FR2755794A1 - Diode schottky de puissance pour haute tension, ayant un metal de barriere fait d'aluminium et ecarte du premier anneau diffuse - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de Schottky de conduction du type vertical, qui présente une tension inverse nominale supérieure à 400 V, utilise de l'aluminium comme métal de barrière (31), en contact avec une surface de silicium épitaxial de type N**- (11). Un anneau de garde de type P**+ (30) diffusé entoure le contact de métal de barrière et en est écarté d'un petit intervalle (X) de façon à être complètement appauvri sous une faible tension inverse et ainsi connecter l'anneau au contact de barrière. On utilise une neutralisation du temps de vie dans le corps (10) de la diode.
Description
La présente invention concerne les diodes Schottky et, plus parti-
culièrement, elle se rapporte à une diode Schottky pour haute tension ayant une
vitesse élevée de passage dans l'état non conducteur.
Les diodes Schottky sont bien connues et emploient normalement un matériau à travail de sortie élevé qui est en contact avec une surface de silicium de type N- obtenu par croissance épitaxiale. La diode Schottky a pour avantage, par rapport à une diode à jonction PN, d'avoir un recouvrement inverse très rapide, ce qui permet de les utiliser dans les applications aux très hautes fréquences. Les diodes Schottky pour haute tension de la technique antérieure font fréquemment appel à une diffusion formant un anneau de garde de type P+, qui entoure le métal de contact et est en contact avec celui-ci. De semblables dispositifs de la technique antérieure, ainsi qu'un procédé permettant de les fabriquer, sont typiquement présentés dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 899 199, délivré à Herbert Gould. L'anneau de garde, à basse tension, produit un faible courant de fuite et une
caractéristique de claquage par avalanche à flanc raide.
Les diodes Schottky actuellement connues ont ordinairement une tension nominale inférieure à environ 200 V. Toutefois, lorsque la tension inverse augmente, du silicium épitaxial d'une plus forte résistivité est nécessaire. Par conséquent, le courant en sens direct peut provoquer, dans le silicium épitaxial, une chute de tension résistive qui est supérieure à une chute de tension de diode (environ 0,7 V). Ceci amène alors la jonction N-P' à se polariser en sens direct, ce qui entraîne l'injection de porteurs minoritaires pendant la conduction en sens direct. On perd donc le principal avantage, qui est la vitesse élevée de passage dans
l'état non conducteur.
L'invention propose une nouvelle diode Schottky qui possède une tension nominale dépassant environ 400 V et qui conserve néanmoins la grande vitesse de fonctionnement et la caractéristique de tension d'avalanche à flanc raide
des diodes de Schottky destinées aux tensions inférieures.
Selon l'invention, on écarte intentionnellement, d'un court intervalle, le premier anneau de garde de type P+ vis-à-vis du métal de contact dans la surface de silicium épitaxial de type N-, lequel anneau peut s'appauvrir entièrement à basse tension pendant l'état de polarisation inverse. Par conséquent, l'anneau de type P+ flottant n'injectera pas de porteurs minoritaires pendant la conduction de courant en sens direct et, pendant la polarisation inverse, il se connecte rapidement, via les régions d'appauvrissement, au métal de contact de façon à se comporter comme un anneau de garde qui répartit le champ électrique au niveau de la périphérie du dispositif. Selon une autre particularité de l'invention, on choisit l'aluminium comme métal pour la diode Schottky. Alors que l'aluminium n'est pas le métal à travail de sortie élevé que l'on choisit normalement pour les diodes Schottky (il s'agit ordinairement du molybdène, du tungstène, du platine, du palladium, etc. ), il a été découvert que l'aluminium était bien adapté à la diode Schottky pour haute
tension (supérieure à environ 400 V) et qu'il simplifiait sa fabrication.
Comme autre particularité de l'invention, on fait appel à une neutrali-
sation du temps de vie pour le corps de la puce de silicium. La neutralisation du temps de vie peut faire appel à une diffusion de métal lourd, par exemple de l'or,
ou peut être effectuée par un traitement radiatif approprié.
Comme autre particularité de l'invention, on peut employer une couche de résistance intrinsèque connectant les régions d'anode et de cathode pour produire des performances en tension inverse plus cohérentes et plus fiables. La résistance intrinsèque peut être par exemple n'importe quel matériau à résistivité
élevée approprié, comme du silicium amorphe (- 1800 A).
Il faut noter qu'un anneau de garde de type P* écarté d'une certaine
distance est présenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 418 185.
Toutefois, ce dispositif est un dispositif de conduction latéral qui est élaboré sur un substrat de type P. L'anneau de garde de ce brevet est employé pour réduire l'effet provoqué par un transistor parasite PNP formé par l'anneau de garde de type P', le silicium épitaxial de type N et le substrat de type P. Au contraire, la présente invention concerne un dispositif de conduction vertical dépourvu de structure de corps de type P.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise
à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en section droite d'une diode Schottky de la technique antérieure, qui possède un anneau de garde de type P'; - la figure 2 est une vue en section droite, analogue à celle de la figure
1, d'une diode Schottky faite selon l'invention.
On se reporte d'abord à la figure 1, qui montre, en section droite, une puce de diode Schottky selon la technique antérieure. La topologie peut présenter toute forme voulue et, par exemple, peut être une puce carrée ou de forme analogue. Le dispositif, ou puce, représenté est analogue à celui du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 899 199 cité ci-dessus et est constitué d'un mince corps de type N* 10 en silicium monocristallin. Une mince couche de silicium de type N- 11 est formée par croissance épitaxiale sur le dessus du corps de type N* 10. A l'aide d'un traitement photolithographique classique, on fait croître une couche d'oxyde sur le dessus de la couche de type N- 11, on ouvre une fenêtre annulaire, dont il subsiste un bord 12, et on fait diffuser un anneau de garde de type P* 13 dans la couche de type N- 11. On retire ensuite la couche d'oxyde recouvrant l'aire de silicium de type N- et une partie de l'anneau de type P'. On dépose ensuite un métal de contact de Schottky 14, constitué de molybdène, sur la surface de type N- exposée et la partie interne de l'anneau de type P* 13. On recouvre alors ce contact d'un matériau de contact 15, ce qui autorise une connexion aisée au molybdène 14 et fait fonction de scellement permettant de maintenir le molybdène sur l'oxyde. Classiquement, on connecte un contact inférieur 16 à la surface
inférieure de la région de type N+ 10, pour terminer le dispositif.
Le dispositif de la figure 1 est classiquement utilisé pour fabriquer des diodes Schottky présentant une tension inverse pouvant aller jusqu'à environ V. Ces dispositifs ont un courant de fuite inverse faible dans l'état de
polarisation inverse et ont une caractéristique de tension de claquage à flanc raide.
Ils sont aussi extrêmement rapides, ce qui permet de les utiliser dans les applica-
tions à fréquence élevée.
Toutefois, lorsqu'on augmente la valeur nominale de la tension inverse du dispositif, il faut augmenter la résistivité de la région 11. Par conséquent, le courant de sens direct passant dans cette résistance 20 de valeur accrue peut amener la chute de tension aux bornes de la résistance effective 20 du dispositif à augmenter au-delà d'une chute de tension de diode (environ 0,7 V). Lorsque ceci se produit, la région de type P* 13 injecte des trous dans la région 11 pendant la conduction de courant en sens direct. Ces porteurs minoritaires provoquent alors une augmentation de la charge de recouvrement inverse et un accroissement notable du temps de passage dans l'état non conducteur, ce qui annule les
avantages de la diode de Schottky.
La figure 2 est une vue en section droite du dispositif selon l'invention, o des parties analogues à celles présentées sur la figure 1 ont reçu les mêmes
numéros d'identification.
Selon une particularité importante de l'invention, le premier anneau de type P* 30 (correspondant à l'anneau 13 de la figure 1) est écarté vers l'extérieur par rapport à la frontière externe du contact de métal faisant fonction de barrière 31 (qui correspond au contact 14 de la figure 1). Toutefois, selon une particularité de l'invention, le métal de barrière 31 est de l'aluminium, au contraire de celui pris parmi les matériaux habituels à travail de sortie élevé, qui est normalement utilisé
pour un dispositif de Schottky.
Le dispositif de la figure 2 possède également un deuxième anneau de type P* 32 qui entoure l'anneau 30 et est écarté de celui-ci. Il est possible d'ajouter des anneaux supplémentaires pour les dispositifs destinés à fonctionner à des
tensions supérieures.
Pour former la structure de la figure 2, on utilise une couche d'oxyde dans laquelle sont formées une pluralité de fenêtres 41 et 42 en forme d'anneaux
et on fait respectivement diffuser les anneaux de type P* 30 et 32 via ces fenêtres.
On forme ensuite une fenêtre centrale 42 dans l'oxyde 40, puis on dépose une couche d'aluminium sur le dessus de toute la surface supérieure en contact avec la couche épitaxiale de type N- central 11 et les anneaux de type P* 30 et 32. On note que l'aluminium adhère bien à l'oxyde. On grave ensuite l'aluminium de façon à définir des contacts 50 et 51 en forme d'anneaux et le contact de barrière central
31.
Selon un point crucial du processus, le premier anneau de type P* 30 est écarté de la périphérie extérieure du contact 31 au niveau de la région N*, mais est proche de celle-ci. Cet intervalle est indiqué comme étant l'intervalle "X" sur la figure 2, et a des dimensions permettant un appauvrissement complet pour une tension inverse instantanée relativement faible. Typiquement, pour une tension inverse nominale d'environ 600 V, la région de type N- aura une épaisseur de ,um et sera un matériau de valeur 19,0 ohm.cm. L'intervalle "X" sera d'environ ,um. Cette nouvelle structure fonctionne à une tension inverse élevée, par exemple supérieure à 400 V. Pendant la conduction en sens direct, l'anneau 30 n'est pas connecté au contact 31 et n'injecte pas de trous, même s'il y a dans le silicium une chute de tension en sens passant qui est supérieure à 0,7 V. Toutefois, pendant la polarisation inverse, l'intervalle "X" s'appauvrit rapidement et l'anneau 30 se connecte au contact 31 et réalise une répartition du champ électrique au niveau du bord du contact 31 avant que le champ n'ait atteint une valeur élevée. On note que le contact d'aluminium 31 chevauche également l'oxyde 40 et joue également le rôle d'une plaque de champ. L'utilisation d'aluminium comme métal de barrière
permet un traitement simplifié et l'aluminium adhère bien à l'oxyde.
Comme autre caractéristique de l'invention, on peut faire diffuser des atomes de neutralisation de temps de vie en métal lourd, par exemple de l'or, pour le corps de silicium 10. On peut aussi faire appel à une irradiation par électrons. On peut ajouter une couche de silicium amorphe 50, d'une épaisseur d'environ 1 800 , comme résistance intrinsèque de façon à permettre des
performances plus fiables en tension inverse.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de la
diode dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et
nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.
Claims (8)
1. Diode Schottky pour tension élevée, caractérisée en ce qu'elle comprend: une puce de silicium monocristallin qui possède un corps de type N* (10) et une couche de silicium épitaxial de type N- (11) disposée sur le dessus dudit corps de type N; une couche de contact (31) formant une barrière de Schottky disposée sur le dessus de la surface supérieure de ladite couche de silicium épitaxial de type N- et en contact avec celle-ci; et un anneau de garde formé d'une diffusion de type P* (30), qu'on a fait diffuser dans la surface de ladite couche épitaxiale et qui entoure la périphérie de ladite couche formant une barrière de Schottky; la périphérie interne dudit anneau de garde de diffusion de type P* étant écartée, d'un intervalle latéral (X) représentant un espacement prédéterminé, vis-à-vis de la périphérie extérieure de ladite couche de contact formant une barrière de Schottky; une deuxième couche de contact (16) disposée sur le fond dudit corps de type N* afin de définir un dispositif de conduction vertical; ledit intervalle latéral étant suffisamment petit pour que le silicium présent dans ledit intervalle s'appauvrisse complètement lorsque la tension inverse entre ladite deuxième couche de contact et ladite couche de contact formant une barrière de Schottky atteint une petite fraction de la tension inverse nominale totale devant
être supportée par ledit dispositif.
2. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit dispositif présente une tension inverse nominale qui dépasse 400 V.
3. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit métal
formant un barrière de Schottky est l'aluminium.
4. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite surface de ladite puce comporte, sur elle, une couche d'oxyde (40); ladite couche d'oxyde ayant une fenêtre centrale (42) qui expose la surface de ladite couche de type N-, ainsi qu'une fenêtre en forme d'anneau (41) qui expose au moins une partie de la surface de ladite diffusion de type P; ledit métal formant une barrière de Schottky étant en contact avec ladite couche de type N- et ladite diffusion de type P+ via ladite fenêtre centrale et ladite fenêtre en forme d'anneau et chevauchant au moins partiellement, tout en adhérant à ses bords, ledit oxyde qui entoure lesdites fenêtres.
5. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le temps de
vie dans ledit corps de type N' est réduit.
6. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des atomes de métal lourd de neutralisation de temps de vie, qui sont
répartis dans ledit silicium.
7. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une résistance intrinsèque (20) recouvrant et connectant la région d'anode
et la région de cathode.
8. Diode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance
intrinsèque est une couche de silicium amorphe (50).
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