Brevet FR2024867A1 — publié le 19700904

L'invention se rapporte à un procédé pour réaliser des composants à semi-conducteurs constitués en particulier de composés A^*B^, en utilisant le mode opératoire connu dans la technique planar, et dans lequel on utilise comme couche isolan-5 te ou comme couche servant de masque, pour réaliser des structures de dopage particulières, une couche d'oxyde d'aluminium. Pour réaliser des structures planar nécessaires pour des composants à semi-conducteurs, on munit leur surface d'une couche servant de masque, de préférence d'une couche de SiC>2 • A l'aide de ces couches formant masques, on peut limiter la diffusion des substances de dopage aux endroits auxquels ces couches de masquage ont été supprimées par des techniques connues de photogravure. En plus de la couche de masquage ou isolante la plus couramment utilisée et constituée par du SiC^, on emploie souvent aussi une couche constituée par du nitrure de Silicium (Si3N4) Ces couches de masquage sont généralement produites par oxydation ou par décomposition thermique d'un gaz réactionnel formé par un composé du Silicium. 20 Pour de nombreux composants à semi-conducteurs, par exemple pour ceux réalisés avec un arséniure de gallium, on ne peut pas utiliser le procédé employé dans le cas de silicium et qui consiste à produire une couche de masquage par oxydation thermique, car l'oxyde de gallium ne peut satisfaire ni les condi-25 tions mécaniques ni les conditions électriques qui sont posées. De ce fait5 on réalise souvent par pyrolyse de composés (composés organo-métalliques des éléments correspondants) une telle couche de masquage. Ces procédés sont compliqués quant à l'appareillage à mettre en oeuvre, et ils nécessitent pour le 30 cristal prévu pour la couche de masquage, une température relativement élevée pour la décomposition des composés organiques. Mais cette température influence considérablement la qualité du cris-tal-support. Il est connu d'utiliser aussi des couches d'oxyde 35 d'aluminium comme couche de masquage pour des composés A^^B^. Ces couches sont par exemple réalisées en oxydant des couches d'aluminium métallique déposées par vaporisation, avec un plasma d'oxygène ("Appl. Phys, Lett." 12 (1.2,68) pages 109 - 110). Ce mode de réalisation d'une couche de masquage ou d'isolation pré-40 sente l'inconvénient qui réside dans le fait qu'il n'est pas 10 69 38962 2 2024867 possible d'obtenir des couches superficielles homogènes et denses sans mettre en oeuvre des moyens techniques très importants. Mais la formation de la couche de masquage est responsable de la qualité des attaques ou corrosions de la structure, qui sont néces-> saires pour les phases opératoires de la technique planar. Une formation irrégulière de la couche de masquage produit des attaques sous-jacentes et provoque de fortes disparités des paramètres électriques pour les composants réalisés avec des cristaux traités de cette manière. L'invention a pour objet la réalisation d'une couche d'oxyde d'aluminium aussi régulière et dense que possible sur un cristal semi-conducteur constitué par un composé A113^, plus particulièrement par l'arséniore de gallium. A cet effet, le procédé conforme à l'invention est -*•5 caractérisé par le fait que pour produire la couche d*oxyde d'aluminium on dépose sur la surface du corps semi-conducteur une couche d'aluminium métallique qui est transformée en totalité ou après' exécution de la corrosion par photogravure, en partie,par oxydation anodique,en une couche d'oxyde d'aluminium. La solution proposée par l'inventeur permet, avant tout si l'on utilise l'oxydation anodique, d'éviter tout traitement du cristal à une température élevée. En outre, il est possible, en utilisant en plus la photolitographie (technique de la photogravure), de limiter la transformation à des zones pré-25 férentielles de la surface du cristal semi-conducteur, les recouvrements indésirables étant supprimés avant l'opération d'oxydation ou après celle-ci, avec des moyens corrosifs ou décapants. Il rentre dans le cadre de l'invention de réaliser la couche d'oxyde métallique avec une épaisseur maxima de 1v par 30 vaporisation dans le vide . Pour des électrodes de déclenchement, pour des transistors du type MOS, on règle le mode opératoire pour obtenir par exemple une couche ayant uns épaisseur de 0,1v . Comme électrolyte pour l'oxydation anodique, on utilise de préférence une solution qui n'attaque pas la couche 35 d'oxyde à former. Suivant un mode d'exécution avantageux de l'invention , on utilise pour ce faire une solution d'acide oxalique» L'expérience a montré qu'il est avantageux d'opérer dans ce cas avec une concentration de 3%. Comme cathode on se sert avantageusement d'une tige de graphits afin d'éliminer complè-40 tement des impuretés métalliques. 69 38962 3 2024867 Les couches de masquages produites suivant le procédé conformé à l'invention se distinguent par une formation particulièrement régulière et homogène de la couche d'oxyde qui présente en outre une très bonne adhésivité sur la surface du cristal. 5 Lors du dépôt de cette couche on peut éviter de façon très simple et fort élégante les températures élevées qui doivent être utilisées dans les procédés connus et qui sont nuisibles pour des cristaux formés avec de l'arséniure de gallium (l'arsenic quitte sous forme de vapeur la surface d'arséniure de gallium à une tem-10 pérature de 600°C). Ce procédé conforme à l'invention est de ce fait particulièrement adapté pour fabriquer des composants semi-conducteurs à l'arséniure de gallium, plus particulièrement des transistors à effet de champ réalisés à l'arséniure de gallium. 15 D'autres caractéristiques et particularités de l'objet de l'invention ressortiront de la description suivante donnée à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé. Dans l'exemple d'une disposition représentée en coupe dans la figure 1 pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'in-20 vention, on a représenté un disque 1 d'un cristal formé par de l'arséniure de gallium de conductibilité du type n et qui, après nettoyage dans de l'acétone et de l'eau distillée a été pourvu d'une couche d'aluminium 2 d'une épaisseur de 1u environ par _ 5 évaporation dans un vide de 4.10 Torr, à l'aide d'une source 25 d'évaporation (non représentée) et constituée car une hélice en tungstène contenant un fil d'aluminium» A l'aide d'une oxydation anodique opérée ensuite dans une solution d'acide oxalique à 3%, les zones superficielles de cette couche d'aluminium 2 sont transformées en une couche d'oxyde d'aluminium 3» A cet effet, le dis-30 que d'arséniure de gallium est utilisée comme anode, et pour appliquer la tension on a allié, à 400°C et dans une atmosphère de C1H, au disque d'arséniure ds gallium 1 à dopage du type n, une perle d'étain 4 située près de ls couche d'aluminium 2 déposée par évaporation, à la périphérie du disque de cristal» On soude 35 ensuite au contact sn étain un fil tras fin et, à l'exception de la surface d'aluminium à oxyder, on recouvre le disque de cristal avec du picéine (non représenté au dessin)» Comme cathode on utilise une tige en graohite. Pour un courant de 0,4 m A, ce qui correspond à 15 m A/ cm" et 50 V5 en obtient une oxydation complè-40 te de la surface d*aluminium en 20 minutes, et on réalise la 69 38962 4 2024867 couche désignée par la référence 3. On peut facilement constater cet état par un fort accroissement de courant intervenant après environ 15 minutes. Le disque de cristal est traité ultérieurement suivant la technique planar pour la fabrication d'un grand nombre 5 de composants, étant entendu qu'après la diffusion, on peut déposer, suivant le même principe, d'autres couches de masquage et isolantes. La figure 2 représente un exemple d'exécution analogue. Dans ce cas le pristal en arséniure de gallium 1, pourvu de 10 la couche d'aluminium, a été soumis , avant l'oxydation anodique, à un décapage du type utilisé en photogravure pour ne laisser subsister sur la surface du cristal, que les zones tle la couche d'aluminium qui sont désignées par 12. Par l'oxydation anodique réalisée ensuite, il se forme, comme dans l'exemple de la figure 15 1, sur cette couche d'aluminium 12, une couche d'oxyde d'aluminium 13 qui peut être utilisée comme couche de masquage, pour produire, par une diffusion opérée ultérieurement, dans la zone de l'ouverture 14, une zone dopée de type contraire dans le cristal d'arséniure de gallium. 69 38962 5 2024867 - REVENDICATIONS - 1. Procédé pour réaliser des composants à semi-conducteurs constitués par des composés A^^B^, avec mise en oeuvre des phases opératoires connues de la technique planar, dans lequel 5 on utilise comme couche isolante et de masquage pour la préparation de structures de dopage particulières, une couche d'oxyde d'aluminium, caractérisé par le fait que pour produire la couche d'oxyde d'aluminium, on dépose sur la surface du corps semi-conducteur une couche d'aluminium métallique qui est transformée 10 dans sa totalité ou, après mise en oeuvre d'une corrosion par la technique de la photogravure, à l'aide d'une oxydation anodique, en partie, en une couche d'oxyde d'aluminium. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche d'aluminium métallique est réalisée 15 par évaporation dans le vide, avec une épaisseur maxima de lu . 3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on utilise comme électrolyte pour l'oxydation anodique une acide organique faible. 4. Procédé suivant les revendications 1 et 2, carac-20 térisé par le fait qu'on utilise comme électrolyte pour l'oxydation anodique une acide organique faible. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'on utilise comme électrolyte l'acide oxalique. 25 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on utilise l'acide oxalique avec une concentration de 3%. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'on utilise 30 comme cathode une tige de graphite. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, caractérisé par le fait qu'on applique une tension continue qui corresoond a une intensité d'environ 15m A. 35 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que la durée de l'oxydation anodique est de 20 minutes environ. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'il ^ est mis en oeuvre pour réaliser des composants à semi-conducteurs, 69 38962 6 2024867 plus particulièrement des transistors à effet de champ en arsé-niure de gallium, ayant comme substance de base de l'arséniure de gallium.