EP2215660A1 - Diode schottky pour application forte puissance et procede de fabrication - Google Patents

Diode schottky pour application forte puissance et procede de fabrication

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Publication number
EP2215660A1
EP2215660A1 EP08857602A EP08857602A EP2215660A1 EP 2215660 A1 EP2215660 A1 EP 2215660A1 EP 08857602 A EP08857602 A EP 08857602A EP 08857602 A EP08857602 A EP 08857602A EP 2215660 A1 EP2215660 A1 EP 2215660A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
schottky
diode
called
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08857602A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sylvain Delage
Christian Brylinski
Erwan Morvan
Thierry Dean
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2215660A1 publication Critical patent/EP2215660A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10D8/60—Schottky-barrier diodes 
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10W72/874—On different surfaces
    • H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires

Definitions

  • the field of the invention is that of Schottky diodes and more specifically those intended for high power applications.
  • Walter H. Schottky is a component using the properties of metal-semiconductor junctions which offer in particular a very low forward voltage threshold, low series resistances and a very short switching time.
  • a Schottky diode uses a metal-semiconductor junction (instead of a p-n junction like conventional diodes).
  • the standard silicon diodes have a threshold voltage of about 0.6 volts
  • the Schottky diodes have a threshold voltage (for a forward bias of about 1 mA) in the range of 0.15V to 0.45V, which makes them makes it useful in limiting voltage and preventing saturation of transistors.
  • FIG. 1 illustrates a first example of a Schottky diode according to the known art comprising the stack of layers according to: an active layer 1 made of N-type GaN semiconductor material, for example, where the electric field extends;
  • a contact layer 2 highly electrically conductive
  • a nucleation layer 3 to accommodate the heterogeneity of the materials
  • a substrate 4 serving as a support for GaN semiconductor material for example
  • a layer 5 of metallic contact called a Schottky contact
  • one solution is to ensure a via-hole at the level of the rear face covered with an ohmic contact layer as shown in Figure 2, for contacting the active layer directly after the ohmic contact made preceded by the etching of the nucleation layer.
  • a contact layer 20 which is highly electrically conductive; a nucleation layer 30 to accommodate the heterogeneity of the materials;
  • a metal layer 50 of Schottky contact a slightly doped P-type surface layer 60, or incorporating deep electrical faults capable of acting in an equivalent manner, and which plays the guard ring function limiting the lateral extension of the field;
  • a layer 70 of dielectric passivation a layer 80 of ohmic contact
  • a metallization 100 allowing continuity front-rear face.
  • the nucleation layer accompanied by an adaptation network makes it possible to accommodate the differences in crystalline mesh and thermal expansion which constitute zones of degradation of the electrical performances (quality of the Schottky junction) and a significant increase of the series resistances.
  • This approach allows the use of a vertical structure that simplifies the implementation of the components that are simply put in a case by gluing or brazing the rear face and contacting by thermocompression the electrode serving Schottky contact 50.
  • the electrodes are therefore Spatially separated simplifying electrical insulation and resistances may be acceptable.
  • the membrane structure of the device may pose delamination problems due to thermomechanical constraints intrinsic to many large gap materials, and component drift due to the important piezoelectric phenomena present.
  • One solution may be to make via holes with honeycomb structures to stiffen the device as shown in Figure 3 showing a bottom view ohmic contacts 80 present in the bottom of via-holes.
  • a fast estimation shows that only the zones situated directly on the ohmic contacts in this case contribute to the flow of the charges. No lateral spread of the current around the cells of the via-holes can be expected.
  • the partitions of the cells cause a drop in the density of the effective active zone relative to the total size of the chip. o Due to the thickness of the substrates, the typical size of a cell can not be much less than a hundred microns. The partitions of the cells are also of the same order of magnitude. o Due to the use of thermocompressed wires or equivalent processes, the cells must be reinforced, or a zone of offset allowing the pressure of the tooling must be ensured.
  • the present invention proposes a new type of Schottky diode with a so-called inverted structure.
  • the subject of the invention is a diode of the type
  • Schottky having a substrate, an active layer of semiconductor material, a contact layer known as Schottky, an ohmic contact conductive layer, said substrate further comprising at least a via-hole so as to define a membrane above said via-hole having a so-called lower face at the level of the substrate and a so-called upper face remote from the substrate, characterized in that the membrane comprises at least the stack of layers following from the so-called lower face:
  • the ohmic contact layer being at the upper face of said membrane and a so-called guard ring layer making it possible to limit the lateral extension of the electric field, said guard ring layer being hollowed out facing the via -hole.
  • the so-called guard ring layer is of the electrical type opposite to that of the active layer, either by resorting to intentional doping or by optimizing the growth and composition conditions of this zone in order to to create deep electrical levels acting as adequate doping.
  • the diode further comprises a nucleation layer on either side of the via-hole, said nucleation layer being inserted between the substrate and the active layer of semiconductor material.
  • the Schottky contact layer is integrated in the recessed guard ring layer.
  • the diode further comprises a doped semiconductor material contact layer providing the interface between the active layer of semiconductor material and the ohmic contact layer.
  • the invention also relates to an electronic component comprising a Schottky diode according to the invention, characterized in that it comprises a housing having a cavity, the Schottky diode being transferred inside the cavity of the housing, the so-called face. upper of said diode being in contact with the housing cavity.
  • the contact with the cavity of the housing can be provided by a solder or by a conductive adhesive layer.
  • the component further comprises at least one wire connection connecting the Schottky contact outside said component.
  • the component of the invention further comprises the possibility of supporting the mechanical pressure during assembly of this wired connection.
  • the invention also relates to a Schottky diode manufacturing method according to the invention, characterized in that it comprises the following steps: - the realization of a stack on a substrate, a set of layers comprising at least : i. a so-called guard ring layer; ii. an active layer of semiconductor material; iii. an ohmic contact layer; - Making at least one via-hole on the underside of the substrate and at the level of the guard ring layer to also hollow out said layer; the realization of a Schottky contact layer at the via-hole, integrated in the recessed guard ring layer.
  • the method further comprises depositing a conductive layer on the lower face of the via-hole after making the Schottky contact layer, which may be of the same type as that of the ohmic contact layer.
  • the method further comprises depositing a doped semiconductor layer providing the interface between the active layer of semiconductor material and the ohmic contact layer.
  • the realization of the stack on the substrate of a set of layers further comprises the deposition of a nucleation layer, the realization of the via-hole being carried out as far as in said layer of nucleation.
  • the step of producing via-hole is performed by a wet chemical etching, especially if the substrate is silicon or other easily etchable material.
  • the liquid phase attacks have the advantage of a low cost, but is possible only if the lateral dimensions of the via-holes are greater than 100 .mu.m.
  • chemical solutions of Alcalin-OH (KOH, NaOH), ethylene diamine pyrochatecol (EDP) or tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can be used.
  • the Schottky diode manufacturing method thanks to the inverted structure makes it possible to simplify the passivation problems of the free surfaces due to the absence of mesas near the metal contacts.
  • the Schottky diode manufacturing method of the invention it is possible to locate the Schottky contact if necessary in a honeycomb system for improving the mechanical rigidity of the component during cutting and transfer operations.
  • FIG. 1 illustrates a first example of a Schottky diode according to the known art
  • FIG. 2 illustrates a second example of a Schottky diode according to the known art
  • FIG. 3 illustrates a view from below of a Schottky diode comprising alveolar via-holes
  • FIGS. 4a to 4c illustrate the process steps of manufacturing an example of a vertical inverted Schottky diode according to the invention
  • FIG. 5 illustrates an example of an electronic component comprising a housing and a Schottky diode according to the invention.
  • the Schottky diode structure according to the invention generally comprises an inverted epitaxial structure, that is to say the ohmic contact layer is located on the surface at a face called the upper face and the contacting zone. Schottky at a so-called lower face, close to the substrate.
  • nucleating layer 23 making it possible to accommodate the heterogeneity of the materials; a layer 22 which may be slightly doped type P or incorporating deep electrical defects and intended to serve as a guard ring to limit the lateral extension of the electric field;
  • a conducting layer 26 for example made of N + doped semiconductor material, obtainable by ion implantation or epitaxially;
  • a conductive ohmic contact layer deposition is performed on the so-called upper face 25 and on the lower face 29, the latter making it possible to ensure front-to-back front continuity.
  • the Schottky diode structure according to the invention is thus obtained, illustrated in FIG. 4c, consisting of the stack of layers according to: an active layer 21 made of a GaN type semiconductor material
  • guard ring layer 22 of the type opposite to that of the layer 21;
  • a nucleating layer 23 for accommodating the heterogeneity of the materials
  • a substrate 24 serving to support GaN semiconductor material for example
  • the realization of the ohmic contacts can be carried out either by the taking of allied contacts (Ti / Al, Ti / Al / Ni / Au for example for GaN), or by localized ion implantation or no N-type dopant allowing the use of refractory or at least non-alloyed ohmic contacts, achievable in cathodic sputtering.
  • This step being performed at the beginning of the process, the thermal budget is greatly extended because of the mechanical rigidity offered by the substrate which is thus totally preserved.
  • the packaging of the device can thus be achieved by mounting the chip upside down compared to the state of the art, namely the front face in contact with the housing bottom.
  • This electrode being totally planar, the electrical and thermal contact is much more satisfactory.
  • the thermal substrate 24 is no longer a major obstacle, the dissipation zone being closer to the heat sink that constitutes the housing which provides a clear advantage over the performance and cost.
  • the silicon substrate of lower thermal conductivity than other materials such as silicon carbide gives comparable operating temperatures.
  • the inverted structure avoids the realization of a mesa. This greatly limits the contribution of free surfaces and drastically reduces the impact of passivation.
  • the tool When connecting by thermocompression or equivalent of the Schottky diode itself, the tool is supported on a structure that is fully in contact with the housing bottom and therefore stiffened. Mounting upside down therefore makes the device much more robust and thus simplify the areas necessary for thermocompression (impact on the significant cost).
  • the tool can be applied directly at the bottom of the via-hole, if the metal deposition on the back side ensures a stress absorption effect sufficient.
  • a relatively thin metal layer such as gold or copper deposited by electrochemical processes of about ten microns is already sufficient to perform this role. This also has a direct impact on the cost of the devices.
  • the Schottky contact situated at the bottom of the via-hole has the advantage of not resorting to high formation temperatures. The experiments show that temperatures never exceeding 400 ° C are sufficient, compared to temperatures exceeding 900 ° C for ohmic contacts.
  • the ohmic contact 25 present homogeneously at any point of the device relaxes the sharpness of the series resistors . This allows to relax the periodicity of the honeycomb structure, and therefore to increase the density of the devices.
  • the relaxation of the periodicity of the via-holes makes it possible to consider not thinning the substrate to dig the via-holes, while ensuring short etching times by using economical wet etchings.
  • the Schottky junction is formed after the etching of the nucleation layer, and deep enough in the active semiconductor layer 21 to allow the realization of a junction in a semiconductor material of sufficient crystalline quality.
  • the vertical structure also makes it possible to spatially separate the electrodes and to limit the impact of generation-recombination phenomena on the surfaces.
  • the Schottky diode according to the invention may advantageously be transferred to the bottom of the housing as mentioned above and as illustrated in FIG. 5 which shows an electronic component equipped with a housing comprising a cavity in which the Schottky diode of the invention is carried.
  • the diode is thus mounted upside down in the housing.
  • a solder or a layer of adhesive 32 ensures the transfer of the diode on the caseback 33.
  • a wired contacting outlet 31 can be provided at the bottom of via-holes as represented in FIG. 5.

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Abstract

Diode Schottky pour application forte puissance et procédé de fabrication L'invention concerne une diode de type Schottky comportant un substrat (24), une couche active (21) en matériau semiconducteur, une couche de contact dit Schottky (27), une couche conductrice de contact ohmique (25), ledit substrat comportant en outre au moins un via-trou (28) de manière à définir une membrane au dessus dudit via-trou présentant une face dite inférieure au niveau du substrat et une face dite supérieure éloignée du substrat, caractérisée en ce que la membrane comprend au moins l'empilement de couches suivant à partir de la face dite inférieure : - la couche de contact dit Schottky; - la couche de matériau semiconducteur; - la couche de contact ohmique étant au niveau de la face supérieure de ladite membrane. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'une telle diode.

Description

Diode Schottky pour application forte puissance et procédé de fabrication
Le domaine de l'invention est celui des diodes Schottky et plus précisément celles destinées à des applications de forte puissance.
Une diode Schottky (nommée d'après le physicien allemand
Walter H. Schottky) est un composant utilisant les propriétés des jonctions métal-semiconducteurs qui offrent notamment un seuil de tension directe très bas, des résistances série faibles et un temps de commutation très court.
Ces trois propriétés sont directement liées au transport à porteurs majoritaires dans ce type de dispositif. Elles conduisent à l'utiliser pour les applications de commutation de puissance où les rendements électriques constituent un enjeu important.
De manière générale, une diode Schottky utilise une jonction métal-semiconducteur (au lieu d'une jonction p-n comme les diodes conventionnelles). Alors que les diodes standard en silicium ont une tension de seuil d'environ 0.6 volt, les diodes Schottky ont une tension de seuil (pour une polarisation directe d'environ 1 mA) dans la gamme de 0.15V à 0.45 V, ce qui les rend utiles en limitation de tension et en prévention de saturation des transistors.
La figure 1 illustre un premier exemple de diode Schottky selon l'art connu comportant l'empilement de couches suivant : - une couche active 1 en matériau semiconducteur GaN de type N par exemple, où le champ électrique s'étend ;
- une couche de contact 2, fortement conductrice électriquement ;
- une couche de nucléation 3, pour accommoder l'hétérogénéité des matériaux ; - un substrat 4, servant de support au matériau semiconducteur GaN par exemple ;
- une couche 5 de contact métallique, appelé contact Schottky ;
- une couche surfacique 6, légèrement dopée de type P, ou incorporant des défauts électriques profonds pouvant agir de façon équivalente, et qui joue une fonction d'anneau de garde limitant l'extension latérale du champ ; - une couche 7 de passivation diélectrique ;
- une structure de mesa 8 ;
- une couche 9 de contact ohmique au niveau de la couche conductrice.
Actuellement, les diodes Schottky en cours de développement à base de matériaux à grande bande interdite reposent sur l'utilisation de substrats souvent hétérogènes, ce qui impose l'utilisation de couches de nucléation telle que la couche 3. Cette couche permet d'initier la croissance de matériaux à base de nitrure de gallium. Elle est souvent fortement perturbée et entraîne la présence de défauts cristallins dégradant localement la conductivité électrique et thermique du matériau semiconducteur. Cette perturbation peut être suffisamment forte pour empêcher l'écoulement du courant entre les couches 3 et 4. Afin de s'affranchir de cette zone défectueuse, le contact ohmique 9 peut être réalisé sur la face supérieure du dispositif après la gravure d'un mesa 8. La réalisation du contact ohmique nécessite l'utilisation de recuits thermiques haute température afin d'assurer une résistance de contact satisfaisante. Pour permettre des tensions de fonctionnement dépassant les 600V, il est nécessaire d'utiliser des couches épaisses pouvant atteindre la dizaine de microns. La gravure d'une telle épaisseur est critique du fait de la grande stabilité physicochimique des matériaux de grande bande interdite. Par ailleurs, la mobilité électronique de ces matériaux n'étant pas excellente (plutôt dans la gamme des 300 V/cm2s2), il est difficile de réaliser des couches de contact 2 présentant des résistances superficielles largement inférieures à 100 ohms par carré. Pour atteindre des résistances série les plus faibles possibles (pour le moins largement inférieures à un ohm), il est alors nécessaire d'interdigiter des diodes élémentaires avec des mesa de l'ordre du pour cent de carré, c'est-à- dire des facteurs difficiles à réaliser et entraînant une chute de la densité de la zone active utile par rapport à la surface de la diode totale. On peut noter de plus que la couche de passivation 7 est d'autant plus critique qu'elle doit être compatible de tensions de polarisation de 600V situées entre des électrodes rapprochées.
Afin de simplifier la structure et d'améliorer les performances des diodes Schottky, une solution consiste à assurer un via-trou au niveau de la face arrière recouverte d'une couche de contact ohmique comme illustré en figure 2, permettant de contacter la couche active directement après la prise de contact ohmique précédée de la gravure de la couche de nucléation .
Selon cette variante, il est proposé l'empilement de couches suivant :
- une couche active 10 en matériau semiconducteur GaN de type N par exemple, où le champ électrique s'étend ;
- une couche de contact 20 fortement conductrice électriquement ; - une couche de nucléation 30 pour accommoder l'hétérogénéité des matériaux ;
- un substrat 40 servant de support au matériau semiconducteur GaN par exemple ;
- une couche métallique 50 de contact Schottky ; - une couche surfacique 60 légèrement dopée de type P, ou incorporant des défauts électriques profonds pouvant agir de façon équivalente, et qui joue la fonction d'anneau de garde limitant l'extension latérale du champ ;
- une couche 70 de passivation diélectrique ; - une couche 80 de contact ohmique;
- un via trou 90 ;
- une métallisation 100 permettant la continuité face avant-face arrière.
La couche de nucléation accompagnée d'un réseau d'adaptation permet d'accommoder les différences de mailles cristallines et de dilatation thermique qui constituent des zones de dégradation des performances électriques (qualité de la jonction Schottky) et une augmentation importante des résistances série. Cette approche permet l'utilisation d'une structure verticale qui simplifie la mise en œuvre des composants qui sont simplement mis en boîtier en collant ou brasant la face arrière et en contactant par thermocompression l'électrode servant de contact Schottky 50. Les électrodes sont donc séparées spatialement simplifiant l'isolation électrique et les résistances peuvent être acceptables. Du fait des dimensions des diodes Schottky pour application de puissance (de l'ordre du mm2 voire au-delà), la structure membranaire du dispositif risque de poser des problèmes de délamination du fait des contraintes thermomécaniques intrinsèques à de nombreux matériaux grand gap, et de dérive des composants du fait des phénomènes de piézoélectricité importants présents. Une solution peut consister à réaliser des via-trous comportant des structures alvéolaires permettant de rigidifier le dispositif comme illustré en figure 3 montrant une vue de dessous des contacts ohmiques 80 présents en fond de via-trous. Cependant du fait des mobilités électroniques faibles, une estimation rapide montre que seules les zones situées directement sur les contacts ohmiques contribuent dans ce cas, à l'écoulement des charges. Aucun étalement latéral du courant autour des alvéoles des via-trous ne peut être attendu. En conséquence les cloisons des alvéoles sont à l'origine d'une chute de la densité de la zone active effective par rapport à la taille totale de la puce. o Du fait de l'épaisseur des substrats, la taille typique d'une alvéole ne peut être largement inférieure à une centaine de microns. Les cloisons des alvéoles sont aussi du même ordre de grandeur. o Du fait de l'utilisation de fils thermocompressés ou de procédés équivalents, les alvéoles doivent être renforcées, ou une zone de déport permettant la pression de l'outillage doit être assurée.
Dans les deux cas, cela amplifie la perte de matériaux électriquement actifs. La formation des contacts ohmiques en face arrière nécessite de plus pour les matériaux de grande bande interdite, des recuits de formation de l'ordre de 900 °C, dangereux pour la pérennité de structures membranaires même renforcées d'alvéoles.
Dans ce contexte et destinée à des applications de fortes puissances, la présente invention propose un nouveau type de diode Schottky à structure dite inversée.
Plus précisément l'invention a pour objet une diode de type
Schottky comportant un substrat, une couche active en matériau semiconducteur, une couche de contact dit Schottky, une couche conductrice de contact ohmique , ledit substrat comportant en outre au moins un via-trou de manière à définir une membrane au dessus dudit via-trou présentant une face dite inférieure au niveau du substrat et une face dite supérieure éloignée du substrat, caractérisée en ce que la membrane comprend au moins l'empilement de couches suivant à partir de la face dite inférieure :
- la couche de contact dite Schottky ;
- la couche de matériau semiconducteur ;
- la couche de contact ohmique étant au niveau de la face supérieure de ladite membrane et - une couche dite d'anneau de garde permettant de limiter l'extension latérale du champ électrique, ladite couche d'anneau de garde étant évidée en regard du via-trou.
Selon une variante de l'invention, la couche dite d'anneau de garde est du type électrique opposé à celui de la couche active, soit en recourrant à un dopage intentionnel, soit en optimisant les conditions de croissance et de composition de cette zone afin de créer des niveaux électriques profonds agissant comme un dopage adéquat.
Selon une variante de l'invention, la diode comporte en outre une couche de nucléation de part et d'autre du via-trou, ladite couche de nucléation étant insérée entre le substrat et la couche active en matériau semiconducteur.
Selon une variante de l'invention, la couche de contact Schottky est intégrée dans la couche évidée d'anneau de garde.
Selon une variante de l'invention, la diode comprend en outre une couche de contact en matériau semiconducteur dopée assurant l'interface entre la couche active de matériau semiconducteur et la couche de contact ohmique.
L'invention a aussi pour objet un composant électronique comportant une diode Schottky selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier possédant une cavité, la diode Schottky étant reportée à l'intérieur de la cavité du boîtier, la face dite supérieure de ladite diode étant en contact avec la cavité du boîtier.
Avantageusement, le contact avec la cavité du boîtier peut être assuré par une brasure ou par une couche de colle conductrice. Avantageusement, le composant comprend en outre au moins une connexion filaire reliant le contact Schottky à l'extérieur dudit composant.
Il est à noter que le composant de l'invention comprend en outre la possibilité de supporter la pression mécanique lors du montage de cette connexion filaire.
L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication de diode Schottky selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - la réalisation d'un empilement sur un substrat, d'un ensemble de couches comportant au moins : i. une couche dite d'anneau de garde ; ii. une couche active en matériau semiconducteur ; iii. une couche de contact ohmique ; - la réalisation d'au moins un via-trou en face inférieure du substrat et au niveau de la couche d'anneau de garde permettant d'évider aussi ladite couche ; la réalisation d'une couche de contact Schottky au niveau du via-trou, intégrée dans la couche d'anneau de garde évidée. Selon une variante de l'invention, le procédé comprend en outre le dépôt d'une couche conductrice en face inférieure du via-trou après réalisation de la couche de contact Schottky, pouvant être de même type que celui de la couche de contact ohmique.
Avantageusement, le procédé comprend en outre le dépôt d'une couche semiconductrice dopée assurant l'interface entre la couche active de matériau semiconducteur et la couche de contact ohmique.
Avantageusement, selon le procédé de l'invention, la réalisation de l'empilement sur le substrat d'un ensemble de couches comporte en outre le dépôt d'une couche de nucléation, la réalisation du via-trou étant effectuée jusque dans ladite couche de nucléation.
Selon une variante de l'invention, l'étape de réalisation de via-trou est effectuée par une attaque chimique humide, notamment si le substrat est en silicium ou autre matériau aisément gravable. Les attaques en phase liquide présentent l'avantage d'un coût faible, mais n'est possible que si les dimensions latérales du via-trous sont supérieures à 100μm. Dans le cas du silicium, des solutions chimiques d'Alcalin-OH (KOH, NaOH), ethylène diamine pyrochatecol (EDP) ou du tetramethylamonium hydroxide (TMAH) peuvent être utilisées.
Ainsi, le procédé de fabrication de diode Schottky grâce à la structure inversée permet de simplifier les problèmes de passivation des surfaces libres du fait de l'absence de mesas à proximité des contacts métalliques.
Par ailleurs, avec le procédé de fabrication de diode Schottky de l'invention, il est possible de situer le contact Schottky si nécessaire dans un système alvéolaire permettant d'améliorer la rigidité mécanique du composant lors des opérations de découpe et report.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 illustre un premier exemple de diode Schottky selon l'art connu ;
- la figure 2 illustre un seconde exemple de diode Schottky selon l'art connu ; - la figure 3 illustre une vue de dessous d'une diode Schottky comportant des via-trous alvéolaires ;
- les figures 4a à 4c illustrent les étapes de procédé de fabrication d'un exemple de diode Schottky inversée verticale selon l'invention ; - la figure 5 illustre un exemple de composant électronique comportant un boîtier et une diode Schottky selon l'invention.
La structure de diode Schottky selon l'invention comprend de manière générale une structure épitaxiale inversée, c'est-à-dire la couche de contact ohmique est située en surface au niveau d'une face dénommée face supérieure et la zone de prise de contact Schottky au niveau d'une face dite inférieure, proche du substrat.
Nous allons décrire ci-après les étapes d'un procédé de fabrication d'une diode Schottky selon l'invention. Comme illustré en figure 4a, on réalise à la surface d'un substrat 24, l'empilement de couches suivant :
- une couche 23 de nucléation permettant d'accommoder l'hétérogénéité des matériaux ; - une couche 22 pouvant être légèrement dopée de type P ou incorporant des défauts électriques profonds et destinée à servir d'anneau de garde pour limiter l'extension latérale du champ électrique;
- une couche active 21 de matériau semiconducteur de type GaN dopée N par exemple ;
- une couche 26 conductrice par exemple en matériau semiconducteur dopée N+, pouvant être obtenue par implantation ionique ou épitaxiée ;
A partir de cet empilement, on vient réaliser en face inférieure (côté substrat), un via trou 28 s'étendant jusqu'à la couche active 21 et dégageant par la même également une partie de la couche 22. On procède alors dans ce via-trou au dépôt d'une couche 27 servant de contact dit
Schottky, comme illustré en figure 4b.
On vient enfin procéder à la réalisation d'un dépôt de couche conductrice de contact ohmique en face dite supérieure 25 et en face inférieure 29, ce dernier permettant d'assurer la continuité face avant-face arrière.
On obtient ainsi la structure de diode Schottky selon l'invention, illustrée en figure 4c, constituée de l'empilement de couches suivant : - une couche active 21 en matériau semiconducteur GaN de type
N par exemple, où le champ électrique s'étend ;
- une couche 22 d'anneau de garde du type opposé à celui de la couche 21 ;
- une couche 23 de nucléation pour accommoder l'hétérogénéité des matériaux ;
- un substrat 24 servant de support au matériau semiconducteur GaN par exemple ;
- une couche métallique 25 de contact ohmique ;
- une couche 26 N+ de contact obtenue par implantation ionique ou épitaxie ; - une couche 27 de contact de type contact Schottky ;
- un via trou 28 ;
- une couche 29 de métallisation permettant la continuité face avant-face arrière.
Selon la structure de diode de l'invention, la réalisation des contacts ohmiques peut être réalisée soit par la prise de contacts alliés (Ti/AI, Ti/AI/Ni/Au par exemple pour le GaN), soit par implantation ionique localisée ou non de dopant de type N permettant l'utilisation de contacts ohmiques réfractaires ou à tout le moins non-alliés, réalisable en pulvérisation cathodique. Cette étape étant réalisée en début de process, le budget thermique est grandement étendu du fait de la rigidité mécanique offerte par le substrat qui est ainsi totalement préservé.
La structure étant inversée, la mise en boîtier du dispositif peut ainsi être réalisée en montant la puce à l'envers comparé à l'état de l'art classique, à savoir la face avant en contact avec le fond de boîtier. Cette électrode étant totalement planaire, le contact électrique et thermique est nettement plus satisfaisant.
Grâce à cette configuration, la thermique du substrat 24 n'est plus un obstacle majeur, la zone de dissipation étant au plus près du drain thermique que constitue le boîtier ce qui constitue un net avantage sur la performance et le coût. Par exemple le substrat silicium de moindre conductivité thermique que d'autres matériaux tels que le carbure de silicium donne des températures de fonctionnement comparables. La structure inversée évite la réalisation d'une mesa. Cela permet de limiter fortement la contribution des surfaces libres et diminue drastiquement l'impact de la passivation.
Lors de la connexion par thermocompression ou équivalent de la diode Schottky proprement dite, l'outil appuie sur une structure qui est totalement en contact avec le fond de boîtier et donc rigidifiée. Le montage à l'envers permet donc de rendre le dispositif nettement plus robuste et donc de simplifier les zones nécessaires à la thermocompression (impact sur le coût important).
L'outil peut être appliqué directement en fond de via-trou, si le dépôt métallique face arrière assure un effet d'absorption des contraintes suffisant. Une couche métallique relativement fine telle que l'or ou le cuivre déposé par procédés électrochimiques d'une dizaine de microns sont déjà suffisantes pour assurer ce rôle. Ceci a aussi un impact direct sur le coût des dispositifs. Le contact Schottky situé en fond de via-trou présente l'avantage de ne pas recourir à des températures de formation élevées. Les expériences montrent que des températures n'excédant jamais 400 °C sont suffisantes, à comparer à des températures pouvant dépasser 900°C pour des contacts ohmiques. Dans le cas où les dimensions des diodes est trop importante pour permettre de s'affranchir d'une structure alvéolaire améliorant la résistance mécanique de la membrane, le contact ohmique 25 présent de façon homogène en tout point du dispositif relaxe l'acuité des résistances série. Cela permet donc de relaxer largement la périodicité de la structure alvéolaire, et donc d'augmenter la densité des dispositifs.
Le relâchement de la périodicité des via-trous permet d'envisager de ne pas amincir le substrat pour creuser les via-trous, tout en assurant des temps de gravure court en utilisant des gravures humides économiques.
La jonction Schottky est formée après la gravure de la couche de nucléation, et suffisamment profondément dans la couche semiconductrice active 21 pour permettre la réalisation d'une jonction dans un matériau semiconducteur de qualité cristalline suffisante.
La présence de sélectivité de gravure importante entre les substrats et les couches épitaxiales permettent l'obtention de diodes Schottky de qualité adéquate.
La structure verticale permet également de séparer spatialement les électrodes et limiter l'impact des phénomènes de génération- recombinaison aux surfaces.
La diode Schottky selon l'invention peut avantageusement être reportée en fond de boîtier comme évoqué précédemment et comme illustré en figure 5 qui montre un composant électronique équipé d'un boîtier comportant une cavité dans laquelle est reportée la diode Schottky de l'invention. La diode est ainsi montée à l'envers dans le boîtier. Une brasure ou une couche de colle 32 assure le report de la diode sur le fond de boîtier 33. Une prise de contact filaire 31 peut être assurée en fond de via-trous comme représenté sur la figure 5.
Elle pourrait tout aussi bien être mise sur des plots dédiés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Diode de type Schottky comportant un substrat (24), une couche active (21 ) en matériau semiconducteur, une couche de contact dit Schottky (27), une couche conductrice de contact ohmique (25), ledit substrat comportant en outre au moins un via-trou (28) de manière à définir une membrane au dessus dudit via-trou présentant une face dite inférieure au niveau du substrat et une face dite supérieure éloignée du substrat, caractérisée en ce que la membrane comprend au moins l'empilement de couches suivant à partir de la face dite inférieure :
- la couche de contact dite Schottky ; - la couche de matériau semiconducteur ;
- la couche de contact ohmique étant au niveau de la face supérieure de ladite membrane et
- une couche dite d'anneau de garde (22) permettant de limiter l'extension latérale du champ électrique, ladite couche d'anneau de garde étant évidée en regard du via-trou.
2. Diode de type Schottky selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la couche dite d'anneau de garde est du type électrique opposé à celui de la couche active (21 ).
3. Diode de type Schottky selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la couche dite d'anneau de garde comprend un dopage optimisé permettant de limiter l'extension latérale du champ électrique.
4. Diode de type Schottky selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la couche dite d'anneau de garde comprend une composition et des conditions de croissance permettant de créer des niveaux électriques profonds agissant comme un dopage adéquat.
5. Diode de type Schottky selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une couche de nucléation (23) de part et d'autre du via-trou, ladite couche de nucléation étant insérée entre le substrat et la couche active en matériau semiconducteur.
6. Diode de type Schottky selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche de contact Schottky est intégrée dans la couche d'anneau de garde.
7. Diode de type Schottky selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une couche (26) de contact en matériau semiconducteur dopée assurant l'interface entre la couche active (21 ) de matériau semiconducteur et la couche de contact ohmique (25).
8. Composant électronique comportant une diode Schottky selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier possédant une cavité, la diode Schottky étant reportée à l'intérieur de la cavité du boîtier, la face dite supérieure de ladite diode étant en contact avec la cavité du boîtier.
9. Composant électronique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une brasure pour assurer le contact entre la cavité du boîtier et la diode Schottky.
10. Composant électronique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de colle conductrice pour assurer le contact entre la cavité du boîtier et la diode Schottky.
1 1 . Composant électronique selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend moins une connexion filaire reliant le contact Schottky à l'extérieur dudit composant.
12. Procédé de fabrication de diode Schottky selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - la réalisation d'un empilement sur un substrat d'un ensemble de couches comportant au moins : i. une couche dite d'anneau de garde (22) ; ii. une couche active (21 ) en matériau semiconducteur ; iii. une couche de contact ohmique (26) ; - la réalisation d'au moins un via-trou en face inférieure du substrat et au niveau de la couche d'anneau de garde permettant d'évider aussi ladite couche ;
- la réalisation d'une couche de contact Schottky (27) au niveau du via-trou, intégrée dans la couche d'anneau de garde évidée.
1 1 . Procédé de fabrication de diode Schottky selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le dépôt d'une couche conductrice (29) en face inférieure du via-trou après réalisation de la couche de contact Schottky, pouvant être de même type que celui de la couche de contact ohmique (25).
12. Procédé de fabrication de diode Schottky selon l'une des revendications 10 ou 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre le dépôt d'une couche semiconductrice dopée (26) assurant l'interface entre la couche active (21 ) de matériau semiconducteur et la couche de contact ohmique (25).
13. Procédé de fabrication de diode Schottky selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé que la réalisation de l'empilement sur le substrat d'un ensemble de couches comporte en outre le dépôt d'une couche de nucléation (23) et que la réalisation du via-trou est effectuée jusque dans ladite couche de nucléation.
14. Procédé de fabrication de diode Schottky selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé que l'étape de réalisation de via-trou peut être effectuée par une attaque chimique humide.
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