Brevet FR2193257A1 — publié le 19740215

On veut obtenir des transistors à effet de champ, du type "planar", de fabrication relativement simple, mais fonctionnant en très haute frSquence. On sait que la fréquence maximale de fonctionnement de ces transistors est d'autant plus élevée que la zone semiconductrice située sous la grille de commande, constituant la partie utile du canal du transistor à effet de champ, est de dimensions plus réduites tant en longueur qu'en épaisseur. Simultanément, on doit augmenter ltépaisseur et la conductivité des régions de source et de drain, afin de diminuer les résistances parasites. En pratique, on dépose, sur un substrat faiblement dopé, d'un premier type de eonductivitE, une couche épitaxiale d'un type de conductivitd opposé. C'est dans cette couche épitaxiale que doit s'inscrire le canal. l'épaisseur de la couche fixe ia hauteur de celui-ci. On peut toutefois, par exemple, par usinage ionique, di iinêr localement cette épaisseur et ddponer par exemple une grille de type SCXOTTEY. Si l'on désire éviter cette opération délicate et conteuse, on adoptera, pour l'épaisseur une valeur moyenne qui représente un compromis entre des exigences contradictoires, On est donc très limité en ce qui concerne cette diminution de hauteur de canal.Par contre, on peut augmenter la conductivité dans les régions de source et de drain en procédant à une diffusion ou i une implantation sélective d'impuretés de même type que la couche jépitaxiale. Toutefois, cette opération constitue une étape sup- plémentaire de fabrication. Elle laisse subsister, en outre, entre le canal proprement dit, et chaque région à forte conductivité, une zone intermédiaire qu'il n'est pas possible de réduire en deça d'une certaine limite, de l'ordre de 1 à 2 microns. En effet, les opérations de masquage délimitant les différentes régions sont réalisées par photogravure et la précision de ce procédé comporte une limite dûe aux phénomènes de diffraction. L'invention permet de surmonter les difficultés évoquées ci-dessus et de simplifier le procédé de fabrication. Le procédé selon l'invention consiste à créer par diffusion dans un substrat- semi-isolant ou faiblement dope P (ou N), deux régions fortement dopées N (ou P). Il est caractérisé en ce que la diffusion des deux régions est faite simultanément en interposant un masque formant totalement écran sur le trajet des impuretés dopantes de façon à produire sous le masque, par diffusion latérale, unepetite région moins épaisse et moins fortement dopée que les deux régions, et constituant le canal du transistor à effet de champ. On réalise ensuite, à l'emplacement du masque et dans une zone de plus petites dimensions que celles du masque, une grille de commande d'un type connu. L'invention sera mieux comprise et d'autres caraetdristiques apparaitront, au moyen de la description qui suit et des dessins annexés, parmi lesquels La figure I est une coupe schématique d'un transistor à effet de champ obtenu par un procédé de fabrication classique Les figures 2 à 6 sont des coupes partielies d'un transistor à effet de champ à diverses étapes de fabrication suivant le procédé selon l'invention Les figures 7 et 8 représentent en coupe des variantes des étapes précédentes. On a représenté en coupe, figure 1,-un exemple de réalisation de transistor à effet de champ- obtenu de façon classique. Sur un substrat 1 de silicium faiblement dopé, de type P, on a déposé par épitaxie une couche 2 de silicium de type N. À l'aide de masques appropriés-, on a diffusé dans cette couche, des impuretés dopantes de type N simultanément au centre du dispositif, dans une région 4,et dans une zone circulaire 3, entourant la région 4.Une gi-ille de SCHOTTKY 7, également circulaire et de largeur "e", est créée par dépit d'un métal formant avec la couche 2 un contact "métal-semiconducteur". Enfin, on a déposé des contacts ohmiques 5 et 6 de "source" et de 'Idrain" respectivement sur les régions 3 et 4 de dopage N+. Le fonctionnement d'un tel dispositif est connu et l'on rappelle simplement que la hauteur h du canal de conduction dans la couche 2 est limitée vers le bas par la jonction NP entre les couches 2 et 1 et vers le haut par la limite de la zone de déplétion D créée sous la grille 7 à une distance variable en fonction du potentiel relatif dé cette grille. Si l'on veut réduire la hauteur h du canal à une dimension de l'ordre du micron, on diminue du même coup l'épaisseur des régions 3 et 4 et l'on augmente les résistances des intervalles "canal-source" et canal-drain. En pratique, la hauteur h du canal est rarement inférieure à quelques microns, valeur trop élevée pour l'utilisation du transistor en très haute fréquence. Dans le procédé selon l'invention, on supprime étape de déport par épitaxie de la couche 2 et on diffuse directement les régions 9 (N+) dans le substrat P . La figure 2 représente la fin d'une étape de fabrication qui suit une opération de gravure d'un masque de silice laissant subsister des portions 15 et 16 de couche d'oxyde de part et d'autre d'une portion centrale 8 de largeur "b". Dans les ouvertures laissées libres, on a diffusé des impuretés de type N à une profondeur "d" supérieure à b/2. On obtient ainsi, sous la portion 8, une zone de type N, moins dopée que le reste des régions 9. Cette zone est limitée par un contour arrondi BIlA où les points de raccordement K et Iv sont situés au droit des extrémités I et J de la portion 8. La distance du sommet T, du contour au segment IJ est égale à "c". Cette distance représente la hauteur minimale du canal dont la longueur utile "a" correspond à la partie de la courbe KLM sensiblement parallèle au segment IJ. On a représenté, figures 3 et 4, deux vues en plant dispositifs ayant la même structure de principe que celui de la figure 2. Dans la figure 3, on trouve de part et d'autre de la portion 8, deux fenêtres rectangulaires 81 et 82 découpées dans un masque 80. Les résistances "canal-drain" et "canal-source" sont réparties en ce cas sur toute la longueur X, plus grande dimension des rec tangles 81 et 82. Au contraire, dans la figure 3, on a deux fenêtres circulaires 83 et 84 entre lesquelles on trouve le masque 86 qui a la forme d'une couronne de largeur "b". En ce cas, les résistances "canaldrain" et "canal-source" sont réparties sur toute la périphérie de la couronne, ce qui est une disposition favorable pour écouler un courant important entre source et drain. On a représenté, figure 5, la fin d'une étape de fabrication qui suit une opération de gra-vure de la portion de masque 9. On a ainsi ouvert une fenêtre 85 au centre de cette portion. Sa largeur est égale à la dimension "a" définie plus haut. Dans cette ouverture, on a créé une grille de SCHOXTKY en déposant une couche de métal 7. La dernière étape du procédé selon l'invention consiste dans l'opération classique de formation de contacts ohmiques 5 et 6 (figure 6). Dans une première variante du procédé de fabrication, au lieu de déposer une grille de SCHOUTEY comme en figure 5, on diffuse, par la fenêtre 85, une couche 10 de type P (figure 7). On a en ce cas, une grille à jonction PN qui constitue l'électrode de commande du dispositif. Dans une deuxième variante (figure 8) du procédé selon l'invention, on inverse les étapes de diffusion (figure 2) et d'implantation de la grille (figure 5). Cette variante permet d'obtenir, par une seule opération de gravure, le masque 8, percé d'une ouverture 85, et les portions de masque 15 et 16. Cela n'est toutefois possible que si le métal Il de la grille de SCHOTTKI est réfractaire, c'est-à-dire ne réagit pas avec le silicium aux températures élevées exigées par les opérations de diffusion. On peut utiliser à cet effet, le tungstène ou le molybdène. Cette variante présente l'avantage d'assurer le centrage quasiautomatique de la grille de commande. En effet, la gravure en une seule opération du masque 86 et de sa fenêtre 85 permet un centrage plus précis de l'ouverture par rapport au masque et par suite, un alignement plus précis de la grille et de la partie la plus mince du canal. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. Le substrat peut titre constitué par un matériau se;ni- conducteur autre que le silicium, dopé ou non dopé, (semi-isolant)* On peut permuter les types de conductivité P et N dans les différents dopages. L'invention est applicable à tout dispositif comportant un transistor à effet de champ pour engendrer ou amplifier des oscillations a haute fréquence ou pour servir de relais de commutation à très grande rapidité. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de-transistors à effet de champ, du type 'tplanar't-fonctionnant entrès haute fréquence, comportant, diffusées dans un matériau semiconduc+eur, une première et une deuxième régions d'un premier type de conductivité, fortement dopées, les deux régions étant réunies par une troisième région, formée du meme matériau semiconducteur, de même type de conductivité, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes essentielles suivantes - formation d'un masque comportant au moins deux fenttres sur la surface dudit matériau semiconducteur, séparées par au moins une bande ;; - diffusion à travers ledit masque, d'impuretés dopantes du- dit premier type de conductivité > la profondeur de diffusion sous la bande et sa concentration en at/cm d'impuretés dopantes étant plus faible que dans lesdites fenêtres - réalisationd'un grille de commande, du type à jonction ou du type à grille de SCHOTTKY, à ltemplacement de ladite bande et dans une zone de moindre largeur que celle de ladite bande. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième régions sont diffusées dans un substrat semiconducteur semi-isolant. 3. Procédé de fabrication selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième régions sont diffusées dans un substrat semiconducteur faiblement dopé en impuretés d'un type de conductivité opposé audit premier type. 4. Procédé de fabrication selon la revendication t, caracte'- risé e ce que la diffusion d'impuretés, à partir de la surface laissée libre sur un substrat (1) par des masques ou portions de masques (15), (8), et (16) est prolongée jusqu'à ce que la profondeur (d) de la diffusion,. sauf au d-roit du masque (8), soit supérieure & la moitié de la largeur (b) du masque t8), (figure 2). 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite surface laissée libre comporte deux zones rectangulaires (81) et (82) séparees par une bande (8), (figure 3). 6. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite surface laissée libre, comporte une couronne (83) entourant une zone circulaire (84), séparée de ladite couronne par une bande (86) (figure 4). 7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, et 6, caractérisé en ce que ledit matériau semiconducteur est du silicium et que lesdites régions sont dopées N ou P. 8. Transistor à effet de champ, du type "planar", comportant un substrat semiconducteur semi-isolant ou d'un premier type de conductivité P (ou N) dans lequel sont implantées,à une première profondeur, une région de source et une région de drain en matériau semiconducteur fortement dopé, d'un deuxième type de conduc tivité N (ou P) opposé audit premier type, et à une deuxième profondeur, une région de canal en matériau semiconducteur faiblement dopé dudit deuxième type de conductivité N (ou P), située entre lesdites régions de source et de drain, caractérisé en ce que ladite deuxième profondeur est inférieure à la première de telle sorte que ladite région de canal est moins épaisse que lesdites régions de source et de drain et que ladite région de canal se raccorde à chaque région de source ou de drain par une zone de transition, dont l'épaisseur et la concentration en impuretés varient progressivement de l'épaisseur et de la concentration de laditerégion de canal à celle de la région de source ou de drain à laquelle elle se raccorde. 9. Dispositif utilisant un transistor selon la revendication 8.