Brevet FR3017242A1 — publié le 20150807

B13125 - 10-T000-1124 1 DIODE SCHOTTKY VERTICALE AU NITRURE DE GALLIUM Domaine La présente demande 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 On a déjà proposé de réaliser des diodes Schottky en utilisant du nitrure de gallium dopé comme matériau semiconducteur. Le nitrure de gallium présente en effet des propriétés qui le rendent particulièrement attractif, notamment pour des applications de forte puissance. Les structures connues de diode Schottky au nitrure de gallium présentent toutefois divers inconvénients. Il existe un besoin pour une diode Schottky au nitrure de gallium palliant tout ou partie de ces inconvénients. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit une diode Schottky comportant : un substrat conducteur ou semiconducteur recouvert d'un empilement comportant, dans l'ordre à partir d'une première face du substrat, une couche tampon, une première couche de GaN dopée de type N, et une deuxième couche de GaN dopée de type N de niveau de dopage inférieur à celui de la première couche ; un contact Schottky sur une première face B13125 - 10-T000-1124 2 opposée au substrat de la deuxième couche de GaN ; et une première métallisation connectant au substrat une première face opposée au substrat de la première couche de GaN, ladite métallisation étant située dans une ouverture située dans une zone de l'empilement non revêtue par le contact Schottky, cette ouverture s'étendant depuis la première face de la deuxième couche jusqu'au substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la diode comporte en outre une deuxième métallisation revêtant une deuxième face du substrat opposée à la première face du substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ouverture comprend une première partie périphérique traversant la deuxième couche de GaN et débouchant sur la première face de la première couche de GaN, et une partie centrale traversant les deux couches de GaN et la couche tampon, et s'étendant jusqu'au substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ouverture s'arrête sur la première face du substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ouverture se prolonge jusqu'à un niveau intermédiaire du substrat. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le substrat est en silicium. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première métallisation n'est pas destinée à être connectée à un composant extérieur. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, 30 seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe illustrant schématiquement un premier exemple d'une diode Schottky au 35 nitrure de gallium ; B13125 - 10-T000-1124 3 la figure 2 est une vue en coupe illustrant schématiquement un deuxième exemple d'une diode Schottky au nitrure de gallium ; la figure 3 est une vue en coupe illustrant 5 schématiquement un troisième exemple d'une diode Schottky au nitrure de gallium ; la figure 4 est une vue en coupe illustrant schématiquement un exemple d'un mode de réalisation d'une diode Schottky au nitrure de gallium ; 10 les figures 5A à 5C sont des vues en coupe illustrant schématiquement des étapes d'un exemple d'un procédé de réalisation d'une diode Schottky au nitrure de gallium ; et les figures 6A et 6B sont des vues en coupe illustrant schématiquement des étapes d'un autre exemple d'un procédé de 15 réalisation d'une diode Schottky au nitrure de gallium. Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des 20 circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. En outre, dans la suite de la description, des références directionnelles telles que "vertical", "horizontal", "latéral", "en dessous", "au-dessus", "supérieur", "inférieur", "surmontant", "recouvrant", etc., s'appliquent à des composants 25 orientés de la façon illustrée dans les vues en coupe correspondantes, étant entendu que, en pratique, ces composants peuvent être orientés différemment. Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe illustrant schématiquement deux exemples de diodes Schottky au nitrure de 30 gallium. Pour réaliser de telles diodes, on part d'un substrat cristallin 101, par exemple en saphir (A1203), en silicium ou en carbure de silicium. Pour obtenir un accord de maille avec du GaN, on forme, sur la face supérieure du substrat 101, une 35 couche tampon intermédiaire 103, par exemple en nitrure de B13125 - 10-T000-1124 4 silicium, en nitrure d'aluminium ou en nitrure de gallium. Sur la face supérieure de la couche tampon 103, on fait croître par épitaxie une couche de GaN 105 fortement dopée de type N (N+) puis une couche de GaN 107 faiblement dopée de type N (N-). Une électrode 109, par exemple en tungstène, titane-tungstène, nitrure de tungstène, nitrure de titane, nickel, or, nickel-or, platine, platine-or, platine-nickel, etc., est ensuite déposée sur la face supérieure de la couche de GaN faiblement dopée 107, pour obtenir un contact Schottky entre l'électrode 109 et la couche 107. Un problème est lié à la présence d'une couche tampon 103 isolante ou fortement résistive entre le substrat 101 et le contact Schottky 109, qui empêche d'obtenir aisément une diode verticale entre le substrat 101 et le contact Schottky 109. La figure 1 représente une diode Schottky 100 de type pseudo-vertical. Dans la diode 100, la surface de la couche de GaN 107 faiblement dopée de type N au-dessus de la couche 105 fortement dopée de type N est limitée, de sorte qu'une partie périphérique de la surface supérieure de la couche 105 est apparente. Une électrode 111 est formée sur la partie apparente de la face supérieure de la couche de GaN fortement dopée 105, pour obtenir un contact ohmique entre l'électrode 111 et la couche 105. Pour obtenir une couche de GaN 107 d'étendue limitée par rapport à la couche 105, on peut par exemple procéder à une épitaxie sélective au-dessus d'une partie non masquée de la couche 105, ou bien graver la couche 107 après sa formation. Un inconvénient est qu'une telle diode pose des problèmes d'encombrement et de complexité de montage. En particulier, la présence de l'électrode de cathode 111 du côté de la face supérieure de la diode augmente la surface totale de la diode. De plus, le montage d'une telle diode dans un dispositif extérieur est plus complexe et/ou coûteux en raison du fait que deux contacts distincts (anode et cathode) doivent être pris du côté d'une même face (face supérieure) de la diode. B13125 - 10-T000-1124 La figure 2 représente une diode Schottky 200 dans laquelle, après fabrication de l'empilement des couches 103, 105 et 107 sur la face supérieure du substrat 101, on a formé des ouvertures à partir de la face inférieure du substrat 101, ces 5 ouvertures traversant tout le substrat 101 et la couche tampon 103 pour déboucher dans la couche 105 de GaN fortement dopée de type N. Ces ouvertures sont remplies d'un matériau conducteur 201. Une métallisation 203 revêtant la face inférieure du substrat 101 est en contact avec le matériau conducteur 201 et 10 forme une électrode de cathode de la diode 200. Ce type de structure présente l'inconvénient d'avoir un procédé de fabrication particulièrement complexe. En particulier, la réalisation d'ouvertures depuis la face inférieure du substrat 101 est relativement contraignante. De 15 plus, la prise de contacts sur la face inférieure de la couche de GaN 105 (face azote) peut être délicate. La figure 3 est une vue en coupe illustrant schématiquement un autre exemple d'une diode Schottky 300 au nitrure de gallium. 20 Pour réaliser une telle diode, on part, comme dans les exemples des figures 1 et 2, d'un substrat 101 (non visible sur la figure 3) sur lequel on forme une couche tampon intermédiaire 103 (non visible sur la figure 3). Une différence avec les exemples des figures 1 et 2 est que, dans l'exemple de la figure 25 3, on fait croître par épitaxie sur la couche tampon 103 d'abord la couche de GaN 107 faiblement dopée de type N (N-), puis la couche de GaN 105 fortement dopée de type N (N+). L'ordre de formation des couches 105 et 107 est donc inversé par rapport à aux exemples des figures 1 et 2. La structure ainsi obtenue est 30 ensuite assemblée avec un deuxième substrat 301 fortement conducteur du côté de la couche 105 fortement dopée de type N. Dans l'exemple représenté, le substrat 301 comprend un support 301a en silicium fortement dopé, revêtu d'une couche métallique 301b du côté de sa face en contact avec la couche 105. Le 35 substrat 101 et la couche tampon 103 sont ensuite éliminés, puis B13125 - 10-T000-1124 6 un contact Schottky 109 est formé sur la face de la couche 107 faiblement dopée de type N opposée au substrat 301. Une métallisation 303, revêtant la face du substrat 301 opposée à la couche 105, forme une électrode de cathode de la diode 300. Un inconvénient est que la réalisation de ce type de structure est relativement complexe en raison de la nécessité d'assembler plusieurs substrats. La figure 4 est une vue en coupe illustrant schéma- tiquement un exemple d'un mode de réalisation d'une diode 10 Schottky 400 au nitrure de gallium. Pour réaliser une telle diode, on part d'un substrat 401 conducteur ou semiconducteur. A titre d'exemple non limitatif, le substrat 401 peut être un substrat de silicium fortement dopé, par exemple un substrat de silicium de niveau de 15 dopage supérieur à 1019 atomes/cm3 et de préférence supérieur à 1020 atomes/cm3. Pour obtenir un accord de maille avec du GaN, on forme, sur la face supérieure du substrat 401, une couche tampon intermédiaire 403, par exemple en nitrure de silicium, en nitrure d'aluminium ou en nitrure de gallium. Sur la face 20 supérieure de la couche 403, on fait croître par épitaxie une couche de GaN 405 dopée de type N d'un premier niveau de dopage (N+), par exemple de niveau de dopage compris entre 1*1018 atomes/cm3 et 5*1020 atomes/cm3, puis une couche de GaN 107 dopée de type N d'un second niveau de dopage (N-) inférieur 25 au premier niveau, par exemple de niveau de dopage compris entre 1*1015 atomes/cm3 et 5*1016 atomes/cm3. Une électrode 409, par exemple en tungstène, titane-tungstène, nitrure de tungstène, nitrure de titane, nickel, or, nickel-or, platine, platine-or, platine-nickel, etc., est ensuite déposée sur la face supérieure 30 de la couche de GaN plus faiblement dopée 407, pour obtenir un contact Schottky entre l'électrode 409 et la couche 407. Selon un aspect, la diode 400 comprend une métallisation 411 connectant la face supérieure de la couche de GaN 405 au substrat 401. La métallisation 411 est située dans une 35 ouverture 410 s'étendant, dans l'empilement formé par les B13125 - 10-T000-1124 7 couches 403, 405 et 407, depuis la face supérieure de la couche 407 jusqu'au substrat 401. L'ouverture 410 et la métallisation 411 sont situées dans une zone de l'empilement 403-405-407 non revêtue par le contact Schottky 409. L'ouverture 410 et la métallisation 411 s'étendent par exemple le long d'une partie ou de la totalité de la périphérie du contact Schottky 409. Dans cet exemple, l'ouverture 410 comprend une partie supérieure, traversant la couche de GaN 407, et une partie inférieure, plus étroite, traversant la couche de GaN 405 et la couche tampon 403 et débouchant dans ou sur le substrat 401. Ainsi, une portion de la surface supérieure de la couche de GaN 405 est accessible dans une partie périphérique de l'ouverture 410 et une portion d'une surface supérieure du substrat 401 est accessible dans une partie centrale de l'ouverture 410, ces deux portions de surface étant connectées par la métallisation 411. A titre d'exemple non limitatif, la métallisation 411 est en Titane-Aluminium, en Titane-Aluminium-Nickel-Or, en TitaneAluminium-Platine-Or, en Titane-Aluminium-Titane-Tungstène, en Aluminium, en Aluminium-Cuivre, ou en Aluminium-Silicium-Cuivre. Dans l'exemple représenté, une métallisation 413, par exemple en Titane-Nickel-Or ou en Alu-Nickel-Or, revêt la face inférieure du substrat 401 et forme une électrode de cathode de la diode 400. A titre d'exemple non limitatif, le substrat 401 peut avoir une épaisseur comprise entre 90 et 500 pin, par exemple de l'ordre de 150 à 250 gm, la couche tampon 403 peut avoir une épaisseur comprise entre 0,5 et 5 gm, la couche de GaN fortement dopée 405 peut avoir une épaisseur comprise entre 0,5 et 5 pin, et la couche de GaN faiblement dopée 407 peut avoir une épaisseur comprise entre 1 et 10 pin. Un avantage de la diode 400 de la figure 4 est qu'elle présente une structure verticale ce qui facilite son montage dans un dispositif extérieur par rapport à une diode pseudoverticale du type décrit en relation avec la figure 1. B13125 - 10-T000-1124 8 En outre, la structure de la figure 4 permet, à surfaces de jonction Schottky identiques, de réduire la surface totale de la diode par rapport à une structure du type décrit en relation avec la figure 1. En effet, la métallisation 411 de la structure de la figure 4 n'étant pas destinée à être connectée à un dispositif extérieur mais uniquement à relier électriquement la couche 405 au substrat 401, elle peut, dans la pratique, occuper une surface nettement moins importante que la métallisation de cathode 411 de la figure 1. En outre, la structure de la figure 4 est nettement plus simple à réaliser que des structures verticales du type décrit en relation avec les figures 2 et 3. En effet, la réalisation de la structure de la figure 4 ne comprend pas de gravure du substrat par la face arrière (face inférieure) et ne comprend pas l'assemblage de plusieurs substrats. Les figures aA à 5C sont des vues en coupe illustrant de façon schématique des étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'une diode Schottky du type décrit en relation avec la figure 4. Plus particulièrement, les figures aA à 5C représentent un exemple de procédé permettant de réaliser l'ouverture 410 de la structure de la figure 4, destinée à recevoir la métallisation 411 connectant la face supérieure de la couche de GaN 405 à une surface supérieure du substrat 401. La figure aA représente une structure de départ 25 comportant le substrat 401 et, revêtant sensiblement toute la surface du substrat 401, un empilement constitué par la couche tampon 403, la couche de GaN fortement dopée 405, et la couche de GaN faiblement dopée 407. La figure 5B représente une première étape de gravure 30 au cours de laquelle toute l'épaisseur de la couche de GaN 407 est retirée dans une partie périphérique de l'empilement, pour former la partie supérieure de l'ouverture 410. La figure 5C représente une deuxième étape de gravure au cours de laquelle toute l'épaisseur de la couche de GaN 405 35 et toute l'épaisseur de la couche tampon 403 sont retirées dans B13125 - 10-T000-1124 9 une partie de l'empilement située en regard d'une partie centrale de l'ouverture formée à l'étape précédente, de façon à former la partie inférieure de l'ouverture 410. Dans l'exemple représenté, lors de la deuxième étape de gravure, l'ouverture 410 est prolongée jusqu'à un niveau intermédiaire du substrat 401. Dans cet exemple, lors des étapes de gravure des figures 5B et 5C, deux masques de gravure présentant des ouvertures de dimensions différentes sont utilisés, pour obtenir une ouverture 410 présentant une partie inférieure plus étroite que sa partie supérieure, dans laquelle une portion de la surface supérieure de la couche de GaN 405 et une portion d'une surface supérieure du substrat 401 sont rendues accessibles en vue d'être ultérieurement connectées par la métallisation 411. Les autres étapes permettant de parvenir à la structure de la figure 4, notamment les étapes de formation des métallisations 409, 411 et 413, n'ont pas été détaillées, la mise en oeuvre de ces étapes étant à la portée de l'homme du métier. Les figures 6A. et 6B sont des vues en coupe illustrant de façon schématique des étapes d'un autre exemple de procédé de réalisation d'une diode Schottky du type décrit en relation avec la figure 4. Plus particulièrement, les figures 6A et 6B représentent un exemple de procédé permettant d'obtenir l'ouverture 410 de la structure de la figure 4, destinée à recevoir la métallisation 411 connectant la face supérieure de la couche de GaN 405 à une surface supérieure du substrat 401. La figure 6A représente une structure de départ comportant le substrat 401 et, sur la face supérieure du substrat 401, une pluralité d'îlots ou pavés 601 disjoints (deux îlots dans l'exemple représenté) comportant chacun un empilement d'une couche tampon 403, d'une couche de GaN fortement dopée de type N 405, et d'une couche de GaN faiblement dopée de type N 407. Pour obtenir une telle structure, on peut prévoir de déposer de façon localisée les couches 403, 405 et 407. A titre B13125 - 10-T000-1124 10 d'exemple, pendant la croissance des couches 403, 405 et 407, un masque peut être prévu pour empêcher la croissance de ces couches dans les zones de séparation entre les îlots 601. A partir d'une telle structure de départ, on peut par exemple prévoir de réaliser, dans et sur chaque îlot 601, une diode Schottky du type décrit en relation avec la figure 4. La figure 6B représente une étape de gravure au cours de laquelle toute l'épaisseur de la couche de GaN 407 est retirée dans une partie périphérique de chaque îlot 601, pour 10 former la partie supérieure de l'ouverture 410. La partie inférieure de l'ouverture 410, traversant la couche de GaN 405 et débouchant sur la surface supérieure du substrat 401, est constituée par la région de séparation entre les îlots 601. 15 Les autres étapes permettant de parvenir à la structure de la figure 4, notamment les étapes de formation des métallisations 409, 411 et 413, n'ont pas été détaillées, la mise en oeuvre de ces étapes étant à la portée de l'homme du métier. 20 Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples particuliers de valeurs numériques 25 susmentionnés, notamment aux exemples d'épaisseurs de couches et de niveaux de dopages. De plus, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples particuliers de matériaux susmentionnés, notamment pour réaliser les métallisations 409, 411 et 413, le substrat 401 et la couche tampon 403. 30 En outre, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples susmentionnés de procédés de fabrication d'une diode du type décrit en relation avec la figure 4. REVENDICATIONS1. Diode Schottky (400) comportant : un substrat (401) conducteur ou semiconducteur recouvert d'un empilement comportant, dans l'ordre à partir d'une première face du substrat, une couche tampon (403), une première couche de GaN dopée de type N (405), et une deuxième couche de GaN dopée de type N (407) de niveau de dopage inférieur à celui de la première couche ; un contact Schottky (409) sur une première face opposée au substrat de la deuxième couche de GaN (407) ; et une première métallisation (411) connectant au substrat (401) une première face opposée au substrat de la première couche de GaN (405), ladite métallisation (411) étant située dans une ouverture (410) située dans une zone de l'empilement non revêtue par le contact Schottky (409), cette ouverture (410) s'étendant depuis la première face de la deuxième couche (407) jusqu'au substrat (401). 2. Diode Schottky (400) selon la revendication 1, comportant en outre une deuxième métallisation (413) revêtant une deuxième face du substrat (401) opposée à la première face du substrat (401). 3. Diode Schottky (400) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite ouverture (410) comprend une première partie périphérique traversant la deuxième couche de GaN (407) et débouchant sur la première face de la première couche de GaN (405), et une partie centrale traversant les deux couches de GaN (405, 407) et la couche tampon (403), et s'étendant jusqu'au substrat (401). 4. Diode Schottky (400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite ouverture (410) s'arrête sur la première face du substrat (401). 5. Diode Schottky (400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite ouverture (410) se prolonge jusqu'à un niveau intermédiaire du substrat (401).B13125 - 10-T000-1124 12 6. Diode Schottky (400) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le substrat (401) est en silicium.