Brevet FR2474761A1 — publié le 19810731

La présente invention se rapporte aux procédés de fabrication -de composants semi-conducteurs. Plus par- ticulièrement, l'invention concerne un procédé de fa- brication de composants semi-conducteurs dont une étape consiste à déposer sélectivement un métal formant élec- trode, en utilisant deux parois adjacentes formées sur un substrat semi-conducteur. Un transistor à effet de champ à porte formant barrière de Schottky (désigné ci-après par l'abréviation "MES FET") comporte, en guise de porte, une barrière de Schottky obtenue en déposant du métal au contact d'une surface semi-conductrice. Les tran- sistors du type "MES FET" sont largement utilisés dans les amplificateurs à faible bruit, les amplifi- cateurs à grande intensité du signal de sortie ou les oscillateurs dans la plage des fréquences correspon- dant aux micro-ondes. Les figures IA à 1D des dessins annexés à la présente demande illustrent les étapes de fabri- cation conformément au procédé "MES FET" traditionnel. Comme le montre la figure 1A, une couche active 2 est formée sur une plaquette semi-conductrice 1 semi- isolante, par croissance épitaxiale. La région sur laquelle s'étend cette couche active 2 est réduite à la dimension souhaitée par une attaque mésa, commae l'illustre la figure 1B. Sur la figure 1C, une élec- trode 3 dite "source" et une électrode 4 dite "drain" sont formées à base d'un alliage de Au-Ge-Ni, en uti- lisant une évaporation traditionnelle sous vide et des techniques lithographiques, après quoi la plaquette est soumise à un traitement thermique à environ 470'C pendant plusieurs minutes. Ensuite, une électrode 5 dite "porte" est formée dans une région de la couche active 2 entre la source 3 et le drain 4, à l'aide d'une évaporation sous vide et de techniques litho- graphiques classiques (figure 1D). En vue d'améliorer la courbe de réponse de haute-fréquence d'un transistor "MES FET", il est néces- saire de donner à la porte une longueur t aussi courte que possible. Par conséquent, la porte doit être fabri- quée avec une très haute précision. Dans le procédé de fabrication classique décrit ci-dessus, lors de la configuration de la porte 5 en utilisant un enduit photo-résistant, des épaulements sont formés à proxi- mité de la porte et délimités par la source 3 et le drain 4. Par conséquent, la résolution de la configu- ration de la porte n'est pas aussi bonne que dans le cas o cette configuration a lieu sur une surface plane. Dans ces conditions, il est difficile, à l'aide du procédé de fabrication classique, d'obtenir une porte aussi petite que 1 pm. En outre, étant donné qu'il est nécessaire de former la porte en l'alignant avec une très haute précision, de l'ordre de + 0,2 pm, entre la source 3 et le drain 4 préalablement formés, il est hautement difficile d'utiliser les techniques de l'art antérieur pour localiser ces électrodes avec une telle haute précision. De ce fait, le procédé de fabricationcourant ne permet d'obtenir qu'un très faible débit de production. Habituellement, pour fabriquer des dispo- sitifs de ce type, on utilise un procédé dans lequel, avant de former la porte 5, la source 3 et le drain 4 sont soumis à un traitement d'alliage en vue de réduire les résistances de contact. Toutefois, lorsque le trai- tement thermique est exécuté à une température suffi- samment élevée pendant une longue durée, il peut se produire une adhérence ou un ramassage du métal dans la source et le drain, d'o il résulte une augmentation de l'importance des épaulements qui les entourent. C'est l'un des facteurs qui nuisent à la résolution de la configuration de la porte. La présente invention a par conséquent pour objet d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-avant et inhérents à un procédé classique de fabrication de composants semi-conducteurs. Plus spécialement, l'in- vention vise à permettre un haut débit de production de transistors "MES FET" à porte courte. Selon les caractéristiques essentielles de l'invention, le procédé proposé pour la fabrication de composants semi-conducteurs consiste à utiliser deux parois adjacentes et à sélectionner convenablement un angle d'évaporation sous vide, de manière que le métal formant électrode ne soit évaporé sous vide que dans les régions souhaitées. Plus spécialement, le procédé selon l'invention permettant de fabriquer des composants semiconducteurs consiste à former une couche active, électriquement conductrice, sur un substrat semi-conducteur semi-isolant, à former sur cette couche active deux parois adjacentes qui s'é- tendent en ligne droite parallèlement l'une à l'autre, à évaporer sous vide un métal, à l'oblique par rapport aux faces verticales de ces deux parois, afin de former une couche à résistance ohmique sur ladite couche active, sauf dans les régions de cette dernière comprises entre les deux parois, à déposer une couche de métal formant barrière de Schottky sur ladite région de la couche active comprise entre lesdites parois, puis à enlever ces parois en vue d'ôter le métal qui y est déposé. Les parois peuvent consister en un enduit photorésistant ou en une combinaison d'un enduit photorésistant et d'un matériau isolant servant de séparateur. En variante, les parois peuvent consister entièrement en un matériau isolant. Selon un autre mode de réalisation, le procédé de fabrication selon l'invention consiste à déposer une couche active, électriquement conductrice, sur un substrat semi-conducteur semi-isolant, à former sur cette couche active deux parois adjacentes s'étendant en ligne droite parallèlement l'une à l'autre et consistant chacune en un film isolant et une couche photorésistante, à évaporer sous vide un métal formant une électrode ayant une résistance ohmique, à l'oblique par rapport aux faces verticales des deux parois en vue de former une couche à résistance ohmique sur ladite couche active, sauf dans les régions comprises entre les deux parois, à enlever les deux couches photorésis- tantes pour enlever le métal déposé sur ces dernières, à chauffer la couche de métal à résistance ohmique, à déposer une couche de métal formant barrière de Schottky dans la région de la couche active comprise entre les deux films isolants, puis à enlever chaque- film isolant pour ôter le métal qui y est déposé. L'angle d'évaporation sous vide permettant le dépôt de la couche de métal formant barrière de Schottky peut être modifié à partir de la verticale, afin d'obtenir une porte plus courte. Avant de procéder à l'évaporation sous vide du métal formant barrière de Schottky, la surface du substrat semi-conducteur peut être attaquée en vue d'y ménager une porte. Après que les deux parois ont été formées, la surface du substrat semi- conducteur peut être soumise à une attaque mésa. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - les figures lA à 1D décrites plus haut illustrent schématiquement les étapes-d'un procédé classique de fabrication de composants semiconducteurs; -30 - les figures 2A à 2F et la figure 3 illus- trent schématiquement les étapes d'un procédé cons- tituant un premier exemple de réalisation selon l'in- vention; - les figures 4 et 5 illustrent schématique- ment des deuxième et troisième exemples de réalisation d'un procédé selon l'invention; et é474761 - les figures 6A à 6I illustrent schémati- quement les étapes d'un procédé constituant un qua- trième exemple de réalisation selon l'invention. Pour décrire la présente invention, on fera référence à ses formes de réalisation préférées. Pour former les parois, on peut utiliser un grand nombre de matériaux. On va à présent décrire des exemples d'un procédé selon l'invention dans lesquels les parois consistent en un enduit photorésistant. Un premier exemple de procédé selon l'in- vention va maintenant être décrit en regard des figures 2A à 2F qui illustrent les étapes de fabrication d'un composant semi-conducteur. Sur la figure 2A, une couche active 7 de GaAs n est déposée sur la face supérieure d'un subs- trat cristallin 6 semi-conducteur et semi-isolant, tel que GaAs. Pour ce faire, on utilise de préférence un procédé de croissance épitaxiale en phase vapeur, bien qu'un procédé de croissance épitaxiale en phase liquide ou un procédé d'implantation d'ions puissent également être utilisés. Ensuite, la couche active 7 de GaAs n est limitée à sa dimension souhaitée par une attaque mésa, illustrée sur la figure 2B. Ensuite, des parois 8 et 9 en matériau photorésistant sont formées sur la couche active 7, parallèlement l'une à l'autre, contiguës et s'étendant en ligne droite sur la surface du substrat semi-conducteur, comme le montre la figure 2C. Dans ce cas, étant donné que la surface de la couche active 7 est très plane, les parois 8 et 9 peuvent être formées avec une très grande précision. En fait, il est possible de conformer ces parois de manière qu'elles fassent saillie, par exemple, de 1 him. Ensuite, comme le montre la figure 2D, un métal formant une électrode ayant une résistance ohmique, tel qu'un alliage de Au-Ge-Ni, est évaporé sous vide dans deux directions obliques, de manière à former sélectivement des couches à résistance ohmique sur des régions de la couche active 7 (exception faite d'une région formant porte) situées à l'extérieur des parois 8 et 9 formant ainsi une électrode "source" et une électrode "drain" 11. Pour que seules les régions de la couche active 7 situées à l'extérieur des parois 8 et 9 et non pas la région séparant ces deux parois S et 9, soient soumises à une évaporation sous vide, il convient de déterminer un angle d'évaporation sous vide avan- tageux. Cet angle peut être choisi par la géométrie élémentaire ou grâce à un diagramme. Par exemple, dans le cas o les parois 8 et 9 ont une hauteur de 1 pm et sont espacées l'une de l'autre de 1 im, il est nécessaire que l'angle d'évaporation sous vide soit supérieur à 450 par rapport à l'axe vertical perpendiculaire à la face supérieure du substrat. Cependant, les parois ne sont pas toujours d'une hauteur et d'une distance de séparation uniformes. Pour cette raison, il est souhaitable que l'angle d'évaporation sous vide soit supérieur à 650. Lorsqu'il est difficile d'accroître suffisam- ment le rapport entre la hauteur des parois et la largeur quand on utilise simplement la couche photo- résistante, l'angle d'évaporation sous vide doit être relativement grand et, par conséquent, la couche ré- sultante présente une plus faible épaisseur. Cette difficulté peut être surmontée grâce au procédé suivant: une couche isolante, servant de séparateur, et à base de SiO2, de Si3N4 ou d'une résine type polyimide est formée au-dessous de la couche photorésistante. La couche isolante ainsi formée est ensuite soumise à une attaque chimique, à une attaque au plasma ou à une attaque ionique, la couche photorésistante étant utilisée comme un masque pour former les parois suf- fisamment hautes. Ensuite, comme le montre la figure 2E, un métal formant barrière de Schottky, tel que de l'alu- minium, est évaporé sous vide, sensiblement vertica- lement sur la face principale du substrat, afin de former une barrière de Schottky 12 formant porte au- dessus de la couche active 7 et entre les parois 8 et 9. Dans cette étape, l'aluminium est également évaporé sous vide sur la couche active 7, à l'extérieur des parois 8 et 9. Toutefois, les couches d'aluminium sont isolées-par rapport aux régions de la couche active 7 par suite de la présence des couches d'alliage de Au- Ge-Ni. En d'autres termes, comme les couches d'alumi- nium sont simplement déposées sur les couches d'alliage Au-Ge-Ni, leurs caractéristiques ohmiques ne varient que faiblement. Pour finir, les parois 8 et 9 sont enlevées et la plaquette est soumise à un traitement thermique à une température d'environ 470'C pendant plusieurs dizaines de secondes, afin d'obtenir une excellente caractéristique ohmique. Le composant ainsi obtenu présente une structure "MES FET" illustrée sur la figure 2F. La figure 3 illustre le positionnement mutuel des électrodes obtenues grâce au procédé de fabrication décrit ci-dessus. Sur cette figure 3, la partie hachu- rée correspond aux régions dans lesquelles le matériau photorésistant est présent au-dessus de la couche active, et les références numériques 8 et 9 désignent les parois adjacentes photorésistantes. Toujours sur cette figure 3, la référence 13 désigne une région constituant une porte. Etant donné que cette porte 13 est entourée par les parois 8 et 9, aucun métal consti- tuant une électrode présentant une résistance ohmique n'est déposé dans ladite région 13 lorsqu'il est éva- poré sous vide de la manière décrite ci-avant. Deux couches de métal à résistance ohmique et de métal for- mant barrière de Schottky sont déposées sur toute la région, à l'exception de la porte 13. Cependant, lorsque 2474761- l'enduit photorésistant est enlevé, les couches métal- liques recouvrant ce dernier sont enlevées en même temps que lui. Subsistent alors la source 10, le drain 11, la porte 12 formant barrière de Schottky et un bloc 14 connecté à ladite porte, comme le montre la figure 3. Un deuxième exemple illustrant le procédé selon l'invention est illustré sur la figure 4. Dans cet exemple, l'angle d'évaporation sous vide du métal formant barrière de Schottky est contrôlé pour Qbtenir une longueur de porte plus courte que la distance séparant des parois 8 et 9 photorésistantes. Cet angle d'évaporation sous vide varie librement dans la limite o une barrière de Schottky 12 formant porte est formée sur la surface d'une couche active 7 située entre les parois 8 et 9, un transistor du type "MES FET" pouvant alors être obtenu, dont la longueur de la porte est notablement plus courte que dans le cas o on utilise des techniques lithographiques classiques. La figure 5 est une coupe en élévation illustrant un autre exemple de réalisation du procédé selon l'invention. Il ressort de la-description ci- dessus que le procédé selon l'invention connait un large éventail d'applications et peut être transformé ou modifié de diverses manières. Par exemple, après que l'étape consistant à évaporer sous vide le métal à résistance ohmique à l'extérieur des parois 8 et 9- (Figure 2D) a été menée, on peut procéder à une étape consistant à attaquer légèrement la surface exposée de la couche active 7 entre lesdites parois 8 et 9. Dans ce cas, dans l'ensemble obtenu illustré sur la figure 5, seule la région de la couche active 7 située sous la porte 12 formant barrière de Schottky est ré- duite. Le transistor "MES FET" ainsi obtenu présente l'a- vantage que sa résistance de source en série est faible. Il convient à présent, à l'appui des figures 6A à 6I, de décrire un autre exemple de réalisation du procédé selon l'invention, dans lequel les parois consis- tent en deux couches, à savoir une couche photorésistante et une couche isolante. Tout d'abord, en se référant à la figure 6A, une couche active 7 de GaAs n est déposée sur une surface d'un substrat 6 de GaAs semiisolant, par exemple au moyen d'un procédé de croissance épitaxiale en phase vapeur, l'épaisseur de cette couche active;tant de 0,2 pm et sa densité de porteurs étant de 1 x 1!(7cm-3 par exemple. Dans cette croissance, le dopant peut, par exemple, être Te. Comme l'illustre la figure 6B, la région sur la- quelle s'étend la couche active 7 est dimensionnée comme on le désire. Ensuite, une couche isolante 8c, telle qu'une couche de SiO2, est déposée sur la couche active 7 (figure 6C), à l'aide d'un procédé de déposition chi- mique en phase vapeur à basse température utilisant du SiH4 gazeux. Par exemple, l'épaisseur de la couche de SiO2 est de 5000 A. Ensuite, comme l'illustre la figure 6D, un enduit photorésistant positif est déposé sur la couche 8c de O SiO2, son épaisseur étant de 5000 A, et des parois 9a et 10a en enduit photorésistant sont formées à l'aide de techniques classiques. Les parois 9a et a s'étendent d'une manière rectiligne sur la surface du substrat semi-conducteur et elles sont espacées l'une de l'autre de 1 pm, par exemple. Les cloisons ainsi formées présentent une excellente résolution, étant donné qu'elles sont formées sur une surface plane. Par la suite, la couche 8c de SiO2 est attaquée, les parois photorésistantes constituant un masque, deux parois adjacentes lia et 12a, consistant en des couches restantes 8a et 8b de SiO2 et en les parois 9a et O10a, étant ainsi formées (fig. 6E). Dans cet exem2le, le métal formant électrode est évaporé sélectivement sous vide en utilisant les deux parois lia et 12a, comme décrit ci-dessus. Tout d'abord, en vue d'obtenir une source 13a et un drain 14a, un métal formant une électrode ayant une résistance ohmique, tel qu'un alliage de Au-Ge-Ni, est évaporé sous vide, obliquement, sur la surface du substrat, pour donner naissance à des couches d'alliage d'Au-Ge-Ni sur la couche active 7, à l'exté- rieur des deux parois lia et 12a (fig. 6F). Ensuite, comme le montre la figure 6G, les parois 9a et 10a photorésistantes sont alors enlevées, de même que les couches d'alliage de Au-Ge-Ni sont enlevées des parois 9a et 10a. Le composant semi-conducteur ainsi obtenu est ensuite soumis à un traitement thermique à 470 C pendant environ deux minutes, dans une atmos- phère de H2, améliorant ainsi les daractéristiques ohmiques de la source 13a et du drain 14a. Ultérieurement, comme le montre la figure 6H, un métal formant barrière de Schottky, tel que l'alu- minium, est évaporé sous vide sur toute la surface de l'élément, une couche d'aluminium étant ainsi déposée sur la couche active 7, entre les couches 8a et 8b de SiO2, pour former une barrière 15 de Schottky formant porte. Dans cette étape, les couches d'aluminium sont déposées à l'extérieur des couches 8a et 8b de SiO2. Cependant, étant donné que ces couches d'aluminium sont seulement déposées à la superficie des couches en alliage de Au-Ge-Ni, elles ne nuisent pas considéra- blement aux caractéristiques ohmicues de ces couches. Afin d'isoler électriquement d'u. manière plus efficace les électrodes du composant semi-conducteur, et d'augmenter le débit de production, on peut utiliser le procédé suivant: les couches 8a et 8b de SiO2 sont enlevées par attaque au moyen d'un agent tampon ordinaire. Il en résulte que des couches 16 d'aluminium, situées sur les couches 8a et 8b de SiO2, sont également 1l enlevées, d'o il résulte un transistor "*YES FET" conformé en coupe selon la figure 61. Conformément à cet exemple de réalisation, le contact ohrmiaue du drain est soumis à un traitement thermique avant la formation de la barrière de Schottkv formant porte. A cet effet, sans porter atteinte aux caractéristiques électriques de cette porte, le traitement thermique peut avoir lieu à une haute température pendant une longue période, et les carac- téristiques ohraiques du dispositif ainsi obtenu sont excellentes. En outre, il n'est pas nécessaire de prévoir une étape supplémentaire de formation de parois photorésistantes après que la source 13a et le drain 14a ont été soumis à un traitement thermique. De ce fait, même si ce traitement thermiaue provoque un ramassement de la matière dans la source et le drain, la précision du processus ultérieur n'est pas mise en question. Par conséquent, la source et le drain peuvent être soumis d'une manière satisfaisante à un traitement thermique et les caractéristiques ohbriques sont perfec- tionnées. Conformément à la présente invention, comme décrit ci-avant, deux parois adjacentes photorésistantes sont ménagées sur la couche semiconductrice et l'angle d'évaporation sous vide est choisi d'une manière appro- priée de manière que le métal formant électrode soit évaporé sous vide uniquement sur les régions souhaitées. Par conséquent, les électrodes "source", "drain" et "porte" sont alignées d'elles-mêmes. De ce fait, le procédé proposé par l'invention présente l'avantage de permettre un processus de fabrication simple, étant donné qu'il ne nécessite pas une étape d'alignement. En outre, étant donné aue les cloisons photorésistantes sont formées sur une surface plane, leur résolution est considérablement élevée. Cela constitue un autre avantage du procédé selon l'invention. Dans ces condi- tions, des transistors "MES FET", dont la porte présente une faible longueur, peuvent être fabriqués facilement et à un haut débit. De procédé selon l'invention peut donc être appliqué efficacement à la fabrication de transistors "MES FET" ou de circuits intégrés compor- tant de tels transistors. Dans les exemples décrits ci-avant, le matériau semi-conducteur est GaAs. Cependant, ce matériau peut être InP, ou un autre matériau semi-conducteur approprié. Par ailleurs, le métal formant barrière de Schottky n'est pas exclusivement de l'aluminium, mais peut être Ti, Cr, Mo ou Ta. De même, le. film isolant n'est pas limité à SiO2, mais peut consister en un film de résine du type polyimide ou en un film composé de plusieurs substance. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit -et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de composants semi- conducteurs, caractérisé par le fait qu'il consiste à: - former une couche active (7) électriquement conductrice sur un substrat (6) semi-conducteur semi- isolant; - former sur ladite couche active (7) deux parois (8, 9) adjacentes s'étendant en ligne droite et parallèlement l'une à l'autre; évaporer sous vide un métal constituant une électrode ayant une résistance ohmique, obliquement par rapport aux surfaces verticales des deux parois (8, 9), pour déposer sélectivement une couche (10, 11) de métal à résistance ohmique sur ladite couche active (7), sauf dans la région de ladite couche active com- prise entre les deux parois (8, 9); - déposer une couche de métal formant bar- rière de Schottky (12) sur ladite région de ladite couche active (7) comprise entre les deux parois (8, 9), et - enlever lesdites parois (8, 9) pour enlever ladite couche de métal à résistance ohmique et ladite couche de métal formant barrière de Schottky, déposées sur lesdites parois (8, 9). 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que lesdites parois (8, 9) sont en un enduit photorésistant. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que lesdites parois (8, 9) sont en un enduit photorésistant et en un matériau isolant servant de séparateur. 4. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que lesdites parois (8, 9) sont en un matériau isolant. 5. Procédé de fabrication de composants semi- conducteurs, caractérisé par le fait qu'il consiste à: - former une couche active (7), électriquement conductrice, sur un substrat (6) semi-conducteur semi- isolant; - former sur ladite couche active (7) deux parois (lia, 12a) adjacentes s'étendant en ligne droite parallèlement l'une à l'autre, chacune d'entre elles comportant un film isolant (8a - 8b) et une couche d'enduit photorésistant (9a - 10a); - évaporer sous vide un métal constituant une électrode ayant une résistance ohmique, oblique- ment par rapport aux faces -verticales desdites parois (lia, "2a) pour déposer une couche (13a, 14a) de métal à résistance ohmique sur ladite couche active (7), sauf dans la région de ladite couche active (7) comprise entre lesdites parois ( de Schottky, déposée sur chaque film-isolant (8a, 8b). 6. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 5, caractérisé par le fait que, lors de l'étape consistant à déposer une couche de métal formant barrière de Schottky (12, 15), l'angle d'éva- poration sous vide varie. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 5, caractérisé par le fait que, avant qu'ait lieu l'évaporation sous vide du métal formant barrière de Schottky (12, 15) la surface du substrat (6) semi-conducteur est attaquée pour y former une porte. 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 5, caractérisé par le fait que, après que les deux parois (8, 9 ou lla, 12a) ont été formées, la surface du substrat (6) semiconducteur est soumise à une attaque mésa. 9. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 5, caractérisé par le fait que l'angle d'évaporation sous vide est supérieur à 650, par rapport à l'axe vertical de la face supérieure du substrat (6).