Brevet FR2963985A1 — publié le 20120224

B9707 - 09-T0-222 1 DIODE SCHOTTKY VERTICALE AU NITRURE DE GALLIUM Domaine de l'invention La présente invention concerne une diode Schottky comprenant un contact Schottky entre une couche de nitrure de gallium (GaN) et une couche métallique. Exposé de l'art antérieur Les diodes Schottky au nitrure de gallium présentent des qualités intéressantes notamment du fait que leur tension de claquage en inverse est très élevée (de l'ordre de 600 volts pour moins de 10 }gym d'épaisseur) et que leur chute de tension en direct est particulièrement faible, inférieure à 2 V pour une surface active inférieure à 4 mm2 et pour des courants de 4 à 8 A. La figure 1 est une vue en coupe destinée à illustrer un procédé classique de fabrication d'une diode Schottky au nitrure de gallium. Pour cela, on part d'un substrat cristallin 1, par exemple en saphir (Al203), en silicium ou en carbure de silicium. Sur ce substrat, pour obtenir un accord de maille avec du GaN, il faut prévoir une couche tampon intermédiaire 2, par exemple en nitrure de silicium, en nitrure d'aluminium ou en nitrure de gallium. Sur la couche tampon intermédiaire 2, on fait croître par épitaxie une couche de GaN 3 fortement dopée de type N (N+) puis une couche de nitrure de gallium 4 faiblement B9707 - 09-T0-222 2 dopée de type N pour obtenir un contact Schottky avec une couche supérieure 5, par exemple en tungstène, titane-tungstène, nitrure de tungstène, nitrure de titane, nickel, or, nickel-or, platine, platine-or, platine-nickel... Il se pose un problème du fait qu'il résulte de ce procédé de fabrication l'existence d'une couche tampon isolante 2 entre le substrat 1 et la structure de diode Schottky. Cette couche tampon est isolante et interdit la réalisation d'une diode verticale entre le substrat 1 et le contact Schottky 5. Les figures 2A et 2B illustrent deux modes de réalisation de diodes Schottky obtenues à partir de la structure décrite en figure 1. Dans les figures 2A et 2B, de mêmes éléments sont désignés par de mêmes références qu'en figure 1. La figure 2A représente une structure de diode Schottky de type mesa. La surface de la couche 4 faiblement dopée de type N au-dessus de la couche 3 fortement dopée de type N est limitée de sorte qu'une partie périphérique de la couche 3 est apparente et qu'il est possible d'y placer une deuxième électrode 6. Pour obtenir une couche de GaN 4 d'étendue limitée, il faut ou bien procéder à une épitaxie sélective au-dessus d'une partie non masquée de la couche 3, ou bien graver la couche 4 après sa formation. Un inconvénient de cette structure réside dans sa difficulté de fabrication. Un autre inconvénient est qu'une telle diode n'est pas une diode verticale et que sa chute de tension en direct n'est donc pas minimale pour une surface de puce donnée. La figure 2B représente une autre structure possible dans laquelle, après fabrication d'une diode par le procédé illustré en figure 1, on perce des ouvertures à partir de la face arrière, ces ouvertures traversant tout le substrat 1 et la couche tampon 2 pour déboucher dans la couche 3 de GaN fortement dopée de type N. Ces ouvertures sont ensuite remplies d'un matériau conducteur 7. Une métallisation de face arrière 8 est en contact avec ce matériau conducteur 7. B9707 - 09-T0-222 3 Ce type de structure présente l'inconvénient d'avoir un procédé de fabrication particulièrement complexe et ne constitue pas réellement une diode verticale. Il existe donc un besoin pour une diode Schottky au 5 nitrure de gallium à fonctionnement réellement vertical. Résumé C'est un objet d'un mode de réalisation de la présente invention que de prévoir une telle diode Schottky au nitrure de gallium qui soit verticale et ne présente pas au moins certains 10 des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. Résumé Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit une diode Schottky verticale comprenant successivement, sur un substrat conducteur, une couche de GaN fortement dopée de 15 type N ; une couche de GaN faiblement dopée de type N ; un contact Schottky sur la couche de GaN faiblement dopée de type N. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le substrat conducteur comprend un substrat de silicium forte- 20 ment dopé revêtu d'une couche métallique à l'interface avec la couche fortement dopée de type N de GaN. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le contact Schottky sur la couche de GaN faiblement dopée de type N est localisé. 25 Selon un mode de réalisation de la présente invention, la périphérie de la région de contact Schottky est entourée d'un anneau de garde fortement dopé de type P dans la couche de GaN. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la périphérie extérieure de la couche de GaN faiblement dopée de 30 type N comprend un anneau d'arrêt de canal fortement dopé de type N. La présente invention prévoit aussi un procédé de fabrication d'une diode Schottky verticale, comprenant les étapes suivantes : 35 former sur un premier substrat une couche tampon ; B9707 - 09-T0-222 4 faire croître sur la couche tampon une couche de GaN faiblement dopée de type N ; faire croître sur la couche faiblement dopée une couche de GaN fortement dopée de type N ; assembler la structure obtenue avec un deuxième substrat fortement conducteur, du côté de la couche fortement dopée de type N ; éliminer le premier substrat et la couche tampon ; former un contact Schottky sur la couche faiblement 10 dopée de type N. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif 15 en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe destinée à illustrer un procédé de fabrication d'une structure Schottky au nitrure de gallium selon l'art antérieur ; les figures 2A et 2B sont des vues en coupe représen-20 tant deux exemples de réalisation de diodes Schottky selon l'art antérieur ; les figures 3A et 3B illustrent deux étapes de fabrication d'une diode Schottky au nitrure de gallium selon un mode de réalisation de la présente invention ; et 25 les figures 4 et 5 sont des vues en coupe illustrant deux exemples de réalisation de diodes Schottky selon des modes de réalisation de la présente invention. Par souci de clarté, de mêmes parties ou éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, 30 de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits microélectroniques, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée La figure 3A représente une première étape de fabrica-35 tion d'une diode Schottky au nitrure de gallium selon un mode de B9707 - 09-T0-222 réalisation de la présente invention. On commence par réaliser une première tranche W1 comprenant un substrat 11, par exemple en saphir (Al2O3), en silicium ou en carbure de silicium revêtu d'une couche tampon 12, par exemple en SiN, A1N, GaN, AlGaN. Sur 5 cette couche tampon, on fait croître une couche de nitrure de gallium 13 faiblement dopée de type N puis une couche de nitrure de gallium 14 fortement dopée de type N. On notera que l'ordre de formation des couches 13 et 14 est inversé par rapport à l'ordre des couches 3 et 4 de la figure 1. On réalise ensuite une deuxième tranche W2 destinée à être accolée à la surface supérieure de la tranche W1. Cette tranche W2 est en un matériau conducteur, par exemple une tranche de silicium 20 fortement dopée. Eventuellement, on forme sur la surface supérieure de la couche de GaN(N+) 14 une couche conductrice d'accrochage, par exemple une couche métallique 15. Ensuite, on accole les tranches W1 et W2 et on élimine le substrat 11 et la couche tampon 13 pour obtenir la structure illustrée en figure 3B. Il reste alors à former un contact Schottky sur la surface apparente de la couche de GaN faiblement dopée 13 et éventuellement également un contact sur la face apparente de la tranche très conductrice 20. On obtient ainsi, après retournement, la structure représentée en figure 4 dans laquelle l'électrode Schottky 22 est localisée par un dépôt antérieur d'une couche isolante 23, par exemple en oxyde (USG, PSG, BSG, BPSG, TEOS, ou autre). On a ainsi obtenu une diode Schottky complètement verticale entre la métallisation 22 et un contact de face arrière 24. A titre d'exemple, et sans que cela soit limitatif : - la tranche de silicium 20 pourra avoir une épaisseur finale de 100 à 300 }gym, - la couche métallique optionnelle 15 pourra être en tungstène et avoir une épaisseur de 50 à 500 nm, par exemple de l'ordre de 0,2 }gym, B9707 - 09-T0-222 6 - la couche de GaN 14 fortement dopée de type N (N+) pourra avoir une épaisseur de 0,2 à 3 }gym, et - la couche de GaN 13 faiblement dopée de type N pourra avoir une épaisseur de 1 à 10 }gym selon la tenue en 5 tension inverse souhaitée de la diode Schottky. La figure 5 représente une variante de la structure de la figure 4 dans laquelle on a prévu un anneau de garde 31 de type P à la périphérie de la diode Schottky, et éventuellement un anneau 32 fortement dopé de type N à la périphérie du campo- 10 saut pour servir d'arrêt de canal. Ainsi, selon un avantage principal des modes de réalisation décrits de la présente invention, on obtient une diode Schottky parfaitement verticale sans qu'il existe une interface isolante (la couche tampon des diodes de l'art antérieur). 15 On notera que la présente invention est susceptible de nombreuses variantes en ce qui concerne notamment la nature du substrat 20 et la présence éventuelle d'une couche métallique 15. En divers emplacements de la présente description on 20 mentionne des régions "faiblement" dopées et "fortement" dopées. L'homme de l'art saura interpréter ces mentions sans ambigüité en tenant compte de la fonction des régions correspondantes, par exemple assurer une tenue en tension ou avoir un rôle de contact ohmique. 25 Parmi les dopants utilisables pour doper du GaN, on pourra choisir pour le type N Si, S et Ge et pour le type P Mg, Be, Zn et C. REVENDICATIONS1. Diode Schottky verticale comprenant successivement, sur un substrat conducteur (20) : une couche (14) de GaN fortement dopée de type N ; une couche (13) de GaN faiblement dopée de type N ; un contact Schottky (22) sur la couche de GaN faible- ment dopée de type N. 2. Diode Schottky selon la revendication 1, dans laquelle le substrat conducteur (20) comprend un substrat de silicium fortement dopé revêtu d'une couche métallique à l'interface avec la couche (14) fortement dopée de type N de GaN. 3. Diode Schottky selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le contact Schottky sur la couche (13) de GaN faible-ment dopée de type N est localisé. 4. Diode Schottky selon la revendication 3, dans laquelle la périphérie de la région de contact Schottky est entourée d'un anneau de garde (31) fortement dopé de type P dans la couche de GaN. 5. Diode Schottky selon la revendication 3 ou 4, dans 20 laquelle la périphérie extérieure de la couche (13) de GaN faiblement dopée de type N comprend un anneau d'arrêt de canal (32) fortement dopé de type N. 6. Procédé de fabrication d'une diode Schottky verti- cale selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : 25 former sur un premier substrat (11) une couche tampon (12) ; faire croître sur la couche tampon (12) une couche (13) de GaN faiblement dopée de type N ; faire croître sur la couche faiblement dopée une 30 couche (14) de GaN fortement dopée de type N ; assembler la structure obtenue avec un deuxième substrat fortement conducteur (20), du côté de la couche fortement dopée de type N ; éliminer le premier substrat et la couche tampon ;B9707 - 09-T0-222 8 former un contact Schottky (22) sur la couche faible-ment dopée de type N.