Brevet FR2098314A1 — publié le 19720310

Cette invention re Cve du domaine ~s dispositifs à seri- conducteurs et, particulièrement, du domaine uses transistors à efet de champ du type à barrière de Schottky. Les dispositifs selon la technique antérieure sont réalisés habituellement en employant une diffusion à travers deux ou plusieurs masques photo-resistants. Le positionnement et llaligne- ment des masques rendent difficiles le positionnement précis d'un contact de porte à égale distance entre les contacts de source et de drain. De plus, la technique antérieure rend difficile la fabrication dun dispositif dans lequel la source et le drain puissent être disposés suffisamment près, comme il est nécessaire pour obtenir un dispositif fonctionnant aux fréquences élevées. L'objet de la présente invention est une méthode de fabrication d'un transistor à effet de champ et à barrière de Schttky qui permet un contrôle précis des distances source-électrode de commande et électrode de commande-drain. Dans cet objectif, l'invention consiste dans un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ et à barrière de Schottky, caractérisé par les étapes suivantes : Cl) croissance d' une couche épitaxiale d'un matériau semi-conducteur du type n dopé à une concentration allant de 1015 à 1017 atomes de dopant par cm3 de matériau semi-conducteur, sur une surface principale d'un substrat du même matériau semi-conducteur dopé à un niveau qui le rend semi-isolant ; (2) le dépôt d'une couche métallique à la surface supérieure de la dite couche épitaxiale ; (r) le dépôt d'une couche d'un matériau sur cette dernière couche métallique ; (4) la gravure d'une ouverture traversant complètement la dite couche de matériau, avec un agent d'attaque qui ne détruit pas la dite couche métallique ; (5) la gravure d'une ouverture traversant complétement la couche métallique, avec un agent d'attaque ne détruisant ni la couche du dit matériau, ni la dite couche épitaxiale, cette ouverture étant concentrique avec l'ouverture à travers la dite couche de matériau, et l'ouverture à traver la dite couche métallique ayant une surface de la section transversale supérieure à celle de l'ouverture à travers la dite couche de matériau ; et (6) la fixation d'un contact électrique métallique sur la surface de la dite couche épitaxiale, ce contact étant disposé à l'intérieur de l'ouverture pratiquée à travers la dite couche métallique. Le transistor à effet de champ et à barrière de Schottky produit par le procédé qu'on vient de décrire, est constitué par un substrat semi-isolant, présentant des surfaces principales supérieure et inférieure planes et sensiblement parallèles ; une couche épitaxiale du même matériau que le substrat, formée sur la surface supérieure du dit substrat, cette couche épitaxiale étant du type de conductivité n ; une couche métallique disposée à la surface supérieure de la dite couche épitaxiale ; une couche de matériau disposée sur la dite couche métallique ; une ouverture traversant complètement la dite couche de matériau et la dite couche métallique et aboutissant à la surface supér-ieure de la dite couche épitaxiale ; et un contact électrique métallique disposé à l'intérieur de l'ouverture et fixé sur la surface supérieure de la dite couche épitaxiale. Les figures 1 à 5 sont des vues de côté du corps du matériau semi-conducteur, subissant l'élaboration conforme aux enseignementsde la présente invention La figure 6 est une vue de côté du dispositif selon la présente invention. La présente invention sera décrite en supposant un transistor à effet de champ à barrière de Schottky à l'arséniure de gallium. Il est bien entendu cependant, que les enseignements de cette invention, se rapportent à un transistor à effet de champ à barrière de Schottky et à son procédé de fabrication, sont applicables à n importe quel matériau semi-conducteur. En se référant à la figure 1, on y voit représenté un substrat 10 utilisable comme matériau de départ en fonction des enseignements de la présente invention. Ce substrat est constitué d'arséniure de gallium dopé au chrome avec une concentration telle qu'il présente une résistivité allant de 106 à 108 ohm-cm. Avec une telle résistivité, le substrat peut être considéré comme "semi- isolant". Dans le cas d'un substrat en silicium, sa résistivité devrait être d'environ 1000 ohms-cm pour être classé comme matériau semi-isolant. L'épaisseur du substrat n'est pas critique et une épais seur allant de 250 à 500 microns a été trouvée satisfaisante. Le substrat 10 présente une surface supérieure 12 et une surface inférieure 14. Les deux surfaces 12 et 14 sont essentiellement planes et parallèles. En se référant à la figure 2, on voit qu'une couche épitaxiale de type n 16, d'arséniure de gallium a été formée à la surface supérieure 12 du substrat 10. La couche épitaxiale 16 est dopée avec un niveau allant de 10 à 10 atomes d'un dopant de type n par cm3 d'arséniure de gallium. Des exemples de dopants de type n convenant pour l'arséniure de gallium comprennent le silicium et l'étain. La couche épitaxiale 16 a une épaisseur allant de 4 micro mètres, si elle est dopée avec une concentration de 1015 atomes de dopant par cm3 d'arséniure de gallium, à 0,2 micromètre si elle est dopée avec une concentration de 1017 atomes de dopant par cm3 d'arséniure de gallium. Il est essentiel pour le fonctionnement du dispositif, que la couche 16 soit d'un matériau de type n, puisque les electrons qui sont les porteurs dans un matériau de type n, ont la mobilité nécessaire de porteur, ou la vitesse effective, nécessaire pour le fonctionnement du dispositif. Les trous, qui sont les porteurs dans un matériau de type p, possèdent une vitesse trop faible. Si la concentration de dopant (Nd) de la couche 16 est en dessous de 1015 atomes par cm3 d'arséniure de gallium, la largeur de la bande du gain sera trop faible et le gain du dispositif trop faible pour être utile. Si la concentration de dopant (Nd) de la couche 16 est 3 au-dessus de 1017 atomes par cm d'arséniure de gallium la tension de claquage du dispositif sera inférieure à la tension de pincement du dispositif, et, le dispositif sera inutilisable dans l'objectif prévu. La tension de pincement de la porte, VO est détermine par la formule dans laquelle Q est la charge de l'électron, Nd est la concentration du dopant, A est l'épaisseur de la région, K est la constante diélectrique. A partir de la formule ci-dessus, la relation entre la concentration du dopant Nd et l'épaisseur A de la couche 16 est évidente. Il est également évident, à partir de cette formule, que plus la couche 15 sera mince et plus la concentration en dopant sera basse, tout en restant dans les limites d'un gain acceptable, plus faible sera la tension de pincement du dispositif. En se référant à la figure 3, on voit que, après la crois sance de la couche épitaxiale 16, une première couche métallique 18 est déposée, de préférence par évaporation, sur la surface 20 de la couche 16. La première couche métallique 18 peut être un alliage orgermanium constitué par exemple, en poids, de 88% d'or et de 128 de germanium, un alliage or-étain constitué par exemple, en poids, de 80% d'or et de 20% d'étain ; un alliage argent-indium-germanium constitué par exemple, en poids, de 90% d'argent, 0,5% d'indium et de 5% de germanium ; la couche 18 peut également être constituée par de l'étain. L'épaisseur de la couche 18 peut varier entre 1000 i et o 5000 A. L'épaisseur de la couche 18 détermine la longueur du canal du dispositif, dont les effets seront discutés ci-dessous. La couche fournit également une constante à faible résistance pour le dispositif. Une deuxième couche 22 est alors déposée, de préférence par évaporation, sur la surface supérieure 24 de la couche métallique 18. La deuxième couche 22 est de préférence une couche métallique et doit être constituée d'un matériau qui peut être gravé avec un agent d'attaque qui n'affectera pas la première couche métallique, et sera elle-même résistante à un agent d'attaque qui pourra attaquer la première couche métallique. Si la première couche métallique 18 est constituée par l'un quelconque des alliages cités plus haut ou par de l'étain métallique, la deuxième couche métallique 22 pourra être constituée d'un métal choisi dans le groupe comprenant le chrome, le nickel ou un oxyde pyrolytique tel que le bi-oxyde de silicium.La couche 22 doit être suffisamment épaisse pour avoir une b@@ne tenue mécanique @@@@ suffisamment f@@ ne pour permettre une perte d @ésolution @@@@@ @@@ structure sera gravée à travers cette couche. Ue épaisseur allant de 500 à 2000 a été troue satisfaisante. En se référant à la figure 4, une couche 26 photorésistante est déposée à la surface 28 de la couche métallique 22, une tructure choisie pour le transistor à effet de champ et à barrière de Schottky a été développé dans la couche photorésistante 26 et une ouverture 30 a été gravée, mais uniquement à travers la couche métallique 22. La gravure est exécutée en employant un mélange de ferricyanure de potassium et d'hydroxyde de sodium qui n'attaquera pas la couche métallique 18. En se référant maintenant à la figure 5, et en employant la couche 22 comme masque, on voit que l'ouverture 32 a été gravée entièrement à travers la couche métallique 18 jusqu'à la surface 20 de la région 16. L'ouverture 32 est concentrique avec l'ouver- ture 30, mais présente une plus grande surface a section transver sale par le fait que la couche 22 se trouve contournée par l ' agent d'attaque. Le degré d'attaque sousjacente est au noirs égal à l'é- paisseur de la couche 18 et peut être amené au degré voulu n con- tinuant le processus d'attaque. Un agent d'attaque convenable est un agent à base de cyanure vendu sous le nom commercial de cette Aurostrip". En se référant à la figure 6, on voit que, suit n t la formation de l'ouverture 30, un contact électrique métallique 34 a été déposé par évaporation sur la surface 20 de la région 16, à travers l'ouverture 32, en utilisant la couche 22 comme masque et l'ouverture 30 comme ouverture dans le masque constitué par cette couche. Le contact électrique métallique 34 constitue l'électrode de commande pour le transistor à effet de champ et à barrière Se Schottky, et est constitué par un métal choisi dans le groupe constitué par l'aluminium, le cuivre, l'argent, l'or, le platine, le nickel et le chrome. Les électrodes de commande satisfaisants peu o o vent avoir une épaisseur allant#de 300 A à 1000 A et de préférence o de 500 A Le degré d'attaque sousiasceote et l'épaisseur-À-e la couche 18 déterminent la longueur du canal du dispositif terminé. En mettant en pratique les enseignements de la présente invention, il est possible de réaliser des dispositifs avec des longueurs de canal inférieures au micromètre, alors que par la technique antérieure, la longueur minimale possible était de 1 micromètre. REVENDICATIONS 1. Un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ et à barrière de Schottky, caractérisé par les étapes suivantes : (1) croissance d'une couche épitaxiale d'un matériau semi-conducteur du type n dopé à une concentration allant de 1015 à 1Q17 atomes de dopant par cm3 de matériau semi-conducteur, sur une surface principale d'un substrat du même matériau semi-conducteur dopé à un niveau qui le rend semi-isolant ; (2) le dépôt d'une couche métallique à la surface supérieure de la dite couche épitaxiale ; (3) le dépôt d'une couche d'un matériau sur cette dernière couche métallique ; (4) la gravure d'une ouverture traversant complètement la dite couche de matériau avec un agent d'attaque qui ne détruit pas la dite couche métallique ; (5) la gravure d'une ouverture traversant complètement la couche métallique avec un agent d'attaque ne détruisant ni la couche du dit matériau ni la dite couche épitaxiale, cette ouverture étant concentrique avec l'ouverture à travers la dite couche de matériau, et l'ouverture à travers la dite couche métallique ayant une surface de section transversale supérieure à celle de l'ouverture à travers la dite couche de matériau; et (6) la fixation d'un contact électrique métallique sur la surface de la dite couche épitaxiale, ce contact étant disposé à l'intérieur de l'ouverture pratiquée à travers la dite couche métallique. 2. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel l'attaque de la dite couche métallique est poursuivie, grâce à quoi la dite couche métallique subit une attaque élargie sous la dite couche de matériau. 3. Un procédé selon les revendications 1 et 2, dans lequel le dit substrat est constitué d'arséniure de gallium dopé au chrome, de manière à obtenir une résistivité allant de 106 à 108 ohm-cm ~ et dans lequel la dite couche épitaxiale est constituée par de l'arséniure de gallium du type n dopé à un niveau allant de 1015 à 1017 3 atomes de dopant par cm d'arséniure de gallium et est amenée à une 15 3 épaisseur de 4 microns pour un dopage de 10 atomes par cm et une 3 épaisseur de 0,2 microns pour un dopage à 1017 atomes par cm 4.Un transistor à effet de champ produit par le procédé selon 1' une quelconque des revendications précédentes et constitué par un substrat semi-isolant présentant des surfaces principales supé rieure et inférieure planes et sensiblement parallèles ; une couche épitaxiale du même matériau que le substrat formée sur la surface supérieure du dit substrat, cette couche épitaxiale étant du type de conductivité n ; une couche métallique disposée à la surface supérieure de la dite couche épitaxiale ; une couche de matériau disposée sur la dite couche métallique ; une ouverture traversant complètement la dite couche de matériau et la dite couche métallique et aboutissant à la surface supérieure de la dite couche épitaxiale ; et un contact électrique métallique disposé à l'intérieur de l'ouverture et fixé sur la surface supérieure de la dite couche épitaxiale. 5. Un transistor selon la revendication 4, dans lequel la dite couche de matériau est constituée d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le chrome, le nickel et le bioxyde de silicium. 6. Un transistor selon les revendications 4 ou 5, dans lequel le dit substrat semi-isolant est constitué par de l'arséniure de gallium dopé au chrome pour lui donner une résistivité allant de 106 à 10 ohmcm et dans lequel la dite couche épitaxiale est dopée avec une concentration allant de 1015 à 1017 atomes de dopant par 3 I -. cm d'arséniure de gallium. 7. Un transistor selon les revendications 4, 5 ou 6, dans lequel la dite couche métallique est constituée par l'étain ou par un alliage choisi dans le groupe comprenant, en poids : 88% d'or et 12% de germanium ; 80% d'or et 20% d'étain ; ou 90% d'argent, 0,5 d'indium et 5% de germanium.