Brevet FR2517120A1 — publié le 19830527

i La présente invention a pour objet un procé- dé de fabrication d'un composant semiconducteur par diffusion avec implantation ionique préalable et un composant semiconducteur obtenu par ce procédé Elle trouve une application en technologie des semiconduc- teurs, dans la fabrication de dispositifs électroni- ques ou optoélectroniques utilisant des semiconduc- teurs composés de type III-V: transistors à effet de champ, transistors bipolaires, circuits intégrés, dé- tecteurs, lasers, diodes électroluminescentes, etc Par semiconducteurs composés de type III-V, on-entend les semiconducteurs dans la composition des- quels entrent des éléments des colonnes III et V de la classification périodique Par composant on entend J 5 tout dispositif comprenant une ou plusieurs couches dopées, ou non. Les semiconducteurs utilisés dans les dispo- sitifs électroniques ou optoélectroniques comportent en général des couches dopées de types différents (p et n) qui constituent des jonctions La profondeur d'une jonction est un paramètre important qui détermi- ne les performances du composant Pour réaliser de telles couches dopées, deux procédés sont en général utilisés: l'implantation ionique et la diffusion thermique. En général, c'est le procédé de diffusion thermique qui est préféré pour des dopages à profon- deur relativement grande avec des métaux de transi- tions et pour des concentrations élevées Cependant, ce procédé pose des problèmes de contrôle de la pro- fondeur pour certains couples dopant/semiconducteur (par exemple zinc dans In P) Ces problèmes tiennent à ce que les coefficients de diffusion peuvent être grands, même à basse température, o à ce que des pro- blêmes de diffusion anormale, encore mal compris, pro- voquent des "queues" de diffusion allant bien au-delà des profondeurs prévues. Le but de la présente invention est précisé- ment de permettre de contrôler la profondeur de diffu- sion d'une impureté qui est un métal de transition afin d'obtenir une couche dopée qui soit localisée à la surface du substrat et à une profondeur bien déter- minée. Ce but est atteint en provoquant l'arrêt de la diffusion, à la profondeur désirée, par blocage de l'impureté diffusante par une autre impureté qui, el- le, est mise en place dans la zone de blocage par implantation ionique. La nature de l'impureté de blocage est choi- sie essentiellement de manière qu'elle présente une grande affinité chimique à l'égard du métal de transi- tion constituant l'impureté diffusante Naturelle- ment, elle doit, en outre, être neutre électriquement dans le matériau o elle est implantée. Il est alors possible, selon l'invention, de contrôler la profondeur et l'homogénéité de la zone diffusée, par un choix judicieux de la nature et de l'énergie de l'espèce implantée De plus, il devient possible d'éliminer les queues de diffusion anormale et de supprimer la grande dépendance de la profondeur de diffusion à l'égard du temps et de la température de diffusion. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un composant semi- conducteur dans lequel on dope un substrat composé de type III-V par diffusion thermique d'un métal de tran- sition, ce procédé étant caractérisé en ce que, avant cette diffusion, on effectue une implantation ionique dans le substrat d'une impureté présentant de l'affi- nité chimique pour ledit métal. De préférence, l'implantation s'effectue avec une impureté qui appartient au groupe qui com- prend l'oxygène, le fluor, le chlore et le brome. De préférence encore, la dose d'implanta- tion varie entre 103 et îOî 5 ions/cm La présente invention à également pour objet un composant semiconducteur comprenant un substrat de type IIIV dopé par un métal de transition diffusé, ce composant étant obtenu par le procédé qui vient d'être défini et étant caractérisé en ce qu'il comprend, dans le substrat, une zone enterrée implantée par une impu- reté qui présente de l'affinité chimique pour ledit métal. De préférence, le métal en question appar- tient au groupe qui comprend le zinc, le cadmium, le fer. De préférence encore, la zone implantée est formée d'une impureté qui appartient au groupe qui comprend l'oxygène, le fluor, le chlore et le brome. Le semiconducteur composé peut être notam- ment Ga As ou In P. L'opération de diffusion qui suit l'implan- tation ionique peut s'effectuer par tout moyen connu. L'exemple suivant illustre l'invention sans caractère limitatif. Une implantation de chlore, ou de fluor, ou d'oxygène (impureté bloquante) est effectuée dans un substrat en In P semi-isolant dopé au fer (semiconduc- teur monocristallin diffusé) à une température de 5801 C et pendant une durée de 20 minutes. Puis une diffusion de zinc (impureté diffu- sante) est entreprise - Pour un substrat non implanté, on obtient une profondeur de diffusion de 5,2 lm et le profil de diffusion comprend une queue de diffusion. Pour un substrat implanté comme indiqué, la profondeur de la diffusion est réduite à: 1,2 lim avec le chlore implanté à 1,6 Me V; 2,2 im avec le fluor implanté à 1,2 Me V; 2,7 lm avec l'oxygène implanté à i Me V. La profondeur de diffusion est donc définie par les conditions d'implantation (nature de l'impure- té implantée et énergie) Des couches dopées de très faible épaisseur peuvent être obtenues en abaissant l'énergie d'implantation De façon générale, cette énergie est comprise entre 0,5 Me V et 2 Me V. Le procédé qui vient d'être décrit peut s'appliquer à tout dispositif électronique ou opto- électronique exigeant une ou des couches dopées dans des semiconducteurs de type Ga As, In P, ternaires, qua- ternaires ou autres Il s'applique également à des structures déjà élaborées et par exemple épitaxiées (homoépitaxie, ou hétéroépitaxie). Les caractéristiques des composants obtenus par le procédé de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'un exemple donné à titre explicatif, en référence aux dessins annexés sur les- quels: la figure 1 représente en coupe un transistor MISFET (MétalIsolant-Semiconducteur à Effet de Champ), selon l'art antérieur, la figure 2 représente, toujours en coupe, un tran- sistor de même type mais obtenu selon le procédé de l'invention. Sur les figures l et 2, le transistor repré- senté est à enrichissement à canal p Il comprend un substrat 1 en In P semi-isolant dopé au fer, une zone 2 de type p diffusée, une couche isolante 3, une métal- lisation de grille 4, une métallisation de source 5 et une métallisation de drain 6. Les schémas représentés montrent une grande différence entre les deux cas: sans blocage de l'im- pureté implantée (figure 1), l'échantillon doit être creusé profondément (jusqu'à plus de 5 gym) pour que soit déposé l'isolant sur le substrat semi-isolant. Dans le cas o selon l'invention le blocage de l'impu- reté diffusante a été réalisé par une implantation de chlore, l'échantillon est beaucoup moins creusé: une épaisseur de 0,5 lym suffit. Les différentes étapes du processus de fa- brication d'un tel transistor peuvent être les suivan- tes: préparation des substrats, implantation de chlore: 500 ke V, 1014 ions/cm 2, diffusion de Zn, 580 'C, 20 minutes, dépôt de l'isolant, dépôt des métallisations de source, grille et drain. Le processus se poursuit comme dans le cas classique. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un composant se- miconducteur, dans lequel on dope un substrat composé de type III-V par diffusion thermique d'un métal de transition, caractérisé en ce que, avant cette diffu- sion, on effectue une implantation ionique dans le substrat d'une impureté présentant de l'affinité chi- mique pour ledit métal. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'implantation ionique s'effectue- avec une énergie comprise entre 0,5 Me V et 2 Me V. 3 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que l'implantation s'effectue avec une impureté qui appartient au groupe qui comprend l'oxygène, le fluor, le chlore et le bro- me. 4 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'implantation ionique s'effectue avec une dose allant de 013 à 1015 ions/cm 2. Composant semiconducteur obtenu par le procédé de la revendication 1, comprenant un substrat composé de type III-V dopé par un métal de transition diffusé, caractérisé en ce que le substrat comprend une zone enterrée implantée par une impureté qui pré- sente de l'affinité chimique pour ledit métal. 6 Composant selon la revendication 5, dans lequel le métal appartient au groupe qui comprend le zinc, le cadmium, le fer. 7 Composant selon l'une quelconque des re- vendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la zone implantée contient une impureté qui appartient au groupe qui comprend l'oxygène, le fluor, le chlore et le brome. 8 Composant selon l'une quelconque des re- vendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le semiconducteur est en Ga As. 9 Composant selon l'une quelconque des re- vendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le semiconducteur est en In P.