Brevet FR2106380A1 — publié le 19720505

?1 3243$ 1 2106380 L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur, procédé selon lequel on applique sur une partie d'un corps semi-conducteur, constitué principalement par III V un composé A B- ou un cristal mixte de ce composé, du premier 5 type de conduction, un contact ohmique à faible résistance; ce procédé consiste à appliquer une couche de dopage contenant un métal et une substance de dopage, qui déterminent le premier type de conduction dans le corps semi-conducteur, sur une surface du corps semi-conducteur et à chauffer le corps et la couche à une 10 température à laquelle la couche de dopage et le corps semi-conducteur s'allient, après quoi on refroidit, du matériau semi-conducteur dopé se précipitant alors sur le corps semi-conducteur. L'invention concerne par ailleurs un dispositif semi-conducteur obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé. 15 Parmi les dispositifs semi-conducteuis réalisables à 1' aide du procédé précité, on peut citer: des diodes à avalanche, des diodes varactor, des diodes de Schottky, des diodes photoluminescentes et des dispositifs à micro-ondes à effet Gunn. Le procédé précité est notamment décrit dans un article 20 de "Solid State Electronics" 10, pages 381 à 383 ( 19^7 ) - Dans cet article, on explique qu'un contact ohmique n+ peut être élaboré sur un corps en arseniure de gallium de type n en appliquant une couche de dopage contenant de l'or et du germanium sur le corps en arseniure de gallium et en alliant cette couche avec ce corps. 25 Après un tel processus d'alliage il se trouve sur le corps semi-conducteur une couche dure et friable, ce qui correspond souvent à une composition eutectique de cette couche. Or il est très difficile et souvent impossible d'appliquer un conducteur sur cette couche friable, à l'aide d'un processus de thermo-compres-30 sion usuel dans la technologie des semi-conducteurs. Une autre couche de dopage souvent utilisée contient de l'argent et de l'étain. Pour obtenir une bonne humidification du corps semi-conducteur lors de l'alliage, il faut utiliser des couches ayant une teneur en étain relativement élevée, de sorte 35 que du fait que l'étain a un point de fusion bas on ne peut faire fonctionner les dispositifs semi-conducteurs qu'à des températures basses. D'autre part les couches eutectiques obtenues avec le pro cessus d'alliage présentent outre de mauvaises propriétés méca-40 niques, une mauvaise conductibilité thermique, de sorte qu'elles Il 32439 2 2106380 n'évacuent pas suffisamment la chaleur engendrée dans le dispositif. L'invention vise notamment à éliminer, du moins en grande partie, les inconvénients des procédés connus. L'invention repose 5 sur l'idée que pour l'obtention d'une bonne liaison par thermocompression et d'une bonne conductibilité thermique il est désirable de remplacer la couche de dopage. A cet effet le procédé cité dans le préambule est caractérisé selon l'invention en ce que, après le refroidissement, la 10 couche de dopage est enlevée et une couche de contact ■ métallique est appliquée sur le matéri^uusemi-conduct-eur dopé. A l'aide du procédé conforme à l'invention on obtient sur des corps semi-conducteurs A^^B^ des couches de contact qui conduisent bien la chaleur et sur lesquelles on peut très bien 15 appliquer des conducteurs à l'aide de procédés de thermo-compression. Par suite de la bonne qualité des contacts c'est-à-dire une bonne conductibilité thermique et électrique, les dispositifs obtenus peuvent également être utilisés à des températures élevées, tandis que le rendement énergétique c'est-à-dire le rapport entre 20 l'énergie du signal engendré dans le dispositif semi-conducteur et l'énergie transmise au. dispositif, est notablement meilleur que celui des dispositifs semi-conducteurs connus. III y On utilise de préférence comme composé A B de 1'arseniure de gallium ou du phosphure de gallium. oc Des contacts ohmiques à faible résistance sont surtout III V importants sur des corps semi-conducteurs A B du type n et sont par exemple obtenus en utilisant des couches de dopage qui contiennent de l'or et du germanium ou de l'argent et de l'étain. Des contacts ohmiques à faible résistance sur des corps semi-III V 20 conducteurs A B du type p sont par exemple obtenus en utilisant des couches de dopage en or et en zinc ou en argent et en magnésium ou en gallium et en silicium. Si l'on utilise une couche de dopage qui contient du gallium et du silicium sur, par exemple, du phosphure de gallium, des atomes de phosphore sont remplacés par des atomes de silicium. La composition de la couche de dopage peut être choisie telle, du fait que cette couche est enlevée après l'alliage, que * le matériau semi-conducteur qui se précipite lors du refroidissement est dopé de façon optimale. _ A cet effet on utilise de préférence une cuuche de do- 71 32439 3 2106380 page avec une teneur en or située entre 80$ et 88$ en poids tandis que le reste est pratiquement constitué par du germanium, ou par une couche de dopage avec une teneur en argent située entre 40$ et 70 en poids alors que le reste est constitué pratiquement par 5 de l'étain. En vue de l'obtention de matériaux semi-conducteurs dopés, on refroidit de préférence lentement après l'alliage et lors du refroidissement le corps semi-conducteur a une température inférieure à celle de l'alliage contigu du matériau seni-conducteur et de la 10 couche de dopage. L'application d'un bon contact ohmique est surtout difficile sur un substrat à haute résistivité. Le procédé selon l'invention peut cependant également être appliqué avantageusement sur des substrats à faible résistance ohmique. 15 On peut également au besoin appliquer un contact ohmique XIX V simultanément de deux côtés d'un corps semi-conducteur A B . Si dans ce cas il faut munir d'un contact une partie à forte résistance ohmique et une partie à faible résistance ohmique du corps semi-conducteur, on procède de telle façon qu'au moins la tempéra-20 ture de la partie à haute résistance ohmique soit inférieure à celle de l'alliage adjacent à cette partie. L'enlèvement de la couche de dopage peut par exemple se faire par dissolution dans un solvant approprié qui n'attaque pas ni ne souille pas le dispositif semi-conducteur. On a constaté qu' 25 il était suffisant d'utiliser un solvant qui dissout le métal de la couche de dopage. A cet effet on utilise de préférence une couche de dopage qui après le refroidissement est enlevée par dissolution dans du mercure ou dans du gallium liquide. 30 La couche de contact métallique peut être appliquée de façon usuelle par exemple par dépôt par évaporation. Le choix de la composition de la couche de contact est plus large que pour les procédés connus avec lesquels la couche de dopage ne sert pas seulement pour l'alliage, mais sur laquelle 35 il faut également appliquer des conducteurs. La couche de contact peut être constituée par le même métal qui est présent dans la couche de dopage. De préférence on utilise une couche de contact constituée par au moins deux couches métalliques, alors que, par exemple, on utilise d'abord une couche métallique ayant une bonne adhérence, 40 couche qui est ensuite recouverte d'une autre couche métallique, ce 71 32439 ♦ 2106380 qui peut s'avérer important pour l'obtention d'un bon finissage. De préférence on utilise à cet effet une première couche métallique qui contient au moins un des éléments suivants: chrome, aluminium et titane, sur laquelle est appliquée une deuxième couche métallique constituée par de l'or et de l'argent. Un autre avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait que l'on peut obtenir des dispositifs semi-conducteurs avec lesquels la migration de métaux qui se présente dans les contacts le long de la surface, est évitée en grande partie. C'est pourquoi dans une forme de' réalisation importante du procédé conforme à l'invention, du côté du corps semi-conducteur où se trouve la couche de dopage précitée, une autre partie de la surface du corps semi-conducteur est munie d'une deuxième couche de dopage, les couches de dopage étant ensuite alliées au corps semi-conducteur, après quoi on refroidit alors qu'il se forme des régions distinctes de matériau semi-conducteur dopé, puis on enlève les couches de dopage après quoi chaque région dopée est munie partiellement d'une couche de contact métallique, alors que les couches de contact métalliques sont placées à une plus grande distance l'une de l'autre que les couches de dopage précédentes. Avec la forme de réalisation précitée on obtient par exemple un dispositif semi-conducteur dans lequel des micro-ondes sont engendrées entre les couches de contact à la surface du corps semi-conducteur, pour une tension élevée, sans qu'il se produise pratiquement de migration de métaux le long de la surface, ni de court-circuit. Les couches de dopage sont par exemple appliquées par dépôt par évaporation par l'intermédiaire d'un masque comportant des ouvertures de dimensions appropriées ou par photo-décapage d'une couche de dopage déposée par évaporation. L'invention concerne par ailleurs un dispositif semiconducteur obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à 1' invention La description qui va suivre, en regard du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 à 3 sont des coupes d'un dispositif semiconducteur, à des stades successifs de sa fabrication à l'aide du procédé conforme à l'invention. La figure k est une coupe d'une partie d'un autre dispositif semi-conducteur, à un stade de sa fabrication à l'aide du 71 32439 5 2106380 procédé conforme à l'invention. Premier exemple: Pour ce premier exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention on utilise au départ un corps semi-conducteur ij constitué par un disque 1 en arseniure de gallium du type de conduction n+ (voir figure 1) sur lequel est appliquée de façon usuelle une couche d'arseniure de gallium épitaxiale 2 du type de conduction n. La résistivité du disque 1 est 0,001 ohm.cm et celle de la couche 2 de 0,3 ohm.cm. L'épaisseur du disque est de 30 ^u 10 e-^ celle de la couche épitaxiale de 20^u. Sur la surface de la couche épitaxiale 2 on dépose ensuite par évaporation, dans un appareil à vide poussé, successivement o o o 500 A d'argent, 3500 A d'étain et m-500 A d'argent. Ces couches déposées par évaporation sont représentées sur la figure 1 comme une 15 seule couche de dopage 3 dans laquelle l'argent est le métal et l1 étain la substance da-dopage qui provoque dans le corps semi-conducteur en arseniure de gallium la conduction du type n+. La couche 3 est ensuite munie, de façon usuelle, d'une couche b de 0,025 yu d'épaisseur d'oxyde de silicium pyrolytique à environ ^00°C. A 20 cette température le mélange étain-argent n'a pas fondu, étant donné que l'étain absorbe une certaine quantité d'argent, de sorte que le point de fusion est augmenté, tandis qu'il ne se produit pas de réaction avec 1'arseniure de gallium, ni de ballonnement de la couche de dopage 3. 25 La couche d'oxyde de silicium k forme un écran de sorte que 1'évaporation d'arsenic peut être évitée et que la planéité du contact obtenu finalement peut être améliorée. Ensuite le corps semi-conducteur et la couche de dopage sont chauffés à une température à laquelle le corps et la couche 20 s'allient. L'alliage se fait dans un four qui est muni d'un dispositif de chauffage extérieur qui maintient le four à une température d'environ 200°C tandis qu'à l'aide d'un dispositif de chauffage intérieur la température est amenée à environ 500°C. Le corps semi-conducteur est placé, pour le chauffage, dans le four de telle façon que la couche d'oxyde de silicium h se trouve en contact direct avec le dispositif de chauffage intérieur. La température est maintenue pendant environ 5 minutes à environ 500°C, température à laquelle la couche épitaxiale 2 et 40 la couche de dopage 3 s'allient, après quoi on refroidit lente 71 32439 2106380 ment à une vitesse de l80°C/heure, du matériau semi-conducteur dopé se précipitant alors sur le corps semi-conducteur. Tout le processus d'alliage est réalisé dans une atmosphère d'oxygène très pur. 5 Pendant le refroidissement la répartition de la température dans le four est ajustée de telle façon qu'au moins la température de la couche épitaxiale soit inférieure à celle de l'alliage adjacent du corps semi-conducteur et de la couche de dopage. De ce fait à la surface de la couche 3 à résistance ohmique relativement 10 élevée, la recristallisation de 1'arseniure de gallium est favorisée. Après le refroidissement on enlève de façon usuelle la couche d'oxyde de silicium h et la couche de dopage 3 est enlevée à l'aide de mercure ou de gallium fondu, qui n'attaquent pas ni ne souil-15 lent pas 1'arseniure de gallium dopé. o La couche recristallisée a une épaisseur d'environ 1000 A. Sur le matériau semi-conducteur dopé on applique par dépôt par évaporation une couche de contact métallique 5 (voir figure 2) constituée par deux couches métalliques, en l'occurence une première 20 couche métallique en titane et une deuxième couche métallique en or, qui sur la figure 2 ne sont pas représentées séparément. La résistance de contact, mesurée de façon usuelle, s'élève -h 2 a 10 ohm. cm . Simultanément de la même façon que décrite ci-dessus, c'est-à-25 dire à l'aide d'une couche de dopage, le disque 1 peut être muni d'une couche de contact métallique 6. Pendant le refroidissement de la couche de dopage sur le disque le gradient de température n'est pas optimal, cependant l'application d'un contact ohmique avec une résistance de transition faible sur le disque est un proces-2o sus moins critique que sur la couche épitaxiale étant donné que cette couche a une résistivité notablement supérieure à celle du disque . De façon usuelle le disque 1 peut être monté par l'intermédiaire de la couche 6 sur un substrat rigide 8 par exemple en verre, après quoi à l'aide d'un traitement de photo-décapage des mésas ayant un diamètre de 160 à 190 ^u peuvent être formés (voir figure 3) et le substrat 8 est enlevé. Les mésas distincts peuvent être montés à l'aide d'un processus de thermo-compression dans un boitier approprié et être utilisés comme dispositifs à effet Gunn. aq Avec le procédé conforme à l'invention le matériau semi-conduc- 7l 32439 7 2106380 beur dopé a une très faible résistance ohmique, de sorte que l'on peut obtenir un bon contact par dépôt par évaporation d 'une couche de contact métallique sans alliage subséquent. Un dispositif à effet Gunn muni d'un contact ohmique à l'aide du 5 procédé conforme à l'invention fournit lors de l'application d'une tension continue non pulsatoire un signal de 5GHz avec une énergie de 500 mW et un rendement énergétique de 5$. Deuxième exemple: Avec une forme de réalisation importante du procédé conforme à ■|0 l'invention, une autre partie de la surface du corps s emi-conducteur, du même côté du corps semi-conducteur que la couche de dopage, est munie d'une deuxième couche de dopage. Ensuite les couches de dopage sont alliées avec le corps semi-conducteur puis on refroidit alors qu' il se forme des régions séparées 41 et 42 (voir figure 4) de maté-15 riaux semi-conducteurs dopés dans une couche épitaxiale 43. Ensuite on enlève les couches de dopage, après quoi les régions dopées 41 et 42 sont munies partiellement de couches de contact métalliques 44 et 45 alors que ces couches de contact sont appliquées à de plus grandes distances l'une de l'autre que les couches de dopage pré-20 cédentes. Avec une distance de 100 px entre les couches de contact 44 et 45 et un écart de 20 yu entre les régions dopées 41 et 42 [correspondant à la distance entre les couches de dopage précédentes) on évite le migration de métaux hors des couches de contact (par 25 exemple d'argent). L'invention n'est pas limitée aux exemples donnés ci-dessus. Outre des dispositifs à effet Gunn on peut également fabriquer des électrodes photo-luminescentes;* On peut également utiliser outre de 1'arseniure de gallium, du phosphure de gallium ou des cris-20 taux mixtes de ces deux composés. A une couche de dopage en étain et en argent on peut par exemple ajouter du Se. Le Se provoque le type de conduction n dans des composés A^^B^ et améliore l'humidification du corps semi-conducteur par la couche de dopage en argent et en étain. 71 32439 8 2106380 BETŒEDICATIOIS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur, procédé selon lequel on applique sur une partie d'un corps semi-conduc- , - III V teur, constitué principalement par un composé A B ou un cris- 5 tal mixte de ce composé, du premier type de conduction, un contact ohmique à faible résistance ce procédé consistant à appliquer une couche de dopage contenant un métal et une substance de dopage, qui déterminent le pr-e'mier type de conduction dans le corps semi-con-ducteur, sur une surface du corps semi-conducteur, ■ à chauffer 10 le corps et la couche à une température à laquelle la couche de dopage et le corps semi-conducteur s'allient, après quod, à refroidir, du matériau semi-conducteur dopé se précipitant alors sur le corps semi-conducteur, ce procédé étant caractérisé en ce que après le refroidissement, la couche de dopage est enlevée et une couche 15 de contact métallique est appliquée sur le matériau semi-conducteur dopé. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que comme composé A^^^B^ on utilise de 1'arseniure de gallium ou du phos-phure de gallium. 203• Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on utilise une couche de dopage avec une teneur en or située entre 80$ et 88$ en poids tandis que le reste est pratiquement constitué par du germanium. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ^l'on utilise une couche de dopage avec une teneur en argent située entre 40$ et 70$ en poids alors que le reste est constitué pratiquement par de l'étain. 5. Procédé selon une des revendications 1 à h caractérisé en ce que l'on refroidit de préférence lentement après l'alliage et çpxe lors du 3Qrefroidissement le corps semi-conducteur a une température inférieure à celle de l'alliage contigu du matériau semi-conducteur et de la cou che de dopage. 6. Procédé selon une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la couche de dopage est enlevée après le refroidissement par 35 dissolution dans du mercure ou dans du gallium liquide. 7. Procédé selon une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'on utilise une couche de contact métallique qui est constituée par au.moins deux couches métalliques. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on utilise une première couche métallique qu3T c'ontïënt âïï moins un 71 32439 9 2106380 des éléments: chrome, aluminium et titane sur laquelle est appliquée une deuxième couche métallique qui est constituée par de l'or ou de 11 argent. 9. Procédé selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce 5 que du côté du corps semi—conducteur où se trouve la couche de dopage précitée, une autre partie de la surface du corps semiconducteur est munie d'une deuxième couche de dopage, les couches de dopage étant ensuite alliées au corps semi-conducteur, après quoi on refroidit alors qu'il se forme des régions distinctes 10 de matériau semi-conducteur dopé, puis on enlève les couches de dopage après quoi chaque région dopée est munie partiellement d' une couche de contact métallique, alors que les couches de contact métalliques sont placées à une plus grande distance l'une de 1' autre que les couches de dopage précédentes. 15 10. Dispositif semi-conducteur fabriqué à l'aide du procédé selon une des revendications 1 à 9.