Brevet FR2106413A1 — publié le 19720505

L'invention concerne un procédé pour fabriquer des diodes Schottky, de préférence dans un cricuit intégré, dans lequel la zone du semiconducteur voisine de la jonction contact métallique-semiconducteur possède une concentration en 5 substance dopante, appropriée pour les propriétés électriques désirées de la diode Schottky. La revue IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. ED-16, N°1, Janvier 19è9t pages 58 à 63» a fait connaître une diode Schottky comportant un contact métallique sur une 10 couche épitaxiale. Celle-ci est disposée sur un substrat fortement dopé, en face du contact métallique qui est en molybdène. Le substrat possède le même type de conductivité que la couche épitaxiale. Un contact ohmique est prévu à la surface du substrat. Pour éviter des effets perturbateurs sur le bord de la jonction 15 métal-semiconducteur de la diode Schottky, cette jonction est entourée par une bague de protection annulaire, fortement dopée, dans la couche épitaxiale. Cette bague peut être réalisée par diffusion. Elle possède le type de conductivité opposé à celui de la couche épitaxiale et du substrat. 20 La revue Electronics, Vol. kZ, N° 15» Juillet 1969» pages 74-80, a en outre fait connaître une diode Schottky dans laquelle le contact de faible résistance ohmique du matériau semiconducteur est situé du même côté que la jonction Schottky. L'ensemble du dispositif est constitué par un substrat conducteur Les contacts métal-semiconducteur dans du 35 sili cium dopé sont dénués de couches d'arrf-t pour des concentra- 19 tions en substance dopante supérieures à 10 atomes étrangers 3 par cm .-Ces contacts présentent un comportement ohmique, les seuils de potentiel subsistant entre le métal et le matériau semiconducteur étant court-circuités par effet tunnel. Pour des 40 concentrations en substance dopante inférieures à 10 atomes 71 31855 2 2106413 3 , étrangers par cm , dans le cas d'un matériau semiconducteur de conductivité du type n, le comportement des contacts est déterminé par l'émission thermique des électrodes métalliques près de la surface limite entre le métal et le matériau semiconduc-5 teur et par les seuils de potentiel. Il apparaît des contacts Schottky possédant des propriétés de redresseur. Les concentra- 17 19 tions eh substance dopante comprises entre 10 et 10 atomes 3 étrangers par cm forment une zone de jonction intermédiaire entre des contacts Schottky et des contacts ohmiques. 10 La concentration en substance dopante du matériau semiconducteur détermine le fait que la diode Schottky est à seuil faible ou élevé. Des diodes Schottky à seuil faible apparaissent notamment dans la zone de jonction indiquée. La présente invention a pour but de fournir 15 un procédé permettant la fabrication simultanée de plusieurs diodes Schottky possédant des propriétés électriques différentes dans un système. Les diodes Schottky fabriquées à l'aide de ce procédé doivent présenter des tensions de seuil faibles et i0 élevées et en outre également des résistances de passage différentes. Le procédé doit en outre être compatible avec les procédés usuels de la fabrication des circuits intégrés à semiconducteur. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait qu'on introduit, dans une région d'une 25 zone fortement dopée possédant un premier type de conductivité d'un substrat semiconducteur possédant un second type de conductivité, une substance dopante additionnelle du premier type de conductivité avec une concentration telle qu'après le dépôt d'une couche de matériau semiconducteur du premier type de con-30 ductivité sur le substrat semiconducteur, la substance dopante additionnelle diffuse partiellement dans la couche de matériau semiconducteur de telle manière qu'à la fin de l'opération de fabrication, la zone du semiconducteur voisine du contact métallique présente la concentration appropriée en substance dopante. 35 Le procédé conforme à l'invention nécessite seulement une phase opératoire supplémentaire par rapport aux procédés connus dans la fabrication des circuits intégrés, à savoir l'introduction de la substance dopante additionnelle. Grâce à des concentrations de valeurs différentes de cette subs-4G tance dopante, on peut obtenir des concentratioiB superficielles 71 31855 3 2106413 différentes au niveau du contact Schottky et donc des propriétés différentes pour les diodes Schottky. Cela est valable pour toutes les zones de concentration de la substance dopante dans le matériau semiconducteur au dessous du contact Schottky, pour 5 lesquelles la concentration en substance dopante est supc'rieure à la concentration de base en substance dopante de la couche de 19 3 semiconducteur et inférieure à 10 atomes étrangers par cm . Si des bagues annulaires de protection obtenues par diffusion autour des contacts Schottky sont nécessaires, ces bagues peuvent 10 être réalisées de façon complètement compatible avec le procédé. En outre il est également avantageux que la résistance de passage de la diode soit grandement réduite par suite du dopage additionnel . La concentration en substance dopante addi-15 tionnelle doit être choisie de manière qu'à la fin de tous les traitements thermiques, compte tenu de l'épaisseur de la couche de semiconducteur à la surface de l'ensemble du système, on obtient la concentration souhaitée pour la febrication de diodes Schottky à faible seuil par exemple. 20 Uœ autre caractéristique du procédé suivant l'invention consiste en ce qu'on fait diffuser du phosphore dans la région de la zone fortement dopée à l'arsenic et/ou à 1'antimoine, pour servir de substance dopante additionnelle. L'utilisation de ces substances dopantes 25 s'est avérée particulièrement avantageuse. Suivant une autre caractéristique du procédé suivant l'invention, on dépose par épitaxie la couche de semiconducteur sur le substrat de semiconducteur et, pendant la diffusion de zones possédant des degrés de dopage différents com-30 me par exemple la diffusion des parois d'isolation et/ou la diffusion en profondeur du collecteur, on fait diffuser la substance dopante additionnelle depuis la région de la zone fortement dopée au moins partiellement à travers la couche de semiconducteur déposée par épitaxie, sous le contact métallique 35 prévu, la concentration en substance dopante à la jonction entre le contact métallique et la couche de semiconducteur déposée par épitaxie étant déterminée par la concentration en substance dopante initialement présente dans la région de la zone fortement dopée, par l'épaisseur de la couche de semiconducteur dépo-40 soe par épitaxie et par l'intensité des traitements thermiques. 71 31855 k 2106413 10 15 A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé plusieurs modes d'exécution du procédé suivant l'invention. Les figures 1 à k montrent les diverses phases du procédé dans le cas de la fabrication de diodes Schottky conformes à l'invention. Les figures 5 et 6 représentent deux autres formes de réalisation de telles diodes. Les parties se correspondant sur les figures sont désignées par les mêmes chiffres de référence. On fait diffuser des zones 2, 3> k fortement * dopées à conductivité du type n dans un substrat de semiconducteur 1. Cela s'effectue sur la base de la technique planar. Les couches de bioxyde de silicium ont été supprimées sur les figures 1-3 jjour la clarté du dessin. Comme substance dopante on utilise de l'arsenic ou de l'antimoine. Le substrat 1 est à conductivité cfct type p. Les zones 2, 3» k sont situées à des endroits auxquels des résistances de passage faibles sont nécessaires. Cela est valable par exemple pour des transistors, des diodes pn et éventuellement pour des diodes Schottky également. Les zones 2, 3i ^ sont également désignées par l'appellation "buried layers". Dans la zone 3 on fait diffuser une zone 5, dopée au phosphore, qui possède la concentration en substance dopante choisie, appropriée pour constituer ultérieurement une diode Schottky à seuil faible (figure 1). On dispose par procédé épitaxial une couche de semiconducteur 7 à conductivité du type n à la surface de l'ensemble représenté en figure 1. La résistance spécifique de cette couche 7 a par exemple pour valeur 0,8-*^Xcm et son épaisseur atteint hÇAs . Ensuite on fait diffuser différentes parois d'isolation 8, 9i 10, 11 dans la couche de semiconducteur 7» qui s'étend jusqu'au substrat 1, pour réaliser l'isolation électrique de différentes zones de semiconducteur. Les parois d'isolation 8, 9, 10, 11 sont fortement dopées au bore. Pendant cette phase opératoire, la substance dopante formée par le phosphore diffuse partiellement de la zone 5 dans la couche de semiconducteur 7 et dans la zone 3 en formant ainsi une zone 15 dopée au phosphore. Simultanément les zones 2, 3, 4 s'accrois-tiQ, sent également légèrement dans la couche de semiconducteur 7 30 31855 5 2106413 (figure 2) . Pour réduire les résistances de passage, on fait diffuser des zones fortement dopées 12, 13, 14 dans la couche de semiconducteur 7. Les zones 12, 13, 14 sont dopées au phosphore et s'étendent respectivement jusqu'aux zones 2, 3» 4. Cette phase opératoire du procédé est appelée "diffusion en profondeur du collecteur" et est prévue surtour dans le cas de la formation ultérieure de transistors ou de diodes. Dans la cuvette formée par les parois d'isolation 8 et 9 et le substrat 1, on fait réaliser par diffusion une zone 16 à conductivité du type p. La zone 16 est prévue pour former la base d'un transistor formé ultérieurement et disposé dans cette cuvette. En même temps que la diffusion en profondeur du collecteur, on fait diffuser à nouveau la substance dopante, formée par le phosphore, de la zone 15 dans la couche de semiconducteur 7 et dans le substrat 1 et forme ainsi une zone 25 dopée au phosphore, qui s'étend jusqu'à la surface de l'ensemble (figure 3)« En même temps que la diffusion de la base (zone 16) on peut effectuer une diffusion pour réaliser une résistance. Mais cela n'a pas été représenté sur les figures pour conserver une meilleure clarté au dessin. Enfin on réalise la diffusion de l'émetteur pour les transistors et on effectue des opérations préparatoires pour des contacts ohmiques sur la couche de semiconducteur 1. Bar cela on introduit dans la zone 16 une zone 17 dopée du type n qui sert d'émetteur. Les zones 16, 17 et la partie de la couche 7 comprise entre les parois isolantes 8, 9 constituent un transistor. En outre on fait diffuser des zones 22, 23, 24 fortement dopées, à conductivité du type n, dans les zones 12, 13, 14. Les zones 22, 23> 24 constituent les contacts ohmiques nécessaires. La zone 22 forme le raccoid du collecteur du transistor tandis que les zones 23» 24 constituent les deuxièmes raccords des diodes Schottky fabriquées ultérieurement. A la fin de toutes les phases opératoires, une couche isolante de bioxyde de silicium 30 recouvre la surface. Dans la couche 30 on réalise par attaque chimique des trous de contact 31, 32, 33, 34, 35, 36 et 37. Puis on dépose par vaporisation sur toute la surface de la couche 30 et dans les trous de,contacts 31 à 37 une couche métallique constituée par exemple par de l'aluminium. Cette couche métallique est enlevée partiellement par attaque chimique de façon à former les structures souhaitées des voies conductrices et des contacts. En dernier 31855 6 2106413 lieu, on réalise simultanément les différents contacts par alliage ou par frittage de tous les emplacements des contacts. La couche de contact 41 située dans le trou de contact 31 constitue avec la couche de semiconducteur 7 une diode Schottky à seuil élevé. La couche métallique 42 située dans le trou de contact 32 sert de raccord électrique pour la zone semiconductrice de cette diode dchottky. La couche métallique 43 forme avec la zone 25 placée dans le trou de contact 33 une diode Schottky à faible seuil. Le second raccord de cette diode est constitué par la couche métallique 44 située dans le trou de contact 34. Les couches métalliques 45, 46, 47 constituent respectivement les connexions de base, d'émetteur et de collecteur du transistor disposé entre les parois isolantes 8, 9« Comme représenté dans cet exemple de réalisation, l'invention permet la fabrication simultanée d'une diode Schottky à seuil élevé et d'un autre composant à semiconducteur, par exemple un transistor. Le procédé conforme à l'invention est approprié en particulier pour la fabrication de diodes Schottky dans des circuits intégrés. On a représenté sur les figures 5 et 6 deux variantes des diodes Schottky intégrées. La figure 5 représente une diode Schottky à faible seuil comportant une résistance de passage extrêmement faible. Le contact Schottky de cette diode est constitué par la couche métallique 54 et la zone 55- La zone 55 correspond à la zone 25 de l'exemple de réalisation et est fabriquée de façon analogue. Pour cela on réalise en supplément un fort dopage au phosphore de la zone 53 à conductivité du type n et servant de couche dénommee "buried layer ". La substance de dopage formée par le phosphore diffuse ensuite dans la couche de semiconducteur 7 et dans le substrat 1 au cours de traitements thermiques ultérieurs. Enfin elle constitue la zone 55* Une zone 56 fortement dopée à conductivité du type n est prévue de façon à constituer avec la couche métallique 57 le second raccord ohmique de la diode Schottky. En figure 6 est représentée une diode Schottky à seuil élevé, possédant une faible résistance de passage. Le contact Schottky est formé par la couche métallique 64 et la couche de semiconducteur 7. La zone 66 fortement dopée à conductivité du type n et la couché métallique 67 servent de second 71 31855 ? 2106413 raccord. Le substrat 1 et la couche de semiconducteur 7 sont respectivement dopés en type p et n comme en figure 5» La zone 63 servant de couche dite "buried layer" est dopée en type n comme la zone 53. Contrairement à la zone 55 de la figure 5, la 5 zone 65 dopée' en type n dans l'exemple de réalisation de la figure 6 ne s'étend pas jusqu'à la couche métallique 64. Ceci fut obtenu grâce au fait que la zone 63 n'a pas été dopée aussi fortement par la substance additionnelle formée par le phosphore que dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 5» De 10 ce fait cette substance dopante additionnelle n'a pas diffusé complètement jusqu'à la s'urface de l'ensemble du système au cours des traitements thermiques successifs. Etant donné que la couche de semiconducteur 7 est plus faiblement dopée que la zone 65 obtenue par le dopage additionnel (ou 25»55 dans les exemples 15 de réalisation des figures 4 et 5)» le contact entre la couche métallique 64 et la couche de semiconducteur 7 est à seuil élevé. Simultanément cependant, la diode Schottky représentée en figure 6 possède une faible résistance de passage à cause de la zone 65. 31855 8 2106413 REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des diodes Schottky, de préférence dans un circuit intégré, dans lequel la zone du semiconducteur voisine de la jonction contact métallique-semiconducteur possède une concentration en substance dopant a appropriée pour les propriétés électriques désirées de la diode Schottky, caractérisé par le fait qu'on introduit dans une région, d'une zone fortement dopée possédant un premier type de conductivité d'un substrat semiconducteur possédant un second type de conductivité, une substance dopante additionnelle du premier type de conductivité avec une concentration telle qu'après le dépôt d'une couche de matériau semiconducteur du premier type de conductivité sur le substrat semiconducteur, la substance dopante additionnelle diffuse partiellement dans la couche de matériau semiconducteur de telle manière qu'à la fin de l'opération de fabrication, la zone du semiconducteur voisine du contact métallique présente la concentration appropriée en substance dopante. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'on fait diffuser du phosphore dans la région de la zone fortement dopée à 1'arsenic et/ou à l'antimoine, pour servir de substance dopante additionnelle. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'on dépose par épitaxie la couche de semiconducteur sur le substrat de semiconducteur et, pendant la diffusion de zones possédant des degrés de dopage différents comme par exemple la diffusion des parois d'isolation et/ou la diffusion en profondeur du collecteur, on fait diffuser la substance dopante additionnelle depuis la région de la zone fortement dopée au moins partiellement à travers la couche de semiconducteur déposée par épitaxie, sous le contact métallique prévu, la concentration en substance dopante à la jonction entre le contact métallique et la couche de semiconducteur déposée par épitaxie étant déterminée par la concentration en substance dopante initialement présente dans la région de la zone fortement dopée, par l'épaisseur de la couche de semiconducteur déposée par épitaxie et par l'intensité des traitements thermiques. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, ou 3 caractérisé par le fait qu'on choisit une concentra 71 31855 9 2106413 tion appropriée en substance dopante dans la zone de semiconducteur, voisine de la jonction, de façon qu'elle soit supérieure à la concentration en substance dopante de la couche de semicon- c1 3 19 ducteur deposée, mais au plus égale a 10 atomes étrangers par 0 cm 5. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait qu'en choisissant différemment les concentrations de la substance dopante additionnelle dans au moins deux régions de deux zones séparées, fortement 10 dopées, on fabrique simultanément au moins une diode Schottky à faible seuil et une diode Schottky à seuil élevé. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérisé par le fait qu'on fabrique aur une pastille de semiconducteur au moins une diode Schottky ainsi 15 qu'un ou plusieurs composants à semiconducteur. 7. Procédé suivant la revendication 6 caractérisé par le fait qu'on fabrique au moins une diode Schottky à faible seuil et/ou au moins une diode Schottky à seuil élevé ainsi que d'autres coiflposants à semiconducteur, tels que par 20 exemple des transistors ou des résistances obtenues par diffusion, sur une pastille de semiconducteur pour constituer un circuit intégré.