Brevet FR2607630A1 — publié le 19880603

JONCTION TUNNEL CONTROLEE PAR LA SURFACE La présente invention concerne une structure et un procédé particulier de fabrication de diode Tunnel contr8lee. Une diode Tunnel est classiquement formée d'une jonction entre une région très fortement dopée de type n (n++) et une région très fortement dopée de type p . Un tel dispositif, représenté très schématiquement en figure lA, présente une carac téristique courant-tension telle que celle représentée en figure 1B. Cette caractéristique présente notamment une région de résistance différentielle négative qui permet d'en faire une source d'hyperfréquences. On recherche depuis longtemps à contrôler cette résistance différentielle négative, par exemple pour permettre d'accorder des résonances. Pour cela, en considérant que l'abcisse du premier maximum de la figure l correspond à la valeur (Vn+Vp)/3, où Vn et Vp sont les énergies de Fermi dans les bandes de conduction et de valence, respectivement, il importe de pouvoir contrôler le dopage de la région n++ ou p#. Pour cela, W. Hbnlein et al. ont décrit dans Proceedings of the INFOS, Durham, 1980, une structure du type de celle d'un transistor MOS, et telle que représentée en figure 2, dans laquelle au lieu d'avoir des régions de drain et de source de même type de conductivité, on a des régions de drain 1 et de source 2 de types opposés et fortement dopées, avec une grille isolée 3. Quand, sous l'effet de la tension de grille, la zone de canal 4 entre le drain 1 et la source 2 est rendue équivalente à une couche très fortement dopée de type n ou p, on obtient bien une diode à effet Tunnel dans laquelle le dopage équivalent de l'une des régions adjacente à la jonction peut être contrôlé. Toutefois, les auteurs indiquent qu'ils n'ont pas pu obtenir d'effet Tunnel, c'est-à-dire de résistance différentielle négative, à température ambiante, avec leur dispositif. Et les auteurs ajoutent en fin de l'article de façon évidente la qualité des jonctions Tunnel laisse quelque peu à désirer. Il semble que le gradient de concentration d'impuretés n'est pas suffisamment élevé pour atteindre les conditions strictes d'obtention de l'effet Tunnel. Il existe toutefois un espoir pour que des dispositifs comprenant des régions de source et de drain implantées soient plus adaptés au but recherché . Toutefois, depuis cette date il ne semble pas que l'on soit arrivé à des solutions satisfaisantes. De l'avis de l'inventeur de la présente demande, ce fait doit être attribué à au moins deux raisons - le gradient de dopage de l'interface source/canal nécessaire à l'effet Tunnel (cinq ordres de grandeur sur moins de 10 nm) ne peut être obtenu par des techniques de diffusion ou même d'implantation - la densité d'états d'interface Si/Si02 obtenue après implantation à la jonction source/canal est trop élevée. En conséquence, l'inventeur propose une nouvelle structure permettant d'atteindre effectivement le but recherché par les auteurs antérieurs, ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle structure. Ainsi, selon la présente invention, il est prévu une diode à effet Tunnel à caractéristique contrôlée comprenant un substrat d'un premier type de conductivité et très fortement dopé, une première couche mince du type de conductivité opposé déposée par épitaxie sur ce substrat, une deuxième couche mince du deuxième type de conductivité très fortement dopée et déposée par épitaxie, une rainure traversant la première et la deuxième couche mince et pénétrant dans la troisième couche, cette rainure étant munie d'une couche d'isolement et d'une couche conductrice de grille, une première électrode principale étant connectée au substrat et une deuxième électrode principale étant connectée à la couche du deuxième type de conductivité à fort niveau de dopage. Avec cet agencement, du fait que l'on utilise des épitaxies successives, on peut atteindre des gradients de concentration à la jonction très élevés. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier fait en relation avec les figures jointes parmi lesquelles Les figures 1A et 1B et 2 ont été décrites précédemment pour illustrer l'état de la technique La figure 3A représente un dispositif selon la présente invention ; et La figure 3B représente les caractéristiques courant/tension d'un dispositif selon l'invention. Comme le représente la figure 3A, une structure selon la présente invention comprend un substrat 11 de type p++, une première couche épitaxiée 12 de type n, et une troisième couche épictaxiée 13 de type n# L'épitaxie peut par exemple être réalisée par la technique des jets moléculaires. La couche 12 peut être une couche d'environ 1 micromètre d'épaisseur de silicium dopée à 1016 atomes par cm3 et la couche 13 peut être une couche du même ordre d'épaisseur que la couche 12 et de même type de dopage mais à un niveau de dopage très élevé par exemple de l'ordre de 1021 atomes par cm3. Ensuite, on forme une rainure 14 dans laquelle est successivement formée une couche d'isolement 15, par exemple un oxyde de silicium thermique, puis une grille métallique 6. Un tel dispositif présente, en fonction de la tension appliquée sur la grille, les caractéristiques illustrées en figure 3B où l'on a représenté en ordonnées le courant entre les électrodes principales et en abscisses la tension entre ces électrodes. On voit que pour des tensions de grille VG croissantes d'une première valeur VG0 à une deuxième valeur VG1 et à une troisième valeur VG2, on passe d'une absence d'effet Tunnel à des seuils d'effet Tunnel de plus en plus élevés et contrôlables. REVENDICATIONS 1. Diode à effet Tunnel à caractéristique contrôlée comprenant un substrat (11) d'un premier type de conductivité et très fortement dopé, caractérisée en ce qu'elle comprend une première couche mince (12) du type de conductivité opposé déposée par épitaxie sur ce substrat, une deuxième couche mince (13) du deuxième type de conductivité très fortement dopée et déposée par épitaxie, une rainure (14) traversant la première et la deuxième couche mince et pénétrant dans la troisième couche, cette rainure étant munie d'une couche d'isolement (15) et d'une couche conductrice de grille (16), une première électrode principale étant connectée au substrat et une deuxième électrode principale étant connectée à la couche du deuxième type de conductivité à fort niveau de dopage. 2. Diode selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante (15) est une couche d'oxyde thermique. 3. Diode selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat et la couche à très haut niveau de dopage ont un niveau de dopage de l'ordre de 1021 atomes par cm3. 4. Diode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche mince a un 3 dopage de ltordre de 10 6 atomes par cm3. 5. Procédé de fabrication d'une diode Tunnel à seuil contrôlable, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - former par épitaxie sur un substrat d'un premier type. de conductivité à très fort niveau de dopage une première couche du type de conductivité opposé et à plus faible niveau de dopage et une seconde couche du second type de conductivité et à très fort niveau de dopage - creuser une rainure traversant les première et seconde couches ; - déposer dans cette rainure successivement un isolant et un conducteur servant d'électrode de commande.