Brevet FR2132590A1 — publié le 19721124

On connait les diodes à jonction à capacité variable, encore dénommées varicaps, qui sont couramment utilisées dans le domaine des hyperfréquences pour leurs propriétés capacitives, qui découlent du comportement de la région de charge d'espace lorsque la polarisation de la diode est inverse. On sait en effet que cette région de charge d'espace se comporte en régime sinusoidal comme un réservoir de charges qui se déplacent tantôt dans un sens tantôt dans l'autre, c'est-à-dire en fin de compte comme un condensateur, dont la capacité s'appelle la capacité de transition.Lorsque la diode est polarisée en inverse, l'épaisseur de la région de charge d'espace augmente si l'on fait croitre la différence de potentiel continue appliquée aux bornes de la jonction et il en résulte dans les varicaps courants dits à jonction abrupte (ceux dans lesquels les dopages constants varient soudainement d'un excès de donneurs à un excès d'accepteurs quand on traverse la jonction), une variation de cette capacité de transition qui est approximativement; proportionnelle à V , formule dans laquelle V représente la tension continue appliquée aux bornes de la diode. Il existe une autre catégorie de diodes varicaps, dans lesquelles la loi de variation de la capacité de transition en fonction de la tension V appliquée est toujours de la forme C = K.V -a mais avec cette fois des valeurs de a supérieures à 1 Une telle diode est dite à jonction hyperabrupte, ce que l'on peut réaliser, technologiquement parlant, de deux façons différentes, à savoir: a) ou bien on modifie le profil de la concentration des impuretés de dopage en réalisant une concentration décroissante de la jonction vers le substrat; b) ou bien encore on provoque, par un moyen quelconque, une variation brusque dans l'espace de la section de la zone de charge d'espace. La présente invention a précisément pour objet un procédé de réalisation de diodes à ponctions du type varicaps hyperabrupts par variation de section de la région de charge d'espace, à l'aide de moyens simples, parfaitement contrô- lables et reproductibles dans une production de série. Ce procédé est essentiellement caractérisé en ce que les diodes sont obtenues, à partir d'une rondelle d'un substrat semiconducteur monocristallin, par deux dépits épitaxiaux successifs, dont le second est localisé en fragments de dimensions rigoureusement contrôlées à la surface du premier. On voit tout de suite I'intérêt majeur du procédé selon l'invention qui permet, à l'aide de deux dépots épitaxiaux effectués par des procédés en soi connus, de réaliser avec une très grande précision l'une des deux zones de la jonction, à laquelle on donne une forme (épaisseur, rayon) et une résistivité parfaitement déterminée d'avance. Autrement dit, l'Homme de l'Art connaissant parfaitement les conditions auxquelles doivent satisfaire les paramètres géométriques d'une diode varicap pour qu'elle soit du type hyperabrupt, le procédé objet de l'invention permet de réaliser ces conditions prédéterminées et conduit par conséquent à l'obtention de zonctlons hyperabruptes dont les caractéristiques sont non seulement définies avec une très grande précision, mais reproductibles d'une diode l'autre dans le cadre d'une fabrication en série. La première couche de matériau semiconducteur est déposée uniformément par épitaxie sur toute la surface d'une rondelle de substrat semiconducteur monocristallin; sur cette première couche, qui appartient évidemment au type de conductibllite opposé à celui du substrat, on commence par faire croître uniformément une couche d'oxyde. On dépose ensuite sur cette couche d'oxyde une couche uniforme de résine photosensible et l'on ouvre de façon connue par photo gravure et attaque chimique dans cette couche d'oxyde un certain nombre de fenêtres localisées.Selon une caractéristique importante de la présente invention, on effectue ensuite un deuxième dépôt épitaxial de semiconducteur dopé en impuretés du même type que celui de la première épitaxie, dans les fenêtres localisées précédemment ouvertes; il suffit alors de retirer éventuellement les couches d'oxydes restantes, de brancher les contacts puis de séparer par attaque chimique ou par un procédé mécanique tscle diamantée, diamant, scie à fil ...), les différentes "puces" constituant les diodes élémentaires à partir de la rondelle d'origine. Les épaisseurs des deux dépôts épitaxiaux, la surface de chaque fenêtre découpée dans la première couche sont choisies, selon l'invention, pour que les diodes varicaps obtenues soient, en fonction des données, connues de l'Homme de l'Art, du type à jonctions hyperabruptes Les deux dépôts épitaxiaux réalisés selon l'invention sont en soi parfaitement classiques et ils interviennent par exemple par décomposition d'un composé gazeux du silicium auquel on a mêlé les impuretés que l'on désire utiliser pour le dopage. En particulier,ce composé gazeux du silicium peut être du silane SIH, ou l'un des composés gazeux SlHCl3 et SiCl4, alors que le composé gazeux qui contient les impuretés peut être par exemple le diborane B2H6 ou l'hydrure d'arsenic AsH3.Selon une variante du procede obzet de l'invention, les deux dépôts épitaxiaux successifs ou le dernier dépôt seul peuvent également avoir lieu par zet moléculaire de silicium dans le vide au travers de diaphragmes. Ces diaphracmes peuvent être constitués par des masques de silice ou d'autre isolant tsciuure de Si, verre .. sur iesquels par photogravure on pratique des fenêtres dans lesquelles s'effectuent les dépôts De toute façon l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre du procédé de réalisation de varicaps hyperabrupts description faite en se référant aux figures 1 à 8 ci-#ointes sur lesquelles: : - la figure 1 représente une rondelle de silicium utilisée comme substrat de départ pour la réalisation de diodes varicaps à 3ponctions nyperabrupues; - la figure 2 représente l'état de la même rondelle après le premier dépôt épitaxial; - les figures 3 et 4 montrent l'ouverture des fenêtres par photogravure dans une couche isolante formée soit par oxydation thermique du semlconducteur, soit par dépôt (ex: dépôt par pulvérisation cathodique de S102, Si3N4). - la figure 5 montre le second dépôt épitaxial; - la figure 6 illustre la phase de décapage éventuel de la silice restante et de branchement des connexions; - la figure 7 représente les métallisations sur les électrodes; - la figure 8 représente enfin l'une des diodes obtenues Sur la figure 1, on a représenté en 1 une rondelle de substrat monocristallin, du type P dans l'exemple particulier décrit. La première étape du procédé selon l'invention consiste à effectuer le dépôt par épitaxie d'une première couche semiconductrice 2, de type N opposé au précédent. On fait ensuite croltre à la surface de cette couche 2 une couche mince 3 d'oxyde S102 qui la protège dans son intégralité s'il s'agit de silicium. On peut aussi effectuer un dépôt d'isolant (S102, S13N4j par pulvérisation cathodique. A ce stade, on ouvre par photogravure, c'est-àdire à l'aide d'une résine photosensible déposée sur toute la surface puis par attaque chimique, un certain nombre de fenêtres dans la couche 3, dont deux référencées 4 et 5 sont visibles sur la figure 4. L'étape suivante de mise en oeuvre du procédé consiste à réaliser un second dépôt épitaxial du même matériau de type N que pour la première couche, mais localisé par rapport à celle-ci et qui vient s'insérer dans les fenêtres 4 et 5 définies sur la figure 4. Ce deuxième dépôt se présente sous forme de pastilles telles que 6 et 7 de dimensions strictement contrôlées. Il reste ensuite éventuellement à ôter la silice restante par traitement à l'aide d'acide fluorhydrique par exemple pour parvenir dans 1étant de la figure 6. une métallisation superficielle en 8, 9, 10 et 11 sur les deux faces de la rondelle 1 permet alors la pose des connexions 12 et 13 sur la face active des diodes, la découpe chimique ou mécanique de la rondelle 1 en "puces" élémentaires dont l'une est visible sur la figure 8, et le branchement des contacts tels que 14 sur la face inférieure de chaque diode. REVENDICATIONS 10/ Procédé de réalisation de diodes à jonction du type varicaps hyperabrupts par variation spatiale de la section de la région de charge d'espace, caractérisé en ce que les diodes sont obtenues, à partir d'une rondelle d'un substrat semiconducteur monocristallin d'un premier type de conduction, par deux dépôts épitaxiaux successifs d'un matériau semiconducteur du type opposé, le second au moins de ces dépôts étant localisé en fragments de dimensions rigoureusement contrôlées à la surface du premier. 20j Procédé de réalisation de diodes à jonction du type varicaps hyperabrupts selon la revendication 1, dans lequel la rondelle de substrat monocristallin semiconducteur d'un premier type est soumise aux traitements successifs suivants: - on dépose par épitaxie une première couche de matériau semiconducteur du deuxième type, uniformément ou localement sur toute la surface de la rondelle; - on fait croître une couche d'oxyde à la surface de cette première couche; - on dépose une couche uniforme de résine photosensible et l'on ouvre dans cette couche d'oxyde, par photogravure et attaque chimique, un certain nombre de fenêtres localisées (plus petite que la dimension qu'a ou qu'aura la ibère couche);; - on effectue un deuxième dépôt épitaxial à l'aide du même matériau semiconducteur que pour le premier dépôt dans lesdites fenêtres localisées; - on retire éventuellement par voie chimique la couche d'oxyde restante; - on fixe les contacts métalliques; - on sépare les "puces" de la rondelle par attaque chimique, les épaisseurs de chaque dépôt épitaxial, ainsi que la surface des fenêtres localisées étant choisies pour que les jonctions obtenues soient du type hyperabrupt. 30/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le substrat étant un-monocristal de silicium, les dépôts épitaxiaux ont lieu par dcomposition d'un composé gazeux du silicium, en présence de composés gazeux des impuretés utilisées pour le dopage. 40/ Procédé selon la revendication 3, dans lequel le composé gazeux du silicium est choisi dans le groupe comprenant SiH4 (Silane), SiHCl3 et SiCl4 et le composé gazeux comportant les impuretés de dopage dans le groupe comprenant le diborane B2H6 et l'hydrure d'arsenic AsH3. 50/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les dépôts épitaxiaux ont lieu par jet moléculaire dans le vide.