Brevet FR2627901A1 — publié le 19890901

La présente invention concerne un procédé de fa- brication d'un dispositif à semiconducteur composé, et elle porte plus particulièrement sur un procédé pour produire une couche conductrice ayant une concentration de dopant uniforme et une excellente reproductibilité d'une tranche à une autre. Les figures 3(a) et 3(b) sont des coupes qui il- lustrent un procédé de l'art antérieur pour fabriquer un dispositif à semiconducteur composé. Sur les figures 3(a) et 3(b), la référence 1 désigne un substrat en GaAs semi- isolant et la référence 2 désigne une matière de réserve. La référence 5 désigne des ions Si et la référence 6 désigne une région dans laquelle sont implantés les ions Si 5. La référence 7 désigne une couche conductrice de type n qui est obtenue en soumettant à une opération de recuit la couche 6 dans laquelle on a implanté des ions Si. On va maintenant décrire le procédé de fabrication. On forme tout d'abord sur le substrat en GaAs semi-isolant 1 un motif constitué par la matière de réserve 2, et on implante sélectivement dans le substrat des ions Si, dans la région 6 (figure 3(a)). On effectue ensuite une opération de recuit à environ 800 C, après avoir enlevé la matière de réserve 2, pour activer ainsi les ions silicium et pour produire une couche conductrice de type n 7 (figure 3(b)). En effectuant de telles opérations d'implantation ionique sélective et de recuit, on peut fabriquer aisément une couche conductrice de type n 7, en une position désirée dans le substrat en GaAs semi-isolant 1. Sur la figure 5 qui montre une vue en plan d'une tranche, les parties hachurées représentent des parties de la tranche dans lesquelles la densité de dislocations du substrat en GaAs 1 est probablement élevée, et la figure 4(b) montre la distribution de conductivité de la couche conductrice de type n, 7, à la surface de la tranche, dans la direction A-A' de la figure 5. Comme il ressort des figu- res 4(b) et 5, la conductivité de la couche conductrice de type n 7 augmente dans une partie dans laquelle la densité de dislocations du substrat en GaAs est probablement élevée à la surface de la tranche, et la distribution de conducti- vité présente une forme en W dans la direction A-A' sur la figure 5. On présume ici que ceci est dû à des défauts ponc- tuels et des impuretés qui existent de façon générale dans le cristal, indépendamment du type de la croissance cristal- line dans les parties o se trouvent les dislocations, ce qui entraîne une variation de la concentration de porteurs dans la couche conductrice. On pense donc que ceci résulte des raisons suivantes. Premièrement, lorsqu'on suppose qu'il y a un plus grand nombre de défauts ponctuels dûs à la présence d'As interstitiel que de défauts dûs à la pré- sence de Ga interstitiel, et qu'il y a un plus grand nombre de défauts ponctuels dûs à une lacune de Ga que de défauts dûs à une lacune d'As, lorsqu'on implante l'élément Si à titre de dopant, cet élément est susceptible de remplacer Ga, sur place, dans la partie o se trouvent des disloca- tions. Ce remplacement signifie que le type de conductivité change vers le type n. Secondement, des centres de pièges ou des impuretés de type accepteur sont captés dans la par- tie correspondant à. des dislocations, ce qui augmente le nombre d'électrons. Dans ce procédé de fabrication de l'art antérieur pour un dispositif à semiconducteur composé, la couche con- ductrice de type n est fortement influencée par des disloca- tions du substrat en GaAs semi-isolant dans le processus d'activation des ions Si par recuit, ce qui fait que la dis- tribution de la concentration de porteurs devient non-uni- forme, et la distribution de conductivité électrique présente une forme en W dans la direction radiale de la surface de la tranche. Un but de l'invention est de procurer un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur composé ca- pable de donner une distribution de concentration de porteurs uniforme et une excellente reproductibilité entre tranches, sans être affecté par des défauts tels que des dislocations du substrat en GaAs semi-isolant, dans l'opération de recuit. Selon un aspect de l'invention, on accomplit une opération de recuit après avoir implanté dans la couche con- ductrice des éléments qui sont électriquement inactifs vis- à-vis de la couche conductrice. La concentration de porteurs dans la couche conductrice devient ainsi uniforme. Selon un autre aspect de l'invention, dans la fa- brication d'une couche conductrice de type n ou de type p par l'accomplissement d'une opération de recuit après une implantation ionique de dopants de type n ou de type p dans un substrat en GaAs, on implante dans le substrat en GaAs semi-isolant des éléments électriquement inactifs vis-à-vis du GaAs, avant l'implantation de dopants. Dans ces condi- tions, des influences dues à des dislocations dans le subs- trat en GaAs. semi-isolant sont réduites, la variation de la concentration de porteurs dans la couche conductrice est atténuée, la conductivité électrique de la couche conductri- ce est rendue uniforme, et le profil de concentration de porteurs est rendu abrupt. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe destinée à l'explication d'un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur composé conforme à un premier mode de réalisation de l'in- vention; Les figures 2(a) - 2(c) sont des coupes destinées à l'explication d'un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur composé conforme à un second mode de réalisation de l'invention; Les figures 3(a) et 3(b) sont des coupes destinées à l'explication d'un second procédé de l'art antérieur pour fabriquer un dispositif à semiconducteur composé; La figure 4(a) est une représentation graphique montrant la distribution de conductivité de la couche con- ductrice de type n dans la direction radiale, conformément au second mode de réalisation de l'invention; La figure 4(b) est une représentation graphique montrant la distribution de conductivité de la couche con- ductrice de type n,dans la direction radiale du second dispositif à semiconducteur de l'art antérieur; La figure 5 est une vue en plan montrant des ré- gions de la surface de la tranche dans lesquelles la densi- té de dislocations est probablement élevée, à la surface de la tranche d'un second dispositif de l'art antérieur; et La figure 6 est une représentation graphique montrant le profil de concentration de porteurs de la cou- che conductrice de type n, dans la direction de la profon- deur du substrat en GaAs du second mode de réalisation de l'invention (courbe a), et le profil de concentration de porteurs de la couche conductrice de type n, dans la direc- tion de la profondeur, du substrat de GaAs du second dispo- sitif de l'art antérieur (courbe b). On voit sur la figure 1 une coupe qui illustre un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur composé conforme à un premier mode de réalisation de l'in- 262790 1 vention. Sur la figure 1, la référence i désigne un substrat en GaAs semiisolant, la référence 3 désigne des ions F et la référence 8 désigne une couche de Si de type n, formée par croissance épitaxiale. Dans le procédé de fabrication de ce mode de réa- lisation, on forme par croissance épitaxiale une couche de type n, 8, sur un substrat en GaAs semi-isolant 1, par des techniques telles que l'épitaxie en phase vapeur, l'épitaxie par jets moléculaires, le dépôt chimique organo-métallique en phase vapeur ou l'épitaxie en phase liquide, et on implan- te dans la couche épitaxiale de Si de type n, faisant fonc- tion de substrat conducteur, des ions F, 3, qui sont élec- triquement inactifs vis-à-vis du cristal de GaAs, après quoi on effectue une opération de recuit. En effectuant une im- plantation ionique d'ions F dans la couche conductrice et en effectuant une opération de recuit, il est possible d'élimi- ner une variation de la concentration de porteurs dans la couche épitaxiale 8, sur la surface de la tranche, sous l'influence de dislocations ou de défauts ponctuels, ce qui permet d'améliorer l'uniformité de la conductivité électri- que. Le substrat conducteur n'est pas restreint à une couche épitaxiale 8, mais peut consister en un autre maté- riau tel qu'un substrat en GaAs de type n, avec des effets identiques à ceux décrits ci-dessus. Les figures 2(a) - 2(c) sont des schémas destinés à l'explication d'un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur composé, constituant un second mode de réalisation de l'invention. Sur les figures 2(a) - 2(c), la référence 1 désigne un substrat en GaAs semi-isolant et la référence 2 désigne une matière de réserve. La référence 3 désigne des ions F et la référence 4 désigne une région dans laquelle on implante les ions F, 3. La référence 5 dé- signe des ions Si et la référence 6 désigne une région dans laquelle on implante des ions Si 5. La référence 7 désigne une couche conductrice de type n qu'on obtient en appliquant une opération de recuit à la couche 6 dans laquelle on a im- planté des ions Si. On décrira le procédé de fabrication en se référant aux figures 2(a) 2(c). On forme un motif de matière de réserve 2 sur le substrat en GaAs semi-isolant 1, et on implante sélectivement dans le substrat en GaAs 1 des ions F, 3, qui sont électri- quement inactifs vis-à-vis de GaAs (figure 2(a)). On implante ensuite des ions Si, 5, qui sont des dopants de type n, dans les parties dans lesquelles on a implanté des ions F (figure 2(b)), et après avoir enlevé la matière de réserve 2, on ef- fectue une opération' de recuit à environ 800 C pour activer les ions Si 5, pour produire ainsi une couche conductrice de type n, 7. La figure 4(a) montre la distribution de conducti- vité de la couche conductrice de type n 7 dans la direction radiale de la surface de la tranche du second mode de réali- sation. Contrairement à la distribution de conductivité de la couche conductrice de type n du dispositif de l'art anté- rieur, qui présente une forme en W, celle de la présente in- vention présente une forme plate. Autrement dit, lorsqu'on implante dans GaAs des éléments qui sont électriquement inactifs vis-à-vis de GaAs, avant d'implanter des dopants, on obtient une atténuation de l'influence de dislocations du substrat en GaAs, qui créaient habituellement des difficul- tés, et on peut rendre uniforme la distribution de concen- tration de porteurs de la couche conductrice de type n. La figure 6 représente de façon comparée le profil de concentration de porteurs (courbe a) dans la direction de la profondeur du substrat en GaAs 1 de la couche conductrice de type n 7 fabriquée dans le mode de réalisation décrit ci-- dessus, et le profil de concentration (courbe b) dans le dispositif de l'art antérieur. Dans le dispositif de l'art antérieur, des ions Si peuvent diffuser librement entre les réseauxcristallins de GaAs au moment de l'implantation d'ions Si 5, et ils sont susceptibles de diffuser dans le substrat, dans la direction de la profondeur, et il est donc difficile de donner un profil abrupt à la queue de la concentration de porteurs. Cependant, lorsqu'on implante des ions F 3, comme dans l'invention, les réseaux cristallins du substrat en GaAs sont détruits et la diffusion d'ions Si est ainsi blo- quée, ce qui rend difficile la libre diffusion d'ions Si dans la direction de la profondeur. De ce fait, le pic du profil de concentration de porteurs au voisinage de la surface aug- mente, tandis que d'autre part la queue devient plus abrupte. Dans le mode de réalisation qu'on vient de décrire, on utilise pour le substrat un substrat en GaAs semi-isolant 1, mais il est possible d'utiliser un autre substrat en se- miconducteur composé. En outre, au lieu d'utiliser des ions Si, on peut utiliser d'autres ions de type n, tels que Si ou S, ou des ions de type p tels que Mg, Be ou Zn. En outre, en ce qui concerne des éléments électri- quement inactifs vis-à-vis du GaAs qui constitue une couche conductrice, on peut utiliser, avec des effets identiques à ceux décrits ci-dessus, des éléments autres que F appartenant aux groupes I, V, VII ou 0. Il est cependant souhaitable d'utiliser un élément plus léger que As, du fait qu'il est difficile de rétablir l'état cristallin d'un élément plus lourd que As, dans l'opération de recuit. Comme il ressort de façon évidente de la descrip- tion qui précède, on effectue conformément à l'invention une opération de recuit après l'implantation dans la couche conductrice d'éléments électriquement inactifs vis-à-vis de la couche conductrice. On peut donc rendre uniforme la dis- tribution de concentration de porteurs de la couche conduc- trice, et on peut obtenir une couche conductrice ayant une excellente reproductibilité d'une tranche à une autre. En outre, dans un cas dans lequel on forme une couche conduc- trice de type n en effectuant une opération de recuit après implantation ionique de dopants de type n ou de type p dans un substrat en GaAs semi-isolant, on implante dans le subs- trat en GaAs semi-isolant des éléments qui sont électrique- ment inactifs vis-à-vis de GaAs, avant d'implanter des do- pants, grâce à quoi on obtient une diminution de l'influence de dislocations du substrat en GaAs semi-isolant, dans l'opération de recuit, la variation de la concentration de porteurs dans la couche conductrice est atténuée, la conduc- tivité électrique de la couche conductrice est rendue uni- forme, et il est possible d'obtenir un profil de concentra- tion de porteurs abrupt. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteur composé, caractérisé en ce qu'il comprend: une première opération consistant à effectuer une implantation ionique dans une couche conductrice (8) d'éléments (3) qui sont électriquement inactifs vis-à-vis de cette couche con- ductrice; et une seconde opération qui consiste à soumettre la couche conductrice (8) à une opération de recuit. 2. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteur composé, caractérisé en ce qu'il comprend: une première opération consistant à effectuer une implantation ionique dans un substrat en GaAs semi-isolant (1) d'éléments (3) qui sont électriquement inactifs vis-à-vis du substrat en GaAs semi-isolant (1); une seconde opération qui consiste à effectuer une implantation ionique de dopants de type n ou de type p (5) dans le substrat en GaAs semi-isolant (1); et une troisième opération qui consiste à soumettre le substrat en GaAs (1) à une opération de recuit, pour activer les dopants.