Brevet FR2454183A1 — publié le 19801107

a pressente invention a pour objet une structure de type oxyde-semiconducteur dans laquelle le semiconducteur est un composé III-V, et un procédé de fabrication de cette structure.Elle trouva une application d une part en micro électronique où elle permet de réaliser des composants de type MOS (ou MOSFET) a hautes performances (vitesse, degré d'intégration etc.. j et d'autre part en opteélectronique où elle perraet de réaliser un passivation des faces de composants comme des lasers a semiconducteur par exemple. Depuis quelques années déja, un intérêt croissant se manifeste pour les semicondlleteurs composés de type III-V (par exemple GaAs ou InP! . Ces matériaux présentent en effet des propriétés remarquables qui les destinent tout particulibrement a la réalisation de composants électroniques intégrés de type MOS, dont ils devraient améliorer considérablement les performances par rapport aux composants traditionnels a base de silicium ou de germanium.Parmi ces propriétés, on peut citer la mobilité électronique qui est grande (de l'ordre de 10 000 cm/s pour GaAs et 5000 pour InP contre seulement 12.00 pour Si et 3500 pour Ge), la largeur de bande interdite (de tordre de 1,4 eV contre 1,1 eV pour Si et 0,7 eV pour Ge)- et la résistivité qui est Clv#e 'de l'ordre de 106 Qcm). Cependant t les espoirs mis dans ces composés III-V n'ont pas eté couronnés de succès en raison notamment de ce que la réalisation d'un interface convenable oxyde-semiconducteur s'est avéré, en l'occurrence, très délicate. Un grand nombre de techniques d'oxydation ont été développées (oxydation thermique, chimique, anodique, par plasma etc...) Mais les résultats obtenus sont encore insuffisants pour que l'on puisse songer d'ores et déjà à réaliser des composants microélectroniques compétitifs avec les composants a silicium.L'un des problèmes les plus difficiles à surmonter provient de ce que l'opération de passivation d'un substrat semiconducteur formé d'un composé #I1I-V, donne naissance à un interface semiconducteur-oxyde qui n'offre pas la qualité requise pour la réalisation de composants MOS. Cet interface se trouve etre le siège de charges électriques résiduelles qui ont une densité prohibitive pour les applications à la microélec- tronique. Les performances électriques des composants ainsi réalisés s'en ressentent et demeurent en dessous des prévisions théoriques. A propos de ce problème de la passivation des substrats semiconducteurs formés de composés III-V, on pourra consulter l'article de C.W. WILMSEN intitulé : WOxide Layers on III-V Compounds Semiconductors" publié dans la revue "Thin Solid Films", 39 (1976) p. 105 à 117, et l'article de C.W. WILMSEN et S. SZPAK intitulé :"MOS processing for III-V Compound Semiconductors Overview and Bibliography" publié dans la revue "Thin Solid Films", 46 (1977) p 17 à 45. La présente invention a justement pour objet une structure oxyde-semiconducteur qui évite cet inconvénient des structures de l'art antérieur. A cette fin, l'invention propose d'utiliser un oxyde particulier non encore utilisé dans cette application, pour constituer la couche isolante déposée sur le substrat semiconducteur. De façon précise, la présente invention a pour objet une structure de type oxyde-semiconducteur constituée par un substrat cristallin semiconducteur formé d'un composé III-V de formule (AIII BV) revetu d'une couche d'oxyde, cette structure étant caractérisée en ce que le substrat possède une orientation cristalline 110 et en ce que l'oxyde répond à la formule unique (ALIBI BV) 04 L'invention s'applique d'abord aux composés habituels de cette famille, à savoir GaAs et InP, mais aussi aux composés dérivés, par exemple à GaAsl-xPx où x est inférieur à 1. Les trava#ux tant théoriques qu'expérimentaux des demandeurs permettent de tenter une interprétation de l'origine del'amélioration procurée par la structure de l'invention. Dans les structures oxyde-semiconducteur de l'art antérieur utilisant un composé III-V, la couche d'oxyde comprend en réalité plusieurs oxydes. Il s'agit le plus souvent des oxydes de formule générale AIII203 et BV205. Par exemple, dans le cas du composé InP, il s'agit des oxydes In203 et P205 et dans le cas du composé G#As des oxydes Ga203 et.As203 As205 est instable).. Les demandeurs ont trouvé que l'oxyde 11îBV)O4 joue, dans la réalisation d'interfaces oxyde-semiconducteur, un rôle privilégié par rapport aux oxydes de l'art antérieur parce que sa structure moléculaire est analogue à celle du substrat. En l'occurrence, il s'agit d'une structure tétra édrique. L'environnement propre au substrat est donc préservé lors de la passivation de celui-ci. Les autres oxydes au contraire (par exemple As203, AsO, Ga203) ne présentent pas cette structure tétraédrique et leur emploi provoque inévitablement une rupture dans l'interface. D'où l'apparition de charges électriques qui viennent compenser les irrégularités de composition chimique. La continuité de structure obtenue avec l'oxyde (A11IBV)Q4 préconisé par l'invention conduit au contraire à une densité de charges résiduelles à l'interface qui est beaucoup plus faible, ce qui est très favorable dans l'application à la microélectronique. Ainsi, le choix de l'oxyde (AIIIBV)O4 pour passiver un substrat semiconducteur (A111BV) n'est-il pas simplement une question de composition chimique. Ce choix est dicté par des considérations beaucoup plus complexes qui touchent au fonctionnement intime des structures semiconductrices de type oxyde-semiconducteur. Naturellement, l'interprétation qui précède n'est donnée ici qu'à titre explicatif et la portée de l'invention ne saurait en dépendre de quelque manière que ce soit. La présente invention a également pour objet un procédé de préparation de la structure qui vient d'être définie. Ce procédé se caractérise en ce que - on prépare un substrat cristallin semiconducteur de formule AIIIBV et d'orientation cristalline 110 ; - on dispose ce substrat dans une ampoule contenant l'-anhydride (BV)2o5, --on introduit cette ampoule dans un four, - on établit un courant de gaz inerte et sec, - on porte l'ampoule à une température comprise entre 3500C et 5000C - on maintient cette température pendant le temps nécessaire à l'obtention d'une épaisseur d'oxyde souhaitée ; - on laisse la température revenir à la température ambiante ; - on retire le substrat oxydé de l'ampoule. Dans le cas du composé GaAs, on utilise de l'anhydride arsénique As205 et dans le cas de InP de l'anhydride phosphorique P205. De préférence, le gaz inerte utilisé est de l'azote. REVENDICATIONS 1. Structure de type oxyde-semiconducteur constituée par un substrat cristallin semiconducteur formé d'un composé III-V de formule (AIIIBV) revêtu d'une couche d'oxyde, carac- tériséeen ce que le substrat possède une orientation cristalline 110 et en ce que l'oxyde répond à la formule unique (AIIIBV)O4. 2. Structure de type oxyde semiconducteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le semiconducteur est le composé GaAs. 3. Structure de type oxyde semiconducteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le semiconducteur est le composé InP. 4. Procédé de préparation de la structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - on prépare un substrat cristallin semiconducteur de formule AIIIBV, d'orientation cristalline 110, - on dispose ce substrat dans une ampoule contenant l'anhydride (B )2 5 - on introduit cette ampoule dans un four, - on établit un courant de gaz inerte et sec, - on porte l'ampoule à une température comprise entre 3500C et 5000C, - on maintient cette température pendant le temps nece,ssaire à l'obtention d'une épaisseur d'oxyde souhaitée ; - on laisse la température revenir à la température ambiante, - on retire le substrat oxydé de l'ampoule.