Brevet FR2688344A1 — publié le 19930910

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur et, plus particulièrement, à un procédé pour contrôler un type de conductivité d'un semiconducteur II-VI comprenant du mercure qui est utilisé comme matériau d'un détecteur infrarouge. Un composé semiconducteur comprenant un cristal mélangé II-VI, tel qu'un cristal Cd Hg Te a la particularité que sa bande interdite d'énergie est changée en changeant la proportion de composition du cristal de façon à être utilisé comme matériau d'un photodétecteur à faible bruit ou analogue. La figure 4 est une représentation schématique pour expliquer un procédé pour contrôler un type de conductivité dans un procédé pour produire un dispositif à semiconducteur comprenant un composé II-VI, divulgué dans la publication du brevet Japonais 62-34157 Sur la figure 4, un cristal 2 de Cd Hg Te est enfermé dans une ampoule de quartz 1 avec du mercure 3 qui est dans un état liquide à la température ambiante Le mercure 3 est séparé du cristal 2 en Cd Hg Te par l'élément étroit la de l'ampoule 1, c'est-à-dire, un réservoir de mercure est prévu à une extrémité de l'ampoule 1 Des réchauffeurs 12 sont disposés au voisinage de l'ampoule 1. Etant donné que le mercure (Hg) a une pression de vapeur très élevée, le Hg est dissocié du cristal 2 en Cd Hg Te pendant la croissance du cristal ce qui se traduit par des vacances dans le cristal de Cd Hg Te Les vacances servent d'accepteurs Par exemple, un cristal de Cd Hg Te formé par épitaxie en phase liquide (LPE) comprend une grande quantité de vacances de Hg et à une concentration des porteurs du type P aussi élevée qu'environ 1017 cmn 3 de sorte que la mobilité des porteurs est réduite Par conséquent, il est impossible d'utiliser le cristal de Cd Hg Te pour un dispositif à semiconducteur Pour résoudre ce problème, comme cela est représenté sur la figure 4, le cristal 2 de Cd Hg Te est chargé dans l'ampoule 1 avec du mercure 3, l'ampoule est évacuée à -6 torr, et un recuit est effectué à une température appropriée en utilisant les réchauffeurs 12 Pendant le recuit, une pression partielle Hg du mercure 3 qui est produit dans l'ampoule, est appliquée au cristal 2 de Cd Hg Te pour remplir les vacances dans le cristal, par quoi le cristal de Cd Hg Te qui présente une concentration des porteurs tellement élevée est converti en un cristal de Cd Hg Te du type P présentant une faible concentration des porteurs Lorsque la pression partielle du Hg est appliquée au cristal jusqu'à ce que la plupart des vacances soient remplies, un cristal de Cd Hg Te du type N est obtenu. On décrira le processus de recuit pour réduire la concentration des porteurs du cristal Cd Hg Te plus en détail en utilisant le profil des températures de la figure 5 Le cristal 2 de Cd Hg Te dans l'ampoule 1 est chauffé à 2820 C tandis que le mercure 3 est chauffé à 250 'C par quoi une pression partielle du Hg est appliquée au cristal 2 de Cd Hg Te Le cristal 2 de Cd Hg Te et le mercure 3 sont maintenus dans cet état pendant à peu près vingt-quatre heures pour diffuser le Hg dans le cristal 2 de Cd Hg Te sans que du Hg soit appliqué sur la paroi interne de l'ampoule 1, par quoi on obtient un cristal Cd Hg Te du type N dont la concentration des porteurs est environ de 1014 cm 73. Les figures 6 (a) et 6 (b) sont des diagrammes schématiques pour expliquer un procédé pour produire des jonctions PN dans un composé semiconducteur II-VI comprenant du mercure par une diffusion de mercure Un masque de diffusion 4 comprenant du Zn et ayant une épaisseur d'environ 1 micron est disposé sur un cristal 5 de Cd Hg Te du type P d'une épaisseur d'environ 10 microns Une pluralité d'ouvertures 4 a dont chacune présente un diamètre d'environ 1 à 30 microns sont formées à travers le masque de diffusion 4. Le cristal 5 de Cd Hg Te avec le masque de diffusion 4 est chargé dans une ampoule de quartz avec du mercure, comme représenté sur la figure 4, et soumis à un recuit Pendant le recuit, une pression partielle de Hg prescrite est appliquée sur la surface du cristal 5 de Cd Hg Te exposée dans les ouvertures 4 a du masque de diffusion 4, par quoi des régions du type N sont formées, comme représenté sur la figure 6 (b), produisant des jonctions PN 6 d'une profondeur d'environ 3 microns. Les figures 7 (a)-7 (e) sont des vues en section transversale d'étapes d'un procédé de fabrication, par exemple, d'un groupement de-photodiodes utilisant les jonctions PN 6 Après que les jonctions PN 6 soient formées dans le cristal 5 de Cd Hg Te, comme représenté sur la figure 7 (a), on retire le masque de diffusion 4, comme représenté sur la figure 7 (b) Ensuite, une couche d'oxyde 101 est déposée sur la surface entière du cristal 5 de Cd Hg Te, comme représenté sur la figure 7 (c) Ensuite, des trous de contact 102 côté N sont formés dans les régions du type N et un trou de contact 103 côté P est formé dans le cristal 5 de Cd Hg Te en utilisant une photogravure classique, comme représenté sur la figure 7 (d) Ensuite, une couche en métal est déposée sur la plaquette et reçoit un motif, comme représenté sur la figure 7 (e) ce qui se traduit par une connexion des électrodes 104 côté N au cristal 5 de Cd Hg Te à travers les trous de contact 102 et 103 et une connexion de l'électrode 105 côté P au cristal 5 de Cd Hg Te à travers le trou de contact 103. Dans la demande de brevet Japonais publiée n 58-171848, une petite quantité dun élément du groupe III, telle que l'indium, est ajoutée comme impureté donatrice pendant la croissance d'un cristal de Cd Hg Te et ensuite le recuit est effectué pour contrôler la quantité de Hg dans le cristal de Cd Hg Te, par quoi la concentration des porteurs est contrôlée Entre temps, dans la demande de brevet Japonais publiée N O 62-13085, une électrode à bosses comprenant de l'indium est formée sur une couche de Cd Hg Te et ensuite le recuit est effectué pour convertir une région de la couche de Cd Hg Te sur laquelle l'électrode à bosses est présente, au type N Cependant, dans ces procédés classiques, l'indium en tant qu'impureté donatrice devient un facteur de dispersion ou de diffusion dans le cristal, de sorte que la mobilité des porteurs n'est pas tellement améliorée, et on obtient un dispositif à semiconducteur avec des caractéristiques électriques pauvres. Dans les procédés décrits ci-dessus de fabrication de dispositifs à semiconducteur, le mercure, qui est liquide à la température ambiante, est utilisé comme moyen pour appliquer une pression de vapeur Hg au cristal II-VI comprenant l'atome de mercure Par conséquent, si l'ampoule est inclinée, le mercure se déplace, et il est difficile d'obtenir un profil des températures recherché Par conséquent, il faudrait traiter l'ampoule avec le plus grand soin possible de sorte que le rendement de travail est diminué défavorablement. De plus, comme représenté dans le profil des températures de la figure , le recuit devrait être effectué en maintenant le cristal 2 de Cd Hg Te 30 'C plus chaud que le réservoir de Hg, pour éviter que le Hg n'adhère à la paroi interne de l'ampoule, et ceci complique le procédé De plus, lorsque l'élément du groupe III est utilisé comme impureté donatrice, il agit comme un facteur de dispersion ou de diffusion, et la mobilité des porteurs n'est pas améliorée. La présente invention a pour objet de réaliser un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur, dans lequel les instruments et matériaux sont facilement maniés, avec un rendement de travail élevé, et un contrôle ou commande du type de conductivité d'un cristal semiconducteur II-VI comprenant du mercure, et de l'établissement de la jonction PN dans le cristal semiconducteur II-VI sont exécutés dans un procédé simple, sans utiliser une impureté donatrice. Conformément à un premier aspect de la présente invention, un élément du groupe II est diffusé dans un cristal II-VI comprenant du mercure, en utilisant un élément du groupe II ou un composé du groupe Il qui est solide à la température ambiante, comme source de diffusion pour commander le type de conductivité du cristal Par conséquent, les instruments et matériaux peuvent être facilement maniés, et un recuit pour la diffusion est effectué avec un profil des températures uniforme. Selon un deuxième aspect de la présente invention, une couche mince comprenant un élément du groupe II ou un composé du groupe II qui est solide à la température ambiante, est formée sur une surface d'un composé semiconducteur II-VI du type P, et ensuite le recuit est effectué pour diffuser l'élément du groupe II dans une région du composé semiconducteur II-VI du type P sur laquelle la couche mince est présente, pour convertir la région en type N par quoi une jonction PN est formée Par conséquent, les instruments et matériaux sont facilement maniés, et le recuit est effectué avec un profil des températures uniforme. 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 illustrant des modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: les figures 1 (a)-l(d) sont des représentations schématiques d'étapes dans un procédé pour commander un type de conductivité d'un cristal de Cd Hg Te en accord avec un premier mode de réalisation de la présente invention; les figures 2 (a) et 2 (b) sont des représentations schématiques d'étapes dans un procédé pour produire des jonctions PN dans un cristal de Cd Hg Te en accord avec un deuxième mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 est une représentation schématique pour expliquer un procédé de recuit dans lequel on utilise un four à recuire du type à tube ouvert en accord avec les premier et deuxième modes de réalisation de la présente invention; la figure 4 est une représentation schématique pour expliquer un procédé pour commander un type de conductivité d'un cristal de Cd Hg Te en accord avec l'art antérieur; la figure 5 est une représentation d'un profil des températures utilisé dans le procédé représenté sur la figure 4; les figures 6 (a) et 6 (b) sont des représentations schématiques d'étapes d'un procédé pour produire des jonctions PN dans un cristal de Cd Hg Te du type P en accord avec l'art antérieur; et les figures 7 (a)-7 (e) sont des vues en coupe d'étapes d'un procédé pour produire un groupement de photodiodes conformément à l'art antérieur. Les figures l(a)-l(d) sont des représentations schématiques illustrant des étapes d'un procédé pour fabriquer un dispositif à semiconducteur en accord avec un premier mode de réalisation de la présente invention Sur la figure 1, les mêmes références numériques que sur la figure 4 désignent les mêmes éléments ou des éléments correspondants Une couche mince de Zn 7 d'une épaisseur d'environ 1000 angstrôm est disposée sur une surface d'un cristal 2 de Cd Hg Te d'une épaisseur d'environ 10 microns. Tout d'abord, on prépare un cristal 2 de Cd Hg Te, représenté sur la figure 1 (a) On dépose ensuite un film mince de Zn 7 d'une épaisseur d'environ 1000 angstrôm sur la surface du cristal 2 de Cd Hg Te par vaporisation ou analogue, comme représenté sur la figure 1 (b) Ensuite, comme représenté sur la figure 1 (c), cette plaquette est chargée dans une ampoule 8, et l'ampoule 8 est évacuée à 10-6 torr Ensuite, la plaquette est recuite à 200 'C pendant vingt heures en utilisant le réchauffeur 12 Pendant le recuit, des particules Zn sont diffusées dans le cristal de Cd Hg Te et remplissent des vacances de Hg dans le cristal 2 de Cd Hg Te Après le recuit, la plaquette est sortie de l'ampoule 8 et la couche mince de Zn est retirée par attaque chimique, en réalisant un cristal 13 de Cd Hg Te du type N présentant une concentration des porteurs d'environ 1014 cm 73, comme représenté sur la figure 1 (d). Selon le premier mode de réalisation de la présente invention, du Zn qui est solide à la température ambiante, est utilisé pour remplir les accepteurs dans le cristal 2 de Cd Hg Te Plus particulièrement, la couche mince de Zn 7 est déposée sur le cristal 2 de Cd Hg Te et recuit pour diffuser les particules de Zn dans le cristal 2 de Cd Hg Te Par conséquent, les matériaux sont traités facilement, en augmentant le rendement de travail De plus, étant donné que le recuit est effectué à un profil des températures uniforme, le procédé est simplifié De plus, étant donné que le Zn est un élément du groupe II comme le Cd et Hg, il remplit un accepteur et se combine avec un élément du groupe VI de sorte que le Zn n'agit pas comme un facteur de dispersion ou de diffusion ce qui a pour résultat que la mobilité des porteurs est améliorée d'une façon significative. Les figures 2 (a) et 2 (b) sont des représentations schématiques illustrant des étapes d'un procédé pour produire des jonctions PN d'un groupement de photodiodes en accord avec un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Tout d'abord, comme représenté sur la figure 2 (a), une pluralité de couches minces de Zn dont chacune a une épaisseur d'environ 1000 angstrôm et un diamètre d'environ 1 à 30 microns sont réalisées sur une surface d'un cristal de Cd Hg Te 5 du type P ayant une épaisseur d'environ 10 microns par une technique de transcription Ensuite, cette plaquette est chargée dans l'ampoule de la même manière que décrit dans le premier mode de réalisation et recuite à 2000 C pendant environ dix heures Pendant le recuit, des particules de Zn sont diffusées dans des régions dans le cristal de Cd Hg Te 5 o les couches de Zn sont présentes, par quoi on obtient des régions du type N dont la concentration des porteurs est d'environ 1014 cm 73 Ainsi, des jonctions PN 6 sont formées à une profondeur d'environ 3 microns dans le cristal de Cd Hg Te 5, comme représenté sur la figure 2 (b). Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, bien que le cristal de Cd Hg Te 2 ( 5) avec la couche mince de Zn soit placé dans l'ampoule sous vide et recuit, un four à recuire du type à tube ouvert représenté sur la figure 3 peut être utilisé, parce que le Zn est solide à la température ambiante et il n'est pas nécessaire de tenir compte de la pression de vapeur, ce qui diffère du Hg Sur la figure 3, la référence numérique 10 désigne un tube de quartz et la référence numérique 14 désigne un cristal de Cd Hg Te sur lequel une couche mince de Zn est formée. Pendant le recuit, un gaz d'azote ou analogue est introduit dans le tube de quartz 10 pendant qu'on chauffe le tube de quartz à une température souhaitée par le réchauffeur 11, par quoi des particules de Zn sont diffusées dans le cristal de Cd Hg Te Etant donné que le tube ouvert 10 est utilisé à la place d'une ampoule, l'étape d'évacuation de l'ampoule est rendue superflue Par conséquent, ce procédé convient pour des plaquettes de grande taille. Cependant, dans ce cas, la reproductibilité du procédé est légèrement diminuée. Alors que dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, du Zn est utilisé comme élément du groupe II, d'autres éléments du groupe II ou des composés du groupe Il peuvent être utilisés en produisant les mêmes effets que ceux décrits ci-dessus. Alors que dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, le cristal de Cd Hg Te est utilisé comme un composé semiconducteur II-VI comprenant du Hg, d'autres composés semiconducteur II-VI comprenant du Hg peuvent être utilisés. Il ressort de la description qui précède, que conformément à la présente invention, un élément du groupe II tel que le Zn, est diffusé dans un cristal du groupe II-VI comprenant du Hg, en utilisant un élément du groupe II ou un composé du groupe II qui est solide à la température ambiante, comme source de diffusion, par quoi le type de conductivité du cristal du groupe II-VI comprenant du Hg est commandé, ou des jonctions PN sont formées dans le cristal du groupe II-VI comprenant du Hg Par conséquent, les instruments et matériaux peuvent être maniés facilement, ce qui a pour conséquence une augmentation du rendement de travail et de la productivité De plus, un recuit pour la diffusion est effectué sans utiliser un profil compliqué des températures, ce qui simplifie le procédé. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication d'un dispositif à semiconducteur d'un composé II-VI comprenant du mercure, caractérisé par les étapes consistant à: fabriquer un cristal II-VI en utilisant un élément du groupe Il, un élément du groupe VI et du mercure; et diffuser un élément du groupe II dans ledit cristal II-VI en utilisant comme source de diffusion un élément du groupe Il ou un composé du groupe II qui est solide à la température ambiante pour commander le type de conductivité dudit cristal II-VI. 2 Procédé pour produire un dispositif à semiconducteur comprenant une étape consistant à commander le type de conductivité d'un composé semiconducteur II-VI du type P comprenant du mercure, caractérisé par les étapes consistant à: déposer une couche mince comprenant un élément du groupe II ou un composé du groupe II qui est solide à la température ambiante, sur une surface dudit composé semiconducteur II-VI du type P; et exécuter un recuit pour diffuser ledit élément du groupe II de ladite couche mince dans ledit composé semiconducteur II-VI du type P, par quoi une région dudit composé semiconducteur II-VI du type P sur laquelle ladite couche mince est présente, est convertie en type N ce qui a pour résultat une jonction PN. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diffusion en phase solide est effectuée à la pression atmosphérique. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la diffusion en phase solide est effectuée à la pression atmosphérique. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément du groupe II est du zinc et que ledit composé du groupe II est un composé de zinc. 6 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément du groupe II est du zinc et que ledit composé du groupe II est un composé de zinc.