Brevet FR2099653A1 — publié le 19720317

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à couche d'arrêt, dans lequel l'électrode de commande ou grille est constituée par un contact métal semi-conducteur à effet directif. Les transistors à effet de champ à couche d'arrêt connus sont 5 constitués, par exemple, par un canal du type n, auquel sont reliés, à une distance déterminée l'une de l'autre, la source et le drain. Ce canal du type n est entouré des zones du type p fortement dopées qui forment la grille du transistor à effet de champ. Le flux de courant dans le canal conducteur est, dans ces transistors, commandé par une'variation de la zone de charge spatiale partant de la 10 jonction pn. Depuis quelque temps, on connaît des transistors à effet de champ, dans lesquels la couche d'arrêt entre une zone du type n et une zone du tupe p est remplacée par une jonction métal semi-conducteur'à effet directif. De tels contacts métal semi-conducteur sont également souvent désignés dans la 15 littérature technique sous le nom de "contacts de Schottky". Pour fabriquer des transistors à effet de champ présentant une fréquence limite aussi élevée que possible, on s'efforce de maintenir aussi faible que possible la capacité de couche d'arrêt de la grille. On obtient la fréquence limite maximale possible lorsque la longueur de la grille est aussi grande que possible et lorsque la largeur 20 de la grille et, par conséquent, la longueur du canal, sont choisies aussi petites que possible. En conséquence, on a déjà tenté de réaliser des grilles aussi étroites que possible et, par conséquent, de petites longueurs de canal. Dans un cas particulier, pour réaliser des structures de petites dimensions, on a utilisé la technique de masquage et de projection-au moyen de- laquelle il 25 n'est,* toutefois, pas non plus possible d'obtenir des structures présentant des dimensions réduites à volonté. Compte tenu de ce qui précède, l'invention a, notamment, pour objet de résoudre le problème de la réalisation de grilles étroites dans les transistors à effet de champ d'une manière entièrement différente qui permet la fabri-30 cation de grilles aussi étroites qu'on le désire d'une manière simple. A cet effet, le procédé suivant l'invention de fabrication d'un transistor à effet de champ à couche d'arrêt du type ci-dessus décrit réside en ce que, dans une couche isolante disposée sur la surface d'un élément semiconducteur, est ménagée une ouverture destinée à recevoir la grille, mais qui 35 est plus large que celle-ci, en ce qu'ensuite la surface du semi-conducteur est - revêtue, dans cette ouverture, d'une couche métallique qui possède en coopération avec l'élément semi-conducteur? des propriétés directives, en ce que la couche métallique est à son tour revêtue, au-dessus de la région prévue pour la 71 27514 2 2099653 grille, d'une couche,de masquage résistant à la corrosion et qui est plus large que la grille prévue et, enfin, en ce que les parties superflues de la couche métallique sont éliminées cependant que la couche de masquage est corrodée par en-dessous jusqu'à obtention d'une grille de la largeur désirée. 5 Le procédé suivant l'invention offre cet avantage que les structures de la fenêtre de contact de la grille dans la couche isolante et du revêtement de masquage de la couche métallique sont suffisamment grandes pour pouvoir être réalisées sans difficultés par la technique Usuelle de photogravure comprenant un masquage à l'aide d'une laque et un processus de corrosion. 10 C'est seulement au cours de la dernière phase- de fabrication de la grille que la largeur de celle-ci est-réduite,-par une simple opération de corrosion, à la très petite dimension désirée, la largeur résiduelle de la grille étant fonction de la durée de la corrosion et, par conséquent étant facile à ajuster. Les régions de la- surface du semi-conducteur et de la grille 15 elle-même, à nouveau déga-gées par ce processus de corrosion sont, de préférence, revêtues d'une couche isolante qui empêche des atomes ou des molécules perturbateurs exerçant une influence négative sur les caractéristiques du composant de se déppser sur la grille et sur la-surface du êëml-conducteur à partir de l'environnement. 20 • La.couche _ de masquage résistant à la corrosion est,de préférence, une couche de laque de photogravure qui peut être structurée aisément et avec une grande netteté de contours par exposition et développement. La couche résistant à la corrosion peut également, suivant une autre forme d'exécution avantageuse, être-une couche de métal précieux inatta-25 quable par la solution çorrosive utilisée. Suivant un perfectionnement .avantageux du procédé suivant l'invention, la première couche de eontact des coatacts exempts-de couche d'arrêt de la source et du drain est formée en même-temps que la grillé. Ces contacts, qui sont alors constitués par. le même-matériau que la grille et, par conséquent, possèdent, 30 en coopération avec l'élément semi-conducteur, des propriétés directives, doivent encore, bien entendu, être transformés en contacts ohmiques ou exempts de couche d'arrêt. A cet effet, la grille et, bieit* entendu, également la tégion de la surface du semi-conducteur dégagée et entourant la grille est revêtue d'une couche isolante. Ensuite^ -sur la première cotiche métallique de la source 35 et du drain est appliquée une seconde couche de contact métallique qui, après un traitement, thermique; subséquent3 transforme la première couche de contact à effet directif en un contact exempt de couche d'afrêt. 71 27514 3 2099653 La couche isolante recouvrant la grille est de préférence, en silice ou en nltrure de silicium. Dans une forme d'exécution préférée du procédé suivant l'invention, on a trouvé qu'il est avantageux de choisir, pour la première couche de 5 contact de la source et du drain identique à la grille, du palladium et, comme deuxième couche métallique, de l'or. Par le procédé suivant l'invention, on a pu fabriquer des grilles d'une largeur comprise entre 1 et l,5^u. De cette manière, on obtient des composants dont la fréquence limite atteint plusieurs GHz. Les courants in-10 verses des composants sont très faibles, de l'ordre de grandeur de 10 ^u A. La tension de claquage peut atteindre environ 80 V. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: 15 - les figures 1 à 5 représentent diverses phases de la fabri cation de transistors à effet de champ comportant un contact de Schottky comme grille. On part3 comme représenté sur la figure 1, d'un élément semiconducteur 1 représenté en coupe et qui peut être, par exemple, en silicium. 20 L'élément semi-conducteur se compose, par exemple, d'un substrat 2 du type p et d'une couche épitaxiale 3 du type n déposée sur ce substrat. La couche épitaxiale 3 forme, dans ce cas, la couche conductrice de courant qui, en règle générale, n'a qu'une épaisseur de quelques dixièmes de micron. Cette couche semi-conductrice du type n est revêtue d'une couche 25 isolante 4 qui peut être, par exemple, de la silice ou du nitrure de silicium. Cette couche isolante peut être obtenue par dépôt en phase vapeur , pulvérisation cathodique ou réaction chimique. Lorsqu'il s'agit d'une couche de silice, elle peut également être obtenue par oxydation thermique ou anodiquë. La couche isolante 4 est revêtue d'une couche de laque de pho-30 togravure 5 qui est exposée et développée de telle manière que, sur les régions qui sont prévues pour la grilla, la source et le drain, des ouvertures 6a à 6c se forment dans la laque de photogravure. Au cours d'un processus de corrosion subséquent, ces ouvertures 6 sont élargies à travers la couche dloxyde 4 jusqu'à^ la surface du semi-conducteur, comme représenté clairement sur la 35 figure 2. Après élimination de la laque de photogravure, une couche métallique 7 est déposée sur le côté du dispositif semi-conducteur muni de la couche d'oxyde structurée 4, couche métallique qui forme, dans lès ouvertures 6a à 6c 71 27514 4 2099653 de la couche d'oxyde 4, avec la surface du semi-conducteur, des contacts redresseurs 7a à 7£. Les contacts 7a et 7c font partie de la source et du drain du transistor à effet de champ, tandis que le contact 7b forme déjà la grille 7b qui, toutefois, est encore trop large. L'ouverture 6b (figure 1) 5 prévue dans la couche d'oxyde 4 pour la fabrication de la grille est avantageusement choisie d'une largeur de plusieurs microns. Bien entendu, le contact métallique redresseur 7b^ a également cette même largeur. A cet égard, il est à noter que, sur chacune des figures, seule la largeur de la grille ety par conséquent, la longueur du canal sont 10 visibles tandis que la grille, perpendiculairement au plan du dessin est en règle générale très allongée; elle a, par exemple, une longueur dè 200 à 500. La couche métallique 7, qui est par exemple du palladium, est à nouveau masquée à la laque de photogravure, laquelle est exposée et développée (fe telle manière que sur la région prévue sur la grille 7b (10b, figure 4), 15 comme indiqué sur la figure 3, il subsiste une languette de laque 13 plus large que la grille 10b prévue. Par simplification, des languettes de .laque de photogravure analogue sont également représentées au-dessus des régions de la couche métallique prévues pour la source 7a. et le drain 7_ç. Toutes les autres parties des surfaces restent non masquées, de sorte qu'au cours d'une opération de corro-20 sion subséquente, les parties superflues de la couche métallique sont éliminées de la couche isolante 4 et de parties de la surface du semi-conducteur dans les fenêtres de mise en contact. Ainsi, les languettes de laque de photogravure 13 sont corrodées par en-dessous, de sorte qu'il ne subsiste que de très étroites languettes de contact 10ji et 10c pour la source et le drain et une grille étroite 25 10b. Un dispositif semi-conducteur, qui se trouve â ce stade de sa fabrication, est représenté sur la figure 4. Le degré d'érosion par en-dessous est fonction de la durée de corrosion. Lors d'essais, on a obtenu des grilles dont la largeur était comprise entre 1 et l,5yU. Il est, toutefois, parfaitement justifié de supposer qu'avec des durées de corrosion encore plus longues, on 30 peut obtenir des grilles de largeur encore plus réduite. Au cours du processus de corrosion et d'érosion par en-dessous de la couche de masquage 13, certaines parties 9 de la surface du semi-conducteur sont à nouveau exposées. Pour la corrosion, on utilise, par exemple, de l'eau régale. Si, au lieu d'un masquage de laque de photogravure, on utilise un masqua-35 ge métallique, on se sert avantageusement d'autres produits corrosifs n'attaquant pas la couche de masquage en métal précieux. Après îr'élimination par corrosion des parties métalliques superflues de la surface du semi-conducteur, la couche de masquage 13 est, à son tour, 71 27514 5 2099653 éliminée dans un solvant approprié. Sur la surface du semi-conducteur, notamment au-dessus de la grille et de la région de l'élément semi-conducteur dégagée entourant la grille, on dépose, comme représenté sur la figure 5, une couche de passivation. La figure 5 représente l'élément .semi-conducteur 5 fini, en partie en coupe et en partie en perspective. La couche de passivation 12 est, par exemple, en silice ou en nitrure de silicium et est obtenue par dépôt en phase vapeur ou pulvérisation cathodique. La couche de passivation protège la surface du semi-cpnducteur et la grille contre les atomes ou molécules perturbateurs provenant de l'environnement du-dispositif semi-conducteur. Au-dessus de 10 la source et du drain est pratiquée, dans la couche- de passivation 12,. une ouverture s'étendant jusqu'à la couche de contact 10a ou 10c_ et dans laquelle au cours d'un traitement de dépôt en phase vapeur ou analogues, une seconde couche métallique lia ou 11b est produite. Cette seconde couche métallique doit offrir -la propriété d'entrer en liaison intermétallique, lors-d'un traitement thermique 15 subséquent, avec la première couche métallique, liaison qui garantit un bon contact ohmique avec la zone de semi-conducteur 3. Lors du traitement thermique en question, il n'est pas nécessaire de chauffer jusqu'à la température d'alliage. En effet, une température inférieure à la température d'alliage suffit déjà pour assurer une interdiffusion des constituants des couches métalliques. Dans un 20 exemple d'exécution préféré, la seconde couche métallique lia et 11b est en or et forme avec la première couche en palladium, après le traitement thermique, les contacts ohmiques 14 et 15 de la source et du drain. • La grille 10b s'étend, de préférence, à un emplacement déterminé sur la couche - isolante 4 et, là, elle est électriquement connectée à un empla-25 cernent non revêtu par la couche isolante 12. - . Bien entendu, le procédé suivant l'invention peut être étendu à tous les types de transistors à effet de champ à couche d'arrêt.comportant des grilles constituées par des contacts dë Schottky et, par exemple^, à des tétrodes ou à des transistors faisant partie de.circuits intégrés. 30 Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui-vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. " 1 71 27514 - ■2099653 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à couche d'arrêt, dans lequel l'électrode de commande ou grille est constituée par un contact métal semi-conducteur à effet directif, caractérisé en ce que, dans une couche isolante disposée sur la surface d'un élément semi-conducteur, est 5 ménagée une ouverture destinée à recevoir la grille, mais qui est plus large que celle-ci, en ce qu'ensuite la surface du semi-conducteur est revêtue, dans cette ouverture, d'une couche métallique qui possède, en coopération1 avec l'élément semi-conducteurdes propriétés directives, en ce que la cotiçhe métallique est à son tour revêtue, au-dessus de la région prévue pour la grille, d'une 10 couche de masquage résistant à la corrosion et qui est plus large que la grille prévue et, enfin, en ce que les parties superflues de la couche métallique sont éliminées, cependant que la couche de masquage e^st corrodée jusqu'à obtention d'une grille de la largeur désirée. • , -• 2-f Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 couche de masquage résistant à la corrosion e§t une laque de photogravure. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en "ce que la couche de masquage résistant à la corrosion est en métal précieux. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la. première couche de contact des contacts exempts de couche 20 d'arrêt de la source et du drain est fabriquée sumultanément à la fabrication de la grille, en ce qu'ensuite celle-ci est revêtue d'une couche isolante après quoi, sur la première couche de contact de la source et du drain est déposée une seconde couche de contact qui, lors d'un Ççaitement thermique subséquent, transforme la première couche de contact à effet' directif en un contact exempt de 25 couche d'arrêt. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche isolante recouvrant la grille est en silice ou en nitrure de silicium. 6. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la première couche de contact de la source et dû drain identiqué à la grille est 30 en palladium, tandis que- la seconde couche métallique est en or.