Brevet FR2214172A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne un procédé de fabrication de diodes à capacité variable, ainsi que es diodes fabriquées par ce procédé. Dans une diode à capacité variable, également connue sous le nom de diode "varactor", la capacité, fonction de la tension appliquée à la jonction pn, dtune diode à semi-conducteurs assume la fonction de condensateur variable pour accorder par exemple des circuits résonnants haute fréquence.Cette capacité variable est créée en polarisant la diode dans le sens inverse, de sorte que la -capacité de la jonction de la-diode augmente avec ltélé- vation de la tension de polarisation, car des porteurs chargés sont éjectés de la jonction pn, ce qui signifie que ltépaisseur de la couche non conductrice augmente. Ltimpédance équivalant à une telle diode est constituée par un condensateur associé à une résistance parallèle et une résistance série, la résistance parallèle étant en général négligeable aux fréquences élevées auxquelles ces diodes sont normalement utilisées La valeur de cette résistance série et, par conséquent, lracuité de la résonance de ltélément dépendent toutefois de ltépaisseur de la couche active dopée et de la valeur de la tension de polarisation.Par conséquent, si cette couche est trop épaisse, la résistance série est élevée. Par ailleurs, une couche épaisse donne la possibilité de faire varier la capacité dans une gamme étendue. Toutefois, pour permettre lrutilisation de faibles capacités, ce qui est réalisable grâce à une couche épaisse, il est nécessaire que le dopage de la couche soit choisi de façon à éviter un claquage par avalanche, ce qui signifie que le degré de dopage doit être faible. Par contre, un faible dopage entraîne une résistance série élevée pour les capacités élevées.Il est donc très important que 12 épaisseur et le dopage de la couche active faiblement dopée soient choisis de manière à obtenir exactement la gamme de capacités dans laquelle la diode doit 8trie utilisée. le degré optimal de dopage pour une épaisseur donnée de la couche a pour conséquence qu'un claquage par avalanche se produit quand la tension de polarisation appliquée dépasse la valeur nécessaire pour obtenir la capacité minimale. Il est par ailleurs essentiel que la diode puisse résister aux tensions de polarisation élevées nécessaires pour obtenir les valeurs minimales de capacité sans faire apparaître quelque pait à ltintérieur de la diode un champ dtintensffie# suffisamment intense pour pro;\Toquer un claquage par avalanche. Il est par con séquent très important que la diode, en particulier à la jonction pn où l!intensité du champ atteint sa valeur maximale, ait une forme géométrique telle qu'aucun champ électrique intense n'ap- paraisse. Cependant, ni la détermination de l'épaisseur de la cou che, ni la réalisation de.couches-ayant les formes géométriques désirées en fonction de ltlntensité du champ ne permettent de fabriquer de façon satisfaisante, par les procédés connus, des diodes du type varactor. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de diodes du type varactor#-dans lequel ltépaisseur et le dopage de la couche active peuvent être déterminés facilement et de plus de donner à la diode une forme géométrique avantageuse du point de vue de l'intensité du champ. Ltinvention -sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre dtexemple nullement limitatif et sur lequel : la figure la représente schématiquement une diode- à capacité variable polarisée, la figure lb représente le circuit équivalent de cette diode et la figure lc représente l'intensité du champ apparaissant dans cette diode pour différentes tensions appliquées r et les figures 2 et 3 représentent schématiquement la fabrication drune diode selon la figure la en conformité, respectivement, avec une technique ddjà connue et la technique selon l'invention. La figure la représente une diode du type varactor, de préférence au silicium, et comprenant des couches à. dopages différents.-le symbole p++ désigne une couche fortement dopée par un accepteur dtélectrons, par exemple du bore ; la référence n désigne une couche faiblement dopée par un donneur d'électrons, par exemple l'antimoine et la référence n+ désigne une couche corres fondante fortement dopée par un donneur.Cette diode est raccordée par deux couches métalliques formant contact à une source réglable de tension continue V qui applique la tension de polarisation inverse désirée, c#est-à-dîre, du côté donneur, une tension positive p#ar rapport au coté accepteur0 La figure lb représente le circuit équivalent de la diode, à savoir un condensateur C de capacité variant avec la tension de poiariçzation et une résistance série R. Ma résistance série-R provient principalement de la partie non conductrice de la couche faiblement dopée dont lrépaisseur diminue avec l:élévation de la tension de polarisation.De manière correspondante, la valeur du condensateur C augmente avec la tension de polarisation. la figure lc représente la répartition spatiale de l'intensité du champ électrique dans la diode pour différentes tensions de polarisation. Dans les couches fortement dopées, ltintènsité du champ est presque négligeable, alors que dans la couche faiblement dopée I'jn- tensité du champ atteint sa valeur maximale près de la jonction pn et décroft ensuite progressivement. Par ailleurs, cette intensité de champ augmente évidemment lorsque la tension de polarisation augmente, ce qui est indiqué par les courbes V1 à VN Par conséquentf quand la tension de polarisation augmente, la capacité de la diode augmente étant donné que les porteurs de charges sont éjectés de la jonction pn, tandis que la résistance série de la diode diminue de manière correspondante. Comme on lta Indiqué ci-dessus, il est très important que l'épaisseur de la couche n soit choisie de manière que la résistance série n'atteigne pas une valeur trop élevée meme pour les capacités élevées. Par ailleurs, cette couche doit être suffisamment épaisse pour autoriser-la variation désirée de capacité. En ce qui concerne la forme geométrique-de la diode il importe, de plus, que cette forme soit telle que l'intensité du champ à la jonction pn, quand cette intensité atteint sa valeur maximale ne soit pas suffisamment intense pour provoquer un claquage au bord de la diode avant qutun claquage ne se produise à l'intérieur de celle-ci, la figure 2 représente une diode selon la figure la, réalisée par un procédé connu.Pour cela, on part d'une couche n+ fortement dopée sur laquelle on applique une couche n d#e,paisseur convenable, par exemple par évaporation La couche p+ très mince est ensuite formée par diffusion d'un accepteur dans la couche n faiblement dopée. On donne ensuite à cette diode la forme appropriée en appliquant une couche de revêtement protecteur audessus de la couche D et en enlevant par attaque chimique une région extérieure à la diode. Avec ce procédé, on réalise une diode ayant la forme représentée sur la figure 2, ctest-à-dire une diode ayant une section transversale minimale à la partie supérieure et augmentant en direction de la couche n+. La section transversale de la couche n est par conséquent minimale à proximité immédiate de la couche p+, c'est-à-dire dans la région où l'intensité du champ électrique atteint sa valeur maximale. Pour des raisons indiquées ci-dessus, ceci présente des inconvénients. En utilisant la technique décrite ci-dessus, il est de plus difficile de déterminer exactement l'épaisseur de la couche n ; une valeur incorrecte de cette épaisseur ne peut en général entre mise en évidence avant que la diode ne soit telsminée. la figure 3 représente la réalisation d'une diode -selon la figure la, en conformité avec le procédé selon ltinvention. Pour cela on part arun support constitué par une couche de matière mince fortement dopée par un accepteur (couche p+). La couche n est formée au-dessus de cette couche. A partir de la configuration ainsi réalisée, à savoir une couche n au-dessus d'une couche |+, on peut facilement déterminer l'épaisseur et le degré de dopage de la couche n en appliquant quatre électrodes pointues sur la surface de la couche n et en mesurant la tension entre deux de ces électrodes quand on applique un courant entre les deux autres électrodes.S'il se trouve que la diode, ou plut8t la couche qui deviendra une partie de cette diode, est dé fectueuse, on peut la rebuter déjà à ce stade de fabrication ou bien on peut corriger son épaisseur par attaque chimique. Un grand avantage de ce procédé consiste en ce que, indépendamment des caractéristiques désirées concernant la capacité et les variations de capacité à obtenir, une diode optimale est caractérisée par une valeur prédéterminée du produit du degré de dopage par 1tépaisseur de la couche, ctest-à-di- > edu paramètre mesure. Si la couche#n a des caractéristiques correctes, la couche n+ est ensuite formée en diffusant un donneur approprié dans la couche n. Les parties de cette couche non destinées E la c iode sont ensuite enlevées par attaque chimique de la même manière que dans les procédés connus. La figure 3 représente la forme donnée à la diode. Par conséquent, la couche n a contraitement à ce qui se passe avec les procédés connus sa section transversale la plus grande sur la surface proche de la couche p+, c'est à-dire là où l'intensité du champ est maximale. L'intensité du champ et par conséquent les risques de claqvage sont ainsi réduits. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVEIiDICATIONS 1. Procédé de fabrication de diodes à capacité variable, ou diodes du type varactor, dans lesquelles la jonction pn est constituée par une couche fortement dopée d'un accepteur ràccor- dée à une borne de la diode et une couche faiblement dopée d'un donneur raccordée à l'autre borne de la diode par une couche fortement dopée par un donneur, caractérisé en ce qutune couche d'un matériau faiblement dopé par un donneur est formée sur un support constitué par un matériau fortement dopé par un accepteur, une couche dtun matériau fortement dopé par un donneur-étant ensuite formée sur le matériau faiblement dopé par un donneur et, ensuite, la couche dopée par un donneur dans les régions situées en dehors de la diode est enlevée par attaque chimique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche faiblement dopée est formée sur la couche fortement dopée par épitaxie. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de matériau fortement dopée par un donneur est formée par diffusion. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche fortement dopée par un donneur est formée par implantation ionique.