Brevet FR2431768A1 — publié le 19800215

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur sur une plaquette formant substrat, qui comprend généralement un matériau semi-isolant, recouverte sur une de ses faces, dans tordre d'empilement, d'une première couche de matériau semiconducteur, d'une seconde couche métallique et d'une troisième couche de laque photosensible. Elle concerne également les dispositifs semiconducteurs obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention a trait à l'industrie des semiconducteurs, plus particulièrement a la fabrication de transistors à effet de champ, à grille Schottky et électrodes auto-alignées, de diodes Schottky, à jonction p/n ou même hetôrojonction. Dans la suite du présent mémoire, par le terme "auto aligné, on entend le procédé d'alignement de couches évaporées, en profitant d'un effet d'ombrage produit par le surplomb des bords d'un masque, la couche inférieure au masque ayant e'été sousgravée, procédé décrit précédemment dans le brevet français -n 1.437.781, déposé le 21 avril 1965, au nom de la société dite: N.V. PHILIPS'GLOEILAMPENFABRIEKENT, sous priorité des Pays-Bas, du 21 avril 1964. De même, par le terme "Schottky", on entend une jonction môtal/semiconducteur en contact intime, présentant un effet redresseur. Dans les procédés de l'art antérieur, visant à fabriquer de tels dispositifs semiconducteurs, il était nécessaire jusqu' alors d'utiliser au moins trois masques, ce qui présentait comme inconvénient, des coûts et des délais de fabrication élevés. L'invention vise à pallier cet inconvénient en fournissant un procédé de fabrication à deux masques. Elle s'appuie sur le fait qu'il est loisible de remplacer une étape relativement complexe de positionnement et d'illumination à travers le dernier masque, par un décapage sélectif, Pour ce faire, conformément à la présente invention, le procédé de fabrication consiste en les étapes suivantes a) exposition de la laque photosensible, à travers un premier masque, à un rayonnement sensibilisant b) dissolution de la laque exposée, et attaque chimique de la seconde couche métallique de façon que les parties métalliques non recouvertes de laque soient retirées et sous-gravure le long des bords de la laque restante c) dépôt par évaporation d'une quatrième couche métallique, puis dissolution de la laque restante par un dissolvant organique usuel d) recouvrement par une cinquième couche de laque photosensible, et exposition à travers-un second masque à un rayonnement sensibilisant, ce second masque comprenant des zones ramas sées, séparées par au moins une partie plus étroite e) dissolution de la laque non exposée, et attaque chimique sélective de la seconde couche métallique, puis de la première couche semiconductrice, de façon que les parties de ces couches non recouvertes de laque soient enlevées et que par sousgravure de la première couche semiconductrice, il se forme un évidement, sous la seconde couche métallique, au niveau de ladite partie plus étroite ; f) enfin, dissolution de la laque restante, par un dissolvant organique usuel. Selon une réalisation de l'invention, la première couche de matériau semiconducteur est de l'arseniurede gallium. De cette manière, les dispositifs semiconducteurs presentent de bonnes performances, tant du point de vue fréquence de coupure, que du point de vue du bruit. Selon une variante de l'invention, la seconde couche métallique forme un contact Schottky avec la première couche de matériau semiconducteur, alors que la quatrième couche metallique forme un contact ohmique. De cette manière, il est possible de former un dispositif semiconducteur à jonction Schottky. Enfin, selon une réalisation particulière la seconde couche métallique est de l'aluminium, et la quatrième couche métallique est un alliage binaire Au-Ge. La description qui va suivre, en regard des dessins an nexés, le tout donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre comment l'invention se réalise. Les figures 1# à 7 représentent un dispositif semiconducteur, du type transistor à grille Schottky, aux divers stades d'un procédé selon l'art antérieur, Les figures 8 a 15 représentent le même dispositif, aux divers stades du procédé selon l'invention. Selon un procédé de l'art antérieur, une plaquette formant substrat, référencée 1 à la figure 1, généralement en un semiconducteur de type semi-isolant, est recouverted'unepremière couche active, 2, par exemple un semiconducteur de type N, et d'une couche 3, en une résine photosensible. Dans tout ce qui va suivre, il sera fait référence à un semiconducteur en arseniure de gallium, à un contact Schottky en aluminium et un contact ohmique en Au-Ge, sans que cela puisse amener une quelconque limitation à l'esprit de l'invention, qui ne s'appuie pas sur des types précis de matériaux, mais sur une succession d'étapes d'un procédé de fabrication, et l'existence de produits chimiques de décapage sélectifs. A l'aide d'un premier masque, usuellement une fenêtre rectangulaire, l'illumination aux ultraviolets d'un photorésist positif du type Shipley (figure 2), puis enlèvement du photorésist et non illuminé, ssécapage de la couche active 2 de GaAs découverte dans une solution du type suivant 5 volumes de H2 S04 1 volume de H2 02 1 volume de H2 O ce qui permet d'obtenir un plateau (mésa), référencé 4, à la figure 3. Après dépôt d'une couche 5, couche métallique en aluminium, afin d'obtenir un contact Schottky sur l'arseniure de gallium, la surface est à nouveau recouverte d'une couche 6 de pbotorôsist positif Shipley ; un second masque, constitué de deux fenêtres transparentes délimitant une zone centrale oblongue opaque et qui s'inscrit tout ou partie dans la fenêtre dudit premier masque, est positionné sur le plateau 4 prôcedemment défini. Après illumination aux ultraviolets, une solution de décapage, d'acide orthophosphorique chauffé, permet de dissoudre sôlecti- vement l'aluminium déposé sur l'AsQa. Selon les enseignements du brevet français N0 1.437.781, précédemment cité, cette opération est poursuivie jusqu'a ce qu'il apparaisse une sous-gravure, teleque représentéeà la figure 4, de l'ordre du micron. Cette figure 4 est une section selon un plan perpendiculaire à celui des précédentes sections. On évapore alors une deuxième couche métallique 7, destinée à former un contact ohmique avec le semiconducteur, généralement une couche d'Au-Ge. L'effet d'ombre produit par le bord du masque permet ainsi un auto-alignement précis, de la couche 5 par rapport à la couche 7. L'enlèvement des restes du photorôsist 6 et des couches sus-jacentes s'effectue selon des techniques habituelles, et le dispositif vu de dessus se présente tel que le schématise la figure 6. Les axes III-III et IV-IV représentent les plans selon lesquels ont été effectuées les sections respectives des figures 1 à 3, et des figures 4 et 5. Cette technique d'auto-alignement permet d'obtenir ainsi- une grille d'une largeur de 1 micron, dans un intervalle drain-source de 3 microns. La surface de la plaquette est alors recouverte d'une nouvelle couche de laque photosensible, afin qu'avec un troisième masque, dit de "post-définition", on réalise une zone suffisamment large, pour prendre contact avec la grille. Ce contact s'effectue hors du plateau 4, sur la plaquette semi-isolante 1, afin d'éviter des capacités parasites. Le dispositif achevé se présente alors, vu en perspective, selon la figure 7. Mais, un tel procédé selon l'art antéri-eur, d'une part oblige un réalisateur à utiliser trois masques différents, alors que relativement au coût de fabrication, chaque utilisation de masque est une étape longue et onéreuse, et de plus, la zone de contact qui a été définie en dernier lieu par le masque de "postdéfinition n'est pas dans le même plan horizontal que la grille, ce qui amène, au passage du mésa à la plaquette, un certain nombre de rupture et ce d'autant plus que la couche métallique 5 est mince, ou que la hauteur du mésa 4 est importante. Eu égard à ces considérations, la Demanderesse a imaginé la succession d'étapes suivantes, qui permet non seulement de n'utiliser que deux masques, mais en outre de réaliser un contact totalement plat. Selon la présente invention, le procédé consiste en les étapes suivantes, dans l'ordre indiqué, décrit en référence aux figures 8 à 15. Une plaquette, formant substrat, généralement en un matériau semi-isolant tel que de l'arseniure de gallium, réfé rencé 11, à la figure 8, est recouverte sur une de ses faces, dans l'ordre d'empilement, d'une première couche de matériau semiconducteur 12, d'une seconde couche métallique 13 et d'une troisième couche de laque photosensible 14. A travers un premier masque, définissant une zone oblongue non sensibilisée, comprise entre deux zones ramassées et qui ont été représentées sous la forme de deux fenêtres rectangulaires à la figure 9, on soumet la laque à un rayonnement sensibilisant (ultraviolet), puis l'on dissout la laque ainsi sensibilisée, et l'on attaque la seconde couche métallique 13, ici de l'aluminium, au moyen d'acide orthophosphorique chauffé, jusqu'à ce que la couche d'aluminium non recouverte soit totalement enlevée et l'on poursuit en sous-gravure, sur une profondeur de l'ordre du micron. La figure 10, qui est une vue en coupe de la figure 9, selon l'axe X-X, représente la plaquette obtenue, à la fin de cette étape. On évapore ensuite, dans les fenêtres ainsi dégagées, les contacts ohmiques, par une quatrième couche métallique, 15, ici une couche d'Au-Ge ; l'effet d'ombre produit par le bord du masque de laque restant et schématisé par la figure 2, permet d'obtenir, de la même manière que précédemment un auto-alignement précis des contacts ohmiques, par rapport à la couche centrale 13. L'enlèvement des restes de laque et des couches sus-jacentes, selon des techniques habituelles, permet d'obtenir la plaquette, telle que représentée à la figure 12, selon une vue en coupe, et à la figure 13 vue de dessus.L'ensembleest alors recouvert à nouveau d'une cinquième couche de laque photosensible, et sensi bilisée par un rayonnement U.V à travers un masque tel que représente à la figure 14, et qui comprend une première zone 16, qui recouvre totalement les contacts ohmiques 15 et la région centrale oblongue 13, et une deuxième zone 17 destinée à assurer un contact Schottky, sur une certaine surface, séparé de la première zone par un étranglement 18. Après enlèvement de la laque non sensibilisôe, on effectue alors une attaque de la seconde couche métallique 13 non recouverte de laque au moyen d'acide orthophosphorique chauffé et de la première couche de matériau semiconducteur 12 au moyen d'acide citrique jusqu'a obtenir un évidement sous la seconde couche métallique, au niveau dudit étranglement 18. La figure 15 est une vue en perspective du dispositif achevé, après dissolution de la laque restante, au moyen d'un dissolvant organique usuel. Il est bien évident pour l'homme de l'art que l'invention ne se limite pas à la réalisation d'un transistor à effet de champ, à grille Schottky et électrodes auto-alignées, sur arseniure de gallium, tel que décrit ci-dessus, mais qu'elle concerne également d'autres types de semiconducteurs, ou d'autres dispositifs, puisqu'il est également possible d'obtenir, par ce même procédé, une diode Schottky, en réunissant simplement les deux contacts ohmiques, donc en modifiant légèrement la géométrie du premier masque, pour lui donner l'aspect d'un "U". Des diodes à jonction p/n ou à hétérojonction ont été obtenues, selon ce même procédé,par la Demanderesse, la seule condition intéressant les matériaux étant l'existence de solutions chimiques de décapage sélectives. REVENDICATIONS t. Procédé de fab#rication d'un dispositif semiconducteur sur une plaquette formant substrat, qui comprend généralement un mériau semi-isolant, recouverte sur une de ses face, dans l'ordre d'empilement, d'une première couche de matériau semiconducteur, d'une seconde couche métallique et d'une troisième couche de laque photosensible, caractérisé en ce qu'il consiste en les étapes suivantes a) exposition de la laque photosensible, à travers un premier masque, à un rayonnement sensibilisant b) dissolution de la laqu#e exposée, et attaque chimique -de la seconde couche métallique de façon que les parties métal- liques non recouvertes de laque soient retirées et sous-gravure le long des bords de la laque restante c) dépôt par évaporation d'une quatrième couche métallique, puis dissolution de la laque restante par un dissolvant organique usuel d) recouvrement par une cinquième couche de laque photosensible, et exposition à travers un second masque à un rayonnement sensibilisant, ce second masque comprenant des zones ramas sées, séparées par-au moins une partie plus étroite e) dissolution de la laque non exposée, et attaque chimique sélective de la seconde couche métallique, puis de la première couche semiconductrice, de façon que les parties de ces couches non recouvertes de laque soient enlevées et que par sousgravure de la première couche semiconductrice, il se forme un évidement, sous la seconde couche métallique, au niveau dudit étranglement ; f) enfin, dissolution de la laque restante, par un dissolvant organique usuel. 2. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche de matériau semiconducteur est de l'arseniure de gallium. 3. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde couche métallique forme un contact Schottky avec la première couche de matériau semiconducteur, alors que la quatrième couche métallique forme un contact ohmique. 4. Procédé de fabaication d'un dispositif semiconducteurb selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde couche méiallique est un alliage binaire Âu-Ge. Dispositif semiconducteur, obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé selon J 'une des revendications i a 4. 6. Transistor à effet de champ, à grille Schottky et électrodes auto-alignées, obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4. 7. Diode Schottky, obtenue par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.