FR2573918A1 - Procede de diffusion selective d'impuretes dans un support semi-conducteur - Google Patents
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Abstract
A.PROCEDE DE DIFFUSION SELECTIVE D'IMPURETES DANS UN SUPPORT SEMI-CONDUCTEUR. B.CARACTERISE EN CE QU'ON APPLIQUE UN MASQUE DE DIFFUSION 3 SUR LE SUPPORT SEMI-CONDUCTEUR COMPOSE 1 DE FACON QUE LA COUCHE CONTENANT L'OXYGENE 2 A L'INTERFACE ENTRE LE MASQUE 3 ET LE SUPPORT 1 PRESENTE UNE EPAISSEUR INFERIEURE A 20A ET ON DIFFUSE L'IMPURETE 6 A TRAVERS LE MASQUE DANS LE SUPPORT 1.
Description
Procédé de diffusion sélective d'impuretés dans un
support semi-conducteur ".
La présente invention concerne un procédé de diffusion sélective d'impuretés dans un sup-
port semi-conducteur.
Domaine de l'invention:
L'invention concerne de façon géné-
rale un procédé de diffusion sélective d'impuretés telles que du zinc dans un support semi-conducteur composé tel que de l'arsen!ure de gallium (GaAs) pour réaliser des
zones d'implantation définies de façon précise.
Description de l'art antérieur:
Récemment dans la fabrication des semi-conducteurs, on utilise des composés semi-conducteurs
tels que de 1"arseniurede gallium (GaAs). Pour la fabri-
cation de tels dispositifs, il est nécessaire de diffuser
sélectivement des impuretés dans le support.
Selon un exemple caractéristique de l'art antérieur, on dépose un film isolant de silice SiO2 par procédé de dépôt chimique à la vapeur (CVD) sur le support GaAs et on forme une fenêtre de diffusion dans le film par attaque photochimique. En utilisant le film isolant SiO2 comme masque de diffusion sélective, on diffuse des impuretés telles que du zinc dans le support
pour former des zones de diffusion nécessaires. Toute-
fois, les impuretés ont tendance à diffuser transversale-
ment sur une certaine distance à l'interface entre le
film de silice SiO2 au voisinage de la fenêtre de diffu-
sion et le support GaAs, ce qui donne une diffusion anor-
male rendant difficile le réglage de la dimension de la surface de la zone de diffusion. L'expression "diffusion transversale anormale" signifie que le rapport entre la
distance transversale de diffusion au voisinage de l'in-
terface-masque-support est important par rapport à la
profondeur verticale de diffusion. Si la distance trans-
versale de diffusion est appelée x et la profondeur verticale de diffusion est appelée y, le rapport a est donné par la relation: a =distance transversale de diffusion x profondeur verticale de diffusion y Dans le cas de l'art antérieur, le rapport a est supérieur à l'unité et dans le cas d'un
film de silice SiO2, la valeur de a est souvent supérieu-
re à 4.
On a considéré de façon générale que
la diffusion transversale anormale se produit non seule-
ment lorsqu'on utilise un film de silice SiO2 comme mas-
que de diffusion sélective mais également lorsqu'on utilise un film de verre de phosphosilicate (PSG) comme masque ou un film de nitrure de silicium déposé sur le support. Il n'a pas été possible jusqu'à présent de faire une diffusion sélective des impuretés avec le degré de
précision nécessaire pour le schéma de diffusion.
En résumé, lorsqu'on diffuse sélec-
tivement des impuretés telles que du zinc sur un support semi-conducteur composé tel que GaAs, il se produit nécessairement une diffusion transversale anormale, ce
qui diminue la précision du schéma de diffusion.
RESUME DE L'INVENTION:
La présente invention se propose de
créer un procédé de diffusion des impuretés dans un sup-
port semi-conducteur évitant la diffusion transversale
anormale et permettant une diffusion sélective des impu-
retés avec une grande précision en utilisant des semi-
conducteurs composés comme supports. Le résultat des recherches faites dans le cadre de la présente invention a permis aux inventeurs de trouver qu'une couche de transmutation se formait à l'interface entre le semiconducteur composé et le masque de diffusion à cause de l'oxygène contenu dans le masque à diffusion sélective et que la cause principale de la diffusion transversale anormale décrite ci-dessus réside dans la présence de cette couche de transmutation contenant de l'oxygène. Cette découverte
a été la base de la présente invention.
La présente invention concerne un procédé de diffusion sélective des impuretés dans la surface d'un semi-conducteur composé, la diffusion étant réalisée en utilisant un masque-de diffusion dans lequel
l'épaisseur de la couche contenant l'oxygène à l'inter-
face entre le masque et le support est réglée à une a valeur inférieure à 20 A. Si l'épaisseur de la couche contenant l'oxygène à l'interface masque-support est réglée à une
valeur inférieure a 20 A, on évite la diffusion trans-
versale anormale, ce qui permet de diffuser sélectivement des impuretés avec un grand degré de précision dans le
schéma de diffusion du support.
La présente invention sera décrite
de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexes.
DESCRIPTION RESUMEE DES DESSINS:
- la figure 1 est une coupe transver-
sale d'un mode de réalisation préférentiel de l'inven-
tion.
- la figure 2 est une coupe trans-
versale analogue à celle de la figure 1 montrant une
variante de réalisation de l'invention.
- la figure 3 est un schéma-bloc
d'un appareil pour diffuser des impuretés selon la pré-
sente invention. - la figure 4 est une vue analogue à celle des figures 1 et 2 montrant le procédé de l'art
antérieur pour diffuser des impuretés dans un support.
DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFEREN-
TIELS:
La description suivante est faite
dans le cas de la diffusion de zinc élémentaire dans un
support GaAs, sans que cette description ne soit limitée
à ce cas; il est à noter que l'invention peut également s'appliquer à la diffusion sélective de nombreuses autres
impuretés dans des supports formant différents semi-
conducteurs composés du groupe des éléments III-V ou
II-VI.
La figure 1 montre un support 1 de GaAs, prétraité, sur lequel est déposée une couche de nitrure de silicium (SiN) et une couche 3 de silice SiO2, dans cet ordre. Les conditions sont réglées de façon que
l'épaisseur de la couche contenant -l'oxygène sur le sup-
port, entre la couche 2 de nitrure de silice SiN et le support 1 de GaAs soit inférieure à 20 A. Le traitement préalable du support peut se faire en soumettant le support 1 à un lavage dans de l'acétone, du trichloréthylène, de l'acétone et de l'alcool pendant chaque fois 5 minutes en appliquant des ultrasons; puis, on lave avec de l'eau et on attaque
chimiquement dans une solution de potasse. Après un con-
tact prolongé à l'air ambiant, il se forme spontanément
un film d'oxyde sur le support 1 de GaAs ainsi traité.
Pour réduire au minimum la formation du film d'oxyde, on dépose de préférence le film -3 de silice SiO2 par le procédé de dépôt chimique à la vapeur avec plasma (encore appelé "procédé PACVD"). Les détails de ce procédé et
la description de sa mise en oeuvre sont notamment donnés
dans "Metals Handbook", neuvième édition, tome 5 (1982), pages 381-386. En variante, la couche 3 de silice Si02 est réalisée sur la couche 2 de nitrure de silice SiN. Lorsqu'on utilise la couche 3 de silice SiO2 comme masque de diffusion sélective, il faut que l'épaisseur de la couche 2 de SiN soit de l'ordre de grandeur des o
dizaines d'angstroms par exemple 50 A alors que la cou-
che 3 de SiO2 doit être de l'ordre de quelques centaines ou quelques milliers d'angstroms par exemple 1000 A. Ce n'est que lorsque la couche 4 de silice SIN est utilisée à l'exclusion de la couche SiO2 comme représenté à la figure 2, que l'épaisseur du film de la couche 4 de SiN peut être de l'ordre de quelques centaines ou milliers d'angstroms par exemple 2000 A.
Puis, on forme une fenêtre de diffu-
sion 5 par exemple en utilisant une technique classique de photolithographie. Puis, on diffuse une impureté telle que du zinc dans la surface du support GaAs en utilisant la couche 3 de SiO2 et la couche 2 de SiN ou seulement la couche 4 de SiN comme masque pour former une zone de
diffusion 6.
La figure 3 montre un exemple d'un appareil de diffusion utilisé pour mettre en oeuvre ce procédé de diffusion. Dans ce montage, on utilise le
zinc élémentaire comme impureté de diffusion et un com-
posé organométallique tel que du diéthyl-zinc comme source fournissant le zinc. Le diéthyl-zinc est contenu dans un réservoir 11 à température constante maintenue à une température par exemple de l'ordre de 2 C. On introduit de l'hydrogène gazeux dans le réservoir 11 en réglant l'introduction par un dispositif de réglage de
débit 13 pour former des bulles et transporter le diéthyl-
zinc dans un tube de réaction 10. De l'arséniure (AsH3)
gazeux provenant d'une bombe à gaz 12 est mélangé à l'hy-
drogène gazeux et le gaz à base d'hydrogène, ainsi obtenu contenant environ 2 % d'arséniure est transféré dans le
tube de réaction 10. Le débit de diéthyl-zinc et d'arsé-
niure est réglé par l'unité de réglage de débit 13 pour
avoir un débit qui soit de façon caractéristique de l'or-
dre de 30 cc par minute. La vitesse linéaire le long de la surface du substrat dans le tube de réaction est alors
égale à approximativement 14 cm par seconde. La tempéra-
ture de diffusion dans le tube de réaction 10 est réglée à environ 600 C. Dans de telles conditions de travail, la densité au voisinage de la surface du support est
comprise entre 2 à 3 x 1019cm 3-, le coefficient de diffu-
sion étant égal à 7 x 10- 14cm2 par seconde. L'évacuation des gaz du tube de réaction se fait à travers un piège à huile 14, une chambre de combustion 15 alimentée par des conduites d'hydrogène et d'oxygène ainsi qu'un dispositif de refroidissement 16 à travers lequel passe de l'eau de refroidissement. Les gaz évacués sont liquéfiés par
refroidissement et sont stockés dans le réservoir 17.
Lorsqu'une impureté telle que du zinc est diffusée de cette manière dans le support 1 GaAs, - la diffusion anormale décrite ci-dessus ne se produit pratiquement pas. Cela signifie que le rapport a entre la distance de diffusion x horizontale ou transversale au voisinage du support pour la zone de diffusion 6 et la profondeur de diffusion y, verticale est compris entre
0,5 et 1, ce qui donne une diffusion sélective des impu-
retés suivant le degré de précision nécessaire pour les
dimensions du schéma de diffusion.
Cela est contraire à l'état de la technique tel que représenté à la figure 4. A la figure 4, on a représenté un film d'isolation 22 en silice- SiO2 qui a été déposé par un procédé de dépôt chimique à la vapeur sur un support 21 de GaAs, à travers une fenêtre
de diffusion 23 réalisée dans ce film par attaque photo-
chimique. En utilisant le film d'isolation 22 de silice SiO2 comme masque de diffusion sélective, on diffuse des impuretés telles que du zinc dans le support 21 de GaAs pour former une zone de diffusion 24. Toutefois, les impuretés diffusent transversalement sur une distance relativement importante à l'interface entre le film 22 de silice SiO2 au voisinage de la fenêtre de diffusion 23 et le support 21 de GaAs. Cette diffusion anormale rend difficile le réglage des dimensions ou l'extension de la zone de diffusion 24. Dans ces conditions, le rapport c
défini ci-dessus est très supérieur à l'unité.
Il est à remarquer que la qualité du film et la pureté de la couche de SiN et avant tout la
teneur en oxygène sont liées à l'indice de réfraction.
Pour éviter une diffusion anormale, il est nécessaire que l'indice de réfraction du nitrure de silice SiN soit de l'ordre de 2,0 + 0,07 et que l'épaisseur de la couche contenant l'oxygène soit inférieure à 20 A. L'indice de réfraction est de préférence compris entre-2,0 + 0,05
et de préférence de l'ordre de 2,0 + 0,03.
Comme exemple de procédé pour fabri-
quer une couche SiN ayant une faible teneur en oxygène, on fait un traitement de recuit du support GaAs avant de déposer la couche SiN, par exemple à une température de
850 C pendant 15 minutes tout en faisant réagir simultané-
ment une décharge de plasma dans une atmosphère d'hydrogène gazeux pour réduire le film d'oxyde qui se trouve sur le support GaAs et diminuer l'épaisseur du film. La couche SiN est alors appliquée par le procédé de dépôt chimique à la vapeur avec plasma sur la surface traitée, ce qui donne une couche extrêmement mince contenant de l'oxygène à l'interface entre le support GaAs et la couche de silice SiN.
La description ci-dessus montre que
le procédé de diffusion des impuretés selon l'invention permet de faire une diffusion sélective des impuretés dans le support du composé semiconducteur sans donner lieu à une diffusion anormale. On a ainsi une diffusion sélective des impuretés avec un degré élevé de précision
pour la forme du schéma.
R E V E NDI C A T I 0 N S
1 ) Procédé de diffusion sélective d'une impureté dans la surface d'un semi-conducteur composé, procédé caractérisé en ce qu'on applique un masque de diffusion (3) sur le support semi-conducteur composé (1) de façon que la couche contenant l'oxygène (2) à l'interface entre le masque (3) et le support (1) présente une épaisseur inférieure à 20 A et on diffuse
l'impureté (6) à travers le masque dans le support (1).
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le semiconducteur composé (1)
est de l'arséniurede gallium (GaAs).
3 ) Procédé selon la revendication
1, caractérisé en ce que l'impureté est du-zinc élémen-
taire.
4 ) Procédé selon la revendication
1, caractérisé en ce qu'on attaque chimiquement la sur-
face du semi-conducteur composé avec une solution de
potasse avant d'y appliquer le masque de diffusion.
5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la partie du masque de
diffusion qui est en contact avec le support semi-conduc-
teur (1) est composée d'une couche de nitrure de silicium.
6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'application du masque de diffusion est faite par le procédé de dépôt chimique à
la vapeur avec plasma.
7 ) Procédé selon la revendication
6, caractérisé en ce qu'on soumet le support semi-conduc-
teur à un traitement de recuit avant de former la couche de nitrure de silicium et on effectue le dépôt chimique à la vapeur avec plasma dans une atmosphère d'hydrogène gazeux. 8 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche de nitrure de silicium
a un indice de réfraction de 2,0 + 0,07.
9 ). Procédé.selon la revendication , caractérisé en ce que la couche de nitrure de silicium
a un indice de réfraction égal à 2,0 + 0,05.
10 ) Procédé selon la revendication , caractérisé en ce que la couche de nitrure de silicium
a un indice de réfraction égal à 2,0- 0,03.
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