Brevet FR2478879A1 — publié le 19810925

I La présente invention concerne un procédé de réalisation de dispositifs à effet mémoire à semicon- ducteurs amorphes. De façon plus précise, la présente invention concerne la réalisation de composants à semiconducteurs amorphes utilisës pour la mémorisation électrique. En général, les dispositifs à semiconduc- teurs amorphes cTomprennent un subsr-at sur lequel est déposée une électrode inférieure, une zone active réa- 0!lisée à l'aide d'un composé semiconducteur amorphe et une électrode supérieure. Les différents types de dispositifs à semi- conducteurs amorphes, par exemple, de type "pore'" ou de type "trois couchesn ainsi que les différents procédés permettant de les réaliser, ont été décrits dans le brevet français n 2 365 888 déposé le 28 septembre 31976 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique et intitulé "Procédé de réalisation de dispositifs semi- conducteurs amorphes et dispositifs en faisant applica- tion", ainsi que dans le cer;tificat d'addition de ce mme bLrevet ne 2 389 239 déposé le 27 avril 1977. De plus, ces différents types de dispositifs à semiconducteurs peuvent présenter un effet de mémori- sation ou un effet de commutation suivant leur structu- re. Des études ont montré que ces effets dépen- dent entre autres de la nature de l'électrode. En par- ticulier, un bon effet de creutation peut être obtenu a l'aide d'électrodes ralVsées en Carbone ou en 0 Tungstène. En ce qui concerne 2 s dispositifs à effet mémoire, on utilise actuellement es électrodes réali- ses en Molybdéne, maiz ces éectrodes presentent dif- f4rents inconvénients et notamment une r auvaise aptitu- de à cet effet mémoire. De plus, ce matériau est diffi- cile à déposer, si l'on désire une couche sans con- trainte, sans défaut et non évolutive dans le temps avec les impulsions électriques ou thermiques qui lui sont imposées, lors de l'utilisation d'un tel disposi- tif. Par ailleurs, ce matériau piège très facilement l'oxygène présent sur le substrat et les différentes couches des autres matériaux constituant le semiconduc- teur, ce qui impose certaines conditions dans le procé- dé de dépôt, lors de la réalisation du semiconducteur. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de permettre la réali- sation de dispositifs à semiconducteur dont les élec- trodes présentent une bonne aptitude à l'effet mémoire et dont le dépôt de ces électrodes est facilement réa- lisable. L'invention a pour objet un procédé de réali- sation de dispositifs à effet mémoire à semiconducteurs amorphes du type de ceux décrits précédemment qui se caractérise en ce que; - la zone active est réalisée sous la forme d'une cou- che centrale constituant une couche active proprement dite, réalisée en un premier composé semiconducteur amorphe et, d'au moins une couche tampon disposée sur l'une des faces supérieure et inférieure de ladite couche active, lesdites couches tampon étant réali- sées à l'aide d'un deuxième composé semiconducteur amorphe, ce composé étant constitué par l'un des élé- ments choisis dans le groupe comprenant le Germanium, le Tellure, l'Arsenic et le Soufre ou par leur mélan- ge; - l'une au moins des électrodes est réalisée sous la forme d'une électrode constituant l'électrode pro- prement dite et, d'une couche mince tournée vers la zone active constituant une barrière, les électrodes proprement dites étant réalisées en un métal pouvant diffuser dans les couches tampon et pouvant former avec le deuxième composé semiconducteur amorphe, constituant lesdites couches tampon, un composé bi- naire, à structure hexagonale, de manière à former la barrière nécessaire à la stabilisation du semiconduc- teur. Selon un mode préférentiel de l'invention, l'une au moins des électrodes proprement dites est réa- lisée en Tantale, et l'une au moins des barrières est réalisée en Tellurure de Tantale. Selon un mode préférentiel de l'invention, le premier composé amorphe, constituant la couche active proprement dite, est réalisé par du verre de compo- sition Te79 Ge S2 Sb2. Par ailleurs, le deuxième com- posé semiconducteur amorphe qui est un composé qua- ternaire est réalisé par du verre de composition Te60 As25 Ge13 S1. Selon un mode préférentiel de l'invention, on dépose une couche isolante au-dessus de l'une ou l'au- tre des électrodes proprement dites. Cette couche iso- lante est de préférence réalisée en Nitrure de Sili- cium. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux à l'aide de la descrip- tion qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement les différentes couches de matériaux constituant un dispo- sitif à effet mémoire selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif à effet mé- moire, selon l'invention, - la figure 3 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un dispositif à effet mémoire,selon l'invention. Sur la figure 1, la référence 2 représente le substrat sur lequel on réalise le dispositif-à semicon- ducteur, la référence 4 représente l'électrode infé- rieure, la référence 6 représente la zone active réali- sée à l'aide d'un composé semiconducteur amorphe et la référence 8 une électrode supérieure. En fait, comme on l'a dit précédemment, les électrodes 4 et 8 ainsi que la zone active 6 présentent une structure plus com- plexe. L'électrode inférieure 4 comporte une élec- trode proprement dite 4a, directement au contact du substrat 2 et une couche mince 4b tournée vers la zone active 6 et constituant une barrière. De même, l'élec- trode supérieure 8 comporte une électrode proprement dite 8a, et une couche mince 8b constituant une barriè- re, tournée vers la zone active 6 comme la barrière 4b. Les électrodes proprement dites 4a et 8a sont réalisées en un métal susceptible de former un composé binaire à structure hexagonale, tel que le Tungstène ou de préférence le Tantale. En effet, le Tantale présente l'avantage d'être un matériau apte à l'effet mémoire. Les barrières 4b ou- 8b -sont constituées par ledit com- posé binaire à structure hexagonale. Dans le cas d'électrodes en Tantale, les barrières 4b ou 8b sont réalisées en Tellurure de Tantale. Ces barrières 4b et 8b sont nécessaires à la stabilisation du semiconduc- teur. De même, la zone active 6 est constituée d'une couche active proprement dite 6a, d'une couche tampon supérieure 6b et d'une couche tampon inférieure 6c. Ces couches tampon 6b et 6c permettent d'éviter toute diffusion de l'électrode dans la zone active 6a. Cette couche active proprement dite 6a est réalisée en un composé riche en Tellure et, de préférence, par du verre de composition Te7, Ge17 S2 Sb2.Demême,les 24788-9 couches tampon 6b et 6c sont réalisées en un compose vitreux riche en Tellure de composition Te60 As2 Gel3 si. La présence de Tellure dans les couches tam- pon 6b et 6c permet la formation, par diffusion, des électrodes 4a et 8a dans ces couches tampon, des cou- ches barrières 4b et 8b en un composé binaire a struc- ture hexagonale sous la forme d'un Tellure de Tantale, pour des électrodes 4a et $a rëalisées en Tantale. Lors de la réaisation d'un dispositif con- forme à 1 invention, suivant la nature des électrodes, les électrodes d'un m.me dispositif pouvant être de na- ture diffiérente, ainsi que le type de caractéristiques que l'on désire obtenir pour le dispositif à semicon- ducteur amorphe, on peut déposer une ou deux couches barrière et/ou une ou deux couches tampon. On peut aus- si réaliser la couche barrière par diffusion, avant toute utilisation du dispositif à semiconducteur. Dans le cas contraire, dès le début d'utilisation de ce dis- lositiú!a presence d'une couche tampon permet la réa- lisva.ojn del cette couche barrière, par dif:fusion de 1 'lectrode dans cette couche tampon. Sur la figure 1, la référence 10 correspond à une couche isolante réalisée de préference en Nitrure de SiiiuiLmn et pouvant être placée, soit sur une partie de l'électrode sup-rieure 8, ladite couche étant réfé- rencée 10a, soit sur une partie de l'électrode infé rieure 4, ladite couche étant alors référencée 10b. La position de cette couche is oante 10 dépend du type de _30 dispositif que l'on réalise. Le dispositif, selon. in-ention, représenté sur la figure 2, correspond h un dispositif de type r rois couches'h Ce dispositif est obtenu asn deposant les trois couches correspondan- au% deui électrodes 4 et 8 et à la zone active 6, comme décrites précédemment sur le substrat 2 suivant des techniques connues. Le dépôt étant fait on grave les trois couches 4, 6 et 8 au gabarit de l'électrode inférieure 4, par exemple par érosion mécanique et par voie sèche, puis par le même procédé, l'électrode supérieure 8 de façon à lui donner sa dimension finale. Dans l'étape suivante, on effectue par tous moyens connus un dépôt uniforme d'un matériau isolant constituant la couche isolante 10. Cette couche isolan- te 10 peut être constituée par tout composé à l'exclu- sion d'un oxyde. De préférence, cette couche isolante est réalisée en Nitrure de Silicium. L'étape suivante consiste à graver la couche isolante 10, par exemple par bombardement d'Argon. On définit également dans cette couche isolante 10 une fe- nêtre 12 au-dessus de l'électrode supérieure 8. Dans l'étape suivante, on effectue un dépôt uniforme de matériau conducteur 14, puis on grave ce dépôt pour séparer la conduction de l'électrode infi- rieure 4 et de l'électrode supérieure 8. La zone active A est ainsi définie par la surface de l'électrode supé- rieure-8. Le- dispositif selon l'invention représenté -sur la figure 3 correspond à un dispositif de type "pore". Ce- dispositif est obtenu par dépôt de l'élec- trode inférieure 4 sur le substrat 2, puis par gravure de ce -dépôt pour lui donner la forme recherchée. On effectue ensuite un dépôt uniforme de la couche isolan- te 10 réalisée de préférence en Nitrure de Silicium. On grave ensuite, comme précédemment la couche 10 pour mé- nager la fenêtre 12 qui définit la zone active B du composant semiconducteur. Ensuite, on dépose la couche active 6, puis la couche conductrice 14. Enfin, on gra- ve la couche conductrice 14 et la couche active 6 pour dégager les plats de connexion électrique. 2 4788'9 La couche conductrice 14 est réalisée, par exemple, en Aluminium. Pour plus amples détails sur le procédé de fabrication d'un dispositif de type "pore" ou de type "trois couches", on peut se référer aux brevets cités précédemment. Suivant la nature des électrodes, ainsi que la nature des couches tampon, la composition de la cou- che barrière sous la forme d'un composé binaire à structure hexagonale peut être différente, par exemple, pour une couche tampon riche en Tellure on obtient un composé du type MoTe2 pour une électrode en Molybdène, du type WTe2 pour une électrode en Tungstène, pour une couche tampon riche en Soufre et une électrode en Molybdène on obtient un composé du type MoSa2 L'avanta- ge de tels composés est d'être de très bons ralentis- seurs de diffusion du fait même de leur structure. REVENDICATIONS l. Procédé de réalisation de dispositifs à effet mémoire à semiconducteurs amorphes comprenant, dans l'ordre, un substrat (2) sur lequel est déposée une électrode inférieure (4), une zone active (6) réa- lisée à l'aide d'un composé semiconducteur amorphe et une électrode supérieure (8), caractérisé en ce que: - la zone active est réalisée sous la forme d'une cou- che centrale (6a) constituant une couche active pro- prement dite, réalisée en un premier composé semicon- ducteur amorphe et, d'au moins une couche tampon (6b ou 6c) disposée sur l'une- des faces supérieure et inférieure de ladite couche active (6a), lesdites couches tampon (6b ou 6c) étant réalisées à l'aide d'un deuxième composé semiconducteur amorphe, ce com- posé étant constitué par l'un des éléments choisis dans le groupe comprenant le Germanium, le Tellure, l'Arsenic et le Soufre ou par leur mélange; - l'une au moins des électrodes est réalisée sous la forme d'une électrode (4a ou 8a) constituant l'élec- trode proprement dite- et--d'une couche mince (4b ou 8b) tournée vers lazone active (6) constituant une barrière, les électrodes proprement dites (4a et 8a) étant réalisées en un métal pouvant diffuser dans les couches tampon (6b ou 6c) et pouvant former avec le deuxième composé semiconducteur amorphe constituant lesdites couches tampon un composé binaire à structu- re hexagonale, de manière à former la barrière (4b ou 8b) nécessaire à la stabilisation du semiconducteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'une au moins des électrodes proprement dites (4a ou 8a) est réalisée en Tantale. 3. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la barrière (4b ou 8b) est réalisée en Tellurure de Tantale 4. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier com- posé amorphe constituant la couche active proprement dite (6a) est réalisé par du verre de composition Te79 Gel1 S2 Sb2' 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4. caractérisé en ce que le deuxième con-' posé semiconducteur amorphe, qui est un composé quater- naire, est réalisé par du verre de composition Te60 As25 Ge13 S1. 6. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que l'onr dépose- une couche isolante (10) au-dessus de l'électrode supérieu- re proprement dite (8a). 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dépose une couche isolante (10) au-dessus de l'électrode inférieu- re proprement dite (4a). 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 6 et 7, caractérisé en ce que la couche iso- lante (10) est réalisée en Nitrure de Silicium.