Brevet FR2016053A1 — publié le 19700430

i 2016053 La présente invention concerne la fabrication d'une diode à barrière de surface, connue aussi sous les désignations de diode à "barrière chaude" ou diode de Schottky. L'invention concerne plus particulièrement le perfectionnement d'une diode à barrière de surface passivée dans laquelle la tension de claquage est alimentée par l'utilisation d'une jonction PN périphérique, et spécifiquement un moyen pour supprimer l'injection des porteurs à travers une telle jonction. Les perfectionnements récents pour la forme de la fabrication des diodes à barrière de surface comportent la fabrication de dispositifs passivés par de l'oxyde dans lesquels la ten= sion de claquage est fortement augmentée par la diffusion sélective d'une région type P entourant la périphérie de l'électrode barrière métallique. Ces dispositifs sont caractérisés par un temps de rétablissement inverse extrêmement court en raison de l'absence d'une charge mesurable de porteurs minoritaires. Un inconvénient de cette forme est la nécessité d'un alignement d'une précision critique de la périphérie de la barrière métallique par rapport à la jonction PN formée par l'anneau diffusé. Autrement dit, si la jonction PN est en contact avec l'électrode barrière, l'application d'une polarisation dans le sens direct£>rovoque l'injection des porteurs à partir de l'anneau dans la région de la barrière de Schottky, ce qui augmente le temps de rétablissement. D'autre part, si la jonction PN est séparée de la barrière de Schottky, une fuite dans le sens inverse peut être appréciable avant que l'épuisement de la région atteigne la jonction PN périphérique. Par suite, un dispositif optimal ne peut être obtenu que par une concordance exacte de la périphérie de l'électrode avec la jonction PN. La présente invention a pour objet le perfectionnement de la construction d'une diode à barrière de surface du type passivé et plus particulièrement la suppression de l'injection des porteurs à travers la jonction PN périphérique pour augmenter la tension de claquage. L'invention a aussi pour objet de réduire au minimum la nécessité de précision dans l'alignement de l'électrode barrière par rapport à la jonction PN périphérique. Une caractéristique principale de la diode à barrière de Schottky selon la présente invention réside dans la construction d'une structure passivée dans laquelle la région de barrière 69 28401 2 2016053 de Schottky de la pièce en semiconducteur est entourée par une région de conductivité de type opposé dans laquelle est située une région de conductivité du même type, étroitement espacée de la périphérie intérieure de la région de conductivité 5 du type opposé. Ces deux régions entourent la région de barrière de Schottky et s'étendent jusqu'à la surface de la pièce en semiconducteur, en formant ainsi deux jonctions PN étroitement espacées s'étendant jusqu'à la surface de la pièce en semiconducteur près de la périphérie de l'électrode barrière. 1° Il est essentiel que la partie de contact s'étende à l'extérieur à partir de la région barrière de Schottky de la pièce en semiconducteur, au moins approximativement aussi loin que la première des jonctions PN entourant la région barrière de Schottky; il est essentiel aussi que la périphérie de l'é-15 lectrode barrière ne tombe pas au delà de la région située à l'intérieur de la région de conductivité du type opposé. Une diode à barrière de surface selon l'invention comporte une pièce en semiconducteur ayant une. première région d'un type de conductivité s'étendant jusqu'à une première zone d'une 20 surface de la pièce en semiconducteur. Une seconde région de conductivité du type opposé s'étend dans la pièce jusqu'à une seconde zone de la surface du semiconducteur, entourant la première zone. Une troisième région de conductivité du premier type s'étend dans la pièce jusqu'à une troisième zone de la surface du 25 semiconducteur entourant la première et la seconde zones. La distance séparant la première zone de la troisième est habituellement inférieure à 1,5 microns. Une électrode barrière de surface est située sur la surface du semiconducteur en contact avec la première, la seconde et la troisième zones. 30 Suivant un mode de mise en oeuvre particulier, une diode selon l'invention comprend une région de semiconducteur de Schottky de conductivité type N entourée latéralement par une région de semiconducteur de conductivité type P dans laquelle est située une région de semiconducteur de conductivité type N, 35 et dont la périphérie intérieure est étroitement espacée de la périphérie intérieure de la région type P. La périphérie de l'électrode barrière métallique en contact avec la région de semiconducteur de Schottky se trouve au delà de la périphérie 69 28401 3 2016053 intérieure de la région type N située dans la région type P, mais elle ne vient pas en contact avec la périphérie extérieure de la région type N située dans la région type P. Toute partie de l'électrode de métal s'étendant au delà de sa périphérie de contact avec la pièce en semiconducteur est séparée de celle-ci par une couche d'oxyde de passivation ou un autre film isolant. brication d'une diode à barrière de surface en commençant par la formation d'une pièce en semiconducteur de conductivité d'un type ayant une résistivité d'au moins 0,2 ohm-cm. Un premier dopant est ensuite diffusé sélectivement dans une surface du semiconducteur pour former une région de conductivité du type opposé entourant une partie de la surface du semiconducteur. Un second dopant est ensuite diffusé sélectivement dans la surface du semiconducteur pour former une région de conductivité du premier type à l'intérieur de la région de conductivité du type opposé. Les deux régions diffusées entourent sensiblement la même zone de la surface du semiconducteur ou substrat de façon que la périphérie intérieure de la seconde région diffusée soit de préférence espacée de la périphérie intérieure de la première région diffusée d'une distance ne dépassant pas celle nécessaire pour empêcher la perforation de l'une des jonctions PN par rapport à l'autre. En général, cette distance n'est pas supérieure à environ 1,5 microns. Une électrode métallique barrière de surface est ensuite déposée sur la partie de la surface du semiconducteur entourée par la première région diffusée tout en limitant la périphérie extérieure de la zone de contact de l'électrode à l'intérieur de la périphérie extérieure de la seconde région diffusée. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant au dessin annexé sur lequel: Les figures 1 à 3 sont des coupes à grande échelle montrant des étapes intermédiaires de la fabrication d'un dispositif selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, et la figure 4 est une coupe à grande échelle d'une structure complexe suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention. L'invention a aussi pour objet un procédé pour 1 a- 69 28401 4 2016053 La figure 1 représente une pièce ou support en silicium 11 de conductivité type N ayant une résistivité ne dépassant pas 10"^ ohm-cm. Une couche épitaxiale est déposée sur le support 11 par une technique connue pour former une 5 couche dTune épaisseur d'environ 2 à 5 microns ayant une résistivité d'environ 0,5 à 2,0 ohm-cm. Une couche d'oxyde 13 ou un autre film diélectrique est déposé sur la couche épitaxiale 12 avec une fenêtre annulaire 14 en préparation à la diffusion sélective au cours de laquelle la couche 13 sert 10 comme réserve contre la diffusion. La figure 2 représente la structure de la figure 1 après la diffusion sélective d'un dopant accepteur, de préférence du bore pour former une région annulaire diffusée 16 de conductivité type P. Pendant l'opération de diffusion il se 15 forme une couche mince d'oxyde 15 dans la fenêtre 14. La figure 3 représente la structure de la figure 2 après la réouverture de la fenêtre 14 par gravure sélective pour la suppression de la couche d'oxyde "15, suivie de la diffusion sélective d'un dopant donateur à travers la fenêtre réou-20 verte pour former une région diffusée de conductivité type N. Simultanément à la formation de la région 18, le dopant de la région 16 diffuse plus loin dans la couche 12 en élargissant ainsi' la région 16. Bien que les valeurs des résistivités des régions 16 25 et 18 ne soient pas des conditions critiques, il est préférable d'introduire une impureté superficielle en concentration d'environ 10"^^ atomes par crn^ pendant la diffusion de la région 16 et d'établir ensuite une concentration d'impureté su- —17 perficielle d'au moins 10 ' atomes par centimètre cube pendant 30 la diffusion de la région 18. Le dopant préféré pour former la région 18 est le phosphore. Une couche mince d'oxyde est formée pendant cette diffusion. Pour compléter la structure de la façon représentée sur la figure 4, la structure de la figure 3 est d'abord modifiée 35 par suppression sélective de la partie de la couche d'oxyde 13 entourée par la couche d'oxyde 17. Pendant l'enlèvement de la couche d'oxyde-13 environ la moitié de la couche d'oxyde 17 est aussi supprimée ce qui prépare la structure pour le dépôt 69 28401 5 2016053 du métal barrière. Une grande précision nTest pas nécessaire pour lfenlèvement de 1Toxyde, parce que toute la largeur de la région 18 assure une "marge pour l'erreur". Autrement dit, la périphérie de la barrière métallique 19 est située n'impor-5 te où entre les frontières superficielles à l'intérieur et à l'extérieur de la région 18. Une couche ou film de molybdène 19 ou d'un autre métal convenable est ensuite déposée pour former l'interface métal-semiconducteur ou barrière de Schottky, ce dépôt étant suivi du dépôt d'un contact en or ou en un autre 10 métal 20 pour compléter la structure. Comme la région diffusée 18 est formée pour limiter le passage du courant entre l'électrode barrière 19 et la région 16, il est apparent qu'une combinaison préférée selon l'invention est une structure dans laquelle la jonction PN 15 formée entre la région 16 et la région 18 est aussi près que possible delà jonction PN formée entre la région 16 et la couche 12 dans la mesure compatible pour éviter la perforation d'une jonction par rapport à l'autre . Les techniques courantes permettent de former deux jonctions de ce type séparées d'une distan-20 ce pouvant ne pas dépasser environ 0,5 micron pourvu que les deux jonctions soient peu profondes. Pour des dispositifs plus grands nécessitant des jonctions plus profondes une distance un peu supérieure est nécessaire. Néanmoins, un bénéfice subs-tanciel est aussi obtenu par la formation d'une région 18 rela-25 tivement petite dans une région 16 relativement large pourvu seulement qu'une certaine partie de la région 18 se trouve entre la région 16 et l'électrode barrière afin de supprimer les fuites de courant à travers la région 16. En plus de la réduction de l'aire ou zone de contact 30 entre l'électrode barrière et la région 16, l'invention réduit aussi les fuites de courant en limitant ce contact à la partie de la région 16 ayant de façon inhérente la résistivité la plus élevée en raison du profil normal de concentration de l'impureté existant dans une région diffusée. 35 En l'absence du perfectionnement selon l'invention, une diode à barrière de surface ayant une jonction PN périphérique est sujette d'une façon connue à une fuite de courant pouvant atteindre 50$ à travers la jonction dans des conditions 69 28401 6 2016053 voisines de la polarisation maximale. Avec la présente invention, il est facilement possible de réduire la zone de contact de 1Télectrode barrière et la résistivité de la région 16 d'une façon suffisante pour obtenir un dispositif dans le-5 quel moins de 5$ du courant passe à travers la jonction PN périphérique, même au voisinage de la tension maximale de polarisation . Un autre perfectionnement du dispositif selon 1'invention résulte de l'utilisation d'une bande supplémentaire formée 10 par métallisation autour de lfélectrode barrière et en contact avec la couche 12 à travers une fenêtre annulaire de la couche de passivation. Cette bande formée par métallisation a pour fonction d'interrompre toute couche d'inversion induite par des charges de surface pouvant se développer dans la couche 12 15 près de l'interface avec la couche de passivation 13• Il est évident que l'invention concerne aussi un dispositif résultant de l'inversion de tous les types de conductivité par rapport au dispositif de la figure 4. Bien entendu, la description qui précède n'est pas 20 limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. 69 28401 7 2016053 Siïi22ï2â2î2Iâ lo Diode à barrière de surface ayant une région annu laire pour améliorer la tension de claquage de la diode caractérisée par un corps en semiconducteur ayant une première 5 région N+ d'un type de conductivité comportant une première zone sur une surface du corps, une seconde région P de conductivité du type opposé dans le corps comportant une seconde zone delà surface du corps autour de la première zone, une troisième région N- du premier type de conductivité dans le corps com-10 portant line troisième zone de la surface entourant la première et la seconde zones, la première et la troisième régions N+ et N- étant séparées l'une de l'autre par la seconde région P, et une électrode barrière de surface sur la surface du corps en contact avec la première, la seconde et la troisième zones» 15 2. Diode à barrière de surface selon la revendication 1 caractérisée en ce que la seconde région a line forme annulaire, formant avec la première région une première jonction PN s'é-tendant jusqu'à la surface du semiconducteur le long d'une première paire de courbes fermées sensiblement concentriques, la 20 troisième région ayant aussi une forme annulaire formant avec la seconde région une seconde jonction PN s'étendant jusqu'à la surface du semiconducteur le long d'une seconde paire de courbes fermées sensiblement concentriques entre la première paire de courbes fermées, et la périphérie du contact de l'é-25 lectrode barrière de surface sur la surface du semiconducteur étant située entre les courbes fermées de la seconde paire. 3. Diode à barrière de surface selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la première région est une couche de silicium de conductivité type N- ayant une ré- 30 sistivité de 0,2 à 2,0 ohm-cm. 4. Diode à barrière de surface selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le corps semicondcuteur est en silicium, la première et la troisième régions ayant des conductivités de type N et l'électrode barrière est en molyb- 3 5 dène. 5. Diode à barrière de surface selon l'une des revendications 114 caractérisé en ce que la distance séparant la première zone de la surface de la troisième zone de la surface est inférieure à 1,5 microns. 69 28401 8 2016053 6o Procédé pour la fabrication d'une diode à barrière de surface caractérisé par la formation d'un corps en semiconducteur d'un type de conductivité ayant une résistivité d'au moins 0,2 ohm-cm, la diffusion sélective d'un dopant 5 dans une surface du corps pour former une première région de conductivité du type opposé entourant une partie de la surface du corps, la diffusion sélective d'un dopant du premier type de conductivité dans la première région pour former une seconde région dans la première région entourant sensiblement la 10 même zone de la surface que celle entourée par la première région de conductivité du type opposé, et le dépôt d'une élec~ trode barrière de surface sur la partie de la surface du semiconducteur entourée par les régions diffusées, tout en limitant la périphérie extérieure de la zone de contact de l'électrode à 15 l'intérieur de la périphérie extérieure de diffudion de la seconde région. 7 • Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le corps en semiconducteur est en silicium type N, le premier dopant est du bore, le second dopant-est du phosphore et 20 l'électrode barrière de surface est .en molybdène. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la concentration superficielle du bore est au moins d'environ 10"^ atomes par centimètre cube et celle du phosphore est 17 au moins d'environ 10 ' atomes par centimètre cube. 25 9. Procédé selon l'une- des revendications 6 à 8 carac térisé en ce que la périphérie intérieure de la seconde région est espacée de la périphérie intérieure de la première région d'une distance ne dépassant pas 1,5 microns. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 carac- 30 térisé en ce que la seconde diffusion est commandée pour former une jonction PN aussi voisine que possible de la jonction PN formée par la diffusion du premier dopant dans la mesure permise par la sûreté de fonctionnement^ dispositif et par l'empêchement des perforations.