Brevet FR2466861A1 — publié le 19810410

L'invention concerne une structure de diode Schottky à faible bruit ainsi qu'un transistor à effet de champ utilisant une telle structure pour la réalisation de sa grille. Les diodes à barrière de type Schottky sont obtenues par juxtaposition d'un métal et d'un semiconducteur. Les premières diodes de ce type ont été obtenues par clivage d'un matériau monocristallin semiconducteur, en opérant dans une enceinte à vide et en évaporant un métal qui se condense sur la surface clivée. Un tel procédé est particulièrement apte à assurer la propreté du semiconducteur et par conséquent diminuer le nombre de pièges à l'interface isolant-semiconducteur. Ces pièges jouent un rôle dans les phénomènes de génération et de recombinaison des porteurs de charge, donc dans le phénomène de bruit, notamment pour le bruit dit en "1/f". Dans l'industrie des composants électroniques, les diodes Schottky sont, en fait, réalisées, la plupart du temps, à partir d'une plaquette semiconductrice comprenant un substrat et une ou plusieurs couches actives. Pour former une jonction Schottky localisée dans une zone précise de la surface de la couche active, on recouvre celle-ci d'une couche d'isolant, par exemple de silice, ensuite on ouvre dans la couche d'isolant5 par photolithogravure ou un procédé analogue, une fenêtre de surface correspondant à la zone de localisation de la jonction, enfin on dépose, par exemple par évaporation métallique sous vide, une couche de métal conducteur de l'électricité. Dans les jonctions Schottky ainsi réalisées, on constate un niveau de bruit relativement élevé du, pour une part importante, aux niVeaux d'énergie existant dans l'isolant ou à l'interface isolant-semiconducteur notamment par suite de contraintes.mécani- ques d'autant plus fortes que les coefficients de dilatation thermique des matériaux en contact sont plus différents. L'invention tend à remédier à cet inconvénient. A cet effet une structure de diode Schottky comportant un dépôt métallìque dont une portion de surface, en contact avec un matériau semiconducteur, est entourée par une couche de matériau de passivation, est principalement caractérisée en ce que ce dernier type de matériau est un semi-isolant. A titre d'exemple la résistivité de ce matériau est comprise entre 103 et 1Û9 ohm-cm. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels Les figures 1 et 2 représentent en coupe schématique deux réalisations de l'invention La figure 3 est un graphique de comparaison de résistivité de différents matériaux. La figure 4 représente en coupe schématique un transistor à effet de champ doté d'une grille Schottky selon l'invention. La structure représentée en coupe partielIe, figure 1, comporte un substrat 1, par exemple en silicium monocristallin-fortement dopé (ns par exemple), sur lequel a été formée, par exemple par épitaxie, une couche 2 de silicium monocristallin dopé n, moins fortement dopé, toutefo#is, que-le substrat. Sur la couche 2 on a déposé une couche 3, semi-isolante, constituée par exemple par du silicium amorphe, sur une épaisseur d'environ 1 micron, dans laquelle on a ouvert, par exemple par photolithogravure, une fenêtre 31. On donne plus loin divers procédés de formation d'un#e couche de silicium amorphe. Dans la fenêtre 31 on a dépose, par exemple par évaporation sous vide, une couche 4 d'un métal qui est par exemple de ltor, de manière à former une diode Schottky. La structure représentée de façon analogue figure 2 comporte par exemple un substrat 1 et une couc#he 2 identiques aux constituants de mêmes repères à la figure 1. La couche 3, de même nature que c.elle de la figure 1, en diffère par son épaisseur, ici beaucoup plus faible, par exemple du dixième-de micron. Elle est recouverte d'une couche 20 iSolante, par exemple en silice ou en nitrure de silicium déposé par un procédé classique. Une fenêtre 31 analogue à celle de la structure de la figure 1, a été ouverte dans les couches 20 et 3 pour mettre à nu la couche 2. La couche 4 est analogue à celle de la figure 1. Le but de la double couche est de conserver l'avantage de l'invention relatif à la diminution de bruit de la diode Schottky, sans subir un inconyénient dû à l'utilisation , pour constituer la couche 3, d'un matériau qui, tel le silicium amorphe ou d'autres semiconducteurs qui seront cités c#i-après, présente une constante diélectrique généralement beaucoup plus grande que celle de la silice. Cette particularité entraîne l'existence d'une capacité parasite non négligeable sur le pourtour 41 de la couche métallique qui est déposée dans la fenêtre- 31. Cet inconvénient est considérablement diminué dans la structure de la figure 2. On décrit ci-après différents procédés d'obtention de la couche 3 de matériau semi-isolant, en considérant les cas suivants I - Diode au silicium On distingue encore les cas suivants 10) Couche de silicium amorphe Le silicium amorphe peut être obtenu par dépôt en phase-ga zeuse, selon un procédé classique, en utilisant une source gazeuse d'un composé du silicium tel que le silane, dans une atmosphère. d'hydrogène, d'azote ou d'argon, à une température située entre 5000 et 7500#C. Il peut être aussi obtenu en décomposant le silane sous ltef- fet d'un plasma dans un réacteur fonctionnant à une pression égale ou inférieure à 1 Torr, à une température comprise entre la température ambiante et 5000 C. Enfin le silicium amorphe peut être obtenu par évaporation ou pulvérisation dans le vide d'une cible de silicium pur. Dans tous les cas le silicium amorphe est dopé par exemple de type n par introduction de phosphore ou d'arsenic, ou de type p par introduction de bore. Grace au dopage la résistivité peut varier entre 103 et 1010 ohm-cm. 20) Couche de silicium polycristallin dopé à l'oxygène Le silicium polycristallin peut être obtenu par dépôt en phase gazeuse par un procédé classique, en utilisant une source gazeuse d'un composé du silicium tel que Si H4, Si H2 612 , Si Cl4 , dans une atmosphère d'hydrogène, d'azote ou d'argon contenant des traces d'oxygène. Le semi-isolant ainsi obtenu présente une résistivité allant de 10 à 107 ohm-cm. On peut aussi doper le silicium polycristallin au fer ou au chrome. 30) Couche d'arséniure de gallium polycristallin L'arséniure de gallium polycristallin peut être obtenu par dépôt en phase gazeuse, par exemple par la méthode dite des jets moléculaires. La résistivité du dépôt varie de 103 à 106 ohm-cm. 40) Couche d'arséniure de gallium et d'aluminium : On peut obtenir un dépôt semi-isolant (résistivité comprise entre 107 et 107 ohm-cm) par dépôt en phase gazeuse, en ajoutant de ltoxvgène , notamment par la méthode dite des jets moléculaires. 50) Couche de nitrure de #gallium Un dépôt de nitrure de gallium peut être obtenu en faisant réagir un composé organique de gallium avec de l'ammoniaque dans un plasma haute fréquence. La résistivité du dépôt est comprise entre 107 et 108 ohm-cm. Il - Diode à l'arsèùiure de gallium La couche 3 peut être constituée par du silicium amorphe, du silicium polycristallin dopé à l'oxygène au fer ou au chrome, du nitrure de gallium, par les mêmes procédés que ceux qui viennent d'être décrits. En revanche l'arséniure de pallium et 1' arséniure de gallium et d'aluminium ne peuvent être déposés sous la forme polycristalll- ne à moins de déposer préalablement sur le matériau semiconducteur une couche de séparation, qui, dans le cas de l'invention, ne. peut être de la silice mais par exemple du silicium amorphe en couche très mince de l'ordre de 1 000 angströms. Cette couche est sans inconvénient au point de vue des contraintes necaniques lors de brusques changements de température. La couche épaisse d'arséniure de gallium polycristallin qui est alors obtenue présente l'avantage de posséder un coefficient de dilatation thermique accordé à celui du matériau semiconducteur. Figure 2 on a représenté une échelle logarithmique de rjiti- vité graduée de 10 -3 à 1010 ohm-cm et des rectangles correspondant aux domaines de résistivité des semi-conducteurs et semi-isolants suivants - silicium monocristallin (Si) de 10 3 à 103 ohm-cm ; - silicium polycristallin dopé oxygène (Si, pol) de 106 à environ ; - arséniure de gallium ; monocristallin (Ga As) de 10 -3 à 108 ; polycristallin (Ga As), pol.) de 102 à 108 ; -arséniure de gallium et d'aluminium monocristallin (Ga Ai As) de 10## 3 à 108 ~ polycristallin (Ga AI As, pol.) de 104 à 108 ; - silicium amorphe (Si, a) de 104 à 109 - nitrure de gallium polycristallin (Ga N pol) environ 107 à 108. L'invention est applicable à la réalisation d'un transistor à effet de champ dont la grille est une jonction Schottky. Figure 4 on a représenté en coupe un tel transistor, fabriqué par un procédé comportant un auto-alignement de la grille. Un tel procédé est compatible avec le procédé de l'invention. A cet effet on réalise un masque comprenant des fenêtres de source 81, de grille 82 et de drain 83, en utilisant un premier matériau, en couche 43, déposée sur la couche active 42 d'un substrat 41. Ce matériau est l'un de ceux utilisables pour constituer la couche 3 de la structure selon l'invention (voir figures 1 et 2). Une deuxième couche 44 set à combler initialement les trois fenêtres. Le matériau constituant cette couche 44 est choisi de façon à pouvoir être enlevé de façon sélective par attaque chimique en présence de la couche 43. C test par exemple du nitrure de silicium alors que la couche 43 est en silicium amorphe.Après masquage de la couche 44 au dessus de la fenêtre 82 (de grille), on dépo-se les contacts chimiques de source et de drain, soit .45 et 47. Ensuite, après masquage à la résine de ces contacts, on procède à. une attaque chimique sélective pour ouvrir la fenêtre 82 et déposer un contact Schottky pour constituer la grille 46. Les avantages de l'invention sont les suivants 10 - D'une façon générale le matériau semi-isolant est suffisament conducteur de l'éleétricité pour permettre l'évacuation des charges existant dans les pièges de l'interface ; toutefois il demeure assez isolant pour ne pas modifier notablement les caractéristiques de la diode ; 20 - Dans le cas où le matériau de passivation est accordé au marériau semi-conducteur en ce qui concerne les coefficients de dilatation thermique, les contraintes mécaniques et leurs inconvénients sont supprimés. REVENDICATIONS 1. Structure de diode Schottky comportant un dépôt métallique dont une portion de surface,en contact avec un matériau semiconducteur, est entourée par une couche de matériau de passivation n, caractérisée en ce que ce dernier type de matériau est un semi-isolant. 2. Structure suivant la revendication.1, caractérisée en ce que la résistivité du matériau de passivation est comprise entre 103 et 109 ohm-cm. 3. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de passivation, formant une première couche d'une épaisseur inférieure au micron, est recouvert d'une deuxième couche d'un matériau isolant d'épaisseur beaucoup plus grande, déposée en épargnant la région du matériau semiconducteur destinée à recevoir le dépôt métallique. 4. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le.matériau semiconducteur étant du silicium, le matériau semi-isolant est du silicium amorphe dopé de manière à présenter une résistivité comprise entre 103 et 109 ohm-cm. 5. Structure suivant la revendicat#on- 1, caractérisée en ce que le matériau semiconducteur étant du silicium, le matériau semi-isolant est du silicium polycristallin dopé à l'oxygène, au fer ou au chrome. 6. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau semiconducteur étant constitué par du silicium, le matériau semi-isolant est un composé polycristallin d'éléments des colonnes Il et V de la classification de Mendeleev. 7. Structure suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le matériau semi-isolant est constitué par de l'arséniure de gallium ou de l'arséniure de gallium et d'aluminium. 8. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, le matériau semiconducteur étant du silicium, le matériau semi-isolant est du nitrure de gallium de résistivité comprise entre 107 et 108 ohm-cm. 9. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, le matériau semiconducteur étant de l'arséniure de gallium, le matériau semi-isolant est du silicium amorphe, du silicium polycristallin dopé à l'oxygène au chrome ou au fer, ou du nitru re de gallium. 10. Structure suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau semiconducteur étant de l'arséniure de gallium, la première couche est en silicium amorphe et la deuxième couche est en arséniure de gallium polycristallin. 11. Transistor à effet de champ, caractérisé en ce qu'il comporte une structure suivant l'une des revendications 1 à 10.