Brevet FR2551265A1 — publié le 19850301

La présente invention concerne un dispositif semiconducteur présentant une structure qui est obtenue par formation d'éléments simplex à structure mesa ou de canal ou de motif de circuit par attaque parallèlement à la direction l 010 j ou IO 013, dans les plans sus mentionnés plus loin 1003 du substrat semiconducteur composite qui est formé par une structure cristalline de blende de zinc, ayant des plans cristallographiques du type tl 1003 Dans le présent texte la composante électrique de système 10 optique indique l'élément ou le circuit simplexayant pour objectif de fournir quelques opérations propres pour l'intensité de lumière, fréquence, phased'état de polarisation, de direction des mouvements, etc et la composante électrique de système non optique indique 15 l'élément ou le circuit simplexayant pour objectif de fournir quelques opérations propres pour l'amplitude de la tension et du courant électrique, pour la fréquence, la direction du mouvement. L'indication (hkl) signifie que le plan cristallin 20 ayant un point d'intersection sur le côté négatif de l'axe X vers l'origine thkl) indique un plan ayant une symétrie équivalente lkl J indique la direction du cristal et 4 hkl> indique tous les jeux de directions équivalentes. La présente invention concerne un dispositif semiconducteur, notamment un dispositif semiconducteur dans lequel le motif de circuit est formé par attaque sur un substrat semiconducteur composé présentant une structure cristalline en blende de zinc. Des semiconducteurs ayant une structure cristalline en blende de zinc, tels que les semiconducteurs composés des groupes II-VI, III-V présentent une polarité dans la direction de l'axe '113 Par conséquent, des cristaux de cette structure cristalline comprennent deux 35 plans 1 i 13, un plan A f 1 i 3 et un plan B 11 J, dont les caractéristiques sont différentes les unes des autres. Le plan A ne comporte pas de paire$d'électrons non partages, tandis que le plan B qui possède des paires d'électrons non nartaaqs est chimiquement actif et un plan réagit sur l'attaque d'une façon différente de l'autre plan. Des exemples de technique d'attaque concernant les différentes réactions à chaque côté sont données dans le document suivant: Journal of Electrochemical Society, Volume 118, N 1, publié en Janvier 1971, Y. 10 Tarui, Y Komiya, Y Harada "Preferential Etching and Etched Profile of Ga As" pages 118 122 Ceci signifie, comme il est représenté à la figure 1 (a), lorsque le motif de circuit ( 2) est formé en brûlant et attaquant un motif de circuit parallèlement aux directions 15 et dans le plan ( 100) sur le substrat ( 1), les plans de clivage présenteront une forme telle que la section en forme mesa montrée à la figure 1 (b). Et le plan de clivage ( 011) laisse paraître une cicatrice d'attaque en forme mesa renversé ou de pont, 20 comme cela est montré à la figure 1 i(c). Par conséquent, dans le cas d'un élément de circuit tel qu un circuit intégré, la partie en forme mesa qui a tendance à devenir plus large en direction du fond présente un bon contraste à la partie en forme mesa renversée qui tende à diminuer en direction du fond En conséquence, lorsque la rainure dépasse une certaine profondeur par rapport à ia largeur de ligne' du circuit, la partie de base peut être endommagée. Par exemple, quand le motif de circuit ( 2) ayant 30 une largeur de ligne de 10 p/m est formé dans les plans o 1003, il sera difficile de produire un circuit dont la profondeur dépasse 8 pum, étant donné qu'il n'y aura plus de points de contact de la partie en forme mesa renversée En particulier dans le cas d'une ultra35 intégration à large échelle (LSI) dont la largeur de ligne est de l'ordre de 1 lm, sa production devient plus difficile. De plus, dans le cas d'un élément simplex, la même chose peut être dite à propos du rapport entre la largeur et la profondeur oula hauteur dans une structure mesa et dans une structure à canal; le traitement d'éléments tout petitsest difficile. Comme il est démontré dans W 083/00073 (PCT/U 582/00842), il est également connu de former dans la direction d'exposer les surfaces polies de façon optiquement plates. La direction , qui produit des plans cristallins non verticaux mais des plans obliques, exige une certaine distance nécessaire du motif adjacent pour assurer des surfaces obliques Dans un-tel cas, puisqu O il n'existe pas une limite pour fermer les ranqs, il sera difficile de réaliser le traitement à faible dimensionsdésiré tant qu'on 20 utilise seulement une solution d'attaque. La présente invention qui a été réalisée pour les circonstances susmentionnées, a pour objectif de proposer un dispositif semiconducteur excellent par formation d'un décalage de motif du circuit de 45 degrés par rapport au 25 premier motif antérieur Avec un tel dispositif il est possible: ( 1) de réduire considérablement la largeur de ligne dans le motif de circuit ou de miniaturiser la structure des éléments dans l'élément simplex 30 dans le but d'augmenter le degré d'intégration du circuit intégré. ( 2) d'accomplir la miniaturisation sus-mentionnee sans être géné par des mauvais effets de polarité. La présente invention, pour réaliser l'objectif sus35 mentionné, consiste à former par attaque l'élément simplex ou le motif de circuit en forme mesa ou de canal, parallèle- ment à la direction 0103 c'est-a-dire à la direction de l'axe Y, ou à la direction 01 j, c'est-à-dire en direction de l'axe Z des plans O oo 3 du substrat semiconducteur composé formé par une structure cristalline en blende de zinc,ayant des plans sus-mentionnés '1003 j dans un sens cristalographique, si bien que des rainures ou gorges verticales peuvent être faites dans les deux directions pour éviter un effondrement ou écroulement par l'attaque. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence-aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple 15 illustrant deux modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 est une vue en plusieurs parties d'un dispositif semiconducteur connu: (a) est une vue de dessus, (b) est une vue latérale et (c) est une vue 20 en élévation; la figure 2 est une vue d'un dispositif selon la présente invention, en plusieurs parties: (a) est une vue de dessus, (b) est une vue latérale et (c) est une vue en élévation, la figure 3 montre de façon schématique la relation entre les plans 11113 et les plans A { 1113 ou B l 1 13 d'une structure cristaline; en: blende de zinc, en particulier, dans laquelle le plan O 10} qui coupent orthogonalement la direction fo 1 q 7 est achurée. la figure 4 est une représentation schématique dans laquelle le plan O 0013 qui coupe orthogonalement la direction loi O est achurée; la figure 5 est une vue de dessus obtenue par superpositions de la figure 1 (a) sur la figure 2 (a); la figure 6 montre un profil obtenu par attaque d'un motif de circuit en forme de canal, formé dans les plans l 100 l d'un Ga As; la figure 7 montre la structure d'un semiconducteur à circuit intégré sus-mentionné; la figure 8 représente la structure d'un élément simplex d'un laser de type à injection; la figure 9 est une vue structurale d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon la présente 10 invention: (a) montre un profil en forme mesa obtenu par attaque, (b) montrela structure d'un élément simplex de laser de type à injection, fondé sur (a). La présente invention sera décrite ci-après en se référent à l'exemple représenté à la figure 2 Bien 15 que cet exemple décrit un Ga As,il est évident que la même description est valable pour autressemiconducteurs composs présentant une structure cristaline en blende de zinc, tel qu'un Ga A 1 As, Ga P, In P, In Sb, In As, Ga Sb ou analogue. Dans la figure 2, ( 3) désigne un substrat semiconducteur composé La plaquette choisie comme substrat semiconducteur composé ( 3) est, du point de vue cristalographique, une pièce cristaline ayant des plans 1003 ocupés d'un cristal unique en Ga As Dans ce cristal unique de Ga As sus mentionné, le Te (Telluride) ayant une concentration de porteurs dans la région de 0,5 à 2 x 1018 cm 3 est dopé et l'incertitude d'angle dans les plans l 1 oo 3 est inférieure à 3 degrés Le substrat semiconducteur composé présente une épaisseur de l'ordre de 3 à 10 O Mm. Dans ce substrat ( 3) un motif de masque est brûlé pour arranger et former sur ce substrat le motif de circuit non optique ( 4) Lorsque ce motif de masque est brûlé, la partie qui devrait être le motif de circuit ( 4) dans les plans} 1003 doit être complètement recouverte. De ce fait les autres parties dans les plans 01003 doivent être toutes exposées à cet instant Ceci signifie que les plans 1003, avec quelques exceptions, sont masqués par un film Si O 2 d'une épaisseur de 0 1 2/t La partie recouverte du motif de masque dont la largeur de ligne est de l'ordre de 1 à 3 t&, est arrangée parallèlement à la direction L 010 l ou l 001 J dans les plans O 003 sur le substrat ( 3). Un exemple des solutions d'attaque utilisées pour 10 attaquer le Ga As est le système acide sulfurique-sulfure hydrogène-eau (H 2504 H 202 H 20) On attaque à la température ambiante La proportion de l'acide sulfurique (H 2 SO 4), au sulfure hydrogène (H 202) et à l'eau (H 20) est de 5: 1: 1. Après avoir attaqué au moyen de telles solutions d'attaque, le motif de circuit 4, le long des directions l 010 j ou o 01 i est formé par élimination des parties non nécessaires du film Si O 2 On obtient la forme mesa dans la section ( 010) comme cela est représentée à la figure 20 2 (b) La forme mesa que l'on observe dans la section ( 001) est représentée à la figure 2 (c). Les parties de gorge attaquées des plans (O 10) et ( 001) sont perpendiculaires au substrat ( 3 Lorsque la largeur de ligne du motif de masque est de 3/t, le 25 mesa ne doit pas s'écroulerméme si la gorge ou la rainure est attaquée jusqu'à une profondeur de 5 De plus, dans l'expériment sus-mentionnée, dans lequel l'attaque est accomplie à la température ambiante en utilisant un système brome-méthanol (Br 2-CH 3 OH) comme 30 autre exemple de solution d'attaque, la forme mesa ne s'écoulera pas même si le motif en forme de mesaf( 4) était réalisé avec une largeur de lignes de 1/Met une profondeur de la rainure de 3 U, les proportions du brome (Br 2) au méthanol (CH 3 OH) étant de 1: 50. Ainsi lorsque le motif de circuit en forme de mesa ( 4) est réalisé par attaque, non parallèlement aux directions ou mais parallèlement à ladirection ou possédant des plans f 100, les rainures ou gorges deviennent perpendiculaires Ceci s'explique de la manière suivante. Comme cela est entendu dans les représentations schématiques de la relation entre les plans î 1 oo 3 et les plans A î 111 i ou B 1113, montrés à la figure 3 5, les directions Lo 01) et lO 1 î coupent obliquement le plan A 1113 dont la vitesse d'attaque est plus faible que celle des plans B 1113, 110 o et î 1003 c'est-à-dire ( 71 i), ( 111), ( 111) et ( 111) E-n conséquence les sections en forme de mesa et en forme de mesa renversé sont formées dans les plans de clivage ( 011) et ( 011) Dans les directions lO 103 ou l 0013, c'est-àr+dire dans les directions de l'axe Y ou de l'axe Z, au contraire, le motif de circuit( 4)qui s'étend sur la ligne de bordure entre le plan A '111 il et le plan B { 111 t dont la vitesse 20 d'attaque est beaucoup plus élevée, c'est-à-dire ( 111), ( 11 i), ( 111) et ( 111),ne croisent pas les plans A 1113 et B î 1113 qui indiquent la polarité Par conséquent des rainures ou gorges perpendiculaires seront toujours formées avec peu d'effet relatif à la nature de la solution 25 d'attaque. Comme cela a été décrit plus haut, dans un exemple de l'invention) cedispositif semiconducteur représente une structure dans laquelle le motif de circuit en forme mesa s Z réalisé par attaque dans les plans 100) d'un substrat semiconducteur composé ( 3)qui est formé par une structure de cristal de blende de zinc ayant des plans i 1003, comme cela ressort facilement de la figure 5,qeif sont parallèles à la direction ou qui ne souffre pas d'effet de polarité, c'est-à-dire la direction qui est 35 décalé à 45 degrés de celle représentée à la figure 1, si bien que la largeur de ligne du circuit intégré peut être une substance-non polaire approximativement, tel que du silicium, ce qui était impossible dans le passé en raison des effets négatifs de polarité Par conséquent, ceci permet de proposer des dispositifs semiconducteurs tels que des circuits intégérés, des circuits à intégration à grande échelle et à ultra intégration à grande échelle, utilisant des semiconducteurs composés chimiques Dans la présente invention on élimine ainsi la restriction relative à l'intégration étant donné que la polarité des semiconducteurs composés connus jusqu'à présent ne permet pas l'ajustement de la direction du circuit par rapport à la direction de cristal qui ne souffre pas des effets de polarité, si bien que la largeur de ligne du circuit puisse être miniaturiséêen raison de l'impossibilité de la forme mesa renversée. La figure 6 montre le profil attaqué qui forme le motif de circuit en forme d'un canal(( 5)dans les plans I 1003 d'un substrat Ga As ( 3), différent de l'exempel sus-mentionné formant un motif de circuit de forme mesa non-optique. La figure 7 montre une structure semiconductrice de circuit intégré du type MOS, formé par séparation du transistor MOS ( 6) par accroissement épitaxial et 25 diffusion par attaque sur le substrat Ga As 3. La figure 8 montre la structure d'éléments simplex optiques de laser de type à injection, dans laquelle le film Sn 7 est formé dans les plans opposésdu substrat Ga As 3 et un fil conducteur 8 est relié à ce film, tandis que 30 sur la surface les couches de Al Ga As 9, Ga As 10 et Al Ga As 11, le film isolant 12 et Au 13 sont formés et déposés sur le diffuseur de chaleur 14 Les rubans ou lignes 15 dans lesquels le courant électrique s'écoulent dans une étendue ayant une largeur de 10,L(a) sont formés par attaque dans les plans joints des couches sus-mentionnées, si bien que les plans de contact obtiennent le motif A émetteur de lumière dont le mode fondamental ou de base estle mode dans la direction horizontale. La présente invention peut être largement appliquée non seulement à ce qui a été décrit ci-avant, mais également à des éléments simplex tels que des diodes et transistors de forme mesa et de canal non optique et àun élément simplex tel qu'un motif de circuit optique de forme mnesaou de canal 10 et à des lasers semiconducteurs de forme mesa o La figure 9 montre un exemple d'un substrat semiconducteur composé réalisé en In P. Sur le substrat In P 21 ayant des plans ( 100) sur la surface et des plans ( 010) aux côtés, on a réalisé 15 la croissance épitaxiale en phase liquide de n-In P 22 et de In Ga As P 23 (couche active), puis 1 ' application à cela d'un résiste liquide, le brdlage du motif, l'attaque de la section avec la solution CH 3 OH contenant 2 % de brome dans le but de former le motif mesa représenté à la figure 20 9 (a) De plus, on a réalisé la croissance épitaxiale en phase liquide de n-In P 24, In Ga As P 25, p-In P 26 et p-In Ga As P 27, successivement, et établi le laser représenté à la figure 9 (b). Le mesa est simple et l'attaque peut être relativement 25 bien reproduite. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 Dispositif semiconducteur caractérisé en ce que la composante électrique est formée par attaque le long de la direction 1 0103 ou lo O 10 des plans 1003 du substrat semiconducteur composé présentant une structure cristaline de blende(sulfure de zinc). 2 Dispositif semiconducteur caractérisé en ce que la composante électrique est formée par attaque le long de la direction l 0101 ou L 001 i des plans 100 o d'un substrat semiconducteur composé de groupes III-V, présentant 10 la structure cristaline de blende. 3 Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur composé de groupes III-V est formé par Ga As. 4 Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, 15 caractérisé en ce que le substrat semiconducteur composé de groupes III-V est formé par Ga Al As. Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur composé de groupes III-V est formé par Ga P. 6 Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur composé et de groupes III-V est formé par In P. 7 Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur composé 25 de groupes III-V est formé par In Sb. 8 Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat semiconducteur composé de groupes III-V est formé par In As. 9 Dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il 30 comprend une composante électrique de système non optique, formée par attaque le long de la direction L 0103 ouloo O i des plans 10 Old'un substrat semiconducteur composé présentant la structure cristaline de blende (sulfure de zinc). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composante électrique du système non optique est un élément simple ou simplex de forme mesa. 11 Dispositif semiconducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composante électrique du système non optique est un élément simplex en forme de canal. 12 Dispositif semiconducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composante électrique non 10 optique est un motif de circuit de forme mesa. 13 Dispositif semiconducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composante électrique de système non optique est un motif de circuit en forme de canal. 14 Dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend une composante électrique de système optique formé par attaque le iong de la direction Co 103 ou 02 O des plans 1003 d'un substrat semiconducteur composé présentant la structure cristaline de blende. 15 Dispositif semiconducteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la composante électrique de système optique est un élément simplex ou simple en forme de canal. 16 Dispositif semiconducteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la composante électrique de système 25 optique est un élément simplex en forme mesa. 17 Dispositif semiconducteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la composante électrique de système optique est un motif de circuit en forme de canal. 18 Dispositif semiconducteur selon la revendication 14, 30 caractérisé en ce que la composante électrique de système optique est un motif de circuit en forme mesa.