Brevet FR2070856A1 — publié le 19710917

î 2070856 L'invention concerne une diode à jonction métal-semiconducteur comportant une première couche isolante disposée sur un corps semiconducteur et pourvue d'une première fenêtre de contact . 5 Le bioxyde de silicium utilisé pour la fabrication de la plupart des éléments planar, n'est pas idéal quant à ses caractéristiques électriques- Dans le bioxyde de silicium il se présente par exemple des charges d'oxyde positives qui dérivent sous l'influence de champs électriques. En outre, le potentiel élec-10 trique est hétérogène au bord de la jonction métal-semiconducteur, ce qui entraîne une intensité de champ élevée. La présence des charges daris la couche isolante et les grands champs sur les bords de la jonction, contrarient les bonnes propriétés de blocage d'une diode. Afin d'améliorer ces propriétés 15 de blocage, une diode connue présente un anneau de garde diffusé, sous la zone marginale de la jonction métal-semiconducteur. De ce fait, la tension de rupture de la diode est augmentée jusqu'à celle de l'anneau de garde diffusé. Dans d'autres diodes, une amélioration des propriétés 20 de rupture est obtenue par un contact métallique étendu sur la couche isolante, ou par une électrode de commande séparée électriquement de la zone marginale de la jonction métal-semiconducteur. On connaît également des diodes avec deux matériaux d'électrode, où l'électrode extérieure annulaire, possède un 25 travail d'extraction supérieur par rapport au silicium. La disposition d'un anneau de garde diffusé sous la zone marginale, exige une diffusion ; la jonction pn qui en résulte, fournit un courant inverse, et la durée de commutation est augmentée par recombinaison des porteurs de charge minori-30 taires. Si par ailleurs, on attribue à la couche isolante l'épaisseur nécessaire d'environ 0,5 u, l'électrode s'étendant au-dessus de cette couche isolante ne présente encore qu'une faible efficacité. La disposition d'une électrode de commande exige une tension auxiliaire supplémentaire et son processus de fabrication 35 est onéreux. L'utilisation de deux matériaux d'électrode est technologiquement onéreuse et, en général, incompatible avec une fabrication normale et simple. En conséquence, le but de la présente invention est de présenter une diode à jonction métal-semiconducteur de fabri-40 cation simple, ayant de bonnes propriétés de blocage et une 70 449-10 2 2070856 tension de rupture élevée. Conformément à l'invention, ce problème est résolu grâce au fait qu'une seconde couche isolante, plus mince comparativement à la première couche, présente une fenêtre de contact 5 plus petite par rapport à la première fenêtre de contact, de sorte que la seconde couche isolante recouvre le bord de la surface du corps semiconducteur apparaissant à travers la fenêtre de contact, et en ce que le métal de contact est disposé dans la première et la deuxième fenêtre de contact. 10 La seconde couche isolante est opportunément choisie d'une épaisseur telle, qu'après sa préparation, elle ne soit pas détruite par les étapes ultérieures du processus de fabrication, par exemple par l'application du métal de contact. De plus, elle devra être suffisamment épaisse pour que son potentiel disruptif 15 ne soit pas dépassé par application d'une tension à la diode. Une tension de 160 volts exige par exemple une épaisseur de couche de la deuxième couche isolante d'environ 200 A si le métal de con tact est de l'aluminium, si le corps semiconducteur en silicium présente une résistance spécifique de 1,8 fi cm, et si la deuxième 20 couche isolante est composée de nitrure de-silicium. Les tensions de rupture des diodes suivant l'invention sont sensiblement supérieures à celles des diodes équipées d'un anneau de garde diffusé. Du fait qu'il n'existe pratiquement pas de porteurs minoritaires, le diode présente une durée de commu-25 tation très courte. Sa fabrication ne nécessite pas de fours de diffusion, ce qui permet une fabrication technologiquement simple La fabrication de la diode suivant l'invention, peut par exemple être effectuée en réalisant d'abord par attaque chimique une première fenêtre dans la première couche isolante la 30 plus épaisse, en appliquant ensuite également la seconde couche isolante sur toute la surface de la première couche isolante, en réalisant par attaque chimique dans la deuxième couche isolante une seconde fenêtre qui présente un diamètre drenviron 10 à 30 p plus-petit que la première fenêtre, et en incorporant enfin le 35 contact -métallique dans la première fenêtre par dessus la deuxième couche isolante. Le corps semiconducteur peut être.en silicium, en germanium, en arséniure'de gallium ou en d'autres matériaux appropriés. 40 L'invention peut être perfectionnée en constituant la 70 44940 0 207Û856 deuxième couche isolante avec au moins deux films isolants. Le bioxyde de silicium et le nitrure de silicium sont par exemple des matériaux adéquats pour ces films. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré 5 schématiquement en coupe au dessin annexé, une forme de réalisation d'une diode à jonction métal-semiconducteur suivant l'invention. Une couche épitaxiale 2 avec une résistance spécifique de 1,0 fi, est disposée sur un substrat semiconducteur 1, dont la _2 10 résistance spécifique est de 10 fi cm. Le substrat semiconducteur 1 et la couche épitaxiale 2, forment un corps semiconducteur. Sur la couche épitaxiale 2 est disposée une première couche isolante 3 composée de bioxyde de silicium et qui présente une première fenêtre 5. La première couche isolante 3 est recouverte d'une 15 deuxième couche isolante 4 composée de nitrure de silicium pyro-lytique. La deuxième couche isolante 4 recouvre également la zone marginale de la fenêtre 5 à la surface de la couche épitaxiale 2 de telle façon qu'une fenêtre circulaire 6, dont le diamètre est de 10 à 30 u plus petit que celui de la fenêtre 5, reste dégagée 20 pour le métal de contact 7. Le métal de contact peut être l'aluminium ou un alliage aluminium/nickel. On peut toutefois utiliser d'autres matériaux comme métal, de contact, comme par exemple le siliciure de platine. L'épaisseur de la première couche isolante 3 est de O 25 0,6 y, celle de la deuxième couche isolante 4 d'environ 200 A. La deuxième couche isolante peut se composer d'une succession de deux films. Pour un corps semiconducteur en silicium de conductibilité n avec une résistance spécifique de 0,6 fi cm, pour une tension de rupture de 60 volts, le premier film est com-30 posé de bioxyde de silicium thermique avec une épaisseur de cou- O che de 50 A, et le deuxième film de nitrure de silicium pyroly- ' O tique avec une épaisseur de couche de 110 A. Dans le cas d'un semiconducteur en silicium de conductibilité n, avec une résistance spécifique de 5,0 ncm, on prévoit, pour une tension de rup-35 ture de 220 volts, un premier film en bioxyde de silicium d'une O épaisseur de 150 A, et un deuxième film en nitrure de silicium pyrolytique d'une épaisseur de 400 A. En réalisant la deuxième couche isolante à l'aide de deux ou plusieurs films, on obtient des courants de fuite très 40 faibles, et la recombinaison des porteurs de charge par l'intermédiaire de pièges est évitée,, 70 44940 4 2070856 REVENDICATIONS 1. Diode à jonction métal-semiconducteur comportant une première couche isolante disposée sur un corps semiconducteur et pourvue d'une première fenêtre de contact, caractérisée en ce qu'une deuxième couche isolante, plus mince par rapport à la pre- 5 mière couche isolante, présente une deuxième fenêtre de contact plus petite par rapport à la première fenêtre de contact, de sorte que la seconde couche isolante recouvre le bord de la surface du corps semiconducteur apparaissant à travers la fenêtre de contact et en ce que le métal de contact est disposé dans la 10 première et la deuxième fenêtre de contact. 2. Diode à jonction métal-semiconducteur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la première couche isolante est composée de bioxyde de silicium et la deuxième couche isolante de nitrure de silicium. 15 3. Diode à jonction métal-semiconducteur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième couche isolante se compose d'au moins deux films isolants. 4. Diode à jonction métal-semiconducteur suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les films se composent de 20 bioxyde de silicium et de nitrure de silicium. 5. Diode à jonction métal-semiconducteur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première couche isolante présente une épaisseur de 0,4 à 0,8 u, et la O deuxième couche isolante une épaisseur de 100 à 500 A. 25 6. Diode à jonction métal-semiconducteur suivant la revendication 5, caractérisée en ce cpe la deuxième couche isolante présente une épaisseur de 200 A. 7. Diode à jonction métal-semiconducteur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le diamètre de 30 la deuxième fenêtre de contact est inférieur de 10 à 30 p au diamètre de la première fenêtre de contact.