Brevet FR2218656A1 — publié le 19740913

La présente invention concerne les diodes à effet de surface, connue aussi sous le nom de diodes à effet Schottky, ainsi qu'un un procédé de préparation de telles diodes. Les diodes à eifet Schottky et leur procédé de réalisation sont bien connus depuis longtemps. Ces dispositifs ont des caractéristiques dans )e sens direct supérieures à celles des dispositifs classiques à jonction et ont des temps de commutation extrêmement courts. Dans le type classique de diodes à effet Schottky,une plaquette de silicium est préparée et comprend une surface déposée par épitaxie. UI1 contact métallique est alors fait à la surface épitaxiale de manière qu'il se forme une barrière de redressement, appelée barrière Schottky. La base de la plaquette est dopée de manière qu'elle soit cigénérée, empêchant ainsi les possibilités de formation d'une barrière de redressement à la partie inférieure de la-plaquette et assurant une faible résistance dans le sens direct, une électrode étant reliée à la base de la plaquette. On choisit habituellement le chrome pour la réalisation du contact métallique lors de la formation de. la barrière de Schottky, lorsque la diode doit être du type de puissance. Un dispositif de puissance est considéré dans le présent mémoire comme un dispositif capable de transmettre au moins un ampère, et par exemple jusqu' 50 ampères ou plus, danse sens direct. Cette caractéristique est différente des applications classiques des dispositifs à effet Schottky qui constituent des détecteurs, les courants directs étant seulement de l'ordre de quelques milliampères. On constate cependant que les caractéristiques en tension inverse des dispositifs à effet Schottky utilisant le chrome comme métal de contact ont tendance à présenter une instabilité aux températures élevées dans les applications de puissance. Selon lfinvention, le contact métallique de la diode à effet Schottky, destiné à conduire des intensités relativement élevées, est le molybdène, et la mince couche de contact en mo lybd'ene est revalue d'argent de manier que la surface soit soudable. Le substrat sur lequel est déposée la couche de molybdène est de plus avantageusement préparé initialement par passivation à laide d'un nitrure. Le dispositif formé a des caractéristiques améliorées aux températures élevées, dans le sens direct et dans le sens inverse. L'invention concerne aussi une diode à effet Schottky dstinée à conduire un courant d'intensité -rel-ativement élevée, et comprenant une plaquette de silicium ayant une couche épi-taxiale de silicium monocristallin sur l'une de ses faces et une couche de molybdène sur la face externe de la couche épi-. taxiale, un contact redresseur étant ainsi formé entre les couches, une couche de métal facilement soudable étant disposée à la face externe de la couche de molybdène. La diode peut comprendre une électrode inférieure re- liée à l'autre face de la plaquette de silicium et formant un contact non-redresseur. De préférence, la diode comporte aussi une couche de nitrure de silicium placée entre la couche épitaxiale et la couche de molybdène ; la couche de nitrure de silicium comprend une fenêtre exposant une partie de la face externe de la-cou che épitaxiale, et la couche de molybdène recouvrant la ctru-e de nitrure de silicium est placée - au contact de la surface de la couche épitaxiale par la fenêtre. Une couche de silice peut être aussi placée entre la. face externe de la couche épitaxiale et la couche de nitrure de silicium, la couche de silice comportant une entre correspondant à la fenetre de la couche de nitrure de silicium. L'invention concerne aussi un procédé de réalisation de diodes à effet Schottky, comprenant la formation d'une couche épitaxiale de silicium monocristallin sur une face d'une plaquette de silicium, la formation d'une couche de silice sur la face externe de la couche épitaxiale, la formation d'une couche de nitrure de silicium sur la face externe de la couche de silice, l'attaque d'une fenêtre dans les couches de nitrure et de silice de manière que la. couche épitaxiale soit exposée superficiellement, le dépot dtune couche de molybdène sur la face externe de la couche de nitrure de manière que la couche de molybdène soit au contact de la face exposée de la couche épitaxiale par la fenêtre et forme un contact redresseur avec cette couche, et l'application d'une couche d'un ::nétal facile nient soudable sur la face externe de la couche de molybdène. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, faite en référence au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe schématique d'une plaquette de silicium monocristallin traitée selon l'invention la figure 2 est une coupe schématique de la plaquette de la figure 1 après formation d'une couche épitaxiale sur-la face supérieure de la plaquette et après formation de couches de silice sur les faces supérieure et inférieure de la plaquette la figure 3 représente schématiquement le dispositif de la figure 2 après formation d'un film de nitrure sur la face supérieure de la structure la figure 4 représente schématiquement le dispositif de la figure 3 après retrait de la couche inférieure d'oxyde et le dopage de la face inférieure de la plaquette de silicium de manière que le silicium soit dégénéré la figure 5 est une perspective schématique représentant une partie de la surface du dispositif de la figure 4 après attaque des fenetres dans les couches de nitrure et de silice à la face supérieure de la structure de la figure 4 la figure 6 est une coupe schématique de la structure de la figure 5, après dépôt d'une couche de contact en molybdène et d'une couche de soudage en argent ; et la figure 7 représente schématiquement la partie de dispositif représentée sur la figure 6, après attaque des couches supérieures du dispositif et avant rayure et rupture des diodes séparées, après connexion de l'électrode arrière du dispositif. Les dessins sont purement schématiques et ne sont pas à l'échelle, les épaisseurs des diverses couches de matière ayant été considérablement exagérées. La figure 1 est une coupe perpendiculaire au grand diamètre d'une plaquette circulaire 20 de silicium monocristallin. La plaquette 20 a une épaisseur de l'ordre de 0,2 à 0,23 mm et un diamètre de l'ordre de 3,3 à 5 cm. La plaquette 20 est de préférence une matière de conductivité de type N ayant une résistivité comprise entre 0,001 ohm.cm et 0,005 ohm.cm. Les faces supérieure et inférieure de la plaquette sont polies de manière classique. Il faut noter que la partie inférieure de la plaquette 20 est du type N+. Comme représenté sur la figure 2, un film épitaxial 21 de type N en silicium monocristallin est formé sur la face su périeure de la-plaquette 20, sur une épaisseur de 3 à 10 microns, avec une résistivité de 0,1 à 2 ohms.cm, en fonction de la tension nominale du dispositif réalisé. Il faut noter que la résistivité la plus faible possible est nécessaire pour le substrat 20 qui porte la couche épitaxiale 21. Les faces supérieure et inférieure de la plaquette 20 @@rtant le film sont alors oxydées et reçoivent des couches 22 et 23 supérieure et inférieure respectivement de silice ayant o chacune une épaisseur d'environ 10 000 A. Ensuite, comme représenté sur la figure 3, la face inférieure de la couche 23 est caché et Vne couche 24 de nitrure de silicium est formée sur la couche 22 par croissance. La couche 24 de nitrure a une o épaisseur de l'ordre de 500 A et elle forme une barrière de protection coure les impuretés, pour les opérations ultérieures de réalisat on des diodes. Il faut noter de plus que la couche 22 de silice est placée entre la surface de silicium de la couche 21 et 8 couche 24 de nitrure car la disposition de la couche de nitre directement sur la surface du silicium a tendance à provoquer l'accumulation de charge de la-surface. Âpres formation de la couche 24, comme représenté sur la figure 4, la couche 23 de silice est retirée de la partie opposée de la plaquette 20 et du phosphore est déposé sur la face inférieure de cette plaquette. La plaquette est alors chauffée par exemple à 800 C de manière que le phosphore diffuse à la partie inférieure de la plaquette. fie cette manière, la partie inférieure de la plaquette devient N++ (c'est-à-dire qu'elle est dopée jusqata dégénérescence) de manière que la connexion ohmique wîtérieure (c"est-à-dire sans redressement) d'une électrode soit réalisable à la partie inférieure de la plaquette. Ensuite, un dessin de réserve photographique est déposé sur la face supérieure du dispositif, sur la totalité de la face supérieure de la couche 24, et il est développé de manière qu'il permette l'attaque ultérieure de fenêtres distantes dans la structure de la plaquette, comme indiqué sur la figure 5 par le dessin des fenêtres 30 à 33. Ces fenêtres peuvent avoir des dimensions de l'ordre de -3,4 x 3,4 mm, et elles dé imitent les zones actives des dispositifs séparés qui doivent recevoir ultérieurement une couche formant un contact métallique.Après application du dessin de réserve photographique de manière convenable constituant ainsi un masque ou cache, le dispositif est attaqué par exemple avec une solution tamponnée d'acide fluorhydrique qui attaque les fenêtres, représentées sous forme des fenêtres 30 à 33, et attaque les couches 24 et 22 de nitrure et de silice en exposant la face supérieure de la couche épitaxiale 21. e t Ensuite, le dessin de réserve photographique7retiré et le dispositif est nettoyé avec un solvant convenable qui lai s- se des surfaces parfaitement propres au niveau de la couche épi- taxiale 21 exposée par les fenetres. Dans une opération finale de nettoyage, la surface exposée de la couche épitaxiale est nettoyée avec une solution d'acide fluorhydrique. Le dispositif est alors placé dans une chambre sous vide et porté à une température comprise entre 300 et 400OC, et une couche 40 de molybdène représentée sur les figures 5 et 6 estsséposée sous vide sur toute la face supérieure du @ dispositif et à travers les fenêtres qui exposent la surface de la couche 21. Le molybdène se dépose sur une épaisseur d'environ 1 000 A. Ensuite, une couche 41 d'argent est déposée sous vide sur la couche 40 de molybdène, sur une épaisseur de l'ordre de 25 000 A. La couche supérieure 41 d'argent constitue une électrode soudable. Ensuite, comme représenté sir la figure 7, une électrode inférieure 50, en titane par exemple, est soudée à la face inférieure de la plaquette 20 et une couche 51 de soudage en argent est déposée à l'extérieur de l'électrode 50. Un dessin est alors enregistré par photolithographie sur le dessin des fenêtres de silice et de nitrure de silicium à la face supérieure du dispositif de manière que des canaux tels que les car naux 60 et 61 de la figure 7 puissent eAtre attaqués en vue de la separation des diodes individuelles de la plaquette. Il faut noter que les canaux 60 et 61 sont disposés entre les fenêtres représentées sur la figure 5, le trait interrompu 60a de la figure 5 indiquant la direction et l'emplacement du canal 60.Des canaux perpendiculaires sont formés de manière analogue suivant des lignes telles que la ligne 63 de la figure 5, de manière que les diodes ou dispositifs isolés soient totalement délimités. Ensuite, les diodes isolées sont séparées les unes des autres par entaillage et attaque de la plaquette 20 dans les canaux qui forment les dispositifs séparés. Chaque diode formée est alors nettoyée et vérifiée, et elle est montée dans un bottier approprié, le cas échéant. Les essais comparatifs correspondant à des échantillons des dispositifs décrits formés avec un contact de molybdène, et de dispositifs comprenant un contact de chrome, montrent que le contact de molybdène donne des caractéristiques améliorées aux températures et aux intensités élevées. Par exemple, les dispositifs à contact de molybdène présentent une chute de tension réduite dans le sens direct pour les intensités élevées et transmettent avantageusement des intensités accrues dans le sens direct par rapport aux dispositif comportant des contacts de chrome.Les résultats des essais figurent dans le tableau suivant, les essais étant réalisés à 5OC,' Chute de tension dans le sens direct Intensité Diode à contact Diode à contact en du courant en molvbd ène chrome 10 A 0,40 V 0,32 V 100 A 0,53 V 0,66 V 200 A 0,67 V Court-circuit dans le sens inverse 400 A 0,90 V Court-circuit dans le sens inverse 800 A 1,33 V Court-circuit dans le sens inverse Le tableau suivant montre les caractéristiques stables de transmission du courant en sens inverse dans un dispositif a contact de molybdène, par comparaison avec un dispositif à contact de chrome, à diverses températures. Les données de ce tableau correzpondent à une tension inverse de 20 V. Il faut noter que l'intensité du courant inverse du dispositif à contact de molybdène est très stable malgré les variations de températures. Courant inverse pour Courant inverse pour Température contact de molybdène contact de chrome 25OC 37 mA 4 mh 75OC 38 mA 25 mA 100oC 40 mA 75 mA Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentéekutà titre d'exemple préférentiel et qu on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Diode à effet Schottky, destinée à la conduction d'un courant d'intensité relativement élevée, caractérisée en ce qu'elle comprend une plaquette de silicium portant une couche épitaxiale de silicium monocristallin sur une de ses faceset une couche de molybdène placée sur la face externe de la couche épitaxiale et formant un contact redresseur avec elle, ainsi qu'une couche d'un métal facilement soudable placée sur la face externe de la couche de molybdène. 2. Diode selonlla revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une électrode inférieure reliée à l'autre face de la plaquette de silicium et formant un contact nonredresseur avec cette face. r 3. Diode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'électrode inférieure est en titane. 4. Diode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la face extérieure de l'électrode inférieure est revetue d'une couche de métal facilement soudable. 5. Diode selon l'une quelcoue des revendications précédentes, caractérisée en ce ue le métal facilement soudable est l'étain ou. l'argent. 6. Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche de nitrure de silicium placée entre la couche épitaxiale et lacouche de molybdène et ayant une fenêtre qui expose une partie de la face externe de la couche épitaxiale, la couche de molybdène recouvrant la couche de nitrure de silicium et étant au contact de la surface de la couche épitaxiale par la fenêtre. 7. Diode selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une couche de silice placée entre la face externe de la couche épitaxiale et la couche de nitrure de silicium, la couche de silice ayant une fenêtre dont la position corresod à celle qui est formee dans la couche de ni traire de silicium. 8. Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes, destinée à conduire des courants d'intensité supé riourc a 10 afl4ères, la diode ayant des caractéristiques sta-- bles de transmission de courant inverse a:s une plage de tem pératltres comprises entre au moins 25 C et au moins 100 C, et ayant une chute de tension relativcnent faible tlans le sens direct, inférieure à i volt environ pour des intensités dans le sens direct pouvant atteindre 400 ampères environ. 9. Procédé de réalisation d'une diode à effet Schottky, caractérisé en ce qu1il comprend la formation d'une couche épitaxiale de silicium nonocristallin sur une première face d'une plaquette de silicium, la formation d'une couche de silice sur la face externe de la couche épitaxiale, la formation d'une couche de nitrure de silicium sur la face externe de la couche d'oxyde, l'attaque d'une fenetre dans les couches de nitrure eX de silice de manière que la surface de la couche épitaxiale soit exposée, le dépit d'une couche de molybdène sur la face externe de la couche de nitrure de manière que la couche de molybdène soit au contact de la surface de la couche épitaxiale qui est exposée par la fenetre et forme un contact redresseur avec cette couche, et l'application d'une couche d'un metal facilement soudable sur la face externe de la couche de/no- lybdène. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus le dopage de la seconde face de la plaquette de manière que celle-ci soit dégénérée, puis la connexion d'une électrode inférieure à la face dégénérée de manière que l'électrode forme un contact non-redresseur avec cette face. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'application d'une couche d'un métal facilement soudable sur la face externe de l'électrode in inférieure. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'électrode inférieure est en titane. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9, 11 et 12, caractérisé en ce que le métal facilement soudable est l'étain ou l'argent.