Brevet FR2524713A1 — publié le 19831007

TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP DU TYPE PLANAR A GRILLE SUPPLEMENTAIRE ENTERREE ET PROCEDE DE REALISATION D'UN TEL TRANSISTOR L'invention concerne un transistor à effet de champ du type plan ou "planar" comportant une grille dans le plan commun aux 3 électrodes et une grille supplémentaire enterrée. Cette grille supplémentaire peut être raccordée à la première de façon permanente, par une connexion de résistance nulle ou quasi-nulle; elle peut être aussi utilisée-en grille auxiliaire, comme dans un transistor de type "bigrille". On connaît des transistors à effet de champ à deux grilles: du type planar, o les deux grilles sont disposées en parallèle dans le même plan; du type à canal horizontal avec grille supplémentaire (placée sous le dispositif), qui a été proposé par J C VOKES et al dans la revue "Electronic Letters" Année 1979 Vol 15, pages 627 629. On connatit aussi des transistors à canal vertical ou P B T (perméable base transistor) dans lesquels le contrôle du courant est effectué par une grille présentant des mailles enterrées dans le matériau semiconducteur. Or, chacune de ces solutions présente des inconvénients dont les principales sont: pour les transistors planar, l'augmentation de la résistance d'accès aux grilles à partir de la source ou du drain, en raison de l'espacement supplémentaire nécessaire pour loger les deux électrodes parallèles de grille entre source et drain, cette résistance supplémentaire étant particu- lièrement gênante en très haute fréquence; pour le transistor de VOKES, il faut supprimer le substrat pour pouvoir déposer la deuxième grille sur la face arrière et résoudre un problème difficile d'alignement. pour le transistor à canal vertical, la technologie de fabrication particulièrement délicate et complexe. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Le transistor à effet de champ selon l'invention est du type compor- tant des électrodes de source, grille et drain disposées sensiblement sur une même face d'une plaquette semiconductrice Il est caractérisé en ce qu'il comporte en outre une électrode de grille supplémentaire accessible par la même face que les électrodes précédentes et constituée d'au moins un barreau noyé dans le matériau semiconducteur constituant la plaquette. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaî- tront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels: La figure 1 est une représentation simplifiée à trois dimensions d'un transistor selon l'invention; Les figures 2 à 5 représentent des étapes de fabrication de ce tran- sistor. La figure 6 est une coupe transversale d'un transistor selon l'invention. La plaquette ou fragment de plaquette semiconductrice 10, sur la figure 1, comporte un substrat 1 en matériau semiconducteur par exemple du type des composés III-V, soit, typiquement, I'arséniure de gallium Une couche épitaxiale 2 de forte résistivité, est déposée sur le substrat 1 et supporte une électrode de grille consituée d'un plot 6 de raccordement et de barreaux ou doigts 7 en continuité métallique avec le plot 6, les barreaux étant parallèles et situés dans l'espace destiné à devenir l'intervalle source - drain du transistor. Les dimensions du plot 6 sont, au minimum, de 50 microns sur 50 mi- crons, et les doigts 7 ont une largeur d'environ 0,5 micron. Sur la couche 2, on a fait croître par épitaxie une couche 21 de type n, dopée par exemple à 1017 atomes d'impureté par centimètre cube Dans le cas des dimensions indiquées pour le plot 6 et les doigts 7, seul le plot 6 n'est pas recouvert par la couche 21 qui présente par exemple 0,3 micron d'épais- seur. Enfin le transistor comporte une source 3, une grille 5 et un drain 4, comme un transistor à effet de champ classique La grille 5 comporte un doigt 51 et un plot de raccordement 52. Pour fabriquer un transistor conforme à l'invention, on utilise un procédé comportant les étapes suivantes: Dans une première étape, on dépose par épitaxie (figure 2) une couche monocristalline 2 sur un substrat 1, en matériau constitué par exemple par de l'arséniure de gallium de très grande résistivité, dit pour cette rai- son "semi-isolant", mais pouvant être aussi constitué par un autre compo- se III-V de très grande résistivité Par épitaxie en phase gazeuse, par exemple, on fait croître le monocristal pour former une couche 2 de forte résistivité et d'épaisseur de l'ordre de 5 microns, par exemple en Ga As. 13 -3 dopé N à 10 cm Dans une deuxième étape (figure 3), on réalise des dépôts en métal réfractaire, tel que le tungstène, d'une épaisseur de 500 à 1000 angstrams selon des dessins prédéterminés, en procédant par masquage préalable et découpage du masque par photolithographie, pour obtenir, par exemple, un dépôt rectangulaire 6 de dimensions 50 par 50 microns En outre on forme au moins un dépôt allongé 7 raccordé au dépôt 6 et formant un doigt de largeur 0,5 micron dont la longueur est égale à la "largeur" de grille à constituer pour la grille dite "supplémentaire" En outre, on forme deux repères 31 et 32 de dessins très différents, et de dimensions minimales égales à environ 15 à 20 microns dans les deux sens Ces repères sont situés par exemple aux deux extrémités d'une diagonale du rectangle constitué par la surface supérieure du dispositif. Dans une troisième étape (figure 4), on fait à nouveau croître le matériau par épitaxie de façon à constituer une couche 21 de même type de conductivité (n par exemple) que la couche 2 et de plus faible résistivité, par exemple en dopant l'arséniure de gallium à 1017 atomes par cm 3 La crois- sance du matériau ne peut se produire au moins au début de l'étape, à l'endroit même des métallisations Mais lorsqu'une certaine épaisseur de couche épitaxiale est formée 3000 angstrôms par exemple, il se forme des ponts, de matériaux, notamment par dessus les dépôts 7 de faible lar- geur ( 0,5 micron) Au contraire le dépôt 6 et les repères 31 et 32 demeurent en grande partie découverts laissant notamrbent accessible pour le rac- cordement électrique la grille dite supplémentaire. Dans une quatrième étape (figure 5), à l'aide d'un masque obtenu par photolithographie, on forme, par dépôts successifs de métaux tels que le nickel, le germanium et l'or, des contacts ohmiques 3 et 4, dans des zones prédéterminées située de part et d'autre de la région de grille du transistor à effet de champ, afin de réaliser les électrodes de source et de drain. Dans une cinquième étape, (voir figure 5), on forme, par une méthode analogue à celle de l'étape précédente, mais en utilisant un métal de nature à former un contact de type Schottky, par exemple de l'aluminium, un dépôt métallique comportant un plot 52 et un prolongement digital 51, recouvrant la grille enterrée ( 6,7). Sur la figure 6, on a représenté le cas d'une grille enterrée à un seul barreau 7, situé au droit du doigt 51 On a tracé en trait interrompu les limites des régions désertes Z 1 et Z 2 de la couche semiconductrice 21, au voisinage des doigts de grille 51 et 7, lorsque des potentiels égaux sont appliqués aux deux grilles On voit que le canal conducteur du transistor à effet de champ présente un étranglement entre les deux grilles, ce qui présente des avantages certains, notamment celui de limiter la consom- mation de courant circulant entre source et drain. REVENDICATIONS 1 Transistor à effet de champ, d'un type comportant des électrodes de source, de grille et de drain disposées sensiblement sur une même face d'une plaquette semiconductrice, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une électrode de grille supplémentaire accessible par la même face que les électrodes précédentes et constituées par au moins un barreau métallique noyé dans le matériau semiconducteur de la plaquette. 2 Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille supplémentaire comporte une partie non recouverte de matériau semiconducteur et un seul barreau métallique, la grille normale comportant un doigt disposé à la surface de la plaquette parallèlement audit barreau et au droit de celui-ci. 3 Transistor à effet de champ selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des repères métalliques situés à la même profondeur par rapport à la surface de la plaquette que la grille supplémentaire et présentant une partie dénudée. 4 Procédé de fabrication d'un transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) formation d'une couche épitaxiale de forte résistivité sur une plaquette semiconductrice en matériau semiconducteur de forte résistivité; b) réalisation, sur la couche formée à l'étape (a), de dépôts en métal réfractaire de très faible épaisseur, de façon à constituer la grille supplé- mentaire et deux repères de dessins différents; c) formation d'une couche épitaxiale de faible résistivité par rapport à la couche formée à l'étape (a) et d'épaisseur assez faible pour recouvrir les parties étroites de la grille supplémentaire tout -en laissant à nu au moins une partie de cette grille et des repères; d) dépôt de contacts ohmiques de source et de drain; e) dépôt d'une grille Schottky sur la couche épitaxiale formée à l'étape (c) au droit des parties noyées de la grille supplémentaire. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaquette semiconductrice est en arséniure de gallium semi-isolant, la couche épita- xiale formée à l'étape (a) est dopée N à 1013 cm-3, les dépôts réalisés à l'étape (b) sont en tungstène d'une épaisseur de 500 à 1000 angstr 6 ms, et la 17 -3 couche épitaxiale formée à l'étape (c), est dopée N à 10 7 cm 3, et d'une épaisseur ne dépassant pas 3000 angstr/ms.