Brevet FR2482367A1 — publié le 19811113

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de transistors à effet de champ pour ondes micrométriques. Il I1 est bien connu que la réalisation d'un transistor à effet de champ comporte l'utilisation d'une plaquette d'une matière semi-conductrice (par exemple dSarsé- mure de gallium ou de phosphure d'indium) présentant une partie inférieure isolante épaisse et une partie supérieure active mince qui a pour caractéristique une haute conductibilité électrique. Cette partie active est judicieusement créée par des moyens connus et peut s'étendre sur toute la plaquette ou au contraire être sélectivement limitée à des zones déterminées isolées les unes des autres. Sur la partie active de la plaquette de matière semi-conductrice sont disposées deux zones ou petites plaques métallisées qui sont sépares l'une de l'autre par un espace très étroit normalement de quelques micromètres, dans lequel est insérée une mince bande faite d'un métal dif férent, qui prend naissance dans une troisième zone ou petite plaque métallisée Les deux zones métallisées mentionnées en premier sont habituellement appelées la source et le drain tandis que la bande mince interposée est habituelle- ment appelée la grille (en anglais "gate") Pour qu'un transistor à effet de champ puisse travailler à de très hautes fréquences avec un gain élevé et un faible facteur de bruit, il est nécessaire que la bande métallique ou électrode de grille soit d'une très petite largeur (si possible de moins d'un micromètre)et puisse etre placée à distance également très faible (si possible inférieur à un micromètre) des deux autres électrodes respectives la source ou le drain. Le but de l'invention est de créer un procédé de fabrication de transistors à effet de champ pour très hautes fréquences plus précisément pour micro-ondes qui offre les possibilités suivantes 1) faible cout de fabrication et utilisation d'un outillage classique; 2) possibilité de rapprocher la grille de ltune-des électro des de source et de drain dans une structure asymétrique; 3) possibilité de réaliser des structures optimales possé dant un canal aminci, c'est-à-dire avec uné épaisseur réduite de la couche à haute conductibilité située sous la grille; 4) contre optimal des dimensions de la grille (longueur inférieure à un micromètre), 5) rendement élevé de fabrication. Suivant 16invention, ce but est atteint par application d'un procédé caractérisé en ce quwil comprend les phases suivantes : a) préparer une plaquette de matière semi-conductrice formée d'une couche inférieure épaisse faible conductibilité électrique et d'une couche supérieure a haute-conductibilité électrique, mince et plus étroite; b) former une zone métallissée au moins au-dessus de ladite zone à haute conductibilité de la plaquette; c) déposer sur la plaquette une couche d'une substance photosensible et ouvrir dans cette couche une mince fente médiane superposée à ladite zone métallisée et une cavité plus grande communicant avec ladite fente et superposée à la couche à basse conductibilité électrique de la plaquette; d) enlever le métal sous-jacent à ladite fente de manière à partager ladite zone métallisée en deux parties constituant respectivement la source et le drain; e) déposer un métal auxiliaire sur les parties résiduelles de ladite substance photosensible au moyen de deux évaporations obliques croisées de façon à former des deux côtés de la fente deux structures en toit correspondantes qui surplombent les bords de ladite fente, en formant entre elles -une autre fente de largeur réduite superposée à la première, ledit métal auxiliaire atteignant la matière semi-conductrice à la base de ladite cavité ouverte dans la substance photosensible mais non pas à la base de la fente mentionnée en premier lieu; f) déposer sur la matière semi-conductrice, à la base de ladite fente mentionnée en premier, à travers ladite autre fente, une mince bande d'un autre métal constituant la grille, cet autre métal se superposant également audit métal auxiliaire contenu dans ladite cavité de la substance photosensible, de façon à former une troisième petite plaque métallisée reliée à la grille et disposée sur ladite couche à faible conductibilité électrique de la plaquett e; g > enlever ladite substance photosensible et le métal qui lui est superposé. Il est clair que les phases principales du procédé suivant l'invention sont celles indiquées par les lettres c), d), e), f). Les phases c) et d) permettent, en effet, de définir d'une façon très simple l'espace intermédia ire entre les deux petites plaques constituant la source et le drain, tandis que les phases e) et f) permettent de réaliser, également d'une façon très simple et facile à maS- triser, une bande constituant la gril#le également très étroite et convenablement rapprochée de l'une des petites plaques précitées. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en plan de dessus représentant la structure physique d'un transistor à effet de champ. La figure 2 montre à échelle agrandie, en coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1 la constitution de la plaquette de matière semi-conductrice sur laquelle est formé ce transistor. Les figures 3 à 14 montrent des phases successives du procédé utilisé pour la fabrication du transistor. Sur les figures 1 et 2, on a représenté une plaquette de matière semi-conductrice 1 qui est formée d'une partie inférieure épaisse 2 à faible conductibilité électrique et d'une partie supérieure 3 à haute conductibilité électrique, plus mince et plus étroite. La partie 2 constitue essentiellement un substrat isolant tandis que la partie 3 constitue la#surface active de la plaquette. Sur ladite surface active, sont -disposées deux zones ou petites plaques métallisées 4 et 5 qui constituent respectivement les zones correspondant à la source et au drain du transistor à effet de champ. Ces zones métallisées sont séparées par un espace de largeur réduite "d" dans lequel est disposée, de préférence de façon asymétrique, une mince bande 6 faite dsun métal différent, de largeur "a", qui part d'une troisième zone métallisée 7 et constitue la- dite grille du transistor. Cette zone métallisée 7 porte directement sur la couche à basse conductibilité 2 de la plaquette 1. Suivant l'invention, le procédé de fabrication d'un transistor tel que celui représenté sur la fi gure 1 et 2 comprend la préparation, exécutée avec les techni ques'connues, d'une plaquette de matière semi-conductrice 11 formée d'une épaisse couche inférieure isolante 12 et d'une zone supérieure# à haute conductibilité 13, mince-et plus étroite (figure 6). Cette dernière est de largeur sensible- ment égale à la somme des largeurs des zones situées sous les petites plaques conductrices 4 et 5 de la figure 1 et de l'espace restreint interposé entre celles-ci. Parexemple, ainsi qu'on lla représenté sur la figure 3, sur une plaquette de matière semi-conductrice comprenant des couches 12 et 13 de même largeur, on peut étaler une résine photosensible 14 que lton enlève ensuite partiellement par photogravure de manière à ne laisser recouverte qu'une zone d'une largeur égale à celle désirée pour la zone à haute conductibilité de la matière semiconductrice (figure 4). En dehors de cette zone recouverte, on pratique ensuite, par exemple par attaque chimique ou ionique, l'enlèvement total de la couche de matière semiconductrice à haute conductibilité {figure 5). Finalement, on procède à l'enlèvement de la résine photo--sensible résiduelle (figure 6). Toutefois, on peut également utiliser d'autres techniques dans le même but; par exemple, la zone à haute conductibilité 13 peut être créé par un procédé plana ire (en anglais "planar"), par implantation sélective dans une plaquette de semi-conducteur à basse conductibilité. Ensuite, on étale sur le semi-conducteur pre- paré comme on l'a indiqué sur la figure 6 une résine photosensible 15 (figure 7) que l'on enlève ensuite par photogravure dans toute la zone sous-jacente à la zone active 13 du semi-conducteur (figure 8). Sur cette zone, on dépose par évaporation ou pulvérisation cathodique (en anglais "sputte- ring" ) un métal 16 (ou une série de métaux) .capable de cons- tituer, avec ou sans traitement thermique, un contact ohmique sur le semi-conducteur (figure 9). La résine photo-sensible résiduelle 15 et le métal 16 évaporé sur cette résine sont ensuite enlevés pour laisser l'échantillon dans l'état repré- senté sur la figure 10. Ensuite, on étale à nouveau une résine photosensible 17 dans laquelle on ouvre ensuite, par photomasquage, une fente 18 située en position centrale au-dessus dé la zone métallisée 16 et d'une largeur égale à la largeur "d" de l'espace ménagé entre les deux petites plaques métalliques 4 et 5 du transistor de la figure 1. A travers cette fente, on pratique une attaque chimique, ionique ou au plasma qui enlève le métal ou les métaux sous-jacents et divise ainsi la zone métallisée 16 en deux parties 16aw l6b (figure 11) qui correspondent respectivement aux deux plaquettes 4 et 5 de la figure 1. L'attaque peut également être étendue au semi-conducteur sous-jacent de façon à provoquer un amincissement de la partie conductrice 13 de ce semi-conducteur jusqu'S l'épaisseur désirée.Cet amincissement est exécuté en particulier dans le cas où la partie électriquement active 13 du semi-conducteur est en réalité composée de deux couches possédant des conductibilités électriques différentes en laissant la couche de plus grande conductibilité en surface; dans ce cas, cette dernière couche, utile au-dessous des petites plaques 4 et 5 pour limiter au maximum la chute ohmique entre le métal et le semi-conducteur, est au contraire entièrement extraite dans la région correspondant à l'espace destiné à la bande formant la grille 6, où l'on demande une conductibilité plus faible. La résine 17 est également enlevée dans la zone communiquant avec ladite fente qui est destinée à la formation de la petite plaque métallisée i de la figure 1. On effectue ensuite deux évaporations obli ques croisées d'un métal auxiliaire 19 qui se dépose par conséquent uniquement sur la résine photo-sensible 17 et sur les bords de cette dernière qui se font face dans la fente 18 sans atteindre le semi-conducteur dans cette zone -(f igu- re 12). A la suite de ce traitement, on observe la formation d'une corniche métallique qui délimite une fente centrale 20 possédant la meme largeur que la bande 6 de la figure 1 et qui est centrée sur la fente 18 ou déportée vers l'un des deux bords de cette fente, suivant que les épaisseurs déposées dans les deux vaporisations sont identiques ou non. Le métal auxiliaire 19 va au contraire se déposer sur le semi-conducteur 11 dans la plus large zone destinée à la formation de la petite plaque 7 de la figure 1. A travers la fente 20, on peut éventuellement pratiquer un attaque ionique afin de réduire l'épaisseur du semi-conducteur sous-jacent. Il est possible d'obtenir de cette façon au-dessous de la bande formant la grille 7 de la figure 1 une section de semi-conducteur appropriée pour la commande de courant. Ensuite, on dépose une nouvelle quantité de métal 21 par évaporation ou pulvérisation à travers la fente 20, dans une direction perpendiculaire ou oblique à la surface du semi-conducteur, suivant la position de la fente 20 et suivant l'état de proximité désirée pour la bande formant la grille 6 et les deux zones formant la-source-et le drain 4 et 5, en déterminant de cette façon (figure 13) la formation de la bande ou électrode de grille 6 de la figure 1. Le métal 21 se dépose sur le métal auxiliaire 1-9 dans la zone élargie destinée à la formation de la petite plaque 7. Finalement, on enlève la résine photo-sensible 17 et le métal auxiliaire 19 qui la recouvre, de-façon-à laisser le transistor fini dans l'état représenté sur la figure 14. Un traitement thermique de type connu peut éven- tuellement complèter le processus pour rendre ohmique les transitions métal-semi-conducteurs au-dessous des zones métallisées 16a et 16b de la figure 14, c'-est-à-dire au-dessous des petites p1#ues,formant la source et le drain 4 et, de la figure 1. On a ainsi obtenu un transistor à effet de champ dans lequel on peut donner à la largeur -du canal "d" une valeur convenablement petite en choisissant dlune façon simple et connue la largeur de la fente 18 mén#agée dans la couche de résine 17 (figure 11), on peut donner à la largeur a de la bande de la grille 6 une largeur convenablement petite en réglant la quantité de métal 19 évaporé sur.la résine 17 (ce qui est facile à obtenir avec les techniques et appareils de vaporisation actuels) et on peut finalement donner à la distance entre la bande de la grille 6 et l'une des zones de la source 4 et du drain 5 une valeur convenablement petite en choisissant (toujours d'une façon simple) la position de la fente 20 et l'angle d'évaporation du métal 21. On peut ainsi réaliser un transistor à effet de champ convenant aux très hautes fréquences telles que celles des ondes micrométriques. REVENDICATIONS 1.- Procédé caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes a) prépar#er une plaquettè de matière semi-conductrice (11) formée d'une couche inférieure épaisse (12) à faible conductibilité électrique et d'une couche supérieure (13) à haute conductibilité électrique, mince et plus étroite b) former une zone métallisée (16) au moins au-dessus de ladite zone à haute conductibilité de la plaquette ~c) déposer sur la plaquette une couche d'une substance photosensible (14) et ouvrir dans cette couche une mince fente médiane superposée à ladite zone métallisée et une cavité plus grande communicant avec ladite fente et superposée à la couche à basse conductibilité électrique de la plaquette ; d) enlever le métal sous-jacent à ladite fente de manière à partager ladite zone métallisée (16) en deux parties (16a, 16b) constituant respectivement la source et le drain e) déposer un métal auxiliaire (19) sur les parties résiduelles de ladite substance photosensible au moyen de deux évaporations obliques croisées de façon à former des 'deux côtés de la fente (18) deux structures en'toit correspondantes qui surplombent les bords de ladite fente, en formant entre elles une autre fente (20) de largeur réduite superposée à la première,~ledit métal auxiliaire atteignant la matière semi-conductrice à la base de ladite cavité ouverte dans la substance photosensible mais non pas à la base de la fente mentionnée en premier lieu f) déposer sur la matière semi-conductrice, à la base de ladite fente mentionnée en premier, à travers ladite autre fente, une mince bande d'un autre métal constituant la grille, cet autre métal se superposant également audit métal auxiliaire (19) contenu dans ladite cavité de la substance photosensible, de façon à former une troisième petite plaque métallisée reliée la grille et, disposée sur ladite-couche à faible conductibilité électrique de la plaquette g) enlever ladite substance photosensible et le métal qui lui est superposé. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la phase a) s'effectue en recouvrant d'une substance photosensible (14)~unie plaquette de matière semi-conductrice ('il) ayant une partie inférieure (12) à faible conductibilité électrique et une partie supérieure (13) à haute conductibilité électrique, en enlevant ladite surface photosensible sur les cotés d'une zone prédéterminée de ladite partie supérieure de la plaquette et en enlevant cette partie supérieure de la plaquette sur les dotés de cette zone. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'exécution de la phase a), on crée au moyen de la technique pl#anaire (planer) ladite zone à haute conductibilité électrique par implantation sélective dans une plaquette de matière semi-conductrice à faible conductibilité électrique. 4.- procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'exécution de la phase bi on dépose une substance photosensible sur ladite plaquette, on enlève ladite substance photosensible au-dessus de ladite zone à haute conductibilité de la plaquette, on dépose un métal sur cette plaquette et on enlève ce métal en même temps que ladite substance photosensible sur toute les zones non recouvertes par ladite substance photosensible. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la phase d) comporte également l'enlève- ment de la couche sous-jacente à haute conductibilité de la plaquette. 6.- Procédé suivant les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que la phase d) est exécutée par attaque chimique. 7.- Procédé suivant les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que la phase d) est executee au moyen d'un flux ionique. 8.- Procédé suivant les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que la phase d) est exécutée au moyen d'une décharge de plasma. 9.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, entre les phases e) et f) est intercalée une phase dans laquelle on enlève une partie de la couche à haute conductibilité située à la base de ladite autre fente. 10.- Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ledit enlèvement d'une partie de la couche à haute conductibilité s'effectue au moyen d'un flux ionique. 11.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la phase f) est exécutée par vaporisation dudit autre métal dans une direction perpendiculaire à la surface de la plaquette. 12.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase f) est exécutée par évapbra- tion dudit autre métal dans une direction inclinée par rapport à la perpendiculaire à la surface de la plaquette. 13.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la phase complémentaire h) consistant à soumettre la plaquette portant des métallisations superposées à un traitement thermique capable de limiter la rés-istance de contact entre les petites plaques formant la source et le drain et ladite matière semi-conductrice.