Brevet FR2144539A1 — publié le 19730216

La présente invention concerne une diode à contact métal-semiconducteur comportant un corps semiconducteur sur lequel est agencée, à travers un revêtement protecteur recouvrant ledit corps, une plage métallique formant avec ce corps ledit contact et à la périphérie de ladite plage une couronne de structure M.O.S. (mazas oxyde, semi-conducteur). On sait qu'une diode Schottky est une diode à contact métal semiconducteur obtenue par dépit localisé sur un corps semiconducteur d'un type de conduction donné, d'une mince couche métal lique. Au niveau de l'interface metal-seniconducteur se crée alors une sone de charge d'espace analogue à celle d'une jonction PN qui se traduit par la formation d'une barrière de potentiel, cette bar rière de potentiel étant responsable des propriétés redresseuses du dispositif. On sait également que le stockage des porteurs minoritaires, dans une diode Schottky, est sensiblement nul et que la chute de tension directe est très faible de telle sorte que cette diode peut store utilisée comme commutateur rapide ou diode d'antisaturation d'un transistor et, pour ces raisons, est maintenant souvent rencontrée dans les ensembles logiques intégrés, notamment dans les circuits du type M S I ( Medium Scale Integration ou Intégration à moyenne échelle) et L S I (Large Scale Integration ou In- tégration à grande échelle). L'inconvénient dune diode de Schottky, réalisée par un simple contact métal-semiconducteur, réside dans le fait qu'elle présente un courant de fuite élevé et une faible tension de rupture, ces défauts étant dus en majeure partie à des phénomènes se produisant à la surface et à la périphérie de la plage métallique. La méthode la plus connue des spécialistes pour éliminer ces défauts, méthode déjà utilisée pour les transistors ou les diodes planaires, consiste à réaliser, à la périphérie de la plage métallique, une jonction PN, formant une barrière de potentiel de forme sensiblement annulaire et appelée le plus souvent "anneau de garde"0 L'action de cet anneau de garde sur les courants de fuite est sensible, mais la capacité relativement importante de la jonction PN vient s'ajouter à la capacité des éléments voisins et notamment à la capacité base-collecteur du transistor auquel la diode Schottky est liée. Dans ces conditions les avantages acquis sont en partie compromis par une augmentation des temps de commutation de ce transistor, notamment du temps de montée et du temps de descente. De plus, l'anneau de garde est le plus souvent obtenu par diffusion d'impuretés de type de conduction opposé à celui du substrat semiconducteur d'origine ou par épitaxie sur un corps préalablement décapé pour lui donner la forme d'un mesa0 Ces contraintes technologiques introduites par la réalisation d'un anneau de garde conduisent donc à augmenter le nombre des opérations et surtout les dimensions de l'élément. Dans ces conditions, certains constructeurs de circuits intégrés, et notamment de circuits intégrés de type LSI, préfèrent renoncer aux avantages électriques limités retirés de cet anneau de garde pour se contenter de diodes à électrodes de champ. On connaît, en effet, la diode Schottky à électrode de champ comportant une structure de diode Schottky classique à contact métal-semiconducteur entourée d'une structure en couronne périphérique de type M O S (métal - oxyde - semiconducteur) réalisée par débordement de la plage métallique de prise de contact sur l'oxyde0 Le role de cette couronne est d'induire des charges à la surface du matériau semiconducteur dans la région en regard de ladite couronne. Ainsi,lorsque la diode Schottky est polarisée en inverse, la région de charge d'espace se trouve ceinturée par la couronne de charges induites et il en résulte une réduction de l'effet du champ électrique à sa périphérie. Cependant, hormis la réduction de capacité parasite, les caractéristiques d'une diode Schottky à électrode de champ réalisée suivant les techniques connues actuellement sont de qualité inférieure à celles d'une diode Schottky à anneau de garde. C'est le cas notamment pour les caractéristiques dites en inverse et, en particulier, en ce qui concerne le niveau de courant de fuite et le niveau de bruit qui restent notablement plus élevés. Le but de la présente invention est de réaliser une nouvelle structure de diode Schottky dont les qualités électriques rejoignent celles des diodes Schottky à anneau de garde. L'invention s'appuie sur des techniques de photogravure connues et sur le fait que les vitesses d'attaque chimique de la couche d'oxyde, lors d'une photogravure, sont très différentes selon que ledit oxyde est dopé ou non d'impuretés appropriées. La présente invention concerne une diode à contact métalsemiconducteur comportant un corps semiconducteur sur lequel est agencée, à travers un revêtement protecteur recouvrant ledit corps, une plage métallique formant avec ce corps ledit contact et à la périphérie de ladite plage une couronne de structure MOS , remarquable en ce que le revttement protecteur est constitué d'au moins deux couches successives d'oxyde, l'une formée d'un oxyde thermique pur et l'autre d'un oxyde dopé d'impuretés et en ce que la couronne de structure MOS est constituée d'au moins deux plages métalliques de forme sensiblement annulaire reliées entre elles électriquement, chacune d'entre elles reposant sur l'une des deux dites couches d'oxyde différentes0 En ce qui concerne les caractéristiques électriques, les résul tats obtenus sur des diodes Schottky selon l'inventionmontrent que les niveaux de courants de fuite et de bruit sont sensiblement inférieurs à ceux enregistrés sur les diodes à électrodes de champ connues jusqu'à présent. Du point de vue technologique, le fait de constituer le revête- ment de deux couches distinctes de nature différente permet d'obtenir, lors du décapage, des marches de dimensions reproductibles sur lesquelles reposeront les plages métalliques formant les couronnes et constituant avec le corps semiconducteur et ledit revêtement une structure NOS. Les charges induites par ces couronnes à la surface du corps semiconducteur varient suivant l'épaisseur de la couche d'oxyde qui joue donc notamment le roule d'un diélectrique d'un condensateur dont les plages métalliques et le corps semiconducteur sont les électrodes. La quantité de charges induites peut donc etre choisie en fonction de la topologie de la diode Schottky proprement dite et ce d'une manière simple et reproductible. Dans une forme préférentielle de réalisation, la couche d'oxyde reposant directement sur la surface du corps semiconducteur est la couche d'oxyde pur et la couche d'oxyde externe est la couche d'oxyde dopée. Cette dernière couche étant plus soluble dans les acides de décapage que la couche d'oxyde pur, il en résulte que l'on peut ainsi obtenir, à la périphérie immédiate de la diode Schottky, une couronne comportant le maximum de charges induites pour une tension appliquée donnée. De préférence, la plage métallique engendrant la diode Schottky et celles constituant les couronnes MOS forment une seule couche homogène. Dans ce cas, le nombre d'opérations est réduit puisque, après ouverture de la fenetre appropriée dans les couches d'oxyde, on élabore en une seule fois la diode Schottky et les couronnes0 En outre, le fait d'utiliser le même métal et les mimes conditions de dépôt que pour les prises de contact classiques rend donc possible l'utilisation de diodes Schottky selon l'invention dans les dispositifs de type planaire intégrés ou non. Dans un mode de réalisation préférentiel, la diode comporte un substrat de silicium de type de conduction P+ recouvert d'une couche épitaxique de type de conduction opposé et faiblement dopée, à la surface de laquelle on agence,à travers le revêtement protecteur, une couche d'aluminium pour former ladite diode Schottky et les couronnes de structure MOS, Le fait d'utiliser de préférence le silicium est lié à l'application prévue de la diode selon l'invention qui, en est destinée principalement à être intégrée dans un dispositif logique complexe. Or, dans l'état actuel des technologies, le silicium est le matériau semiconducteur qui se prête le mieux aux techniques d'intégration. Quant à l'aluminium, son choix est du à sa bonne adhérence sur le silicium et au fait qu'il est facile à déposer et à photograver. La description qui va suivre en regard des dessins annexés,donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures la à Id illustrent quelques étapes de la réalisation d'une diode Schottky selon l'invention. Il est à noter que, sur les dessins les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les figures plus claires. De plus, l'exemple choisi pour cette description concerne une diode Schottky incluse dans un circuit intégré mais il est évident qu'il aurait été également possible de décrire une diode seule,en prenant soin, dans ce cas, de choisir de manière appropriée le type de conduction du substrat. Conformément aux figures la à ld, la diode selon l'invention comporte un substrat 1 recouvert d'une couche épitaxique 20 À la surface externe de cette couche épitaxique 2, et dans une fenêtre pratiquée à travers deux couches d'oxyde 3a et 3b, est déposée une couche métallique 4 de configuration illustrée par la figure ld.Conformément à la figure ld, la couche métallique engendre à la fois la diode Schottky proprement dite D et son électrode de champ constituée des deux couronnes Cl et C2. Pour obtenir une telle diode, on dépose par épitaxie, sur un substrat 1 de silicium de type de conduction P fortement dopé et d'dpaiseeur suffisante pour former un support mécanique, une couche 2 de type de conduction opposé, donc de type N. Cette couche 2 est ensuite divisée en caissons isolés les uns des autres, mais cette configuration n'intervenant pas dans l'invention ne fait pas l'objet d'une description particulière dans ce mémoire et l'on représente donc uniquement, sur les figures, une portion du caisson devant contenir la diode selon l'invention. Après décapage, on fait croître à la surface de la couche 2,une couche 3 d'oxyde pur dit thermique obtenue par passage d'oxygène humide 8:12000C pendant 25 minutes puis d'oxygène sec, toujours à 12000C , pendant 5 minutes. Sur cette couche 3, on diffuse ensuite des impuretés de phosphore de manière limitée et contrtlée dans une portion 3a de la couche 3, le reliquat 3b formant une pellicule mince d'oxyde pur (figure lb)e Cette diffusion est obtenue à partir de phosphine qui forme, à la surface de la couche 3a,une couche d'anhydride phosphorique non représentée sur la figure. après élinination de ladite couche phosphorique, on dispose un masque M (figure lb) et, suivant des techniques de photogravure connues, on ouvre une fenetre P dans les couches d'oxyde 3a et gb, L'attaque chimique se fait à l'aide d'acide fluorhydrique: or, il est connu que la solubilité de l'oxyde dopé au phosphore est très supérieure à celle de oxyde pur thermique. in conséquence, étant donné que, simultanément à l'attaque chimique transversale,il se produit une attaque latérale, on obtient une structure représentée sur la figure lc et comportant un palier 3c correspondant à l'interface entre l'oxyde dopé 3a et l'oxyde pur 3bo On dépose alors une couche métallique 4, d'aluminium de préférence, que l'on photograve pour lui donner la configuration la plus appropriée, notamment en ce qui concerne la portion reposant sur la couche d'oxyde 3a. Après dépôt d'une nouvelle couche d'oxyde 5, également dopée et destinée d'une part à la passivation de l'ensemble et d'autre part au renforcement de l'effet de la couche 3a, on effectue un recuit entre 500 et 5500 C. Ce recuit permet de former la diode de Schottky D autour de laquelle se trouvent disposées deux couronnes métalliques, l'une Cl reposant sur la marche 3c, l'autre C2 correspondant à la portion métallique recouvrant la couche d'oxyde Sa. Ces deux couronnes Cl et C2 font office d'électrode de champ et permettent donc de réduire les courants de fuite et le niveau de bruit. - REVENDICATIONS 1.- Diode à contact métal-semiconducteur coriportant Jo corps semiconducteur sur lequel est agence, rev?te- ment protecteur est constitué d'au moins deux couches succes.sives d'oxyde, l'une formée d'un oxyde thermique pur et l'autre oxyde dopé d'impuretés et en ce que la couronne de strllcture MOS est constituée d'au moins deux plages métaaliques de forme sensiblement annulaire reliées entre elles électriquement, chacune d'entre elles reposant sur l'une des deux dites couches d'oxyde différentes. 2.- Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche d'oxyde reposant directement sur la surface du corps semiconducteur est la couche d'oxyde pur, tandis que la couche d'o- xyde externe est la couche d'oxyde dopé. ).- Diode sclon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la plage métallique engendrant la diode Schottky et celles constituant les couronnes t#S forment une seule couche homogène. 4.- Diode selon ltensemble des revendications 1 à , calac- térisée en ce qu'elle comporte un substrat de silicium de type de conduction P recouvert d'une couche épitaxique de typo de conduc tion opposé et faiblement dopé, à la surface de laquelle on agence, à travers le revêtement protecteur, une couche d'aluminium pour former la diode Schottky et les couronnes de structure MOS.