Brevet FR2106379A1 — publié le 19720505

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur, procédé selon lequel on applique surune partie d'un corps semi-conducteur constitué principalement par un compo-XXI V sé A B ou par un cristal mixte de ce composé, du type n, un 5 contact ohmique à faible résistance; ce procédé consiste à appliquer une couche de dopage contenant un métal et du germanium qui provoque dans le corps semi-conducteur la conduction du type n, sur une surface du corps semi-conducteur et à chauffer le corps et la couche à une température à laquelle la couche de dopage et le 10 corps semi-conducteur s'allient après quoi on refroidit, du matériau semi-conducteur dopé se précipitant alors sur le corps semiconducteur . L'invention concerne par ailleurs un dispositif semi-conducteur obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé. 15 Parmi les dispositifs semi-conducteurs réalisables à l'aide de ce procédé on peut citer: des diodes à avalanche, des diodes varac-tor, des diodes de Schottky, des diodes photo-luminescentes et des dispositifs à micro-ondes à effet Gunn. Le procédé précité est notamment décrit dans un article de 20 "Solid State Electronics" 10, pages 381 à 383 (1967)- 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 ar-séniure de gallium et en alliant avec la couche avec ce corps. 25 En général après l'alliage on refroidit rapidement pour évi- III V ter autant que possible la décomposition des composés A B . Or il s'avère qu'après le refroidissement le matériau semiconducteur précipité .présente une résistance de contact non négligeable . 30 L'invention vise notamment à apporter une amélioration à cet état de chose. Elle repose sur l'idée que certaines additions à la couche de dopage peuvent abaisser notablement la résistance de contact. Le procédé cité dans le préambule est caractérisé selon 1' 35 invention en ce que l'on utilise une couche de dopage qui contient un donneur pour le germanium. , III V De préférence on utilise comme compose A B de 1'arseniure de gallium ou du phosphure de gallium. L'effet de la présence d'un donneur dans la couche de dopage 40 est surtout évident dans une forme de réalisation préférée du pro- 71 32438 2 2106379 cédé conforme à l'invention avec laquelle après l'alliage on refroidit lentement et lors du refroidissement le corps semi-conducteur a une température inférieure à celle de l'alliage contigu du matériau semi-conducteur et de la couche de dopage. 5 On a constaté avec cette forme de réalisation préférée que d'abord du matériau semi-conducteur A^^B^ dopé n+ avec du germanium est précipité sur le corps semi-conducteur et ensuite du germanium sur le matériau semi-conducteur dopé. L'addition d'un donneur pour le germanium par exemple de l'arsenic, à la couche 10 de dopage résulte dans l'incorporation du donneur dans le germanium précipité sur le matériau semi-conducteur dopé de sorte que la résistance de contact est abaissée. L'effet de la présence d'un donneur est surtout inattendu du fait que lors de l'alliage du corps semi-conducteur par exemple 15 en arseniure de gallium avec la couche de dopage on peut s'attendre à ce qu'il se forme de l'arsenic par décomposition de 1'arseniure de gallium. Or la quantité d'arsenic obtenue par décomposition, même lors du refroidissement lent et lors d'un séjour relativement long à température élevée est insuffisant pour doper 20 dans une mesure importante le germanium précipité. De préférence on utilise de l'arsenic comme donneur et la concentration en arsenic dans la couche de dopage s'élèvecte 0,5 à 2$ en poids. On peut également utiliser comme donneur du phosphore et de l'antimoine. 25 Comme métal dans la couche de dopage on utilise par exemple de l'or, de l'argent ou de l'étain. On peut également utiliser de 1'indium comme métal, mais il faut remarquer que la solubilité de l'arsenic dans le germanium est beaucoup plus élevée que celle de 1'indium de sorte que le germanium précipité présente malgré 30 tout une conduction de type n. De préférence on utilise une couche de dopage avec 80 à 88$ en poids d'or, 12 à 20$ en poids de germanium et 0,5 à 2$ en poids d'arsenic. L'effet de la présence d'un donneur dans la couche de dopage 35 est mis clairement en évidence dans une autre forme de réalisation préférée du procédé conforme à l'invention avec laquelle on enlève après le refroidissement la couche de dopage et l'on applique une 71 32438 2106379 couche de contact métallique sur le corps semi-conducteur. La couche de dopage peut être enlevée par dissolution dans un solvant pour le métal de la couche de dopage par exemple du mercure 5 ou du gallium liquide. Le matériau semi-conducteur précité ne sont aucun des deux attaqués. La couche de contact métallique précitée est constituée par exemple par de l'or ou de l'argent ou par deux couches métalliques dont la première est constituée par exemple par du chrome, de 1' 10 aluminium ou du titane et la deuxième par de l'or ou de l'argent. L'invention concerne par ailleurs un dispositif semi-conducteur obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La description qui va suivre en regard du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 15 Les figures 1 à 3 sont des coupes d'une partie d'un dispositif semi-conducteur à des stades successifs de sa fabrication à l'aide du procédé conforme à l'invention. Dans l'exemple de réalisation du procédé conforme à l'invention on utilise au départ un corps semi-conducteur constitué par un dis-20 que 1 en arseniure de gallium à conduction de type n+ (voir fig.1) sur lequel est appliqué de façon usuelle une couche d'arseniure de gallium épitaxiale 2 à conduction de type n. La résistivité du disque 1 s'élève à 0,001 ohm.cm et celle de la couche 2 à 0,3 ohm.cm. L'épaisseur du disque est de 30 ^u et celle de la couche 25 épitaxiale de 20 yU. Sur la surface de la couche épitaxiale on dépose ensuite par évaporation dans un appareil à vide poussé, un mélange de 87$ en poids de Au, de 12 $ en poids de Ge et de 1$ en poids de As. De ce fait il se forme la couche de dopage 3 qui a une épaisseur de 1 30 à 1,5 ^u. La couche 3 est ensuite munie de façon usuelle d'une couche h de 0,5 ^ d'épaisseur d'oxyde de silicium pyrolytique, à environ 400°C. La couche d'oxyde de silicium 4 forme un écran de sorte que 1' on empêche 1'évaporation d'arsenic et que la planéité du contact 35 obtenu finalement est améliorée. Ensuite le corps semi-conducteur et la couche de dopage sont chauffés à une température à laquelle le corps et la couche 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 40 d'environ 200°C tandis qu'avec tin dispositif de chauffage inté 71 32438 k 2106379 rieur la température est amenée à environ 500°C. Le corps semiconducteur est placé, pour le chauffage, dans le four de telle façon que la couche d'oxyde de silicium 4 se trouve en contact direct avec le dispositif de chauffage intérieur. 5 La température est maintenue pendant environ 2,5 minutes à environ 500°C et la couche épitaxiale 2 et la couche de dopage 3 s'allient après quoi on refroidit lentement à une vitesse de 180°/ heure alors que le matériau semi—conducteur dopé à l'aide de germanium est précipité sur le corps semi-conducteur et le germanium 10 dopé à l'aide d'arsenic sur le matériau, semi-conducteur. Tout le processus d'alliage est réalisé dans une atmosphère d'oxygène très pur. Pendant le refroidissement la répartition de la température dans 'le four est ajustée de telle façon qu'au moins la température 15 de la couche épitaxiale soit inférieure à celle de l'alliage du matériau semi-conducteur et de la couche de dopage adjacente. De ce fait la recristallisation de 1'arseniure de gallium à la surface de la couche 3 à résistance ohmique relativement élevée est favorisée. Après le refroidissement la couche d'oxyde de silicium 4 20 est enlevée de façon usuelle et la couche de dopage 3 est enlevée à l'aide de mercure ou de gallium fondu, qui n'attaque pas ni ne souille pas 1'arseniure de gallium dopé, ni le germanium dopé. O L'épaisseur de la couche recristallisée est d'environ de 1000 A. Sur le matériau semi-conducteur dopé on applique, par dépôt 25 par évaporation, une couche de contact métallique 5 (voir fig. 2) constituée de deux couches métalliques, en l'occurence une première 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 % —4 2 30 a 10 ohm.cm . En l'absence d'arsenic, la résistance de contact s'élève à 3-5.10 ^ ohm.cm2 dans des circonstances identiques. Simultanément et de la même façon que décrite ci-dessus c'est-à-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 35 de la couche de dopage sur le disque le gradiant de température n'est pas optimal, toutefois l'application d'un contact ohmique à résistance de transition faible sur le disque est un processus moins critique que sur la couche épitaxiale étant donné que cette couche présente une résistivité notablement supérieure à celle du 40 disque. 71 32438 5 2106379 D'une façon usuelle le disque peut être monté par l'intermédiaire de la couche 6 sur un substrat rigide 8, par exemple en verre, après quoi, â l'aide d'un traitement de photo-décapage on pratique des mésas d'un diamètre de 160-190 yu. (voir figure 3) 5 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 utilisé comme dispositif à effet Gunn. Avec le procédé conforme à l'invention le matériau semi-conducteur dopé a une résistance ohmique très basse de sorte que le dé-10 pôt par évaporation d'une couche de contact métallique sans alliage subséquent sur celle-ci, permet d'obtenir un bon contact. L'invention n'est pas limitée à l'êxemple décrit ci-dessus. Outre des dispositifs â effet Gunn on peut également fabriquer des diodes photoluminescentes. D'autre part on peut utiliser outre 15 l'arseniure de galium, du phosphure de gallium et des cristaux mixtes de ces composés. 71 Î243S 6 2106379 Revendications ; 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur, procédé selon lequel on applique sur une partie d'un corps semiconducteur constitué principalement par un composé ou par 5 un cristal mixte de ce composé, du type n, un contact ohmique à faible résistance; ce procédé consiste à appliquer une couche de dopage contenant un métal et du germanium qui provoque dans le _corps semi-conducteur la conduction du" type n, sur une surface du corps s emi-conducteur et à chauffer le corps et la couche à une tempéra— 10 ture à laquelle la couche de dopage et le corps semi-conducteur s1 allient après quoi on refroidit, du matériau semi-conducteur dopé se précipitant alors sur le corps s emi-conducteur, ce procédé était caractérisé en ce que l'on utilise une couche de dopage qui contient un donneur pour le germanium. 15 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce que comme composé AI~'~"'["BV on utilise de l'arseniure de gallium ou du phosphure de gallium. 3« Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'après l'alliage on refroidit lentement et lors du refroidisse-20 ment le corps s emi-conducteur a une température inférieure à celle de l'alliage contigu du matériau semi-conducteur et de la couche de dopage. 4. Procédé selon une des revendications là 3 caractérisé en ce que l'on utilise de l'arsenic comme donneur et que la concen-25 tration en arsenic dans la couche de dopage est de 0,5 à 2$ en poids 5« Procédé selon une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on utilise une couche de dopage avec 80 à 88$ en poids d'or, 12 à 20$ en poids de germanium et 0,5 à 2$ en poids d'arsenic. 30 6. Procédé selon une des revendications 1 à 5 caractérisé en Ce, qu'après le refroidissement, on enlève la couche de dopage et on applique une couche de contact métallique sur le matériau semi-c onduc t eur. 7» Dispositif semi-conducteur obtenu par la mise en oeuvre 35 du procédé selon une des revendications. 00PY