Brevet FR2081829A1 — publié le 19711210

La présente invention se rapporte en général à des dispositifs semiconducteurs et plus particulièrement à des transistors à effets de champ. Les transistors à effet de champ connus de l'art antérieur sont généralement réalisés par l'utilisation de la diffusion à travers deux ou plusieurs masques photorésistants. Le positionnement et l'alignement desdits masques rendent difficile le positionnement précis du contact de l'électrode de commande à égale distance entre les contacts de source et de drain. En plus les techniques de l'art antérieur rendent très malaisée la fabrication d'un dispositif dans lequel la source et le drain puissent être positionnés suffisamment proches l'un de l'autre pour obtenir un dispositif fonctionnant aux hautes fréquences. Un des objets de la présente invention est un procédé pour la réalisation de transistors B effet de champ présentant un contact d'électrode de commande disposé entre les contacts de source et de drain et parfaitement aligné. Un autre objet de l'invention est un procédé pour la réalisation de transistors à effet de champ dans lequel la source et le drain peuvent être positionnés suffisamment proches l'un de l'autre pour obtenir un dispositif fonctionnant aux hautes fréquences. Dans les dispositifs de l'art antérieur, la couche métallique formant les contacts de source et de drain est positionnée sur la couche de matériau semiconducteur légèrement dopé. Ceci se traduit par une résistance électrique élevée entre les contacts de source et de drain et le corps semiconducteur. Cette résistance peut astre dirigée en deux composantes : premièrement, la résistance des contacts entre métal et semiconducteur et, deuxièmement,-la résistance du volume de silicium ou de matériau semiconducteur présent entre le contact et la région active du canal. Un autre objet de l'invention est l'obtention d'un transistor 'a effet de champ dans lequel les valeurs des deux résistances citées précédemment sont réduites. Dans ce but, l'invention réside dans un procédé pour la préparation de transistors à effet de champ consistant : a) à faire pousser une couche épitaxiale légèrement dopée d'un matériau semiconducteur d'un premier type de conductivité sur la surface principale d'un substrat semiconducteur de conductivité de type opposé, b) à déposer une couche métallique sur ladite couche épitaxiale, c) a déposer une couche de photorésist sur ladite couche métallique, d) à développer un motif dans le photorésist, e) à graver une ouverture à travers ladite couche métallique , f) à graver une ouverture dans ladite couche épitaxiale en dessous de ladite couche métallique en utilisant ladite couche métallique munie de son ouverture comme un masque, g) à fixer un contact métallique sur ladite couche épitaxiale en y déposant un matériau métallique tout en utilisant ladite couche métallique munie de son ouverture comme un masque. D'autres avantages et particularités de l'invention apparattront plus clairement à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées qui ont été données à titre d'exemple. Les figures 1 et 2 sont des vues de côté d'un corps en matériau semiconducteur traité conformément aux enseignements de la présente invention. La figure 3 est une vue de dessus du corps des figures 1 et 2 ayant subi d'autres traitements conformément aux enseignements de la présente invention. La figure 4 est une coupe selon la ligne Ai' du corps de la figure 3. La figure 5 est une coupe selon la ligne BB' du corps de la figure 3. La figure 6 est une vue de côté d'un corps en un matériau semiconducteur mettant en application d'autres caractéristiques de l'invention. Les figures 7 et 8 sont des coupes du corps de la figure 6 ayant subi d'autres traitements conformément aux enseignements de la mrésente invention. La présente invention sera décrite dans son application à un transistor à effet de champ en silicium. Il est bien entendu toutefois que le dispositif peut etre réalisé à partir de tout autre matériau semiconducteur connu tel que, par exemple, le germanium, des composés Groupe III - Groupe V, des composés Groupe II- Groupe VI et le carbure de silicium. La figure 1 représente un substrat 10 sur lequel on a fait pousser une couche épitaxiale de silicium 12. Le substrat 10 est constitué par du silicium du type P dopé jusqu'à une concentration d'environ 1014 à 1016 atomes de dopant par centimètre cube de silicium. La couche épitaxiale de silicium 12 est du type n avec généralement une épaisseur d'environ 4 à 5 microns et dopée faible 14 16 ment jusqu'à une concentration d'environ 10 à 10 atomes de dopant par centimètre cube de silicium. La concentration de dopage et ltépaisseur de la couche épitaxiale déterminent la tension de coude ou de pincement" de l'électrode de commande. Plus l'épaisseur de la couche épitaxisle et la concentration en dopant sont faibles, plus la tension de coude est elle aussi faible. Une couche de 2 microns d'épaisseur dopée jusqu'à une concentration de 1015 atomes de dopant par centimètre cube de silicium possède une tension de coude de 3,2 volts seulement. Le substrat 10 doit être du silicium de type P sinon le canal entre les contacts de source et de drain ne peut être *pincé* ou interrompu à aucune valeur de la tension de coude de l'électrode de commande. De plus, la correspondance de la structure cristalline le long de l'interface 14 entre le substrat 10 et la couche épita axiale doit être aussi parfaite que possible. Tout désaccord dans le réseau de la structure cristalline le long de l'interface 14 réduit la mobilitié des porteurs dans le canal entre la source et le drain. La réduction de la mobilité des porteurs se traduit par une diminution de la fréquence de fonctionnement du dispositif. En se référant à la figure 2, une fois que la couche épitaxiale 12 a été formée sur le substrat 10, une couche métallique 16 est déposée sur la surface supérieure 18 de la couche épitaxiale 12. La couche 16 peut être constituée par tout métal relativement résistant aux produits utilisés pour la gravure dans le silicium comme par exemple l'or, le chrome, le plomb, le molybdène, le tungstène et le tantale. L'or est le métal préféré. L'épaisseur de la couche 16 peut varier d'un minimum d'environ 300 I jusqu'à 2000 t ou plus. Une épaisseur d'environ 500 t est souhaitable. Une couche 20 d'un matériau photorésistant approprié est ensuite déposée sur la surface 22 de la couche métallique 16. Un motif choisi à l'avance du transistor à effet de champ est exposé sur le photorésist puis développé. L'utilisation ensuite d'un produit de gravure capable de graver à travers la couche métallique 16, tel qu'un produit comportant 1 part d'acide nitrique, 3 parts d'acide hydrochlorique et 4 parts d'eau, permet d'enlever, dans la masse, des portions prédéterminées de la couche métallique 16. La structure qui en résulte est représentée à la figure 3. Le contour du masque soumis à ltexposition photoresistante et à la gravure comprend effectivement deux transistors, l'un à l'intérieur de l'autre. La région de la figure 3 désignée par la référence 30 est gravée à travers la couche métallique 16. La région 30 est la région du contact de l'électrode de commande. Les régions de la couche métallique 16 référencées 32 et 34 sont les contacts de source et de drain. Elles sont interchangeables, toutefois pour des raisons de commodité de l'explication la région métallique 32 sera considérée comme le contact de drain et la région métallique 34 comme le contact de source. Ensuite et par l'emploi d'un produit de gravure approprié comme, par exemple, un produit constitué par 25 parts d'acide nitrique, 10 parts d'acide acétique et 0,25 part d'acide hydrofluorique, la région référencée 30 dans la figure 3 est gravée dans la couche épitaxiale jusqu une profondeur d'environ la moitié de l'épaisseur de la couche 12. La couche métallique 16 se comporte comme un masque au cours de l'opération de gravure de la couche de silicium 12. La-gravure est effectuée de telle manière que la couche métallique 16 surplombe la cavité gravée dans la couche 12. La structure ainsi obtenue est représentée aux figures 4 et 5. La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne li' et la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne BB'. Dans un dispositif type le diamètre D (figure 3) est de 200 microns et le diamètre E, sur la même figure est de 4/1000 mils. A la suite de la gravure de l'ouverture dans la couche 12 un contact d'électrode de commande (figures 4 et 5) est déposé par vaporisation dans la cavité. Le contact de l'électrode de commande est constitué d'un métal bon conducteur de l'électricité comme, par exemple, l'alu- minium, le cuivre, l'étain, l'argent, l'or et le platine. Le contact de l'électrode de commande 40 peut avoir une épaisseur de 300 ss B 1000 t et de préférence une épaisseur d'environ 500 8. Le transistor à effet de champ selon la présente invention peut être facilement réalisé avec un petit espacement de contact source-drain. Des dispositifs ont été préparés avec un espacement source-drain de 1 micron ce qui permet l'obtention d'un dispositif avec une fréquence de fonctionnement de 10 GHz. La méthode de préparation selon la présente invention ne nécessite pas de contact précis de la diffusion comme c'est le cas des techniques de l'art antérieur. En plus tous les contacts du dispositif selon l'invention sont à auto-alignement et l'espacement entre les contacts est uniquement limité par la largeur du motif qui peut être dessiné dans le photorEsist. En se référant à la figure 6 dans laquelle les références numériques indiquant les minces éléments tels que ceux représentés sur la figure 2 ont été augmentées de 40, on voit représenter un mode d'exécution préféré de l'invention. Selon ce mode d'exécution, une fois qu'on a fait pousser la couche épitaxiale 52 sur le substrat 50, une seconde couche 59 qui est du même type que la première couche 52 mais dopée jusqu'à une concentration variant entre 1017 et 10 atomes de dopant par centimètre cube de silicium, est déposée sur la surface supérieure 58 de la première couche épitaxiale 52. Cette seconde couche 59 possède une épaisseur de 2 à4 microns. Comme représenté par les figures 6 à 8 les étapes suivantes consistent à déposer la couche métallique 56, à déposer une couche de photorésist sur la couche métallique 56, à développer un motif dans le photorésist, à graver une ouverture 70 à travers la couche métallique 56, à graver une ouverture 79 à travers la seconde couche 59 jusqu' la première couche 52, à fixer un contact métallique 80 sur la première couche épitaxiale 52 a l'intérieur de l'ouverture 79. Les portions 72 et 74 de la couche métallique 56 entourant l'ouverture 79 forment respectivement des électrodes de source et de drain du dispositif. Le dispositif complet est représenté à la figure 8. L'addition de la couche fortement dopée 59 réduit la résistance ohmique entre le métal, de l'or de préférence, les contacts de source et de drain (72, 74) et le volume actif situé en dessous du contact d'électrode 80. La géométrie optimum du dispositif selon la présente invention exige l'évaporation des contacts d'électrode très près du bord de la couche 59 sans toutefois chevaucher cette dernière. Tout chevauchement du contact d'électrode sur la couche supérieure se traduit par une faible tension de claquage de l'électrode en ce point. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il consiste : a) à faire pousser une couche épitaxiale faiblement dopée d'un matériau semiconducteur d'un premier type de conductivité sur la surface principale d'un substrat semiconducteur de conductivité de type opposé, b) à déposer une couche métallique sur ladite couche épitaxiale, c) à déposer une couche de photorésist sur ladite couche métallique, d) à développer un motif dans le photorésist, e) à graver une ouverture à travers ladite couche métallique, f) à graver une ouverture dans ladite couche épitaxiale en dessous de ladite couche métallique en utilisant ladite couche métallique munie de son ouverture comme un masque, g) à fixer un contact métallique sur ladite couche épitaxiale en y déposant un matériau métallique tout en utilisant ladite couche métallique munie de son ouverture comme un masque. 2. Procédé de préparation d'un dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il consiste : a) à faire pousser une couche épitaxiale faiblement dopée d'un matériau semiconducteur d'un premier type de conductivité sur la surface principale d'un substrat semiconducteur de conductivité de type opposez b) à faire pousser une couche épitaxiale fortement dopée du premier type de conductivité sur ladite couche épitaxiale faiblement dopée, c) à déposer une couche métallique sur ladite couche épitaxiale fortement dopée, d) à déposer une couche de photorésist sur ladite couche métallique, e) à développer un motif dans le photoresist, f) à graver une ouverture à travers ladite couche métallique, g) à graver une ouverture à travers ladite couche épitaxiale fortement dopée jusqu'à ladite couche épitaxiale faiblement dopée en utilisant ladite couche métallique munie de son ouverture comme un masque, h) à fixer un contact métallique sur ladite couche épitaxiale faiblement dopée en y déposant un matériau métallique par l'utilisation de ladite couche munie de son ouverture comme un masque. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite couche épitaxiale faiblement dopée est admise à pousser jusqu'à une épaisseur de 4 à 5 microns et est dopée jusqu'à une concentration de 1014 à 1016 atomes de dopant par centimètre cube de matériau semiconducteur. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que le substrat est du silicium du type P, la couche épitaxiale faiblement dopée du silicium de type N et la couche métallique constituée par de l'or. 5. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la couche épitaxiale fortement dopée est dopée jusqu une concentration de i017 à 1 o2 atomes de dopant par centimètre cube. 6. Un transistor à effet de champ fabriqué selon le procédé de la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend un substrat de semiconducteur d'un premier type de conductivité, une première couche de matériau semiconducteur d'un second type de conductivité sur une surface principale dudit substrat, une seconde couche d'un matériau semiconducteur dudit second type de conductivité disposée sur ladite première couche ladite seconde couche étant dopée à une concentration supérieure à celle de ladite première couche, une couche métallique déposée sur ladite seconde couche, les parois de ladite couche métallique et de ladite seconde couche formant une ouverture entièrement à travers ladite couche métallique et ladite seconde couche, un contact métallique déposé sur ladite première couche à l'intérieur de l'ouverture, ledit contact métallique étant un contact d'électrode de commande et la couche métallique autour de la périphérie de l'ouverture formant le contact de source et de drain.