Brevet FR3078437A1 — publié le 20190830

B16813 - 17-GR3-0796 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 forme 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 B16813 - 17-GR3-0796 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 10 comprenant une zone en SiGe dont la concentration en germanium est graduelle. Selon un mode de réalisation, la concentration de germanium dans la zone de SiGe est décroissante depuis la face supérieure. 15 Selon un mode de réalisation, la jonction comprend une première région, d'un premier type de conductivité, et une deuxième région, d'un deuxième type de conductivité, la zone en SiGe constituant une partie de la première région. Selon un mode de réalisation, la zone en SiGe est en 20 contact avec la deuxième région. Selon un mode de réalisation, le premier type de conductivité est le type P et le deuxième type de conductivité est le type N. Selon un mode de réalisation, une partie inférieure de 25 la première région est en silicium du premier type de conductivité. Selon un mode de réalisation, la zone en SiGe est couplée électriquement à une prise de contact par l'intermédiaire d'une troisième région en silicium du premier type de conductivité. 30 Un autre mode de réalisation prévoit un modulateur comprenant une jonction PN telle que décrite précédemment. Selon un mode de réalisation, le modulateur est un modulateur de signaux lumineux. B16813 - 17-GR3-0796 3 Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'une jonction PN comprenant une zone en SiGe dont la concentration en germanium est graduelle. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une 5 étape de condensation de SiGe. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de croissance épitaxiale d'un bloc de SiGe sur une couche de silicium. Selon un mode de réalisation, le bloc de SiGe comprend 10 entre environ 25 et environ 45 % de germanium. Selon un mode de réalisation, le bloc de SiGe a une épaisseur comprise entre environ 40 et environ 200 nm. Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un modulateur comprenant la formation d'une jonction 15 PN tel que décrit précédemment. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation 20 avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, décrite précédemment, est une représentation schématique d'un modulateur de signaux lumineux ; la figure 2 est une vue de dessus d'un exemple de modulateur de signaux lumineux au sein d'un guide d'onde ; 25 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 réalisation d'un modulateur de signaux lumineux ; et les figures SA à 5D sont des vues en coupe illustrant 30 des étapes de fabrication du modulateur de la figure 4. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, B16813 - 17-GR3-0796 4 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 référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les 5 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., il est fait référence à l'orientation des éléments concernés dans 10 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 15 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. 20 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 25 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. 30 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 35 constitue la région du guide d'onde dans laquelle se propagent B16813 - 17-GR3-0796 5 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 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 couches 22 et 27 sont en oxyde de silicium, dont l'indice de 10 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 par rapport à d'autres composants voisins. 15 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 régions 30. La région 32 (en haut en figure 2 et à droite en 20 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 PN, constituant la zone active, sur le trajet des signaux lumineux 25 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 tension V. 30 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 tensions utilisées pour obtenir des mêmes gammes de déphasages. B16813 - 17-GR3-0796 6 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, 5 comme le modulateur 20, la couche 22 d'isolant située sur le 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. La région 32 (à droite en figure 4) est, comme en figure 3, en silicium dopé de type N (Si(N)) et couplée par sa région 30 à une source d'application d'un potentiel V. La région 34 comprend une zone 36 en silicium-germanium (SiGe(P)), couplée à la prise de contact et à la masse par une région 38 en silicium dopé de type P (Si(P)). Les prises de contact comprennent par exemple des plots de contact, non représentés, sur les régions 30, des vias non représentés traversant la couche 27 pour atteindre les plots. Le dopage de la région 32 est compris entre environ 1017 et environ 5.1019 cm-3, la région 30 étant plus dopée que le reste 20 de la région 32. Le dopage de la région 38 est comprise entre environ 5.1018 et environ 5.1019 cm-3. La zone 36 correspond à la partie de la région 34 située sur le trajet des signaux lumineux et éventuellement une partie de la région 34 située sous la tranchée 26. La zone 36 est donc 25 en contact avec la région 32. La zone de contact entre les régions 32 et 34, c'est-à-dire entre la zone 36 et la région 32, correspond sensiblement à un plan vertical. La concentration en germanium de la zone 36 est graduelle. La concentration varie progressivement entre la partie 30 supérieure de la zone 36 et sa partie inférieure. La partie supérieure a une concentration supérieure à celle de la partie inférieure. La partie inférieure peut avoir une concentration en germanium suffisamment faible pour que l'on considère que cette partie inférieure ne comprend pas de germanium. La partie 35 inférieure comprendrait alors uniquement du silicium. B16813 - 17-GR3-0796 7 Le dopage de la région 36 est compris entre environ 1017 et environ 3.1018 cm-3. Les inventeurs ont déterminés que, pour une même gamme de tensions V appliquées entre les régions 30, la gamme de 5 déphasages correspondant au mode de réalisation de la figure 4 est plus large, par exemple sensiblement deux fois plus large, 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 10 élevées dans le mode de réalisation de la figure 4 que dans l'exemple des figures 2 et 3. Plus précisément, pour une même 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 15 sensiblement égal à 5,4 pour une jonction PN en silicium et silicium-germanium. 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 20 lumineux. On aurait pu choisir de former une couche de silicium 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 25 cas d'une jonction verticale telle que celle de la figure 2. La capacité de la jonction serait alors plus élevée. De plus, seule une partie de la jonction serait en SiGe. Avec une capacité plus élevée, la vitesse du composant est dégradée et sa fréquence de coupure est réduite. 30 Les figures SA à 5D sont des vues en coupe illustrant des étapes de fabrication du modulateur de la figure 4. La figure SA illustre une étape de fabrication au cours de laquelle la couche 22 d'isolant est formée sur le substrat non représenté. La couche 24 de matériau semiconducteur, de préférence 35 en silicium, est ensuite formée sur la couche 22. La couche 24 a B16813 - 17-GR3-0796 8 par exemple une épaisseur comprise entre environ 100 et environ 400 nia. Un masque 42 est ensuite déposé sur la couche 24. Le masque 42 est par exemple en nitrure de silicium. Le masque 42 comprend une ouverture en regard d'au moins une partie de 5 l'emplacement où l'on veut former la zone 36. Un bloc 44 de SiGe est ensuite formé par croissance épitaxiale sur la couche 24 dans l'ouverture du masque 42. Le bloc 44 de SiGe a par exemple une épaisseur comprise entre environ 40 et environ 200 nia, de préférence entre 40 et 60 nia, de préférence 10 50 nia. Le bloc 44 comprend par exemple une concentration en germanium comprise entre environ 25 et environ 45 %, de préférence comprise entre 25 et 45 %, de préférence 35 %. La concentration de germanium est exprimée ici par un pourcentage représentant le nombre d'atomes de germanium par 15 rapport au nombre d'atomes de silicium. La figure 5B illustre une étape de condensation de SiGe. Au cours de cette étape, la structure représentée en figure SA est oxydée à une température suffisante pour que le germanium du bloc 44 se diffuse dans la couche 24 à travers l'ouverture. La concentration de germanium est donc graduelle dans la couche 24 sous le bloc 44 et est plus importante dans la zone directement sous le bloc 44. La concentration de germanium dans le bloc 44 diminue au cours de la condensation. Cette diminution dépend de la durée de la condensation. Si cette durée est suffisante, la concentration de germanium dans le bloc 44 peut être suffisamment faible pour que l'on considère que le bloc est en oxyde de silicium. Selon la température et la durée de la condensation, il 30 est possible que la partie inférieure de la couche 24 sous le bloc 44 ne comprennent pas de germanium. La température de condensation est par exemple comprise entre environ 700 °C et 110 °C, de préférence entre 850 °C et 1000°C. La durée de la condensation est par exemple comprise entre 35 30 minutes et 6 heures. B16813 - 17-GR3-0796 9 La figure 5C illustre une autre étape de fabrication. Au cours de cette étape, le bloc 44 et le masque 42 sont retirés. Les tranchées 26 sont ensuite gravées dans la couche 24. Une des tranchées 26 peut être partiellement formée dans la zone 36. 5 L'autre tranchée est formée de telle manière que la région 28 située entre les tranchées 26 comprenne une partie 46 en silicium sans germanium s'étendant sur toute la hauteur de la couche 24 et au moins une partie de la zone 36. Les tranchées 26 sont formées de manière à être entre la région 28 et les régions 30. 10 La couche 24 est ensuite recouverte de la couche isolante 27. La figure 5D illustre une autre étape de fabrication. Au cours de cette étape, la région 34, constituée de la zone 36 en SiGe et de la région 38 en silicium, est dopée de type P et la 15 région 32, comprenant entre autres la partie 46, est dopée de type N. Des plots de connexion 48 sont formés sur les régions 30 et des vias 50 traversent la couche 27 de manière à atteindre les plots 48. Il est ainsi possible d'appliquer une tension entre 20 les régions 30 par l'intermédiaire des vias 50 et des plots 48. 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. 25 De plus, il est possible que les prises de contact soient 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 30 combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité REVENDICATIONS1. Jonction PN comprenant une zone (36) en SiGe dont la concentration en germanium est graduelle. 2. Jonction selon la revendication 1, dans laquelle la concentration de germanium dans la zone de SiGe est décroissante 5 depuis la face supérieure. 3. Jonction selon la revendication 1 ou 2, comprenant une première région (32), d'un premier type de conductivité, et une deuxième région (34), d'un deuxième type de conductivité, la zone en SiGe constituant une partie de la première région. 10 4. Jonction selon la revendication 3, dans laquelle la zone en SiGe est en contact avec la deuxième région. 5. Jonction selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le premier type de conductivité est le type P et le deuxième type de conductivité est le type N. 15 6. Jonction selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle une partie inférieure de la première région est en silicium du premier type de conductivité. 7. Jonction selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans laquelle la zone en SiGe est couplée électriquement à 20 une prise de contact par l'intermédiaire d'une troisième région (38) en silicium du premier 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 comprenant une zone en SiGe dont la concentration en germanium est graduelle. 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant une étape de condensation de SiGe. 30 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, comprenant une étape de croissance épitaxiale d'un bloc (44) de SiGe sur une couche de silicium (24). B16813 - 17-GR3-0796 11 13. Procédé selon la revendication 12, dans laquelle le bloc de SiGe comprend entre environ 25 et environ 45 % de germanium. 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel 5 le bloc de SiGe a une épaisseur comprise entre environ 40 et environ 200 nia, de préférence entre 40 et 60 nia, de préférence 50 nm . 15. Procédé de fabrication d'un modulateur comprenant la formation d'une jonction PN selon l'une quelconque des 10 revendications 10 à 14.