Brevet FR2461358A1 — publié le 19810130

L'invention concerne un procédé de réalisation d'un transistor à effet de champ dans lequel les positions respectives de la source, de la grille et du drain sont fixées au stade de la première opération de masquage, ce qui entrarne la mise en place correcte des masques utilisés dans les opérations suivantes. En pareil cas on dit qu'il y a auto-alignement de la grille. On connaft un procédé d'auto-alignement dans lequel une couche d'aluminium est déposé sur la couche semiconductrice active destinée à recevoir les trois électrodes classiques (source, grille et drain). Sur ce dépôt d'aluminium on dépose une couche de résine. C'est sur cette résine qu'est effectuée la première opération de masquage: elle consiste à ouvrir deux fenêtres déterminant l'emplacement et la grandeur respectifs de la source et du drain, et à laisser entre les fenêtres un chapeau de résine qui détermine approximativement l'emplacement de la grille. La dimension de cette grille, et son emplacement définitif, sont déterminés par une gravure de l'aluminium prolongée jusqu'à l'obtention, par sous-gravure, d'un pion d'aluminium recouvert par le chapeau de résine. Ce chapeau sert à protéger l'emplacement de la grille lors du dépôt des contacts de source et de drain, par évaporation de métal. Le procédé est donc entaché d'une imprécision sur l'emplacement et les dimensions de la grille, surtout quand celle-ci doit être très fine, et très proche de la source et du drain, comme cela est nécessaire en très haute fréquence. Cette précision n'est améliorée que partiellement par l'utilisation des rayons X dans les opérations de masquage. En effet si le chapeau est alors délimite de façon plus précise, il demeure une imprécision liée au contrôle plus ou moins difficile de la gravure chimique qui suit la première opération de masquage. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. En outre elle permet de décentrer la grille en la rapprochant de la source sans risquer un empiétement. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes: - réalisation, sur la couche semiconductrice active du transistor, d'un masque constitué par un premier matériau, isolant ou semi-isolant, comportant des fenêtres déterminant les dimensions et l'emplacement définitif de la source, de la grille et du drain du transistor à réaliser; - dépôt d'une couche d'un deuxième matériau isolant, attaquable sélectivement par un agent qui n'attaque pas ou attaque à vitesse beaucoup plus faible le premier matériau; - ouverture, par photogravure effectuée à l'aide dudit agent, de fenêtres de source et de drain mettant à nu le semiconducteur; - dépôt des contacts ohmiques de source et de drain; - ouverture, par photogravure effectuée à l'aide dudit agent, dans le deuxième matériau, d'une fenêtre dégageant la fenêtre initiale de grille et mettant à nu, dans celle-ci, le semiconducteur; - dépôt du contact de grille. L'invention sera mieux Comprise, et d'autres caractéristiques apparaîtront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels: Les figures l à 9 représentent différents stades du procédé selon l'invention; La figure 10 représente un transistor à effet de champ réalisé par le procédé selon l'invention. Figure 1, on a représenté, à titre d'exemple, une fraction d'un substrat 1 en arséniure de gallium monocristallin, semi-isolant, sur lequel on a fait croltre, par épitaxie une couche 2 d'arséniure de gallium dopé n destinée à jouer le rôle de couche active d'un transistor à effet de champ. Le matériau du substrat 1 et de la couche 2 pourrait être constitué par un autre matériau semiconducteur. Avec l'arséniure de gallium, qui se prête mieux que le silicium à la réalisation de transistors à haute fréquence, l'invention procure des avantages certains, notamment en permettant d'obtenir avec précision une grille de très petites dimensions convenablement placée entre source et drain, à des distances très faibles de ceux-ci. On peut utiliser aussi de l'arséniure de gallium et d'aluminium semi-isolant, notamment Ga0 65 AI 0,35 As. Sur la couche 2 on a déposé, par une méthode classique, une couche mince 3 d'un premier matériau isolant ou semi-isolant tel que l'arséniure de gallium poly- cristallin. L'utilisation d'un tel matériau à la place de silice ou de nitrure de silicium, comme on le pratique souvent dans la technologie des transistors à effet de champ à arséniure de gallium, est avantageuse parce que l'arséniure de gallium polycristal- lin (lequel est semi-isolant en l'absence de dopage) présente un coefficient de dilatation thermique sensiblement égal à celui de l'arséniure monocristallin du substrat l et- de la couche 2. Cette caractéristique est intéressante car elle évite l'apparition de fêlures ou cassures dans la couche semi-isolante lorsqu'on soumet le transistor à de brusques variations de température, notamment dans le cas des transistors de forte puissance. Bien entendu le premier matériau pourrait être constitué par Si O2 ou Si3 N4 tout en restant dans le cadre de l'invention. Sur la couche 3, on a déjà procédé, au stade représenté figure 1, à l'élaboration d'un masque 4 de résine sensible à un rayonnement de courte longueur d'onde, ultra- violet ou même rayons X, dans le cas o l'on désire une excellente résolution. Dans le masque 4, représenté avant développement de la résine, on trouve des régions 41, 42, et 43 o la résine irradiée est devenue soluble dans l'agent de dévelcp- pement, alors que le reste 40 du masque est insoluble. 24 6 13 5 8 Figure 2 on a représenté la plaquette de la figure 1, après traitement, recouverte d'un masque 30 comportant trois fenêtres 31, 32 et 33. Ce masque a été obtenu en développant la résine 3 puis en attaquant la plaquette à l'aide d'un agent capable d'éliminer les parties non protégées du matériau de la couche 3. On a représenté le résultat obtenu après élimination du reste 40 de la résine 4. L'attaque est effectuée soit par usinage ionique, soit par attaque chimique à l'aide d'un agent auquel la résine est peu sensible, soit de préférence à l'aide d'un réacteur de gravure à plasma localisé mettant en oeuvre un gaz choisi en fonction du matériau à attaquer sélectivement. Au'stade suivant, figure 3, on a déposé une couche 5, beaucoup plus épaisse (de l'ordre du demi-micron si la couche 3 est de l'ordre du dixième de micron) d'un deuxième matériau, lequel est également isolant ou semi-isolant, se distinguant du premier par la possibilité d'une attaque sélective. On peut utiliser par exemple de l'arséniure de gallium et d'aluminium si le premier matériau est de l'arséniure de gallium pur ou inversement. 1.5 Figure 4, on a représenté la plaquette de la figure 3 après élaboration d'un masque 6 de résine comportant deux fenêtres situées aux emplacements des futurs source et drain, soit au droit des fenêtres 31 et 33 du masque 30. Il n'est pas néces- saire de déterminer avec une grande précision l'emplacement et la dimension de chaque ouverture car il suffit de s'assurer de la protection effective de la fenêtre 32 (actuellement comblée par le deuxième matériau), par le pion de résine 60 consti- tuant la partie centrale du masque 6. En pratique, on adopte une tolérance sur les dimensions conduisant à avoir des fenêtres 61 et 62 légèrement plus larges que les fenêtres 31 et 32. La résine utilisée pour élaborer le masque 30 peut être du type photosensible. Figure 5, on a représenté le résultat obtenu après attaque du deuxième matériau. Cette attaque peut être effectuée soit en utilisant, des agents chimiques sélectifs, soit un réacteur de gravure à plasma localisé. Elle produit des fenêtres 71 et 72 mettant à nu le matériau de la couche 2. Figure 6, on a représenté la plaquette de la figure 5 après dépôt d'une couche 7 obtenue par évaporation sous vide de métal sur l'ensemble de la plaquette, la résine 6 étant laissée telle qu'elle était à la fin de l'étape précédente. Figure 7 on a représenté la plaquette après développement par un solvant qui élimine la résine 6 selon la technologie connue dans la littérature anglo-saxonne sous le vocable de "lift-off". Dans une telle opération la partie de la couche de métal recouvrant la résine est enlevée en même temps que la résine qui lui servait de support. Le reste de la couche susbiste et constitue les contacts ohmiques 81 et 82. Figure 8 on a représenté la plaquette de la figure 7 après élaboration d'un masque 8 de résine photosensible comportant une fenêtre 80 située à l'emplacement de la future grille, soit au droit de la fenêtre 32 du masque constitué par le premier matériau isolant ou semi-isolant, fenêtre actuellement comblée par le deuxième matériau. Les dimensions de la fenêtre 80 sont à dessein beaucoup plus larges que celles de la fenêtre 32. Figure 9, on a représenté la plaquette de la figure 8 après attaque du deuxième matériau isolant ou semi-isolant, attaque effectuée de l'une des manières déjà citée à propos de la figure 5. Le résultat est constitué par l'ouverture d'une fenêtre 90 donnant largement accès à la fenêtre 32 dans laquelle le matériau de la couche 2 a été mis à nu. Figure 10 on a représenté le résultat obtenu après dépôt d'une couche de métal dont il ne subsiste qu'un pion 100 remplissant la fenêtre 90. Ce dépôt a été effectué par évaporation sous vide de métal suivi d'une opération de lift-off mettant à nu le reste de la plaquette, notamment la région des contacts 81 et 82 de source et de drain. Le pion 100 réalise le contact de grille, du type Schottky. La structure de la figure 10 constitue celle d'un transistor à effet de champ dont la couche de passivation comporte deux matériaux différents. On ainsi un compo- sant pratiquement prêt à l'utilisation. Dans le cas de fabrication collective d'un grand nombre de transistors identiques sur une même plaquette (un seul d'entre eux a été représenté aux figures 1 à 10) on doit procéder toutefois à la séparation des composants par une méthode mécanique ou chimique ou une combinaison de ces deux types de méthodes, de façon classique. Outre Pavantage déjà mentionné relatif à l'auto-alignement de la grille et à la précision qui en résulte notamment sur le décentrage intentionnel de la grille dans l'intervalle source-drain, on signalera: - la forme du "pion" métallique réalisant le contact de grille, de nature à faci- liter le raccordement de la connexion de grille du transistor à effet de champ; - la bonne protection de la couche active réalisée par les deux couches succes- sives de matériau isolant ou semi-isolant, protection réalisée immédiatement après la formation de la couche 2; - la possibilité de choisir, pour le premier matéiau, un semi-isolant de résistivité facilitant l'évacuation des charges prisonnières de la couche de passivation et cons- tituant une source indésirable de bruit parasite, notamment en ce qui concerne le bruit dit "en 11f"; - la possibilité d'appliquer le procédé selon l'invention aux transistors de forte puissance. 246 1358 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un transistor à effet de champ à grille autoalignée, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes: réalisation, sur la couche semiconductrice active du transistor, d'un masque constitué par un premier matériau2 isolant ou semi-isolant, comportant des fenêtres déterminant les dimensions et l'emplacement définitif de la source, de la grille et du drain du transistor à réaliser; - dépôt d'une couche d'un deuxième matériau isolant, attaquable sélectivement par un agent qui n'attaque pas ou attaque à vitesse beaucoup plus faible le premier matériau - ouverture, par photogravure effectuée à l'aide dudit agent, de fenêtres de source et de drain mettant à nu le semiconducteur; - dépôt des contacts ohmiques de source et de drain; ouverture, par photogravure effectuée à l'aide dudit agent, dans le deuxième matériau, d'une fenêtre dégageant la fenêtre initiale de grille et mettant à nu, dans celle-ci, le semiconducteur; - dépôt du contact de grille. 2. Procédé de réalisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) Irradiation, à travers un masque, d'une couche de résine sensible à un rayon- nement de courte longueur d'onde déposée sur une plaquette semiconductrice compor- tant un substrat semi-isolant, la couche semiconductrice active et une première couche de passivation constituée par le premier matériau; b) Développement de la couche de résine, et élimination du premier matériau dans les parties de la première couche de passivation qui ne sont pas protégées par la résine; c) Dépôt d'une deuxième couche de passivation constituée par le deuxième matériau; d) Elaboration d'un masque de résine photosensible comportant des fenêtres aux emplacements des futurs source et drain; e) Ouverture des fenêtres de source et de drain; f) Dépôt d'une ocuche métallique par évaporation d'un métal sur la plaquette dans l'état o elle se trouve à l'issue de l'étape (e.); g) Enlèvement par lift-off de la couche de métal déposée à l'étape précédente, ne laissant ainsi subsister que les contacts de source et de drain h) Elaboration d'un masque de résine photosensible comportant, à l'emplacement de la future grille, une ouverture plus grande que la future grille; i) Elimination du deuxième matériau dans l'ouverture obtenue à l'étape précédente pour ouvrir la fenêtre de grille; j) Dépôt d'une couche métallique par évaporation d'un métal sur la plaquette dans l'état o elle se trouve à l'issue de l'étape (i); k) Enlèvement par lift-off de la couche de métal déposée à l'étape précédente, ne laissant ainsi subsister que le contact de grille. 3. Procédé de réalisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche semiconductrice active est constituée par de l'arséniure de gallium mono- cristallin. 4. Procédé de réalisation suivant l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que le premier matériau isolant ou semi-isolant est de l'arséniure de gallium polycristallin, le deuxième matériau étant de l'arséniure de gallium et d'aluminium. 5. Procédé de réalisation suivant l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que le premier matériau isolant ou semi-isolant est de l'arséniure de gallium et d'aluminium, le deuxième matériau étant de l'arséniure de gallium polycristallin. 6. Transistor à effet de champ réalisé par un procédé suivant l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un contact de grille dont la surface disponible pour le raccordement d'une connexion électrique est plus grande que la surface en contact avec la couche semiconductrice active. 7. Transistor à effet de champ réalisé par un procédé suivant l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, sur la couche semiconductrice active, une couche diélectrique continue entourant les contacts de source, de grille et de drain.