Brevet FR2613132A1 — publié le 19880930

DISPOSITIF A SEMICONDUCTEUR La présente invention concerne un dispositif à se- miconducteur et elle porte plus particulièrement sur un dis- positif comportant une jonction Schottky entre une couche de métal et une surface principale d'une couche de semiconduc- teur. Un transistor à effet de champ du type à jonction est un dispositif à semiconducteur comportant une jonction Schottky entre une couche de métal et une surface principale d'une couche de semiconducteur, et on connaît en tant que transistors de ce type un transistor à effet de champ en GaAs (TEC GaAs), et un transistor à mobilité élevée des électrons. La figure 2 montre un exemple d'un transistor à effet de champ. Sur la figure 2, la référence 1 désigne une couche de semiconducteur qui consiste en GaAs de type n qui devient une couche active d'un transistor à effet de champ, mais dans un transistor à mobilité élevée des électrons, cette couche peut être remplacée par une structure multicou- che du type n-AlGaAs/GaAs ou n-GaAs/n-AlGaAs/GaAs.Laréférence2 désigne des électrodes de grille consistant en couches d'alu- minium 22 qui forment respectivement des jonctions Schottky avec les deux surfaces principales de la couche de semicon- ducteur 1. La référence 3 désigne une couche de désertion 4 qui empêche la circulation d'un courant de l'électrode de source 4 vers l'électrode de drain 5, et l'épaisseur de cette couche de désertion 4 est commandée par la tension ap- pliquée à l'électrode de grille 2. La référence VD désigne une alimentation connectée entre l'électrode de source 4 et l'électrode de drain 5. La référence VG désigne une alimen- tation de commande qui est connectée entre l'électrode de source 4 et l'électrode de grille 2. Dans le dispositif à semiconducteur de l'art an- térieur ayant une telle structure, on utilise généralement les couches d'aluminium 22 en tant qu'électrodes de grille 2, pour les raisons suivantes. (a) La faible résistivité de la couche d'aluminium 22 réduit la capacité parasite de grille (Rg) qui est un facteur de dégradation du fonctionnement d'un transistor à effet de champ. (b) En fabriquant l'électrode de grille 2 par exemple par une technique d'évaporation classique, on peut fabriquer relativement aisément la couche d'aluminium 22. Les électrodes de grille 2 utilisant des couches d'aluminium 22 présentent cependant les inconvénients sui- vants. (1) La couche d'aluminium pur 22 est susceptible de donner lieu à une migration sous l'effet de contraintes ou à une électromigration, ce qui fait que des vides sont susceptibles d'apparaître dans l'électrode de grille 2 sous l'effet de contraintes thermiques et de contraintes électri- ques, ce qui est susceptible de faire apparaître un mode indésirable qu'on appelle un mode de non-pincement. (2) La couche d'aluminium 22 présente de mauvaises propriétés de contact avec la couche de semiconducteur 1, et il est difficile d'obtenir de bonnes caractéristiques Schottky. Pour éliminer les inconvénients des électrodes de grille 2 utilisant des couches d'aluminium 22, on peut envi- sager une électrode de grille 2 utilisant une couche d'Au, qui présente une bonne résistance aux contraintes. Cependant, une çouche d'Au ne présente aucune stabilité thermique en tant qu'électrode Schottky, et elle est susceptible de réagir aisément avec la couche de semiconducteur 1 pour aboutir à une condition dans laquelle elle ne présente pas un effet de redressement et ne permet pas le fonctionnement en tran- sistor à effet de champ. En prenant en considération les difficultés dé- crites ci-dessus, on peut envisager un dispositif dans le- quel une électrode de grille 2 est obtenue par la surperpo- sition de plusieurs couches de métal, comme représenté sur la figure 3. Sur la figure 3, les éléments identiques à ceux représentés sur la figure 2 sont désignés par les mêmes ré- férences. La référence 23 désigne une jonction Schottky en- tre une couche de titane et la surface principale de la couche de semiconducteur 1. La référence 24 désigne une cou- che de platine formée directement sur la surface supérieure de la couche de titane 23. La référence 25 désigne une cou- che d'Au formée directement sur la surface supérieure de la couche de platine 24, qui remplit la fonction d'une matière destinée à réduire la résistance parasite de grille (Rg) et d'une matière offrant une bonne résistance aux contraintes. Dans ce cas, la couche de platine 24 empêche l'intrusion d'atomes d'Au de la couche d'Au 25 dans la couche de semi- conducteur 1. Cependant, même dans un dispositif dans lequel l'électrode de grille 2 est constitué par une structure mé- tallique multicouche comprenant une couche de titane 23, une couche de platine 24 et une couche d'Au 25, il apparaît un problème qui consiste en ce que la couche d'Au 25, qui est la couche supérieure, est également formée sur les deux sur- faces latérales des couches respectives 23 et 24, comme le montre la figure 4, par un phénomène tel qu'une déviation du faisceau d'évaporation, en ce que la couche d'Au 25 vient en contact direct avec la couche de semiconducteur 1 et réagit avec celle-ci, ce qui fait qu'elle ne présente pas une pro- priété de redressement, et en ce qu'on n'obtient pas le fonctionnement en transistor à effet de champ. En outre, il est difficile d'avaporer la couche de platine 24 à cause de sa faible pression de vapeur, ce qui rend la fabrication très difficile. Dans le dispositif à semiconducteur de l'art. anté- rieur décrit ci-dessus, il est impossible d'obtenir un dis- positif à semiconducteur ayant une électrode de grille 2 qui satisfasse toutes les exigences suivantes: une résistance parasite de grille (Rg) faible, un bon contact avec la cou- che de semiconducteur 1, une bonne résistance aux contrain- tes et une fabrication aisée. L'invention a pour but de procurer un dispositif à semiconducteur perfectionné qui présente une excellente stabilité vis-à-vis des contraintes thermiques et électri- ques, qu'on puisse fabriquer aisément et qui ait une fiabi- lité élevée. Conformément à l'invention, une couche métallique comprend une couche de nickel formant une jonction Schottky avec la surface principale d'une couche de semiconducteur, et une couche d'aluminium formée à la surface supérieure de la couche de nickel, et dans cette structure, on peut former aisément une couche alliée nickel-aluminium, par un traite- ment thermique à température relativement basse, ce qui per- met d'obtenir un dispositif à semiconducteur présentant d'excellentes caractéristiques Schottky entre la couche de semiconducteur et la couche de métal, une bonne résistance aux contraintes thermiques et aux contraintes électriques, une stabilité élevée et une fiabilité élevée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe montrant un dispositif à semiconducteur qui constitue un mode de réalisation de l'invention; La figure 2 est une coupe montrant un dispositif à semiconducteur de l'art antérieur; Les figures 3 et 4 sont des coupes montrant un au- tre dispositif à semiconducteur de l'art antérieur; Les figures 5(a) et 5(b) sont des graphiques mon- trant des profils obtenus par analyse Auger avant et après le traitement thermique dans le dispositif à semiconducteur du mode de réalisation décrit ci-dessus; et La figure 6 est un graphique représentant la ca- ractéristique de courant de drain Idss en fonction de la durée de vieillissement thermique du dispositif à semicon- ducteur du mode de réalisation décrit ci-dessus. On se référera plus particulièrement à la figure 1 pour expliquer l'invention en détail. Sur la figure 1, des références identiques à celles utilisées dans le dispositif de l'art antérieur désignent les éléments identiques ou correspondants. La référence 21 dési- gne une couche de nickel formant une jonction Schottky avec les deux surfaces principales de la couche de semiconducteur 1, et qui est obtenue par exemple par un procédé d'évapora- tion sous vide. La référence 22 désigne une couche d'alumi- nium formée directement sur la couche de nickel 21, d'une manière similaire à celle décrite ci-dessus. La couche d'alu- minium 22 et la couche de nickel 21 constituent une électrode de grille 2, et une couche d'alliage nickel-aluminium est formée à la surface de jonction entre la couche d'aluminium et la couche de nickel, par un traitement thermique. Dans le dispositif à semiconducteur ayant une telle structure pour l'électrode de grille 2, on peut évaporer ai- sément la couche de nickel 21, du fait qu'elle a une faible pression de vapeur, et le dispositif peut remplir de façon suffisante la fonction d'un transistor à effet de champ, du fait que la couche de nickel 21 forme une jonction Schottky dans de bonnes conditions avec la couche de semiconducteur active 1. En outre, du fait qu'une couche d'alliage nickel- aluminium est intercalée par le traitement thermique entre la couche de nickel 21 et la couche d'aluminium 22, il est possible d'obtenir une électrode de grille 2 qui présente une bonne résistance vis-à-vis des contraintes thermiques et des contraintes électriques. Autrement dit, l'invention permet d'obtenir un dispositif à semiconducteur capable d'éliminer les inconvénients de la couche d'aluminium 22, par l'incorporation d'une couche de nickel 21 entre la couche d'aluminium 22 et la couche de semiconducteur active 1. Les inventeurs ont en outre accompli une analyse Auger avant et après le traitement thermique d'environ 10 mi- nutes à 250 C à 300 C, après avoir fabriqué la grille pour le dispositif à semiconducteur représenté sur la figure 1, et ils ont obtenu les résultats indiqués sur les figures 5(a) et (b). Comme le montrent les figures 5(a) et 5(b), la réaction entre la couche de nickel 21 et la couche d'aluminium 22 forme aisément une couche alliée nickel-aluminium, qui pré- sente une bonne résistance vis-à-vis des contraintes thermi- ques et des contraintes électriques. Les inventeurs ont en outre trouvé que l'épaisseur de la couche de nickel 21 qui est nécessaire pour produire une couche d'alliage nickel-aluminium présentant une bonne résistance vis-à-vis des contraintes thermiques et des con- traintes électriques est supérieure à 1 nm, et lorsque l'épaisseur de la couche de nickel 21 est supérieure à 1 nm et inférieure à 10 nm, il est possible d'obtenir une tension de claquage inverse de grille de 2 à 4 V, supérieure à celle de l'électrode de grille 2 utilisant uniquement une couche d'aluminium pur 22. Le dispositif présente alors une carac- téristique stabilisée et ne fait pas apparaître un défaut de nonpincement, même lorsqu'il est maintenu à une température élevée pendant plus de 1000 heures. La figure 6 montre une caractéristique correspon- dant à un cas dans lequel l'épaisseur de la couche de nickel 21 est de 2 nm. Ce graphique montre la variation dans le temps du courant de drain saturé Idss d'un transistor à mo- bilité élevée des électrons, fonctionnant à une température élevée. La figure 6 illustre également le cas dans lequel l'épaisseur de la couche de nickel est supérieure à 10 nm et est par exemple de 15 nm. Le transistor à mobilité élevée des électrons ayant la couche de nickel de 2 nm présente une excellente stabilité à long terme, tandis qu'on observe une diminution extrêmement importante du courant de drain saturé Idss pendant le traitement thermique court dans le cas du transistor à mobilité élevée des électrons comportant la couche de nickel de 15 nm. Les résultats de la figure 6 montrent qu'il est possible d'obtenir des caractéristiques particulièrement bonnes lorsqu'on donne à la couche de nickel 21 une valeur supérieure à 1 nm et inférieure à 10 nm. Le mode de réalisation considéré ci-dessus est dé- crit comme étant un transistor à effet de champ du type à jonction, mais on peut appliquer l'invention à une couche de métal dans une diode utilisant une jonction Schottky entre une couche de semiconducteur et une couche de métal, de fa- çon que la couche de métal soit constituée par une couche de nickel et une couche d'aluminium, et on obtient alors des effets identiques à ceux décrits ci-dessus. La description précédente montre clairement que, conformément à l'invention, une couche de métal consiste en une couche de nickel formant une jonction Schottky avec la surface principale d'une couche de semiconducteur, et en une couche d'aluminium, et on forme aisément dans cette couche de métal une couche alliée nickel-aluminium, par un traite- ment thermique à température relativement basse, grâce à quoi on obtient un dispositif à semiconducteur présentant d'excellentes caractéristiques Schottky entre la couche de semiconducteur et la couche de métal, une bonne résistance vis-à-vis des contraintes thermiques et des contraintes électriques, une stabilité élevée et une fiabilité élevée. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à semiconducteur comportant une couche de métal comprenant une couche de nickel (21) et une couche d'aluminium (22), caractérisé en ce qu'il comprend 5.une couche de nickel (21) formant une jonction Schottky avec la surface principale d'une couche de semiconducteur (1), et une couche d'aluminium (22) formée à la surface su- périeure de la couche de nickel (21), et en ce qu'un trai- tement thermique à température relativement faible permet de former aisément une couche alliée nickel-aluminium. 2. Dispositif à semiconducteur selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la couche de métal est une électrode de grille (2) d'un transistor à effet de champ du type à jonction. 3. Dispositif à semiconducteur selon l'une quel- conque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de nickel dans la couche de métal est comprise entre 1 nm.et 10 nm.