Brevet FR2011945A1 — publié le 19700313

i 2011945 La présente invention se rapporte à un nouveau dispositif à jonction P-N dans lequel une concentration d'une manière d'impureté diminue pour une distance croissante à partir d'une jonction P-N et qui a un facteur Q élevé. 5 II est bien connu que des dispositifs à jonction P-N, dans lesquels une concentration d'une matière d'impureté diminue pour une distance croissante à partir d'une jonction P-B, sont utilisés comme diodes de tension à capacitance variable, comme transistors à dérivation et comme diodes à dérivation. Pour l'uti-10 lisation à fréquence élevée de ces dispositifs, il est souhaitable d'avoir un facteur Q élevé et il est nécessaire de réduire la résistance en série de ces dispositifs pour un facteur Q élevé. Les techniques de diffusion d'alliages sont généralement utilisées dans la fabrication de ces dispositifs et rendent pos-15 sible la réduction de la résistance en série par la réduction de la largeur d'une base de semi-conducteur à une très faible dimension. Cependant, une réduction excessive de la largeur de la base provoque une pénétration d'une couche de recristallisation à travers la base de semi-conducteur et un court-circuit du dispositif 20 résultait. Un objet de la présente invention est de prévoir un dispositif à jonction P-N caractérisé par un facteur Q élevé. Un autre objet de la présente invention est de prévoir des diodes de tension à capacitance variable, caractérisées par un 25 facteur Q élevé et une grande variation de capacitance pour une tension de polarisation inverse. Ces objets et d'autres objets de la présente invention apparaîtront d'après la description détaillée suivante, en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : 30 la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif à jonction P-I selon des caractéristiques de la présente invention, et les figures 2 et 3 sont des diagrammes qui illustrent la relation entre la concentration d'une matière d'impureté et la distance à partir d'une jonction P-N dans la présente invention ; 35 la distance est portée en abscisses et la concentration en ordonnées sur ces deux figures. Une jonction P-N selon des caractéristiques de la présente invention comprend une base d'un premier type de matière semi-conductrice et une oouche mince d'un autre type de matière semi-40 conductrice, une matière d1 impureté, déterminant le type de semi- 69 19977 2 2011945 conductibilité de la couche mince, ayant une concentration inférieure à celle de la base et étant partiellement compensée par une matière d'impureté de type opposée qui diffuse à partir d'une surface de cette couche mince. tJn procédé de fabrication d'un 5 dispositif à jonction P-N selon des caractéristiques de la présente invention consiste à prévoir une base d'une matière semi-conductrice, d'une semi-conductibilité d'un premier type, sur une surface, avec une couche mince d'une matière semi-conductrice de semi-conductibilité d'un autre type, la matière semi-conduc-10 trice de la couche mince ayant une matière d'impureté, déterminant le type de semi-ctonductibilité, en concentration inférieure à celle de la base, et à traiter cette couche mince avec unediffusion d'une matière d'impureté, ayant une semi-conductibilité opposée à celle de la couche mince, à partir d'une surface de 15 cette couche mince. En se référant à la figure 1, 10 désigne, dans son ensemble, un dispositif à jonction P-N selon des caractéristiques de la présente invention. Une base 1 est constituée par une matière semi-conductrice, ayant une semi-conductibilité d'un premier type, 20 par exemple, la semi-conductibilité de type P. Une couche mince 2 ayant une semi-conductibilité d'un autre type, par exemple la semi-conductibilité de type N, est superposée à la base à travers une interface 3. Une matière d'impureté, déterminant le type de semi-conductibilité, par exemple la matière d'impureté de type H, 25 de cette couche mince 2 a une concentration inférieure à celle dans la base 1, par exemple la matière d'impureté de type P, et est partiellement compensée pair une impureté de type opposé, par exemple la matière d'impureté de type P, diffusée à partir d'une . surface 4 de la couche mince 2. 30 Cette surface 4 est pourvue d'une électrode 5 qui est élec triquement connectée à un conducteur 6 par n' importe quel procédé disponible, tel que la soudure. Cette base 1 est pourvue, à une surface 7 opposée à la surface 4 de la couche mince 2, d'une autre électrode 8 qui est électriquement connectée à un conducteur 9 par 35 n'importe quel procédé disponible, tel que la soudure. En se référant à la figure 2, 4 correspond à la surface 4 de la couche mince 2 et 3 correspond à l'interface 3 entre la couche mince 2 et la base 1 de la figure 1. Les abscisses représentent la distance à partir de l'interface 3, c'est-à-dire la 40 jonction P-N ; le haut des ordonnées représente une concentration 69 19977 3 2011945 d'une matière ayant un premier type d'impureté, par exemple une matière d'impureté de type P, et le "bas des ordonnées représente une concentration d'une matière d'un autre type d'impureté, par exemple une matière d'impureté de type N. Une concentration de 5 la matière d'impureté dans la base de la figure 1 est exprimée par une ligne 11 et est supérieure à celle dans la couche mince 2, qui est représentée par une ligne 12. Par exemple, un ou plusieurs des éléments bore, aluminium, gallium et indium sont utilisés comme matière d'impureté dans la base de silicium et un 10 ou plusieurs des éléments phosphore, arsenic et antimoine sont utilisés dans la couche mince de silicium qu'on a fait croître de manière épitaxiale. La courbe 13 représente une concentration de la matière d'impureté diffusée à partir de la surface 4- de la couche mince 2. 15 La matière d'impureté représentée par la ligne 13 compense partiellement la matière d'impureté dont la concentration est représentée par 12e Par suite, la concentration efficace de matière d'impureté dans la couche mince 2 est représentée par une courbe 15. Cette courbe 15 représente une distribution de matière d'im-20 pureté dont la concentration diminue pour une augmentation de distance à partir d'une jonction P-N. Par exemple, un ou plusieurs des éléments aluminium, bore, gallium et indium sont employés comme matière d'impureté représentée peu: la courbe 13 pour une couche mince formée de silicium. 25 La distribution de matière d'impureté, qui diminue en con centration pour une augmentation de distance à partir de la jonction P-N, se termine à la surface 4 de la couche mince 2. Le dispositif 10 à jonction P-N, ayant une électrode 5 connectée directement à la surface 4 de la couche mince 2, a une résistance 30 inférieure en série et une valeur supérieure de Q. D'autre part5 la technique de diffusion d'alliage produit un dispositif à jonction P-N dans lequel une couche épaisse résiduelle de matière semi-conductrice à résistivité élevée suit la couche mince 2 et est connectée à une électrode. 35 Un exemple de réalisation à titre de variante d'un disposi tif de jonction P-N selon des caractéristiques de la présente invention sera décrit en se référant à la figure 1. Une baselest constituée par une masse de silicium de type P qui a de 1'indium 1Q * suivant une concentration d'environ 10 atomes par cm , sous 40 forme de matière d'impureté de type P, et qui a une résistivité 69 19977 4 2011945 de 0,02 ohm-centimètre. Les dimensions de cette base sont une épaisseur de 0,15 millimètre et an diamètre de 25 millimètres. Sur la base 1, on dépose une couche minoe 2 de silioium de type de 4jJ d'épaisseur, par décomposition thermique de triohlorosilane. Lors 5 du procédé de dépôt, l'antimoine est dopé sous forme de matière d' 17 impureté de type If suivant une concentration de 10 atomes par oentimètre cube. Ensuite, des atomes d'aluminium sont diffusés pendant 5 heures à 1000*0 dans la couche minoe 2, à partir de la surface 4 sur laquelle il y a de la vapeur d'aluminium à une concen-16 10 tration de 8x10 atomes par oentimètre cube, dans une atmosphère d'argon. La masse de silioium ainsi traitée est divisée en petits o morceaux de 1mm par traçage. Après attaque chimique de la surface des petits morceaux, la surface de la base 7 de type P des moroeaax est pourvued'une électrode d'aluminium 8 et la surface 4 de la cou-15 che minoe 2 de type H des morceaux est pourvued'une électrode or-antimoine 5 par une teohnique bien connue. Ainsi, on peut obtenir des dispositifs de jonction P-H qui ont une valeur Q de 500, pour 1 volt, et une capacité de 130 picofarads pour une tension de polarisation inverse de 0,4 volt et de 7 picofarads pour 10 volts. Ces 20 dispositifs peuvent être employés comme diodes de tension & capacitance variable, avec une grande variation de capacitance pour une tension de polarisation inverse, à une fréquence élevée. L'exemple de réalisation de la figure 2 correspond à un oas où une concentration, par exemple de matière d'impureté de type 25 N, représentée par la ligne 12, est supérieure, par exemple, à celle de la matière d'impureté de type P, représentée par la courbe 13» à la surface 4 de la couche mince 2. Lorsqu'une concentration 12 de matière d'impureté de type H est inférieure à une concentration 16 de matière d'impureté de type P à la surface 4» la distri-30 bution d'impuretés de la couche mince 2 est exprimée par une courbe 17 qui indique une jonction P-H-P, telle que représentée sur la figure 3. Ce dispositif à jonction P-N doit être interprété comme étant dans le domaine de la présente invention et peut ttre facilement transformé en dispositif à jonction P-N de la figure 35 2, par exemple, par attaque de la surface 4 jusqu'à une épaisseur désirée, lorsqu'on désire éliminer la jonction H-P dans le dispositif à jonction P-N-P. Alors qu'un exemple de la présente invention a été décrit en fonction d'un dispositif qui a une base à semi-conductibilité de 40 type P, on comprendra que la présente invention peut être ap 69 19977 5 2011945 pliquée également à un dispositif qui a une base à semi-conducti-bilité de type N par substitution de N à P et de P à N dans toute la description. Alors qu'un exemple de la présente invention a été décrit en fonction d'un dispositif composé de silicium, on com-5 prendra que la structure et le procédé de fabrication de la présente invention sont également applicables à des dispositifs composés de matières semi-conductrices semblables. Une base et une couche mince peuvent être composées de matières semi-conductrices différentes l'une de l'autre, par exemple, une combinaison d'une 10 base formée de silicium et d'une couche mince formée de germanium. 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 à l'homme de l'art. 69 19*77 6 2011945 HEYENDICATIOffS 1 - Dispositif à jonction P-N, caractérisé en ce qu'il comprend une base ayant un type de matière semi-conductrice et une couche mince ayant un autre type de matière semi-conductrice, une 5 matière d'impureté, déterminant le type de semi-conductibilité de la couche mince, ayant une concentration inférieure à celle de la base et étant partiellement compensée par une matière d'impureté, de type opposé, qui diffuse à partir d'une surface de la couche mince. 10 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base de la couche mince se compose essentiellement de silicium. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la base a une semi-conductibilité de type P et la couche mince 15 a une semi-conductibilité de type N. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière d'impureté de type opposé est de l'aluminium. 5 - Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction P-N, caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir une base d'une matière 20 semi-conductrice ayant un premier type de semi-conductibilité, sur une surface, avec une couche mince d'une matière semi-conductrice ayant un autre type de semi-conductibilité, cette matière semi-conductrice de la couche mince ayant une matière d'impureté, déterminant le type de semi-conductibilité, en concentration in- 25 férieure à celle de la base, et à traiter cette couche mince avec une diffusion d'une matière d'impureté ayant une semi-conductibi-lité opposée à celle de la couche mince, à partir d'une surface de cette couche mince.