FR2458899A1 - Procede de production de regions de haute resistivite dans le corps d'un dispositif semi-conducteur - Google Patents

Procede de production de regions de haute resistivite dans le corps d'un dispositif semi-conducteur Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PRODUCTION DE REGIONS DE HAUTE RESISTIVITE DANS LE CORPS D'UN DISPOSITIF SEMI-CONDUCTEUR. LEDIT PROCEDE CONSISTE A PRODUIRE DES REGIONS 2 DE HAUTE RESISTIVITE DANS L'ARSENIURE DE GALLIUM 1 ET D'AUTRES COMPOSES SEMBLABLES ET CRISTAUX MIXTES MANIFESTANT UN COMPORTEMENT ELECTRIQUE ANALOGUE A CELUI DE L'ARSENIURE DE GALLIUM ET DANS LEQUEL DES DEUTERONS 6 SONT IMPLANTES DANS UN SUBSTRAT CONSTITUE PAR LE CORPS SEMI-CONDUCTEUR 1 AVEC DES ENERGIES ALLANT JUSQU'A UNE VALEUR MAXIMALE CORRESPONDANT A LA PROFONDEUR VOULUE DE PENETRATION DANS CE DERNIER. APPLICATION A LA PRODUCTION DE DISPOSITIFS SEMI-CONDUCTEURS DESTINES A DES APPAREILS ELECTRONIQUES MENAGERS.

Description

La présente invention concerne en particulier des dispositifs semi-conducteurs réalisés à partir de l'arséniure de gallium et autres coniposés semblables et cristaux mixtes qui manifestent un comportement électrique analogue à celui de l'arséniure de gallium.
L'arséniure de gallium et les matières semblables susmentionnées prennent de plus en plus d'importance comme matières semi-conductrices, en particulier pour des dispositifs qui fonctionnent à des fréquences équivalant au domaine des micro-ondes du spectre électromagnétique et dans des dispositifs optiques tels que des diodes photoluminescentes, des lasers et des photodiodes.
Pour réaliser de tels dispositifs, il peut être indispensable de produire des régions de haute résistivité dans un substrat présentant généralement une plus faible résistivité. Un moyen de le réaliser consiste à bombarder des régions appropriées d'un corps en arséniure de gallium avec des protons à travers un cache qui est formé à la surface du corps d'arséniure de gallium par des techniques qui sont bien connues dans le domaine des semi-conducteurs.Bien que les dispositifs réalisés de cette manière soient intéressants à cause de la mobilité relativement grande des protons dans l'arséniure de gallium, la température maximale de fonctionnement en continu des dispositifs dont le corps d'arséniure de gallium a subi une implantation de protons, est d'environ 3000C. A des température#s de fonctionnement approchant cette valeur, des sites d'impuretés dans le réseau d'arséniure de gallium, auxquels les protons sont associés, sont éliminés par recuit et par conséquent, il en résulte une perte des pièges de porteurs constitués par les complexes protonsimpuretés, et une augmentation de la conductivité. Finalement, le dispositif tombe en panne.
La demande de brevet 79 04 342 déposée le 7 février 1979 décrit un procédé de production de régions de haute résistivité dans un corps ou substrat semi-conducteur en une matière du type décrit, ledit procédé consistant à implanter des protons dans lesdites régions du substrat avec des énergies allant jusqu'à une valeur maximale correspondant à une profon deur voulue de pénétration des protons dans le substrat et à implanter des deutérons dans lesdites régions du substrat avec des énergies assurant une profondeur de pénétration identique à celle des protons.
L'invention concerne également un dispositif semiconducteur réalisé à partir d'un corps de matière semi-conductrice qui a été traité selon l'invention.
Les régions de haute résistivité produites par le procédé ci-dessus présentent une excellente stabilité aux teapératures élevées et les dispositifs conviennent donc pour être utilisés dans des conditions rigoureuses. Toutefois, le procédé est long et par suite, les dispositifs résultants sont coûteux, ce qui pourrait interdire leur utilisation dans des appareillages électroniques -domestiques dans lesquels le prix a une grande importance et une stabilité aux très hautes températures n'est pas indispensable.
Selon la présente invention, un procédé de production de régions de haute résistivité dans un corps ou substrat semi-conducteur du type-décrit, consiste à n'implanter que des deutérons dans le corps ou substrat avec des énergies allant jusqu'à une valeur maximum correspondant à la profondeur voulue de pénétration dans ledit corps ou substrat.
L'augmentation de la résistivité est en rapport avec la quantité de deutérons implantés dans le corps ou substrat. Des doses convenables sont comprises dans une plage allant de 10 à 101 deutérons par cm2 2 une dose préférée à une seule énergie est comprise entre 1013 et lol4 deutérons par ci . Pour obtenir une région de grande résistivité à une profondeur d'environ 10 pm, il est préférable d'implanter une dose totale allant jusqu'à environ 1015 /cm2 avec des énergies comprises entre 0,1 et 1,0 MeV.
Bien que la matière de haute résistivité produite par le procédé de la présente invention puisse ne pas avoir la même stabilité aux hautes températures que celle produite par le procédé décrit dans la demande de brevet précitée, elle convient parfaitement pour des conditions d'utilisation moins rigoureuses et le procédé est moins coûteux à mettre en oeuvre que le procédé antérieur, en assurant ainsi la production de dispositifs moins onéreux. En particulier, étant donné qu'il est possible d'utiliser dans la plupart des cas des doses de deutérons qui sont d'environ deux ordres de grandeur inférieures aux doses correspondantes de protons, il est possible d'obtenir une augmentation très importante de la vitesse de traitement.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels
la figure 1 représente schématiquement un appareil dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre
la figure 2 représente une variante d'un composant de la forme de réalisation de la figure 1
la figure 3 est un diagramme montrant la résistivité de l'arséniure de gallium ayant subi une implantation de deutérons en comparaison de l'arséniure de gallium ayant subi une implantation de protons.
On va se référer à la figure 1 qui représ#ente un corps 1 d'arséniure de gallium dans lequel il s'agit de former une région 2 de haute résistivité entre deux régions 3 de faible résistivité au cours d'une phase du procédé de production d'un dispositif semi-conducteur. Le corps 1 est placé sur une table de travail 4 qui est destinée à être déplacée à diverses vitesses par un mécanisme non représenté. Un masque 5 est fixé à la table au-dessus du corps 1 et est destiné à exposer la région 2 à l'action d'un faisceau de deutérons 6 engendrés par une source moléculaire non représentée. Le masque 5 est suffisamment épais pour intercepter la plupart des deutérons de grande énergie du faisceau 6. Un autre système de marquage qui n'est pas représenté consisterait à déposer une matière de masquage sur la surface du corps 1 à l'exception de la zone 2.Au-dessus de la table mobile 4 est disposé un coin fixe 7 supporté par un mince substrat 8 et fixé à un écran 9 qui ne permet au faisceau 6 de ne passer qu'à travers le coin 7 pour atteindre le corps 1. L'épaisseur du coin 7 varie de sorte que les deutérons du faisceau 6 qui traversent ledit coin et le substrat 8 avec une énergie d'environ 2,0 MeV en sortiraient avec des énergies comprises entre 1,0 MeV à l'extrémité-la plus mince et 0,1 MeV à l'extrémité la plus épaisse.Ainsi, lorsque le corps 1 passe sous le fais ce au, il est soumis à une implantation de deutérons à une énergie continuellement décroissante et grâce à ce moyen et au réglage de la vitesse de déplacement de la table 4, la dose voulue de deutérons est implantée à des énergies variant entre 0,1 et 1,0 MeV de manière à obtenir une région uniforme 2 de grande résistivité ayant l'épaisseur voulue, c'est-àdire environ 10 pm.
Le faisceau 6 de deutérons présente une intensité de courant allant jusqu'à 0,2 pA/cm2, qui est limitée par la nécessité d'éviter un chauffage excessif du corps 1 qui pourrait provoquer l'élimination par recuit des défauts ou impuretés dus au rayonnement par suite du bombardement, et qui sont considérés comme étant la cause majeure des effets du procédé de la présente invention. Il est possible d'implanter des doses ioniques de 10 15/cl2 en 15 minutes environ et une dose de 10 13/cl2 en moins de 10 secondes. Ainsi, avec un corps I d'arséniure de gallium dopé à raison d'environ 1018/cl3, il est possible d'obtenir une région 2 de grande résistivité à une profondeur d'environ 10 pm en 15 minutes environ.Dès que l'implantation cu corps 1 est terminée, il est enlevé de l'appareil et traité d'une manière normale pour réaliser un dispositif semi-conducteur.
Dans certains cas, une seule énergie du faisceau de deutérons suffit pour l'application aux dispositifs et dans ce cas, il est possible de supprimer le coin 7 et le mouvement de la table 4 ; il serait possible dans des cas appropriés de traiter le corps 1 en ne l'exposant que pendant quelques secondes au faisceau de deutérons. Si nécessaire, il serait possible d'utiliser plusieurs énergies individuelles.
Dans une variante de l'appareil, qui n'est pas représentée, le corps 1 est maintenu immobile et un coin analogue à celui désigné par 7 est déplacé en travers du faisceau pour obtenir les effets décrits plus haut.
La figure 2 montre un autre mode opératoire dans lequel il est possible de faire varier l'énergie des deutérons implantés. Le coin 7 est remplacé par un ensemble 10 de clin quants de mme épaisseur qui, en fait, forment un coin étagé.
Ce coin étagé est utilisé exactement de la même manière que le coin 7 à section continuellement décroissante précédemment décrit.
Toutes ces formes de réalisation de l'appareil peuvent être utilisées pour le traitement de semi-conducteurs autres que l'arséniure de gallium et matières semblables et en utilisans des faisceaux autres que ceux de deutérons pour produire des faisceaux de plus d'une énergie sans réglage des potentiels d'accélération.
On constate que la résistivité finale de la matière ayant subi l'implantation dépend à la fois du dopant de la matière de départ et de sa concentration. I1 peut se produire une variation de la résistivité de la matière ayant subi l'implantation dans une plage d'un ordre de grandeur, comme le montre le tableau ci-après, qui indique les résistivités initiale et finale d'un certain nombre d'échantillons différents d'arséniure de gallium. Même la plus faible valeur de la résistivité finale indiquée est d'environ huit ordres de grandeur plus élevée que celle de la matière de départ. Ceci convient parfaitement pour la production de la plupart des dispositifs. Le tableau donne également la température à laquelle il se produit une rupture.On voit que cela également convient pour la plupart des applications.
Figure img00060001
<tb> Matière <SEP> GaAs <SEP> GaAs <SEP> GaAs <SEP> GaAs <SEP> GaAs <SEP> GaAs <SEP> GaAs
<tb> Dopant <SEP> Te <SEP> Ge <SEP> Te/Co <SEP> Sn <SEP> Se <SEP> S <SEP> Si
<tb> Densité <SEP> 2 <SEP> du <SEP> dopant <SEP> 18 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 6 <SEP> lB <SEP> 16 <SEP> 18 <SEP>
<tb> (par <SEP> cm <SEP> 10 <SEP> 2x10 <SEP> 10 <SEP> 6X106 <SEP> 5il0 <SEP> 6x1 <SEP> 2X1018 <SEP>
<tb> Résistivité <SEP> ini- <SEP> -2 <SEP> -2 <SEP> -2 <SEP> -2 <SEP> -2 <SEP> -l <SEP> -2
<tb> tiale <SEP> (9cl) <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 10~2 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> lD-l <SEP> 10
<tb> Densité2de <SEP> D+ <SEP> 13 <SEP> 13 <SEP> <SEP> 1013 <SEP> 13 <SEP> 13 <SEP> <SEP> 1013 <SEP> 1013
<tb> (par <SEP> cm <SEP> ) <SEP> 10 <SEP> <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP>
<tb> Résistivité <SEP> finale
<tb> (MQcm) <SEP> 1,6 <SEP> 16,0 <SEP> 23,0 <SEP> 75,0 <SEP> 3,0 <SEP> 86,0 <SEP> 80,0
<tb> Température <SEP> de
<tb> recuit <SEP> jusqu'à
<tb> défaillance <SEP> ( C) <SEP> 400 <SEP> 600 <SEP> 500 <SEP> 600 <SEP> 400 <SEP> 600 <SEP> 450
<tb>
La figure 3 montre la variation de la résistivité de l'arséniure de gallium en fonction de la dose ionique tant pour les protons que pour les deutérons. On voit que les deutérons donnen#t une résistivité maximale qui est environ huit fois supérieure à celle de l'arséniure de gallium ayant subi une implantation de protons à une dose qui est inférieure de deux ordres de grandeur.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Procédé de production de régions de grande résistivité dans un corps ou substrat semi-conducteur en ar- séniure de gallium ou autre composé semblable et cristaux mixtes manifestant un comportement électrique analogue à celui de l'arséniure de gallium, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à n'implanter que des deutérons dans lesdites régions du corps ou substrat avec des énergies allant jusqu'à une valeur maximale correspondant à une profondeur voulue de pénétration dans ledit corps ou substrat.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est en arséniure de gallium.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre des deutérons implantés dans le substrat est compris entre 1012 et 1016 par cm2.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé
15 2 en ce qu'une dose totale de deutérons de 10 par cm est implantée avec des énergies comprises entre 0,1 et 1,0 MeV.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les énergies des deutérons varient continuellement entre 0,1 et 1,0 MeV.
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé 13 en ce que la dose de deutérons est comprise entre 10 et 1014 par cm2 et en ce que les deutérons sont implantés avec une seule énergie.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'arséniure de gallium est dopé initialement, de façon à présenter une résistivité de l'ordre de 10 2 Qcm.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deutérons sont implantés sous la forme d'un faisceau dont l'intensité du courant est de 0,2 #A/cm2.
9. Dispositif semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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