Brevet FR2014851A1 — publié le 19700424

La présente invention se rapporte à des dispositifs a' semi-conducteurs comprenant une plaquette de semi-conducteur et une couche conductrice formant une couche arrêt de Schottky. Les diodes à couches dwarrêt superficielles, qui sont basées sur le comportement non ohmique diune jonction métal-semiccnducteur, sont bien connues. Les propriétés électriques de ces dispositifs dépendent de la fonction de travail du métal ainsi que de leaffinité du semiçconducteur pour les électrons. Plusieurs structures connues propres à constituer des couches arrêt redesseuses sont décrites dans le Bell System Technical Journal" Vol XLIV, pp. 1525-1528 (1965) et vol. XLIII, pp. 215-224 (1964). On peut obtenir une variation des propriétés conductrices de la coche arrêt en modifiant le matériau qui forme la couche arrêt. Ordinairement on utilise différents métaux pour les contacts individuels afin d'obtenir des propriétés différentes. Par exemple, unediode constituée de siliciure de platine et de silicium a une hauteur de barrière de potentiel de 0,85 volt tandis aucune jonction cuivre-silicium a une hauteur de-barrière de potentiel de 0,58 volt. Toutefois, si l'on pouvait disposer d'un mécanisme pour procurer une hauteur de barrière de potentiel voulue quelconque sur une gamme continue, on pourrait réaliser une diode qui pourrait outre adaptée à une application donnée. Les limitations des dispositifs connus à ce jour sont surnontées grâce à l'invention qui procure un dispositif à semiconducteur comprenant une plaquette de semiconducteur et une cou che conductrice formant avec la plaquette un contact à couche d'arrêt de Schottky, dans lequel la couche comprend au moins deux métaux différents dans des proportions choisies en sorte de procurer a' la couche d'arrêt de Schottky une barrière de potntielmulue. Selon l'invention, une diode à couche diarrét superficielle peut etre réalisée en sorte de présenter une-caractéristi- que courEnt-tension voulue en réalisant un contact de métal ayant la fonction appropriée en rapport avec le semiconducteur. Cette fonction idéale est obtenue par contamination ou en mélangeant différents métaux pour former le contact de métal. L'invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins joints dans lesquels: - les figures 1 à 3 sont des vues en coupe d'une plaquet- te de seni-conducteur traitée selon ltinvention pour former une diode avec un contact de métal composite; - la figure 4 est un diagramme de niveau d'énergie pour une jonction métal/semi-conducteur typique; - la figure 5 est un diagramme montrant la variation du logarithme du courant en fonction de la tension pour certaines diodes réalisées selon. l'invention. Les figures 1 à 3 illustrent une séquence typique d'étapes de fabrication d'une couche d'arrêt selon l'invention. La figure 1 montre une base 10 constituée de silicium de type n dont la surface supérieure est revêtue d'une couche épitaxiale uniforme Il de silicium de type n plus faiblement dopée. L'ouverture pratiquée dans le masque isolant 12 délimite la région de la -couche dfarret. Celle-ci est formée en déposant sur lue silicium exposé, une combinaison d'au moins deux métaux tels que le platine et le rhodium. Les couches de métal sont représentees en 13 et 14. Les métaux peuvent être déposés en même temps à partir d'un alliage ou à partir de deux sources, ou bien ils peuvent être déposés séparém-ent. Les métaux sont vaporisés par des procédés classiques ou bien pulvérisés sur l'entièreté de la surface. La structure est ensuite chauffée en sorte de faire réagir les métaux avec le silicium sous-jacent afin de former une couche 15 de siliciure composite comme montré sur la figure 2. La couche 15 se forme partiellement dans la surface de la couche épitaxiale 11 et partiellement au dessus de la surface étant donné qu'une partie du cristal de silicium constitue la source de silicium dans le siliciure. La région 15 se compose principalement de siliciures de métaux ayant réagi. Le contact est alors réalisé sur la couche de siliciure composite par des procédés classiques.Le contact représenté sur la figure 3 est un contact de conducteurpourtre usuel constitué, par exemple, de 0,1 micron de titane 16, de 0,3 micron de platine 17, et de 10 microns dpor 18; Si les cou ches 13 et 14 (figure 1) sont déposées sur l'entièreté de la surface de la structure, il peut "etre souhaitable dpéliminer le mé- tal indésirable par pulvérisation. Dans le dispositif terminé représenté sur la figure 3, la couche d'arrêt considérée est indiquée en 19.Cette forme de diode, qui est basée sur une jonction siliciure de métal-silicium, est spécialementefficace puisque la couche d'arrêt est formée dans le corps de semi-conducteur par suite du processus d'alliage. Elle est donc relativement indépendante de l'état de la surface du silicium avant que la pellicule de métal composite soit déposée. On sait que le siliciure forme avec le silicium une jonction redresseuse efficace. La structure selon la figure 3 est illustrée comme exemple d'une catégorie de dispositifs dont le fonctionnement est basé sur une jonction redresseuse métal/semi-conducteur. L'invention s'applique d'une façon générale à toutes les formes de ces dispositifs comme on le verra par la suite. La figure 4 est un diagramme de niveau d'énergie d'une jonction métal/semi-conducteur. L'énergie nécessaire pour qu'un électron moyen e circule en sens inverse est détermine largement par la hauteur h de la barrière de potentiel. La hauteur de la barrière de potentiel est égale à la différence d'énergie entre le métal et le semi-conducteur. Cette relation fait ressortir la caractéristique essentielle selon laquelle l'énergie du métal doit être supérieure à celle du semi-conducteur pour qu'il y ait une barrière de potentiel entre eux. Si cette condition n'est pas satisfaite, on a une jonction ohmique. Lorsqutune tension directe est appliquée sur la jonction, le niveau de Fermi F dans le semi-conducteur est déplacé vers le haut et déformé, et un nombre sans cesse croissant d'électrons ont une énergie suffisante pour circuler à travers la barrière de hauteur h appqremment plus faible. Avec une polarisation inverse le niveau de Fe mi dans le semi-conducteur baisse et la hauteur de la barrière de potentiel est effectivement augmentée. L'expression du courant traversant la couche d'arrêt est I = Ae 2 e -/kT ampères/cm2 où Ai est la constante de Richardson relative à l'émission ther 2 moionique dans le semi-conducteur (inférieure à 120 A/cm2. deg. ), T est la température q est la--charge du porteur kT est ltexpression de Boltzmann usuelle est la hauteur de la barrière da potentiel. Le but de l'invention est dè faire varier et de régler ainsi les propriétés de conduction de la couche d'arrêt pour obtenir une caractéristique prédéterminée. Les exemples suivants illustrent l'invention. Une diode similaire à celle représentée sur la figure 3 est réalisée avec une couche 11 de silicium de type n ayant une + résistivité de 1 ohm-cm. La base 10 est constituée de silicium n et le masque isolant 12 est constitué d'oxyde de silicium. Le dépôt de métal consiste en une couche de rhodium 13 de 0,05 micron d'épaisseur et une couche de zirconium 14 de 0,02 micron dpépais- seur, déposées successivement ou à partir d'une anode en alliage de ces deux métaux. L'ensemble est chauffé jusqu'à- une température d'au moins 500"C pendant une période dépassant 2 minutes. Il se forme ainsi une couche 15 de siliciure de Zr et Rh. En suivant le même processus on a réalisé un dispositif à couche d'arrêt siliciure de zirconium-rhodium/silicium.Les propriétés des couches d'arrêt ainsi réalisées sont indiquées sur le diagramme de la figure 5 dans lequel les ordonnées sont les logarithmes du courant direct et les abscisses sont la tension en volt. Ce diagramme-mon- tre des variations relativement linéaires qui représentent les hauteursdes barrières de potentiel. La courbe 30 comprend une diode (Zr Rh)Si et elle est environ 25 mV plus bas que la couche 31 correspondant à une diode (Rh-Si) sur du silicium et 190 mV plus haut que la courbe 32 qui correspond à une diode (Zr-Si) sur du silicium. La courbe 33 se rapporte à une diode (TiRh)Si. De l'examen de ces courbes il ressort que le réglage continu de la hauteur de la barrière de potentiel entre les valeurs extrêmes peut être obtenu en faisant varier les proportions relatives des métaux déposés dans la pellicule 19. Parmi les 'métaux convenant pour ce mélange on peut citer Zr, Ti, V, Cr, Mo, W, Au, Cu, Ni et les métaux du groupe du platine. La description qui précède n'a envisagé que des diodes à couches d'arrêt mais il est bien évident que d'autres dispositifs, tels que des transistors, qui incorporent des structures de diodes, peuvent également être réalisés selon l'invention. Des transistors à effet de champ. , par exemple, qui utilisent des jonctions métal/semi-conducteur comme contacts de source et de drain peuvent incorporer la présente invention. REVENDICATIONS. 1.- Dispositif à semi-conducteur comprenant une plaquette de semi-conducteur et une couche conductrice formant avec la plaquette un contact à couche diarrét de Schottky, caractérisé en ce que la couche comprend au moins deux métaux différents dans des proportions choisies en sorte de procurer à la couche arrêt de Schottky une hauteur voulue. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le semi-conducteur est du silicium et en co que la couche de métal composit-e est un siliciure mixte de métaux. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de métal composite contient au moins deux métaux choisis dans le groupe comprenant Ti, V, Cr, Dito, W, Ni, Cu, Au et les métaux du groupe du platine. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de métal composite est un mélange de titane et de rhodium. 5.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de métal composite est un mélange de zirconium et de rhodium.