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La présente invention concerne la fabrication de diodes Schottky, et notamment de diodes Schottky de moyenne puissance, susceptibles de laisser passer un courant direct avec une faible chute de tension, et de supporter des tensions inverses élevées avec un faible courant de fuite.
De façon classique, de telles diodes Schottky sont réalisées de sorte que leur jonction/barrière est parallèle au plan principal de la plaquette dans laquelle elles sont formées, comme l'illustre la
Dans une telle diode Schottky, à l'état conducteur, le courant circule de la face supérieure à la face inférieure d'une puce de silicium. On notera toutefois que la barrière ou jonction Schottky est horizontale (parallèle au plan des faces principales de la diode).
Plusieurs améliorations ont été apportées aux diodes Schottky, notamment pour réduire leur chute de tension en direct, en prévoyant des moyens pour assurer une déplétion de la zone correspondant au substrat au voisinage de la jonction Schottky quand la tension inverse augmente. Des exemples de telles structures sont illustrés en
En
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La
Dans toutes ces structures connues, la jonction ou barrière Schottky, éventuellement réalisée en plusieurs éléments, est toujours horizontale pour chacun des éléments considérés.
Le document
Par ailleurs, la demanderesse a décrit dans la demande de brevet français non publiée 03/50985 du 5 décembre 2003, inventeur Jean-Luc Morand, des composants semiconducteurs à jonction active verticale.
Les
Ces
Les structures des
Un objet de la présente invention est de prévoir de nouvelles structures de diodes TMBS ou JBS à jonction (barrière) verticale.
Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit une diode Schottky à barrière verticale s'étendant perpendiculairement à la surface d'une puce semiconductrice comprenant un conducteur métallique central vertical en contact d'une part avec le substrat de la puce semiconductrice avec interposition d'une interface formant barrière Schottky, d'autre part avec des doigts conducteurs s'étendant radialement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la diode est de type TMBS, et les doigts conducteurs s'étendant radialement sont isolés à leur périphérie.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la diode est de type Schottky-bipolaire, et les doigts s'étendant radialement correspondent à des régions semiconductrices fortement dopées de type P.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits doigts sont séparés en fragments discontinus.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la forme en vue de dessus desdits doigts est optimisée par le choix d'un masque adapté.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'extrémité desdits doigts est arrondie.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'extrémité desdits doigts est plus large et plus étroite que la partie desdits doigts en contact avec le conducteur central.
Dans l'application à une diode TMBS ou JBS, on obtient un avantage supplémentaire par rapport à l'avantage de l'augmentation de la surface de jonction par rapport à la surface d'une puce. En effet, on montrera que, selon un avantage de l'invention, on peut réaliser des topologies spécifiques permettant d'améliorer les caractéristiques de réduction de la chute de tension en direct, d'augmentation de la tenue en tension inverse et de réduction du courant de fuite en inverse.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention 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 :
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 composants intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle.
En se référant aux
La diode Schottky de type TMBS des
Les vues en coupe des
Les
Dans ces figures, le trait noir central indique un changement de plan dans la coupe A-A. De plus, seules certaines étapes principales sont décrites, et non pas les détails évidents pour l'homme de l'art, comme certaines étapes de masquage, de planarisation, de recuit...
On part d'une plaquette de silicium 33 revêtue sur ses faces externes de couches d'oxyde supérieure 44 et inférieure 45 (
Ensuite, on ouvre complètement la plaquette à partir de sa face inférieure par photogravure ou par tout autre moyen choisi pour former des ouvertures 47 aux emplacements où doivent être formées les cathodes. Une diffusion est ensuite réalisée pour obtenir des couches de cathode 35 fortement dopées de type N (
Ensuite, on ouvre complètement la plaquette à partir de sa face supérieure par photogravure ou par tout autre moyen choisi pour former des ouvertures 48 aux emplacements où doivent être formées les anodes. On dépose une couche de protection, par exemple une couche de nitrure de silicium, désignée par la référence 49 du côté de la face supérieure et par la référence 50 du côté de la face inférieure (
Ensuite, on procède à un remplissage et à une planarisation des ouvertures formées dans la plaquette, par exemple par de l'oxyde de silicium désigné par les références 51 côté anode et 52 côté cathode (
Ensuite, on procède à une gravure à partir de la face supérieure aux emplacements où l'on veut former les doigts isolés transverses désignés par la référence 36 en
Ensuite, on procède à une oxydation pour former la couche d'oxyde 37 d'isolement des doigts de silicium polycristallin 36 (
Ensuite, on procède au remplissage et à la planarisation des ouvertures 54 par du silicium polycristallin 36 (
Ensuite, on procède successivement à des étapes de désoxydation humide puis de gravure humide du nitrure de silicium, pour dégager des ouvertures d'anode désignées par la référence 56 et des ouvertures de cathode désignées par la référence 57 (
Ensuite, on dépose un métal, on recuit pour obtenir un siliciure destiné à former la barrière Schottky 39 et on élimine le métal en excès. On notera que ce siliciure peut être formé sans inconvénient au niveau de la cathode, où il n'aura pas d'effet Schottky, mais simplement un rôle de contact. On procède au remplissage par un conducteur métallique pour former les anodes et les cathodes verticales. Et, si cela ne résulte pas de l'étape précédente, on dépose et on grave des métallisations supérieure et inférieure M1 et M2. On obtient ainsi la structure de la
Par rapport à une diode Schottky TMBS à jonction horizontale selon l'art antérieur, une diode Schottky TMBS à jonction/barrière verticale selon l'invention présente l'avantage indiqué précédemment selon lequel la surface de jonction augmente pour une surface de puce donnée.
En outre et, comme l'homme de l'art le comprendra en se référant à la description précédente d'un procédé possible de fabrication d'une structure selon la présente invention, une diode Schottky TMBS à jonction/barrière verticale selon l'invention présente l'avantage que l'on peut donner simplement aux doigts de création d'un effet de champ toute forme choisie, éventuellement complexe, puisque la forme de ces doigts résulte d'une opération de masquage et de gravure, et non d'une opération d'implantation/diffusion.
On a représenté en vue de dessus en
Un autre avantage de la structure selon la présente invention réside dans le fait qu'une mise en série ou en parallèle des diodes Schottky des cellules élémentaires est particulièrement simple à réaliser.
Les
On retrouve entre une métallisation verticale d'anode 61 perpendiculaire à la tranche et une métallisation verticale de cathode 62 perpendiculaire à la tranche un substrat de silicium faiblement dopé de type N 63. Une couche fortement dopée de type N 65, destinée à obtenir un contact ohmique, est en contact avec la métallisation de cathode 62. Des doigts de silicium polycristallin dopé de type P s'étendent radialement à partir de l'électrode d'anode 61. Ces doigts pourraient être continus. On a représenté dans la figure une structure à îlots flottants comprenant des doigts 66 constitués chacun de trois parties discontinues 66-1, 66-2 et 66-3. Les références 67 et 68 désignent un isolant, par exemple un oxyde. Un métal, siliciure ou autre élément destiné à assurer un contact Schottky 69 est interposé entre le conducteur d'anode 61 et le substrat de silicium faiblement dopé de type N 63.
On obtient bien ainsi une structure qui, en vue de dessus, correspond sensiblement à la vue en coupe du dispositif de l'art antérieur représenté en
L'homme de l'art pourra réaliser une structure telle que celle des
Une telle diode Schottky-bipolaire à barrière verticale présente par rapport à une diode Schottky-bipolaire classique des avantages similaires à ceux indiqués précédemment pour une diode Schottky TMBS. Dans le cas d'une diode Schottky-bipolaire à îlots flottants, on soulignera que les procédés de fabrication classiques sont généralement complexes. A nouveau, on peut donner aux doigts radiaux, ou aux îlots radiaux, des formes soigneusement choisies, par exemple telle que celle illustrée en vue de dessus en
On soulignera que les performances d'une diode Schottky-bipolaire à îlots flottants dépendent notamment du nombre d'îlots flottants. Pour les structures classiques, le procédé de fabrication est complexe pour chaque niveau d'îlots flottants (épitaxie, masquage, implantation) et doit être répété plusieurs fois. Selon l'invention quel que soit le nombre de niveaux d'îlots flottants, ils sont formés par les mêmes étapes.
De même, selon l'art antérieur, la forme des doigts d'une diode TMBS ou des îlots flottants d'une diode Schottky-bipolaire dépend d'enchaînements d'opérations d'épitaxie, masquage et implantation, alors que selon l'invention elle dépend seulement d'un dessin de masque, ce qui simplifie les opérations et laisse au concepteur une grande liberté de choix de formes.
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