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GaAs
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chromium
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oxygen
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InP
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iron
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DES
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fluorine
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chlorine
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bromine
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GaAlAs
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GaInAs
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Generic
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transition metal
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metal
(2)
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Physical
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1 MeV
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800 keV
(2)
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2 microns
(2)
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400 keV
(2)
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depth of less than 2 microns
(1)
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de 400 keV
(1)
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Gene Or Protein
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Etre
(5)
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DANS
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Est-a
(1)
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Substituent
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oxy
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517119A1
Family ID 8058003
Probable Assignee France Etat
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE DE FABRICATION D'UN COMPOSANT SEMICONDUCTEUR PAR
EPITAXIE AVEC IMPLANTATION IONIQUE PREALABLE
EN Title SEMICONDUCTOR COMPONENT MFR. USING EPITAXIAL GROWTH - WITH
INITIAL IONIC IMPLANTATION, TO PREVENT IMPURITY DIFFUSION WITHIN
EPITAXIAL LAYER
Abstract
_________________________________________________________________
PROCEDE DE FABRICATION D'UN COMPOSANT SEMICONDUCTEUR PAR EPITAXIE ET
COMPOSANT OBTENU.
SELON L'INVENTION, ON EFFECTUE AVANT L'EPITAXIE, ET DANS LE SUBSTRAT,
UNE IMPLANTATION IONIQUE D'UNE IMPURETE COMME L'oxygen QUI EVITE LA
DIFFUSION DE L'IMPURETE METALLIQUE DU SUBSTRAT VERS LA COUCHE
EPITAXIEE.
APPLICATION EN TECHNOLOGIE DES SEMICONDUCTEURS.
The semi-conductor component is made using a substrate of a
semiconducting II-V cpd. pref. GaAs or InP doped with transition
metal. The surface of this substrate is subjected to ionic
implantation with an impurity which has a chemical affinity for the
transition metal. Pref. this impurity is oxygen implanted at an energy
less than 1 mcV pref. between 400 and 800 KeV to a depth of less than
2 microns. This ionic implantation is followed by epitaxial growth of
a semiconducting layer which has the same compsn. as the substrate.
Used for the prodn. of field effect transistors, integrated circuits,
lasers and photodetectors. The diffusion of the metallic impurity is
limited during epitaxial growth giving constant electric properties
and a better efficiency of prodn.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention a pour objet un procede de fabrication d'un
composant semiconducteur par epitaxie avec implantation ionique
prealable et un composant obtenu par ce procede. Elle trouve une
application en electronique dans la technologie des se miconducteurs.
Pendant l'epitaxie d'une couche semiconductrice sur un substrat de
type III-V semi-isolant dope par impurete metallique comme le
chromium, on observe me diffusion de cette impurete dans la couche
epitaxiee. On retrouve alors une partie de l'impurete me- tallique
dans la couche epitaxiee, avec une distribution et une concentration
qui dependent des parametres techniques de l'epitaxie (temps,
temperature, etc...) et surtout du substrat. Ce dopage intempestif
entraine deux inconvenients - une non-reproductibilite des composants
epitaxies, - une baisse de mobilite des porteurs de la couche
epitaxiee, le chromium etant un accepteur profond.
Cette exodiffusion du chromium a ete demontree pour les epitaxie de
GaAs sur GaAs et de Galas sur
GaAs. Il est vraisemblable qu'elle existe pour les au tres
semiconducteurs de la famille GaAs et InP. Par ailleurs, d'autres
impuretes, et plus generalement les transition metals, ont un
comportement analogue a celui du chromium, en particulier le iron dans
InP.
Le but de l'invention est justement d'eviter ces inconvenients en
limitant l'exodiffusion de l'impurete metallique pendant l'epitaxie.
Ce but est atteint qrfice a une implantation ionique du substrat,
avant epitaxie, par une impurete presentant de I'affi- nite chi#mique
pour le metal dont on veut limiter l'exodiffusion et possedant une
neutralite electrique dans le substrat.
On observe alors de facon surprenante que l'impurete metallique du
substrat ne diffuse plus dans la couche epitaxiee lors de la
croissance de celle-ci.
L'invention s'applique avant tout aux substrats semiisolants composes
d'elements appartenant aux colonnes
III et V de la classification periodique.
De facon plus precise, l'invention a pour objet un procede de
fabrication d'un composant semi- conducteur dans lequel, sur la
surface d'un substrat semi-isolant constitue par serniconducteur
compose de type III-V dope par un transition metal, on fait croitre
par epitaxie une couche semiconductrice; ce procede est caracterise en
ce que, avant epitaxie, on effectue a travers la surface du substrat,
une inplantation ionique d'une impurete presentant une affinite
chimique avec ledit transition metal.
De preference, l'impurete implantee est de l'oxygen. Mais on peut
aussi utiliser le fluorine, le chlorine ou le bromine.
De preference, l'implantation ionique s'effectue avec une energie
inferieure a environ 1 MeV, et en particulier dans une plage allant de
400 keV a 800 keV.
Quant a l'operation d'epitaxie, elle peut etre de tout type connu: en
phase liquide, en phase vapeur, par jets moleculaires, etc...
L'invention a egalement pour objet un composant semiconducteur obtenu
par le procede' qui vient d'etre defini. Ce composant comprend un
substrat semiisolant constitue par un semiconducteur compose de type
III-V dope par un transition metal, ce substrat etant recouvert d'une
couche semiconductrice epitaxiee. Ce composant est caracterise par le
fait que le substrat comprend, sous la couche epitaxiee, une zone
implantee par une impurete presentant de l'affinite chimique pour
ledit transition metal.
De preference, la zone implantee est situee a une profondeur
inferieure a 2 microns.
Le substrat, qui est de type III-V est de preference GaAs, ou InP.
La couche epitaxiee peut etre de meme composition que le substrat (par
exemple GaAs, ou InP sur
InP), mais elle peut aussi etre differente. Il peut s'agir d'un
compose ternaire, tel que GaAlAs (sur
GaAs) ou GaInAs (sur InP) ou d'un compose quaternaire (sur GaAs ou sur
InP).
Quant aux impuretes metalliques dont la diffusion est supprimee, il
s'agit principalement, mais non exclusivement, du chromium et du iron.
Dans ce cas, l'implantation s'effectue de preference avec de l'oxy-
gene.
Le dessin annexe permet d'illustrer les resultats obtenus grace a
l'invention. Sur ce dessin la figure A represente les profils de
concentration desions chromium et oxygen dans un composant epitaxie
GaAs/GaAs non implante par de l'oxygen, c'est-a-dire conformement a
l'art anterieur et la figure B represente ces memes profils dans le
cas ou le substrat a ete implante par de l'oxygen.
De tels profils ont ete obtenus a l'aide d'un analyseur ionique. Ils
font clairement apparaitre que dans le cas ou l'epitaxie se fait sur
un substrat non implante, la couche epitaxiale contient du chromium,
et en concentration importante, au voisinage de la surface, alors que
dans le cas de l'invention, on ne detecte plus de chromium dans cette
couche, ce qui signifie que, s'il existe des ions chromium, leur
concer.- tration est inferieure au seuil de detection de l'appareil
utilise, qui, en l'occurrence etait de 8 1ou4 cm#3.
A titre d'exemple, on peut realiser a l'aide de l'invention, un
transistor a effet de champ pour hyperfrequence en GaAs par les
operations suivantes - preparation d'un substrat en GaAs par nettoyage
chi mique; - implantation ionique d'oxygen: energie 400 keV, dose
10140+/cm2; - introduction du substrat dans un bati d'epitaxie; -
epitaxie par jet moleculaire d'une couche de GaAs; - operations
finales habituelles.
Dans les procedes anterieurs de realisation de tels composants, comme
la concentration en chromium dans le substrat pouvait varier fortement
d'un endroit a l'autre d'une meme plaque de substrat, la concentration
en chromium dans la couche epitaxiee variait elle aussi. Les
proprietes electriques des couches epitaxiees etaient donc tres
affectees et le rendement etait faible.
Dans le procede selon l'invention, la concentration en chromium dans
le substrat peut encore etre variable mais l'implantation d'oxygen
empechant la penetration de ce chromium dans la couche epitaxiee, les
proprietes electriques de celle-ci sont constantes et l'on obtient un
meilleur rendement de fabrication.
Le procede de l'invention est applicable notamment - aux transistors a
effet de champ GaAs, InP, - aux circuits integres GaAs, InP, - aux
lasers et photodetecteurs sur semi-isolant, - aux circuits integres
utilisant des composants opti ques et microelectroniques, - aux
dispositifs en optique integree.
Bien que le mecanisme par lequel l'impurete implantee empeche la
diffusion des ions metalliques pendant epitaxie ne soit pas
parfaitement elucide, on peut supposer qu'il se produit un phenomene
de piegeage de ces ions par cette impurete. On sait en effet que si
llon implante de l'oxygen dans une couche semiconductrice dopee au
chromium on modifie considerablement le profil de concentration du
chromium. I1 se cree en effet, sous la surface, un pic de
concentration du chromium qui correspond a une zone implantee en
oxygen, ce pic etant suivi d'une zone d'appauvrissement en chromium.
Les phenomenes de redistribution du chromium dans un substrat de GaAs
sous l'effet d'une implantation ionique ont ete publies notamment dans
deux articles: celui de T.Kn. MAGEE et al. intitule Front surface
control of Cr redistribution and formation of stable Cr depletion
channels in GaAs" publie dans la revue "Applied Physics Letters", vol.
38 (7), ler
April 1981, p. 559, et celui de P.N. FAVENNEC et al. intitule
"Chromium gettering in GaAs by oxygen implante tation" publie dans la
revue "Applied Physics
Letters", vol. 38, (4) 15 fevrier 1981.
Il est possible qu'une telle redistribution soit a l'origine de
l'effet de barriere observee qui empeche le chromium de diffuser vers
la couche epitaxiee. Mais il ne s'agit la que d'une hypothese car les
conditions d'observation des phenomenes en question sont differentes
de celles de 11 invention dans les articles cites il est toujours fait
usage d'un recuit apres implantation, ce qui n'est pas le cas dans
l'invention; en outre la surface du substrat n'est pas epitaxiee, ce
qui est le cas naturellement dans l'invention; or la presence de la
couche epitaxiee sur le substrat modifie completement les conditions a
la surface de ce dernier.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Procede de fabrication d'un composant semiconducteur dans lequel,
sur la surface d'un substrat constitue par un semiconducteur compose
de type III-V dope par un transition metal, on fait croitre par
epitaxie une couche semiconductrice, caracterise en ce que, avant
l'epitaxie, on effectue, a travers la surface du substrat, une
implantation ionique d'une impurete presentant de l'affinite chimique
pour ledit me- tal.2. Procede selon la revendication 1, caracterise en
ce que l'impurete utilisee pour l'implantation ionique est de
l'oxygen.3 Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que
l'implantation ionique s'effectue avec une energie inferieure a 1
MeV.4. Procede selon la revendication 3, caracterise en ce que
l'implantation ionique s'effectue avec une energie comprise entre 400
keV et 800 keV.5. Composant semiconducteur obtenu par le procede de la
revendication 1, comprenant un substrat constitue par un
semiconducteur compose de type III-V dope par un transition metal, ce
substrat ayant une surface recouverte d'une couche semiconductrice
epitaxiee, caracterise par le fait que le substrat comprend, sous la
couche epitaxiee, une zone implantee par une impurete qui presente de
l'affinite chimique pour ledit metal.C. Composant selon la
revendication 5, caracterise par le fait que l'impurete est de
l'oxygen.7. Composant selon l'une quelconque des revendications 5 et
6, caracterise en ce que la zone implantee est situee a une profondeur
inferieure a 2 microns.8. Composant selon l'une quelconque des
revendications 5 a 7, caracterise en ce que la couche epitaxiee est de
meme composition que le substrat.9. Composant selon l'une quelconque
des revendications 5 a 8, caracterise en ce que le substrat est le
compose GaAs.10. Procede selon l'une quelconque des revendications 5 a
8, caracterise en ce que le substrat est le compose InP.11. Procede
selon l'une quelconque des revendications 5 a 10, caracterise 22 ce
que la couche epitaxiee est constituee par un compose semiconducteur
ternaire.12. Procede selon l'une quelconque des revendications 5 a 10,
caracterise en ce que la couche epitaxiee est constituee par un
compose semiconducteur quaternaire.
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