Brevet FR2019963A1 — publié le 19700710

La présente invention est relative à un procédé pour-la fabrication d'un dispositif semiconducteur .jV. et "èli'ë concerne r plus particulièrement, un procédé pour la fabrication d'un dispositif utilisant la barrière à effet redresseur formée par 5 le contact entre un semiconducteur et.un métal, c'est-à-dire un dispositif semiconducteur du type dit à barrière de Schottky, L'invention pourra de toute façon être bien comprise à 1'aide du complément de'description qui. suit .ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins concernent un 10 mode de réalisation de l'invention choisi à titre d'exemple non limitatif et sont, bien entendu; donnés surtout à titre d'indication. : La fig. 1, cte ces dessins, représente en" coupe un exemple d'un dispositif semiconducteur classique du type à barrière de 15 Schottky. La fig. 2 sert à illustrer le' principe de fonctionnement • du dispositif représenté à la fig. 1 . La fig. 3 représente en coupe un mode de réalisation d'un dispositif semiconducteur réalisé par mise en oeuvre du procédé 20 faisant l'objet de la présente invention. Les fig. 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a,. 7b et 7c sont des schémas en plan et en coupe illustrant les différents.stades de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention.. • La fig. 8, enfin, est un diagramme caractéristique illus-25 trant l'efficacité de la présente invention. On a porté en abscisses la tension électrique en volts et en ordonnées 1'intensité de courant en microampères. On utilise en pratique, d'une manière courante, une diode ayant la structure représentée fig. 1 comme dispositif semi- . 30 conducteur du type à barrière de Schottky. Cette diode a lâ structure dite planaire dans, laquelle, après avoir formé une pellicule isolante (par exemple, une pellicule 2 d'oxyde de silicium) sur la surface d'un support 1 en silicium recouverte d'une couche 1' de type n que.l'on y a fait croître par épita-35 xie, on ménage une fenêtre 3 dans la pellicule d'oxyde, puis on applique dans cette fenêtre 3 une pellicule d'un métal prédéterminé, par exemple une pellicule 4 de molybdène. Toutefois, un dispositif ayant la structure classique dé-crite ci—dessus pose un problème : la tension électrique disrup 40 tive, en sens inverse, de la jonction à effet redresseur a une 69 33957 2019963 valeur plus faible que la valeur escomptée. En effet, quand on construit une diode sous la forme d'un dispositif ayant la susdite structure en se servant'"d'un support en silicium sur le-■ -quel on a fait croître par épitaxie une" couche 1* ayant une ré— 5 sistivité de 0,5/v -cm et une -épaisseur de 1 p. et en y appliquant une pellicule 4 de molybdène, la valeur de la tension électrique disruptive théorique que 1'on péut prédire est d'environ 20 volts, mais en réalité la tension électrique Les raisons de l'abaissement de la tension électrique disruptive dans le sens inverse sont considérées comme attribua-blés, de la manière illustrée par la fig. 2, à l'accumulation de charges électriques 5 à la portion superficielle du support 15 en silicium sous la pellicule 2 d'oxyde de silicium } il éri résulte l'établissement d'un courant de fuite à partir de 1'électrode -métallique-4 vers ladite portion où s'accumulent des charges électriques 5 dans le sens indiqué par une flèche 6, ce qui a pour conséquence un abaissement de la tension électrique dis-20 ruptive dans le sens inverse du sens redresseur. Bien qu'il aft été proposé de prévoir une région diffusée constituant ce que l'on appelle un anneau dé garde pour isoler la couche chargée sur le support encerclant la portion de jonc-' tion entre ledit métal èt ledit semiconducteur afin de diminuer 25 ledit courant de fuite, une telle opération rend plus complexe le procédé de fabrication du dispositif et n'est pas d'un grand intérêt en pratique. - Confôrmëment I. la présente invention , on propose un dispositif semiconducteur dii type à barrière de Schottky ayant une 30 structure nouvelle telle que représentée fig. 3. Pour réaliser un tel dispositif, on opère de la manière suivante, conformément à la présente invention s après avoir formé une pellicule isolante 12 sur un support "semiconducteur 11, on ménaije dans la pellicule isolante 12 une fenêtre 13 par mise en oeuvre de 35 là techniqué conntiè dite de photo-attaque. Ensuite, on attaque la surface' du semiconducteur mise à nu, au travers de la fenêr-tre 13, en utilisant une solution chimique. Au cours d'une telle attaqué chimique, la niasse semiconductrice est attaquée non seulement dans la direction axiale dé la fenêtre 13, mais aussi 40 dans sa direction circonférentielle. Il se forme ainsi un évi- 69 33957 3 2019963 dement 4 de dimension un peu plus grande que celle de la fenêtre dans la portion superficielle de la masse semiconductrice située sous la périphérie de la fenêtre 13 ménagée dans la pellicule isolante 12. Dans cet état, un métal 15 tel que du molybdène 5 qui forme une barrière à effet redresseur à son contact avec le support semiconducteur est formée par évaporation à partir de la direction axiale de la fenêtre 13 pour former uçte jonction au niveau de la portion plane de 1'évidement 14 creusé dans ladite masse semiconductrice. Le dispositif semiconducteur ainsi 10 construit est caractérisé en ce qu'il comporte un espace vacant 16 formé à la suite du fait que le semiconducteur initialement présent sous là périphérie de la fenêtre 13 ménagée dans la pellicule isolante 12 a été enlevé à la suite de l'opération d' attaque. Selon l'expérience acquis.e au cours des recherches 15 qui ont abouti à la mise au point de la présente invention, on a découvert que les caractéristiques de la diode (en sens inverse du sens redresseur) sont remarquablement améliorées quand 1*évidement 14 ménagé dans la masse semiconductrice a une profondeur, dans la direction axiale de la fenêtre 13, de plus de • • .20 500 A et quand il s'étend sur une distance de plus de 1000 A dans la direction perpendiculaire à ladite direction axiale à partir de la périphérie de la fenêtre 13. Il est efficace» pour améliorer la stabilité du dispositif semiconducteur, de donner à l'épaisseur de la pellicule métallique 15 une valeur plus grande 25 que la profondeur dudit évidement, et de former 1'électrode en recouvrant la portion constituant la fenêtre dans la pellicule isolante avec la pellicule métallique» La présente invention a pour objet un procédé permettant de fabriquer ion dispositif semiconducteur ayant une structure 30 telle que celle représentée fig. 3. Bien qu'il soit désirable de choisir une solution d'attaque telle que la vitesse d'attaque dans la direction perpendiculaire à la surface de la lamelle soit plus faible que dans l'autre direction, plus spécialement dans la direction latéra-35 le, il est très difficile de former uniformément l'espace vacant 16 représenté fig. 3, étant donné qu'une solution d'attaque a généralement une vitesse d'attaque différente selon la direction de chaque surface cristallographique, même dans la » * direction latérale. 40 En raison du point mis en lumière ci-dessus, le but essen 69 33957 4- 2019963 tiel de la présente invention est de former l'espace vacant 16 représenté fig. 3 uniformément tout autour de la périphérie de la jonction, et ce avec une bonne reproductibilité et la possibilité de rester bien maître de l'attaque, en déterminant 5 la forme de la fenêtre de jonction et la direction de pose d'un masque, compte tenu du fait que la vitesse d'attaque dépend de la surface cristallographique. Quand on attaque une masse semiconductrice, il est bien connu que la vitesse d'attaque dépend dans une large mesure 10 non seulement du type de la solution d'attaque utilisée, mais aussi de la surface cristallographique. Par exemple, une solution d'attaque comprenant 8 ml d'eau 17 ml d'éthylènediamine et 3 g de pyrocatéchol a un rapport de vitesse d'attaque de 3:30:50 dans la direction de la surface 15 cristallographique (111), (110) et (100) respectivement dans le cas du silicium ; il est en effet bien connu que la vitesse d'attaque dépend beaucoup de la surface cristallographique. Lors de la mise en oeuvre de la présente invention, on utilise une solution d'attaque dont la vitesse d'attaque dépend 20 relativement beaucoup de la surface cristallographique et une lamelle de silicium dont l'axe cristallographique est dans la direction ^Lll)> , la vitesse d'attaque étant généralement plus faible dans cette direction, afin de former l'espace vacant 16 représenté fig. 3 de la manière telle que décrite ci-dessus pour 25 que la zone attaquée soit relativement peu profonde mais de profondeur uniforme tout autour de la périphérie de la fenêtre de jonction. O On forme une pellicule d'oxyde d'environ 5000 A d'épaisseur, sur une lamelle de silicium dont 1 ' axe cristallographique est dans la 30 direction Sans perdre de vue cet effet directionnel, on ouvre une fenêtre dans la même direction que dans la fig. 5 et dans une direction décalée à la suite d'une rotation de 30e à partir de 40 cette direction en utilisant un dessin hexagonal, et on attaBAD ORIGINAL 69 33957 5 2019963 que le silicium similairement, en suite de quoi on constate que le silicium se trouve attaqué selon la forme représentée par la fig. 6 ou la fig. 7. De tout ce qui précède, il ressort que l'attaque peut être 5 uniformément effectuée dans la direction latérale tout autour de la fenêtre de jonction dans le silicium dont l'axe cristallographique se trouve dans la direction ^111^ en ajustant la direction d'un côté d'une fenêtre triangulaire ou hexagonale parallèlement à la direction ^110^ ou a 10 D'autre part, quand on ne ti.ent pas compte de la forme de la fenêtre ou du fait que la vitesse d'attaque dépsnd de la direction, et afin d'obtenir l'espace vacant minimum efficace tout autour de la fenêtre, quelques portions latéralement surattaquées sont partiellement formées étant donné que l'attaque 15 ne s'effectue pas uniformément dans la direction latérale (les fig. 5 et 7 montrent des exemples de ce phénomène) ; alors, la résistance mécanique de la pellicule d'oxyde limitant l'espace vacant pose un problème et il peut apparaître un défaut résidant dans le fait que 1' espace vacant peut se trouver brisé au 20 cours des opérations de fabrication de la diodeô De la manière décrite ci-dessus, et étant donne "que l'espace vacant 16 peut être formé uniformément et effectivement par détermination de la forme de 3 a fenêtre st de sa directions, plus spécialement la reproductibilité de la caractéristique en 25 sens inverse du sens redresseur et la possibilité de maîtrise de l'uniformité sont substantiellement améliorées st en même temps on atteint un autre but important, à savoir l'élimination du courant de fuite, même quand la profondeur de 1'évidement est relativement faible (environ de 1000 à 2000 A) en comparai™ 30 son de ce que l'ob observe avec la méthode classique s par conséquent, le débattement de la caractéristique de la diode elle-même, qui résulte sorivent d'un approfondissement exagéré de 1'évidement, peut être abaissé à une valeur très petite. On décrit ci-après un mode de réalisation de la présente 35 invention. O Après avoir formé une pellicule d'oxyde de 5000 A d'épaisseur sur un support en silicium préparé en faisant croître par épitaxie une couche de type n ayant une haute valeur de resis-tivité d'environ 0,5-O--cm sur une masse de silicium'ayant une 19 3 40 haute densité d'impureté de type n (plus de 10 /cm ) et l'axe BAD ORIGINAL 69 33957 6 2Û19963 cristallographique dans la direction , une fenêtre en forme d'hexagone régulier dont le côté mesure 15yj de longueur est ouverte dans la pellicule d'oxyde par mise en oeuvre de la technique de photo-attaque de manière telle qu'un côté en de-5 vienne parallèle a la direction de l'axe cristallographique ou O une profondeur d'environ 1000 h dans la direction de l'épaisseur de la lamelle à l'aide d'une solution d'attaque ayant 10 une vitesse d'attaque relativement faible dans cette direction (111) . Au cours d'une telle opération, la profondeur d'attaque dans une direction latérale à partir du bord périphérique de la fenêtre ménagée dans la pellicule isolante, autrement dit O l'attaque latérale, est d'environ 2000 A. Par la suite, après 15 avoir formé par évaporation une couche de molybdène d'environ O .3000 A d'épaisseur au travers de ladite fenêtre, on forme par évaporation sur le molybdène une pellicule d'or d'environ o 5000 A , puis on forme une électrode en forme d'hexagone régulier de 50^u de côté, centrée autour de ladite portion de fenê— 20 tre. D'autre part, on forme un contact ohmique sur la surface dorsale du support en silicium par évaporation d'or contenant 1 % d'antimoine, et à cette couche d'or on connecte un fil métallique sarvant de conducteur externe d'électrode. On constitue ainsi une diode du type à barrière de Schottky comprenant 25 une jonction molybdène-silicium. La caractéristique de la diode en sens inverse du sens redresseur est représentée fig. 8, la diode ayant été réalisée de la manière décrite ci-dessus. Sur cette fig0 8, la courbe représente la caractéristique du dispositif dont la fenêtre a 30 la forme d6un hexagone régulier orienté dans la direction sv.s-spécifiée- ce'dispositif étant donc réalisé selon la présente invention ; la courbe Jb représente la caractéristique d'une diode de Schottky de même structure, mais ayant une fenêtre circulaire. De 1 * examen de la fig. 8, il ressort que la tension 35 électrique du dispositif dans le sens inverse du sens redresseur est élevée pour le dispositif réalisé conformément, à l'invention, avec un débattement très faible comparé à celui observable sur un dispositif préparé par mise en oeuvre des méthodes classiques. 40 Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, le dispositif semiconBAD ORIGINAL 69 33957 7 2019963 ducteur fabriqué par mise en oeuvre du procédé selon la présente invention a de bonnes caractéristiques de reproductibilité dont il est relativement facile de rester maître, en ce sens que le courant de fuite à la portion du bord de la jonction se 5 trouve éliminé» et le taux de rendement est substantiellement accru. L'espace de garde que prévoit la présente invention peut être ménagé par la technique d'attaque chimique5 la méthode de fabrication est facile, et le prix de revient est bas» On peut 10 en outre facilement ajuster la direction du dessin en formant une empreinte d'attaque sur une portion de la surface dorsale ou de la surface avant de la lamelle, ou sur une lamelle dont la direction cristallographique est indiquée par un clivage. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de 15 ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse9 au contraire, toutes les variantes . bad original 69 33957 8 2019963 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement, lors de la formation d'un évidement attaqué sur une surface d'un support 5 semiconducteur au travers d'une fenêtre triangulaire ou hexagonale ménagée dans un masque constitué par une pellicule isolante, à former ladite fenêtre de façon telle qu'un de ses côtés soit parallèle à l'axe cristallographique , et à attaquer la surface du support au travers de la fenêtre 10 ainsi orientée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajuste le masque de façon telle que 1'évidement attaqué puisse être attaqué latéralement sous la périphérie de la fenêtre ménagée dans la pellicule isolante, et on forme une barrière 15 de Schottky entre le semiconducteur et le métal en déposant par évaporation un métal sur la portion inférieure constituant le fond dudit évidement creusé par attaque. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise une solution aqueuse d'éthylènediamine et de 20 pyrocatéchol comme solution d'attaque. 4. Dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il comporte une barrière de Schottky réalisée par mise en oeuvre d'un procédé selon 2 entre un semiconducteur et du molybdène. BAD ORIGINAL