Brevet FR3078440A1 — publié le 20190830

B16991 - 18-GR3-0101 1 JONCTION PN Domaine La présente description concerne de façon générale la fabrication des composants électroniques et plus particulièrement la réalisation de jonctions PN. La présente description s'applique plus particulièrement aux jonctions PN utilisées dans des modulateurs de signaux lumineux. Exposé de l'art antérieur Les fibres optiques permettent le transfert de données sous la fo= de signaux lumineux qui sont ensuite convertis en 10 signaux électriques. Chaque fibre optique est associée, en amont dans le sens de la transmission, avec un modulateur et, en aval, avec une photodiode. Le modulateur permet de moduler une caractéristique du signal lumineux transmis dans la fibre optique pour qu'elle 15 soit représentative des données à transmettre. La figure 1 représente schématiquement un modulateur 10. Le modulateur 10 reçoit à une première entrée 12 un signal lumineux fourni par une source constante. Le modulateur comprend, de plus, des bornes 14 et 16 entre lesquelles est appliquée une tension V. 20 Dans l'exemple de la figure 1, la borne 14 est couplée à une source d'application d'un potentiel -V, et la borne 16 est couplée B16991 - 18-GR3-0101 2 à la masse. Le modulateur 10 fournit à une sortie 18 un signal lumineux dont le déphasage 9(V) dépend de la tension V. La tension V varie par exemple entre une valeur haute représentant une valeur logique 1 et une valeur basse représentant 5 une valeur logique 0. La tension V, donc le déphasage du signal lumineux 9(V), sont alors représentatifs de données en format binaire. Résumé Un mode de réalisation prévoit une jonction PN verticale 10 comprenant une première région divisée en une partie supérieure en silicium-germanium et une partie inférieure en silicium. Selon un mode de réalisation, la première région est en un premier type de conductivité. Selon un mode de réalisation, le premier type de 15 conductivité est le type P. Selon un mode de réalisation, la première région est en contact avec une deuxième région, d'un deuxième type de conductivité. Selon un mode de réalisation, la deuxième région est 20 entièrement en silicium. Selon un mode de réalisation, la première région est couplée électriquement à une prise de contact par l'intermédiaire d'une troisième région et la deuxième région est couplée électriquement à une autre prise de contact par l'intermédiaire 25 d'une quatrième région. Selon un mode de réalisation, la troisième région est dopée du premier type de conductivité et la quatrième région est dopée du deuxième type de conductivité. Un autre mode de réalisation prévoit un modulateur 30 comprenant une jonction PN telle que décrite précédemment. Selon un mode de réalisation, le modulateur est un modulateur de signaux lumineux. Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'une jonction PN verticale comprenant une première B16991 - 18-GR3-0101 3 région dont une partie supérieure est en silicium-germanium et une partie inférieure est en silicium. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de gravure d'une cavité, le fond de la cavité étant constitué 5 de silicium. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de croissance épitaxiale de silicium-germanium dans la cavité. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des 10 étapes de dopage de la première région en un premier type de conductivité et d'une deuxième région, en un deuxième type de conductivité, en contact avec la première région. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, 15 seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, décrite précédemment, est une représentation schématique d'un modulateur de signaux lumineux ; 20 la figure 2 est une vue de dessus d'un exemple de modulateur de signaux lumineux au sein d'un guide d'onde ; la figure 3 est une vue en coupe selon le plan B-B du convertisseur de la figure 2 ; la figure 4 est une vue en coupe illustrant un mode de 25 réalisation d'un modulateur de signaux lumineux ; et les figures SA à 5D sont des vues en coupe illustrant des étapes de fabrication du modulateur de la figure 4. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes 30 références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait 35 référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les B16991 - 18-GR3-0101 4 termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., 5 il est fait référence à l'orientation des éléments concernés dans les figures. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "environ", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie que ces éléments sont directement connectés sans élément intermédiaire autre que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être directement reliés (connectés) ou reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Les figures 2 et 3 sont respectivement une vue de dessus d'un exemple de modulateur 20 au sein d'un guide d'onde et une vue en coupe selon le plan B-B de la figure 2. Un substrat non représenté, par exemple en silicium, est recouvert d'une couche d'isolant 22 (figure 3). La couche 22 est recouverte d'une couche 24 en matériau semiconducteur, de préférence en silicium. Des tranchées 26 sont formées dans la couche 24. Les tranchées 26 sont remplies d'isolant. Une couche d'isolant 27 (non représentée en figure 2), de préférence en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium, recouvre la couche 24. Une région 28 est délimitée horizontalement par les tranchées 26 et verticalement par les couches 22 et 27. Chaque tranchée 26 est, de plus, située entre la région 28 et une région 30, située en périphérie de la couche 24. La hauteur des tranchées 26 est inférieure à l'épaisseur de la couche 24. La région 28 constitue la région du guide d'onde dans laquelle se propagent les signaux lumineux. Une extrémité de la région 28 du guide d'onde correspond à l'entrée 12 et l'autre correspond à la sortie 18. Les signaux lumineux se propagent donc dans la région 28 de l'entrée 12 à la sortie 18. Le silicium est transparent pour les B16991 - 18-GR3-0101 5 longueurs d'onde considérées et l'isolant des tranchées 26 et des couches 22 et 27 est choisi de manière à avoir un indice de réfraction suffisamment différent de celui du silicium pour contenir le signal lumineux. Par exemple, les tranchées 26 et les 5 couches 22 et 27 sont en oxyde de silicium, dont l'indice de réfraction est de 1,45, alors que celui du silicium est de 3,5. Des tranchées isolantes non représentées sont situées au niveau des côtés extérieurs des régions 30. Ces tranchées atteignent la couche 22 de manière à individualiser le modulateur 10 par rapport à d'autres composants voisins. Une section du guide d'onde, délimitée par des pointillés en figure 2, constitue le modulateur 20. Cette section comprend des première 32 et deuxième 34 régions, en contact l'une avec l'autre dans la région 28 et comprenant chacune une des 15 régions 30. La région 32 (en haut en figure 2 et à droite en figure 3) est dopée de type N et est couplée par sa région 30 à une source d'application d'un potentiel V. La région 34 (en bas en figure 2 et à gauche en figure 3) est dopée de type P et est couplée à la masse. Ainsi, le modulateur 20 comprend une jonction 20 PN, constituant la zone active, sur le trajet des signaux lumineux se propageant entre l'entrée 12 et la sortie 18. La variation du déphasage 9(V) est obtenue en faisant varier l'indice optique du silicium dans la zone active. Cette variation d'indice optique est obtenue en faisant varier la 25 tension V. Par exemple, dans les technologies actuelles, les tensions appliquées sont par exemple comprises entre 0 V et 2,5 V pour un déphasage compris entre 10 °/mm et 25 °/mm. On souhaiterait pouvoir diminuer les valeurs des 30 tensions utilisées pour obtenir des mêmes gammes de déphasages. La figure 4 est une vue en coupe illustrant un mode de réalisation d'un modulateur 40 de signaux lumineux. Le modulateur 40 est situé au sein d'un guide d'onde similaire à celui dans lequel est situé le modulateur 20. Le modulateur 40 comprend donc, 35 comme le modulateur 20, la couche 22 d'isolant située sur le B16991 - 18-GR3-0101 6 substrat non représenté et la couche 24 de matériau semiconducteur, de préférence en silicium, sur la couche 22. Le modulateur comprend de plus les tranchées 26 délimitant les régions 28 et 30. 5 La région 32, dopée de type N (à droite en figure 4), comprend une région 42 (Si (N)) et une région 44 (Si(N+)). La région 42 est située au moins partiellement sur le trajet des signaux lumineux. La région 44 est plus fortement dopée que la région 42, et comprend la région 30. La région 42 est couplée 10 électriquement à des prises de contact non représentés et à une source d'application d'un potentiel V par la région 44. Le dopage de la région 42 est par exemple compris entre 1017 cm-3 et 3.1018 cm-3. Le dopage de la région 44 est par exemple compris entre 5.1018 cm-3 et 5.1019 cm-3. 15 La région 34, dopée de type P (à gauche en figure 4), comprend une région 46 en contact avec la région 42, sur le trajet des signaux lumineux, et une région 48 (Si (P)) comprenant la région 30. La région 46 est couplée à des prises de contact non représentées, et à la masse, par la région 48. 20 Selon un mode de réalisation, la région 46 comprend une partie supérieure 47 en silicium-germanium (SiGe(P)) et une partie inférieure 49 en le matériau de la région 48, de préférence en silicium. Le dopage de la région 46 (région 47 et région 49) est 25 par exemple compris entre 1017 cm-3 et 3.1018 cm-3. Le dopage de la région 48 est par exemple compris entre 5.1018 cm-3 et 5.1019 - cm3 . La hauteur de la partie 49 est par exemple comprise entre environ 2 % et environ 50 % de la hauteur de la couche 24, 30 de préférence entre 10 % et 20 %. Par exemple la partie 47 a une hauteur comprise entre environ 50 nia et 300 nia, et la partie 49 a une hauteur comprise entre 5 nm et 150 nia. Les prises de contact non représentées comprennent par exemple des plots de contact sur les régions 30, et des vias 35 traversant la couche 27 pour atteindre les plots. B16991 - 18-GR3-0101 7 La zone de contact entre les régions 32 et 34, c'est-à-dire entre la région 46 et la région 42, correspond sensiblement à un plan vertical, c'est-à-dire un plan orthogonal à la face inférieure de la couche 24. On définit donc une jonction PN 5 verticale comme une jonction PN dont la zone de contact entre la région dopée de type N et la région dopée de type P est sensiblement verticale. Dans le mode de réalisation de la figure 4, la jonction est exclusivement verticale c'est-à-dire qu'elle ne comprend pas de zone dans un autre plan. En particulier, la 10 jonction ne comprend pas de jonction ayant la forme d'un L. Les inventeurs ont déterminés que, pour une même gamme de tensions V appliquées entre les régions 30, la gamme de déphasages correspondant au mode de réalisation de la figure 4 est plus large, par exemple sensiblement deux fois plus large, 15 que la gamme de déphasages dans le cas d'une structure telle que celle décrite en figures 2 et 3. C'est-à-dire que, pour obtenir une gamme de déphasages donnée, les tensions à utiliser sont moins élevées dans le mode de réalisation de la figure 4 que dans l'exemple des figures 2 et 3. Plus précisément, pour une même 20 gamme de tensions V appliquées, le quotient de la gamme de déphasages sur la gamme de pertes est par exemple sensiblement égal à 2,5 pour une jonction PN en silicium, et par exemple sensiblement égal à 5,4 pour une jonction PN en silicium et silicium-germanium. 25 Ainsi, un avantage du mode de réalisation de la figure 4 par rapport à l'exemple des figures 2 et 3, est qu'il consomme moins d'énergie pour obtenir les mêmes déphasages de signaux lumineux. On aurait pu choisir de former une couche de silicium 30 germanium, par exemple dopé de type P, sur une jonction PN en silicium telle que celle de la figure 3. Cependant, la jonction PN aurait alors une forme de L et serait plus longue que dans le cas d'une jonction verticale telle que celle de la figure 2. La capacité de la jonction serait alors plus élevée. De plus, seule 35 une partie de la jonction serait en SiGe. La gamme de tensions B16991 - 18-GR3-0101 8 utilisées pour une même gamme de déphasages serait alors plus élevée que celle utilisée pour le mode de réalisation de la figure 4. Avec une capacité plus élevée, la vitesse du composant est dégradée et sa fréquence de coupure est réduite. 5 Les figures aA à 5D sont des vues en coupe illustrant des étapes de fabrication du modulateur de la figure 4. La figure aA illustre une étape au cours de laquelle la couche 22 d'isolant est formée sur le substrat non représenté. La couche 24 de matériau semiconducteur est formée sur la couche 22. 10 Les tranchées 26 sont ensuite formées dans la couche 24 de manière à délimiter la région 28, entre elles, et les régions 30, en périphérie. Une couche 50 d'isolant est ensuite formée sur la couche 24. L'épaisseur de la couche 50 est choisie de manière à ce qu'elle remplisse les tranchées 26 et recouvre la couche 24. 15 La figure 5B est une étape postérieure au cours de laquelle un masque 52 est formé sur la couche 24. Le masque 52 comprend une ouverture 54 en regard d'une partie de la couche 24 où l'on souhaite former la région 42. La partie où l'on souhaite former la région 42 est ensuite dopée de type N à travers 20 l'ouverture 54. Les régions 44, 46, 49 et 48 sont ensuite dopées. La figure 5C illustre une étape au cours de laquelle le masque 52 est retiré et un masque 56 est formé sur la couche 50. Le masque 56 comprend une ouverture 58 en regard d'une partie de 25 la couche 24 où l'on souhaite former la région 46. Une cavité 60 est ensuite gravée dans la couche 24 à travers l'ouverture 58. Les dimensions de la cavité 60 correspondent sensiblement aux dimensions voulues de la partie 47 de la région 46. Ainsi, la cavité 60 n'atteint pas la couche 22 30 d'isolant et la partie de la couche 24 située sous la cavité 60 constitue la partie 49. La figure 5D illustre une étape au cours de laquelle le masque 56 est retiré. La cavité 60 est ensuite remplie par du SiGe dopé de 35 type P in-situ. Le procédé utilisé est une épitaxie sélective de B16991 - 18-GR3-0101 9 SiGe. Le SiGe est par exemple dopé entre environ 10 % et 40 %, de préférence 30 %. Une étape de gravure sélective du SiGe par rapport au silicium et à l'oxyde de silicium peut ensuite être réalisée pour égaliser la hauteur de la partie 47 en SiGe (P) par rapport 5 à la région 42 en silicium (N). Une couche d'isolant est ensuite formée sur la couche 50 de manière à former la couche d'isolant 27. Des plots de connexion 62 sont formés sur les régions 30 et des vias 64 traversent la couche 27 de manière à atteindre 10 les plots 62. Il est ainsi possible d'appliquer une tension entre les régions 30 par l'intermédiaire des vias 64 et des plots 62. Un avantage de ce mode de réalisation est que la partie 49 permet une croissance plus rapide du silicium-germanium dans la cavité 60. 15 Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les types de dopage P et N peuvent être inversés. De plus, il est possible que les prises de contact soient 20 toutes connectées à des sources d'application de tensions et qu'aucune ne soit connectée à la masse. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et 25 variantes sans faire preuve d'activité REVENDICATIONS1. Jonction PN verticale comprenant une première région (46) divisée en une partie supérieure (47) en silicium-germanium et une partie inférieure (49) en silicium. 2. Jonction selon la revendication 1, dans laquelle la 5 première région (46) est en un premier type de conductivité. 3. Jonction selon la revendication 2, dans laquelle le premier type de conductivité est le type P. 4. Jonction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la première région est en contact avec une 10 deuxième région (42), d'un deuxième type de conductivité. 5. Jonction selon la revendication 4, dans laquelle la deuxième région est entièrement en silicium. 6. Jonction selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle la première région est couplée électriquement à une prise de 15 contact par l'intermédiaire d'une troisième région (48) et la deuxième région est couplée électriquement à une autre prise de contact par l'intermédiaire d'une quatrième région (44). 7. Jonction selon la revendication 6, dans laquelle la troisième région (48) est dopée du premier type de conductivité 20 et la quatrième région (44) est dopée du deuxième type de conductivité. 8. Modulateur comprenant une jonction PN selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Modulateur selon la revendication 8, le modulateur 25 étant un modulateur de signaux lumineux. 10. Procédé de fabrication d'une jonction PN verticale comprenant une première région (46) dont une partie supérieure (47) est en silicium-germanium et une partie inférieure (49) est en silicium. 30 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant une étape de gravure d'une cavité (60), le fond de la cavité étant constitué de silicium. B16991 - 18-GR3-0101 11 12. Procédé selon la revendication 11, comprenant une étape de croissance épitaxiale de silicium-germanium dans la cavité. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 5 à 12, comprenant des étapes de dopage de la première région en un premier type de conductivité et d'une deuxième région (42), en un deuxième type de conductivité, en contact avec la première région.