Brevet FR2023646A1 — publié le 19700821

L'invention est telative au secteur des semiconducteurs et concerne plus particulièrement un procédé permettant la fabrication d'un dispositif semiconducteur comportant une jonction de Schottky, une couche de masquage, munie d'une fenêtre, étant disposée sur une surface d'une partie 5 de premier type de conduction d'un corps semiconducteur, après quoi, à l'endroit de la fenêtre, cette partie est munie d'une couche constituant une électrode de Schottky. Une couche constituant électrode de Schottky - ou électrode de Schottky en^forme de couche - est une couche métallique, tandis qu'une jonc-10 tion de Schottky est une jonction métal-matériau semiconducteur. Toutefois, outre un métal, une électrode de Schottky peut comporter un matériau semiconducteur. Par ailleurs, une mince douche isolante, par exemple une mince couche d'oxyde naturel présentant une épaisseur par exemple égale à quelques dizaines de 2, peut exister entre la couche constituant électrode de Î5 Schottky et le corps semiconducteur. Cette couche peut porter également une ou plusieurs autres couches métalliques, destinées par exemple à améliorer la liaison électrique â un conducteur de connexion. Un dispositif semiconducteur comportant une jonction de Schottky peut être une diode de Schottky, susceptible d'être utilisée par exemple 20 comme diode changeuse de fréquence, diode de commutation ou diode à réac-tance variable. Un tel dispositif semiconducteur peut être également un transistor, la jonction de Schottky constituant la jonction de collecteur. Un procédé mentionné dans le préambule est décrit par D.T. Toung et J.C. Irvin dans la publication "Proceedings of the IEEE", pages 2130 et 25 2131, parue en Décembre 1965. Le procédé en question offre l'avantage très important que la couche constituant électrode de Schottky est obtenue sous forme d'une mince couche dans une fenêtre d'une couche de masquage. De ce fait, ladite électrode de Schottky en forme de couche peut être connectée de façon très simple à l'aide d'un contact de pression. Une extrémité de 30 ce contact, réalisée par exemple sous forme d'un fil pointu, peut être déplacée sur la couche de masquage jusqu'à être arrêtée dans la fenêtre. Cette façon de réaliser le contact peut encore être facilitée par la présence d'un grand nombre de fenêtres, dont chacune présente une électrode en forme de couche. 35 Toutefois, on a constaté que la tension de claquage d'une jonction de Schottky, obtenue par la mise en oeuvre du procédé connu, est relativement petite, et n'est généralement pas supérieure â une valeur comprise entre 8 à 10 volts. Or, pour plusieurs applications, par exemple l'application d'une jonction de Schottky dans une diode commutatrice, on désire 40 disposer souvent d'une tension de claquage considérablement plus élevée. 69 39813 2 2023646 Le but de l'invention est d'indiquer un procédé du genre décrit, par la mise en oeuvre duquel peut être obtenue une tension de claquage considérablement supérieure aux valeurs comprises entre 8 â 10 volts. L'invention repose sur l'idée qu'une tension ae claquage plus 5 élevée peut être obtenue de manière simple du fait que la couche constituant électrode de Schottky est placée dans un creux pratiqué dans le corps semiconducteur. Conformément à l'invention, un procédé du genre mentionné dana le préambule est remarquable en ce qu'après la mise en place de la couche de 10 masquage, la surface de ladite partie est dans la fenêtre soumise â une opération enlevant du matériau afin d'obtenir un creux établi dans ladite partie sans perforer celle-ci, ce creux s'étendant latéralement sous la couche de masquage, alors qu'ensuite la couche constituant électrode de Schottky présentant une épaisseur inférieure â la profondeur du creux est formée 15 dans ce dernier par évaporation d'un matériau d'électrode, dans une enceinte sous vide, opération durant laquelle ce matériau se précipite également sur la couche de masquage et forme sur celle—ci une couche conductrice isolée par rapport à l'électrode de Schottky par suite de l'effet d'ombre de la couche de masquage pendant le. dépôt par évaporation. Sur du silicium présen-20 tant une résistivité comprise entre 0,6 et 0,8 ohm. cm, on a pu obtenir ainsi des jonctions de Schottky caractérisées par des tensions de claquage comprises entre 20 â 35 volts environ. La raison pour laquelle ces tensions de claquage élevées sont obtenues n'a pas encore pu être expliquée entièrement jusqu'à présent. La 25 couche constituant électrode de Schottky s'étend sous la couche de masquage, mais-ne parvient pas jusqu'au bord du creux, affleurant celle-ci. La partie de l'électrode de Shhottky, en forme de couche, située sous la couche d'oxyde, présente probablement une épaisseur décroissante et de ce fait une résistance élevée amenuisant l'influence des effets au bord de liélectrode 30 en forme de couche, qui réduisent généralement la valeur de la tension de claquage. Il n'est pas exclu non plus que la couche de masquage, si elle affleure une jonction de Schottky, influence défavorablement la tension de claquage de celle—ci, tandis que cette influence défavorable est évitée par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, étant donné que l'on 35 'obtient une électrode de Schottky en forme de couche qui ne parvient pas jusqu'à la couche de masquage. Par ailleurs, il se pëut qu'une courbure très prononcée de la couche d'épuisement formée pendant le fonctionnement soit évitée auprès du bord de la couche Constituant électrode de Schottky. Par "dép6"t par évaporation d'un matériau d'électrode", il n'y a 40 pas lieu de comprendre uniquement la précipation d'un' tel matériau, consécu 69 39813 3 2023646 tive â une évaporation, mais également la.mise en place d'un tel matériau par pulvérisation cathodique. De préférence, l'électrode de Schottky en forme de couche est munie d'un contact de pression pouvant être mis en place d'une manière 5 décrite en ce qui concerne le procédé connu. La couche conductrice sur la couche de masquage peut blinder le contact de pression capacitivement par rapport au corps semiconducteur. Dans le cas où ce blindage n'est pas nécessaire, il est préférable d'enlever la couche conductrice sur la couche de masquage, par suite d'un risque de c-10 court-circuit pouvant survenir entre le contact de pression et la couche conductrice. Pendant la mise en place d'un contact de pression, la couche de masquage empêche 1'endommageaient du bord de la couche constituant électrode de Schottky. Pendant ladite opération, la couche de masquage permet égale-15 ment l'obtention d'un signal électrique univoque lorsque le contact de pression est arrivé sur une électrode de Schottky en forme de couche. Lorsque ce contact est déplacé sur la couche de masquage, et qu'une différence de potentiel est maintenue entre celui-ci et le corps semiconducteur, le contact n'est pas parcouru par un courant. Lorsque le contact atteint une 20 électrode de Sohottky, un courant peut en résulter brusquement, ce qui indique qu'une électrode de Schottky a été atteinte. Lorsque la qualité de l'électrode s'avère insuffisante, le déplacement du contact de pression peut être continué sur la couche de masquage jusqu'à ce que soit atteinte une autre électrode de Schottky. Cette indication de nature électrique est 25 entre autres importante pour la fabrication mécanique en grande série. Toutefois, il est possible aussi d'enlever la couche de masquage. Les propriétés de la jonction de Schottky n'en seront pas influencées défavorablement. A remarquer que.des couches de masquage habituellement utilisées, 30 par exemple des couches en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium, sont électriquement isolantes. De préférence, on pratique un creux dont la profondeur est supérieure à 1yU, et on forme une électrode de Schottky en forme de couche ayant une épaisseur inférieure â 1yU. 35 Pour diminuer la résistance électrique du corps semiconducteur, le creux est pratiqué de préférence dans une couche semiconductrice épi-taxiale disposée sur un substrat semiconducteur de même type de conduction mais de xtrâsistivité inférieure à celle de cette couche épitaxiale. Lorsque l'épaisseur de.celle-ci est choisie mince au point qu'en présence 40 d'une tension accroissante dans la direction de blocage sur la jonction de 69 39813 4 2023646 Schottky, la couche d'épuisement qui en résulte s'étende sur l'épaisseur totale de la couche épitaxiale alors qu'ensuite l'épaisseur de cette couche d'épuisement reste pratiquement constante par suite de la forte concentration caractérisant le dopage du substrat, et que cette couche ne s'étend 5 plus que latéralement dans la couche épitaxiale, la tension de claquage est déterminée par l'épaisseur de la couche épitaxiale. Une structure présentant une telle couche épitaxiale mince, peut être utilisée avantageusement comme diode à effet d'avalanche. L'invention concerne également un dispositif semiconducteur coin— 10 portant une jonction de Schottky, obtenue par la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention. Suivant un mode de réalisation important, un dispositif semiconducteur comportant une jonction de Schottky dont une face eoàprend une partie d'un premier type de conduction est munie d'une couche de masquage 15 comportant une fenêtre, ladite partie incluant une couche constituant électrode de Schottky, est remarquable en ce qu'à partir de ladite surface, â 1'endroit de la fenêtre, un creux est établi dans ladite partie sans perforer celle-ci, ce creux s'étendant latéralement sous la couche de masquage, alors que la couche constituant électrode de Schottky présentant 20 une épaisseur inférieure à la profondeur du creux est formée entièrement dans le creux et s'étend sous la couche de masquage mais pas jusqu'à celle-ci. De préférence, l'électrode de Schottky est munie d'un contact par pression. 25 La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 est une vue en perspective schématique d'un corps semiconducteur comportant une couche de masquage munie de fenêtres. 30 La fig. 2 est une coupe transversale schématique illustrant une partie du corps semiconducteur représenté sur la fig. 1, et ayant été soumis à quelques opérations en vue de la fabrication d'une diode de Schottky conforme â l'invention. La fig. 3 montre la même coupe transversale, la diode de Schott-35 ky ayant été munie d'un contact de pression. En se référant aux figures 1, 2 et 3j on décrit ci-après un mode de réalisation d'un procédé conforme à l'invention, destiné à la fabrication d'un dispositif semiconducteur comportant une jonction de Schottky (12) ayant la forme d'une diode de Schottky: sur une surface (2) d'un 40 corps semiconducteur (1) d'un premier type de conduction, on dispose une 69 39813 5 2023646 couché de masquage (3) munie de fenêtres (4}> puis, à l'endroit de celles-ci, on met en place une couche constituant électrode de Schottky (5)» Sur la fig. 1, le corps semiconducteur (1 ) est destiné à une seule diode, La couche de masquage (3) comporte un certain nombre de fenê-5 ~ très devant faciliter la mise en place d'un contact par pression (6) comme ûëla a déjà été expliqué. Le nombre de fenêtres peut être inférieur ou-supérieur â celui montré sur la fig. 1. Dans la pratique, on partira habituellement d'un corps semiconducteur plus volumineux afin de pouvoir réaliser simultanément plusieurs dio-■jq des. Pour la mise en place du contact de pression (6), le corps semiconducteur est subdivisé d'une manière habituelle afin d'obtenir ainsi des corps semiconducteurs distincts, dont chacun est destiné â une seule diode. Conformément à l'invention, après la mise en place de la couche de masquage (3), la surface du corps semiconducteur (1) dans les fenêtres 15 (4) est soumise â une opération devant enlever une certaine quantité de ■atêriau afin d'obtenir des creux, tel le creux (7) montré sur les figures 2 et 3. Ce creux (7) s'étend latéralement de part et d'autre sous la couche de masquage (3). Si évaporant dans une enceinte sous vide un matériau d'éleô-trode, on forme dans le creux (7) une couche constituant électrode de 20 Schottky (5), présentant une épaisseur qui est inférieure â la profondeur du creux (7). Pendant cette opération, du matériau d'électrode se précipite également sur la couche de masquage (3) et forme sur celle-ci la couche conductrice (8). Par l'effet d'ombre de la couche de masquage (3) pendant l'évaporation, cette couche (8) est isolée par rapport à l.îélectrode de 25 Schottky en forme de couche (5). Le corps semiconducteur (1), mesurant 120 x 700 x 700yu environ, est en silicium et porte une couche épitaxiale (9) en silicium de type de conduction n,présentant une épaisseur comprise entre 5 e"t 6yU, et une résis-tivité 0,8 ohm. cm environ. Cette couche (9) se trouve sur le substrat 30 (10) en silicium de type de conduction n, présentant une résistivité inférieure à celle de la couche (9), par exemple une résistivité 0,01 ohm.cm. La couche de masquage*(3) est en oxyde de silicium et présente une épaisseur 0,3jo.. Cette couche est mise en place d'une manière habituelle et munie, suivant un procédé connu, de fenêtres circulaires (4) de diamètre 35 40yu. - *: - La formation du creux (7) dans la couche épitaxiale (9) résulte àJun décapage, le décapant utilisé attaquant le silicium plus rapidement ' 'qùe-I'oxyde de silicium. Le décapant est par exemple formé par une partie ' rà'aeiàè:fluorhydrique (40fo) et vingt parties d'acide nitrique (6570). De 40 préférence, le décapage a lieu jusqu'à obtenir un creux présentant une 69 398î3 6 2023646 profondeur supérieure à 1yU. Sur les figures, cette profondeur est comprise entre 2 et 3^*1. La couche constituant électrode de Schottky (5), et la couche, conductrice (8) résultent d'un dépôt obtenu par évaporation de nickel. De préférence, l'épaisseur de ces couches est inférieure à 1yU, et dans l'exemple en question, l'épaisseur obtenue est comprise entre 0,1 et 0,2yU environ, L'opération dans une enceinte sous vide peut être effectuée d'une manière habituelle. Etant donné que les dimensions d'une source d'évaporation courante sont plus grandes que les dimensions des fenêtres (4)» la couche (5) s'étendra sous la couche de masquage (3)» l'effet d'ombre de cette couche (3) empêchant toutefois que les couches (8) et (5) forment une seule couche continue. Dans le cas où l'on désire maintenir la couche conductrice (8), par exemple pour réaliser un blindage capacitif, on peut mettre en place dès maintenant le contact de pression. Lorsque ce blindage capacitif n'est pas nécessaire, la couche (8) est enlevée d'une manière connue. Durant cette opération, il est sans importance que des petits restes de la couche (8), affleurant une fenêtre (4), subsistent. On empêche ainsi le risque d'un court-circuit entre le contact de pression à mettre en place et la couche (8), et de ce fait un accroissement important de la capacité entre ledit contact et le corps semiconducteur. Dans le stade de fabrication 4' illustré sur la fig. 3, la couche (8) n'apparaît plus. Une extrémité pointue d'un contact de pression (6), constitué par un fil de molybdène de diamètre 100yU environ, est déplacée sur la couche de masquage (3) jusqu'à ce que cette extrémité s'arrête dans un creux (7). En effectuant quelques mesures, on contrôle maintenant si la diode présente des caractéristiques intéressantes. Lorsque cela n'est pas le cas, le contact (6) est de nouveau déplacé sur la couche (3) jusqu'à s'arrêter dans un autre creux. Lorsque les caractéristiques requises sont finalement obtenues, on peut, d'une manière connue, séparer la diode du reste de l'ensémble et la munir d'une enveloppe. La diode de Schottky obtenue conformément à l'invention présente une tension de claquage de 30 volts environ, alors qu'une diode de Schottky qui ne présente pas de creux mais qui pour le reste est fabriquée de ma-• nière identique, présente une tension de claquage atteignant seulement 10 volts environ. Outre l'avantage qu'un contact par pression peut être facilement mis en place, une diode de Schottky conforme â l'invention a donc l'avantage d'avoir une tension de claquage élevée. Avant de mettre en place le contact de pression (6), on peut placer sur l'électrode (>) une autre couche métallique pouvant servir â 69 39813 7 2023646 réaliser un meilleur contact électrique avec ledit contact (6). Une couche en or par exemple, déposée par évaporation dans une enceinte sous vide, peut ainsi être mise en place sur la couche (5)« Au besoin, la couche de masquage (3), ainsi que la couche conduc-5 trice (9) peuvent être enlevées. A remarquer qu'il est également nécessaire de placer sur le substrat (10) un contact de connexion pouvant être mis en place d'une manière connue, de préférence directement après la formation de la couche (3)« Bien que l'invention soit décrite â l'aide de formes de réalisa-10 tion et d'application déterminées, le technicien pourra en réaliser de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention. Le diamètre des fenêtres (4)> dans l'exemple égal à 40yU, peut être plus grand ou plus petit. Par diode, une seule fenêtre peut suffire. La profondeur du creux peut être supérieure â la valeur précitée, et être par exemple égale â 15 10yU. A noter qu'une profondeur plus grande donne généralement lieu â une tension de claquage un peu plus élevée. Habituellement, l'épaisseur de la couche épitaxiale sous la couche électrode de Schottky est choisie assez grande pour que pendant le fonctionnement, la couche d'épuisement se formant à la jonction de Schottky, n'atteigne pas le substrat. Dans le cas où l'on 20 désire utiliser la diode comme diode à effet d'avalanche, l'épaisseur de la couche épitaxiale est choisie plus petite, de sorte que la couche d'épuisement peut atteindre le substrat et que la tension de claquage est déterminée par l'épaisseur de la couche épitaxiale sousi'électrode de Schottky en forme de couche. Les matériaux mentionnés dans la description peuvent être rempla— 25 cés par d'autres. A titre d'exemple, la couche de masquage (3) peut être en nitrure de silicium, le corps semiconducteur en un composé et la couche constituant électrode ae Schottky en or ou en platine. Un dispositif semiconducteur conforme â l'invention ne doit pas être nécessairement une diode, mais peut être par exemple un transistor dont la jonction de collec-30 teur est une jonction de Schottky. Au lieu d'un contact de pression, on peut utiliser par exemple un conducteur qui à la couche constituant électrode de Schottky est relié grâce à la chaleur résultant d'une liaison par compression. 69 39813 8 2023646 REVENDICATIONS: 1 , Procédé permettant la fabrication d'un dispositif semiconducteur comportant une jonction de Schottky, une couche de masquage, munie d'une fenêtre, étant disposée sur une surface d'une partie de premier type de 5 conduction d'un corps semiconducteur, après quoi, à l'endroit de la fenêtre, cette partie est munie d'une couche constituant électrode de Schottky, caractérisé en ce qu'après la mise en place de la couche de masquage, la surface de ladite partie est dans la fenêtre soumise à une opération enlevant du matériau afin d'obtenir un creux établi dans ladite partie sans 10 perforer celle-ci, ce creux s'étendant latéralement sous la couche de masquage, alors qu'ensuite la couche constituant électrode de Schottky présentant une épaisseur inférieure â la profondeur du creux est formée dans ce dernier par évaporation d'un matériau d'électrode, dans une enceinte sous vide, opération durant laquelle ce matériau se précipite également sur la 15 couche de masquage et forme sur celle-ci une couche conductrice isolée par rapport à l'électrode de Schottky par suite de l'effet d'ombre de la couche de masquage pendant le dépôt par évaporation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche constituant électrode de Schottky est munie d'un contact de pression. 20 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on enlève la couche conductrice sur la couche de masquage. 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on enlève également la couche de masquage. 5. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en 25 ce que la profondeur du creux est supérieure â 1yU, et 1'épaisseur de la couche constituant électrode de Schottky inférieure â 1 yU. 6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le creux est pratiqué dans une couche semiconductrice épitaxiale se trouvant sur un substrat semiconducteur de même type de conduction mais de 30 résistiloité inférieure à celle de cette couche. 7. Dispositif semiconducteur comportant une jonction de Schottky, obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé selon au moins une des revendications précédentes. 8. Dispositif semiconducteur comportant une jonction de Schottky et 35 muni d'un corps semiconducteur dont une surface d'une partie d'un premier type de conduction est munie d'une couche de masquage comportant une fenêtre, alors qu'à l'endroit de celle-ci, ladite partie est munie d'une couche constituant électrode de Schottky, caractérisé en ce qu'à partir de ladite surface, à l'endroit de la fenêtre, un creux est établi dans ladite partie sans 40 perforer celle-ci, ce creux s'étendant latéralement sous la couche de mas 69 39813 9 2023646 quage, a}.ors que la couche constituant électrode de Schottky présentant une épaisseur inférieure à la profondeur de creux est formée entièrement dans le creux et s'étend sous la couche de masquage mais pas jusqu'à celle-ci. 5 9» Dispositif semiconducteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche constituant électrode de Schottky est munie d'un contact de pression. 10. Dispositif semiconducteur selon la revendication 8 ou 9» caractérisé en ce que la couche de masquage est munie d'une couche conductrice 1"0 que ladite couche de masquage isole par rapport â la couche constituant électrode de Schottky, 11. Dispositif semiconducteur selon une ^.es revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la profondeur du creux est supérieure à 1 yU, et 1'épaisseur de la couche constituant électrode de Scuottky inférieure â 15 1/U. 12. Dispositif semiconducteur selon une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le creux est pratiqué dans une couche semi-conductrice épitaxiale de premier type de conduction, disposée sur un substrat semiconducteur de même type de conduction mais de résistivité infé— 20 rieure à celle de cette couche épitaxiale.