attaqué sous forme mésa pour constituer une diode de type -mésa, comme on le repré-5 sente sur la figure 2. Finalement, deux fils conducteurs 6 et 7 sont liés à la surface de la couche d'électrode '15 et du fond du substrat 11, respectivement. La diode de type mésa mentionnée ci-dessus peut avoir une tension de rupture inverse élevée mais sa stabilité n'est pas suffisante par suite de l'exposition du bord 10 de la barrière de Schottky 18 aux atmosphères.environnantes ou aux matières environnantes et, en conséquence, elle exige une structure spéciale de scellement. En conséquence, c'est un objet de la présente invention de prévoir un dispositif semi-conducteur perfectionné ayant une bar-15 rière de Schottky, ainsi qu'une tension de rupture inverse élevée, et un procédé pour le fabriquer. C'est un autre objet de prévoir un dispositif semi-conducteur perfectionné ayant une barrière de Schottky et une tension de rupture inverse suffisamment élevée, ainsi qu'une constitution 20 simple, et • il se rapporte aussi à un procédé pour le fabriquer. C'est un autre objet de prévoir un dispositif semi-conducteur perfectionné ayant une barrière de Schottky et une stabilité suffisante, ainsi qu'un procédé pour le fabriquer. Cès objets et d'autres objets sont atteints par la présente 2 5 invention comme cela apparaîtra d'après la description suivante, en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 3 est une vue latérale en coupe d'une diode selon des caractéristiques de la présente invention, et La figure 4 est un graphique indiquant les caractéristiques 30 de dispositifs semi-conducteurs selon des caractéristiques de la présente invention ; on a porté en abscisses la profondeur d'attaque en A, et en ordonnées la tension de rupture inverse en volt. Un dispositif semi-conducteur selon des caractéristiques 35 de la présente invention comprend au moins un substrat de matière semi-conductrice et au moins une couche métallique en contact avec la matière semi-conductrice, pour former une barrière de Schottky entre la matière semi-conductrice et la couche métallique, et il est caractérisé en ce que la. barrière de Schottky est pré-40 vue dans un creux gravé à la surface du substrat. 69 09909 3 2007393 Du silicium, du germanium ou de l'arséniure de gallium pour la matière semi-conductrice, ainsi qu'une couche de molybdène, de tungstène, de vanadium, d'or ou de palladium pour la couche métallique peuvent être employés pour former la barrière de Schottky 5 entre elles„ En se référant à la figure 3, une couche 29 de silicium qu'on a fait croître de manière épitaxiale, ayant une épaisseur de 2 microns et une résistivité de 0,7 ohm-cm est formée sur une face du substrat de silicium 21, ayant une résistivité de 0,005 10 ohmt-cm. Sur la couche 29, on forme un film d'isolement 22 en O bioxyde de silicium ayant une épaisseur de 6000 A. Dâns d'autres exemples, on peut employer de la même manière un substrat de germanium ou un substrat d'arséniure de gallium ayant une couche qu'on a fait croître de manière épitaxiale à la surface et étant 15 revêtu par des films isolants tels que du bioxyde de silicium ou du nitrure de silicium. Ensuite, un trou rond 23, ayant un diamètre de 4-0 microns, est ouvert sur le film d'isolement 22 au moyen d'un procédé de photoattaque connu, en exposant ainsi la couche de silicium 29» 20 qu'on a fait croître de manière épitaxiale, à travers le trou 23'° Ultérieurement, la surface de la couche de silicium 29 est immergée dans un bain d'attaque connu» par exemple un bain formé d'un mélange d'acide nitrique, d'acide fluorhydrique et d'acide acétique, préparé en mélangeant de l'acide nitrique9 de l'acide fluor-25 hydrique et de l'acide acétique suivant un rapport en volume de 6 : 1 : 2, pour graver la couche de silicium exposée 29, afin de O former un trou 28 ayant une profondeur d'environ 4.000 A dans la couche 29. Après rinçage et séchage, une couche métallique 24 O en nickel, ayant une épaisseur de 5000 A, est formée à la surface 30 du creux 28 et à la surface du film d'isolement environnant 22 —6 en déposant du nickel sous un vide de 4 x 10 torr. Ultérieurement, on réalise une photogravure pour retirer la couche métallique sur la partie environnante à l'extérieur de la partie d'électrode ronde qui a un diamètre de 60 microns et recouvre le trou 23, en 35 formant ainsi l'électrode ronde 30. Si cela est préféré, une couche de soudure 25 peut être prévue pour revêtir l'électrode ronde 30. Dans d'autres exemples, la couche métallique 24 peut être réalisée par des métaux tels que du tungstène, du molybdène, du vanadium, ^.e l'or ou du palladium. Finalement, on lie deux fils conducteurs 26 et 27 repective- 69 09909 4 2007393 ment à la couche de soudure 25 et à la surface de fond du substrat 21. Selon des expériences, pour obtenir une tension de rupture inverse suffisante, la profondeur recommandée "d" du creux 28 O était environ 4-000 A pour une épaisseur du film d'isolement 22 O O 5 comprise entre 5000 A et 10.000 A. UnJèxemple de la i-elation entre la profondeur "d" de l'attaque et la tension de rupture inverse est représenté sur la figure 4 par le graphique où la O courbe s'incurve autour de la profondeur d'attaque "d" de 100 A O et, pour une profondeur "d" supérieure à 200 A, la courbe indique 10 une valeur suffisante et une augmentation stable de la tension de rupture inverse. Cela revient' à dire que, pour le creux 28 O ayant une profondeur "d" supérieure à 200 A, on peut obtenir une tension de rupture inverse s'élevant jusqu'à 3 fois celle de dispositifs classiques. 15 On a aussi trouvé expérimentalement que, pour obtenir de manière facile et uniforme un dispositif stable, l'épaisseur de la couche métallique 24 qui gntre en contact avec la surface de la couche de silicium 29 est de préférence plus grande que la profondeur Hd" du creux 28. Cela revient à dire que l'épaisseur O 20 dépassant 4.000 A est préférable pour la couche métallique 24. Bien que la figure 4 représente un exemple du dispositif, les autres exemples présentant des caractéristiques semblables représentant un perfectionnement distinct de leurs tensions de rupture inverses. 25 Des expériences indiquent également que des perfectionne ments dans la tension de rupture inverse sont obtenus aussi dans des dispositifs semi-conducteurs en excluant le film d'isolement, chaque fois qu'une barrière de Schottky est prévue dans un creux gravé sur une surface d'un substrat semi-conducteur. 30 En général, les caractéristiques de la diode ayant orne bar rière de Schottky sont indiquées par l'équation suivante : J = Js[exp(qVa/nkT)-1] o dans laquelle J est la densité de courant (en ampère/cm ), Va est la tension appliquée en travers de la barrière (en volt), q 35 est la charge électronique (en coulomb), k est la constante de Boltzman, T est la température absolue, n est une constante empirique et Js est la densité de courant inverse à la saturation n (en ampère/cm '). la valeur q/nkT peut être calculée d'après la tangente de 40 la courbe indiquant la relation entre J et Va. D'une manière 69 09909 5 2007393 empirique, lorsque T est constant, la constante empirique n a une valeur n ^ 1. La valeur n indique le degré de perfection de la barrière de Schottky, en prenant une valeur théorique de 1 et une valeur 5 réelle de 1,03 à 1,06 pour des barrières de bonne qualité. Dans l'exemple de la diode mentionnée ci-dessus, la valeur empirique est améliorée d'environ 0,01 à 0,02, par comaraison avec des diodes classiques à barrière de Schottky du type planaire. On suppose que la raison de ce perfectionnement est que la barrière 10 formée à la surface de jonction entre la couche métallique et la surface du semi-conducteur exposée à travers le creux s'approche d'une condition de perfection en étant ainsi formée. L'application de la présente invention n'est pas limitée à la diode mentionnée ci-dessus mais peut se faire à divers genres 15 de semi-conducteurs tels que des transistors ou des circuits intégrés, respectivement, ayant des barrières de Schottky. Les dispositifs semi-conducteurs selon des caractéristiques de la présente invention ont une tension améliorée de rupture inverse et une stabilité améliorée, malgré une constitution 20 relativement simple, et sont très utiles dans des applications à fréquence extrêmement élevée ou dans d'autres conditions. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront 2 5 à 1 ' homme de 1 ' art. i ! 69 09909 6 2007393 REVENDICATIONS 1 - Dispositif semi-conducteur ayant une barrière de Schottky comprenant au moins un substrat de matière semi-conductrice et au moins une couche métallique en contact avec la matière semi-conductrice pour former chacune une barrière de Schottky entre 5 la matière semi-conductrice et la couche métallique, caractérisé en ce que la barrière de Schottky est prévue dans un creux gravé à la surface du substrat. 2 - Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le creux est gravé dans un trou ouvert 10 sur un film d'isolement revêtant -le substrat. 3 - Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le creux a une profondeur dépassant 200 A. 4 - Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, 15 ou 2, caractérisé en ce que le creux a une profondeur dépassant O 4000 A pour une épaisseur du film d'isolement comprise entre O O 5000 A et 10.000 A et la couche métallique est formée pour avoir une épaisseur dépassant la profondeur du creux. 5 - Procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs 20 selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste a) à revêtir le film d'isolement sur une surface du substrat semi-conducteur et à faire un trou ouvert sur le film d'isolement, b) à graver la surface du substrat semi-conducteur exposée à travers le trou sur le film d'isolement, et c) à former la couche 2 5 de métal pour qu'elle entre en contact avec le substrat semiconducteur dans le creux gravé.