Brevet FR2572587A1 — publié le 19860502

La présente invention concerne un procédé de fa- brication d'un composant semi-conducteur, et plus parti- culièrement un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ du type à grille de Schottky, utilisant un composé semi-conducteur comme GaAs comme substrat. Les deux procédés suivants de fabrication par autoalignement, d'un transistor à effet de champ du typer à grille de Schottky (qui sera appelé ci-après MES FET) comportant un substrat semiconducteur, semi-isolant de GaAs ou similaire sont conventionnellement connus. 1) Un procédé de formation d'une région de source et une région dedrain par auto-alignement par rapport à une électrode de grille; et 2)Un procédé de formation d'une électrode de source et d'une électrode de drain par auto-alignement par rap- port à une électrode de grille. Le premier procédé sera décrit en regard des Fig. IA àlD. Une impureté de type N comme Si est diffusée dans un substrat semi-conducteur 1 de GaAs pour former une ré- gion la de faible concentration d'impuretés comme le montre la Fig. 1A. Ensuite, une électrode de grille 2 d'un métal à point de fusion élevé comme un alliage de TiW est formée sur la région la. Comme le montre la Fig.lB, une pellicule d'oxyde de silicium au plasma (qui sera appelée ci-après Pellicule P-SiO2) 3 est déposée par dé- pôt de vapeur chimique au plasma sur les surfaces de l'électrode 2 et du substrat 1. Une pellicule photosensi- ble 4 est formée sur la pellicule 3 et elle est attaquée sélectivement pour former une ouverture dans la position correspondant à la région la. Une impureté de donneur comme Si est implantée par ions dans le substrat 1 à tra- vers la pellicule 3 exposée dans l'ouverture de la couche photo-sensible. Dans ce cas, l'électrode 2, une partie de la pellicule 3 sur les surfaces latérales de l'élec- trode 2 et la pellicule 4 servent de masque pour l'implan- tation ionique. De cette manière, deux régions lb de haute concentration d'impuretés sont formées par auto- alignement, dans des positions du substrat 1 correspon- dant aux deux côtés de l'électrode 2, par rapport à cette dernière. En même temps, une région la ayant une longueur légèrement supérieure à celle de la grille de l'électrode 2 est laissée immédiatement au-dessous. Ensuite, la pellicule 4 est enlevée et un recuit est effectué pour activer les ions implantés dans les régions lb. Ensuite, une configuration photosensible 5 est formée sur la pellicule 3 comme le montre la Fig. lc. Puis la pellicule 3 sur les régions lb est attaquée sé- lectivement en utilisant la configuration 5 comme un mas- que. Une pellicule de métal ohmique 6 qui peut être en contact ohmique avec le substrat est déposée sur toute la surface du substrat, de sorte qu'elle est déposée sur la configuration 5 et les régions lb dans les ouvertures de la pellicule 3. Quand la configuration 5 est éliminée, par le pro- cédé de décollement, avec la pellicule supérieure 6 de la pellicule 3, des parties de la pellicule 6 déposées sur les régions lb sont laissées comme le montre la Fig. lb, comme une électrode de drain 7 et une électrode de source 8. Par conséquent, selon ce premier procédé, les régions de source et de drain sont formées par auto- alignement par rapport à l'électrode de grille. Le second procédé sera décrit en regard des Fig. 2A à 2F. Une impureté de type N comme Si est diffusée dans un substrat semi-conducteur 1, comme de GaAs, pour former une région la de faible concentration d'impuretés comme le montre la Fig. 2A. Ensuite, une électrode de grille 2 consistant en un métal de faible résistance est formée par le procédé de décollement à la partie centrale de la région la. Ensuite, une pellicule isolante 9 (pel- licule de SiO2) est déposée par dépôt de vapeur chimi- que thermique sur toute la surface de la structure ob- tenue, comome le montre la Fig. 2B. Ensuite, une atta- que anisotrope, comme une attaque ionique réactive (qui sera appelée RIE) est effectuée pour que la pel- licule 9 ne soit laissée que sur les surfaces latérales de l'leectrode.2 comme le montre la Fig. 2C. Une pelli- cule de métal ohmique 10 est déposée sur toute la sur- face de la structure obtenue comme le montre la Fig. 2D. !0 En même temps, une pellicule photo-sensible 11 pratique- me-n. plane est formée sur la pellicule 10. Ensuite, grâce a une combinaison d'une attaque anisotrope et d'une at- taque ionique, la pellicule 10 sur l'électrode 2 est nivLelée par attaque sélective afin de former une électrode de source et une électrode de drain, comme le montre la Fig. 2E. Quand la pellicule plane 11 laissée après l'at- iaque est éliminée, la structure représentée sur la fig. 2F peut &tre obtenue. La description desphases qui sui- vent la Fig. 2F ne sera pas faite. Selon le second procédé décrit en regard des Fig. 2A à 2F, les distances entre l'électrode 2 et les électrodes de source et de drain sont déterminées par auto-alignement en fonction de l'épaisseur de la pellicule 9 déposée sur les surfaces latérales de l'électrode 2. Par conséquent, un mauvais alignement du masque dans une phase de photogravure ne peut se produire de sorte que les distances entre l'élec- trode de grille et les électrodes de source et de drain peuvent être contrôlées avec précision. Selon le premier procédé décrit en regard des Fig. LA l1D, les régions de source et de drain sont formées par auto-alignement par rapport à l'électrode de grille. Mais les électrodes de source et de drain doivent être formées selon un procédé conventionnel de photogravure utilisant un masque photographique. Par conséquent, les électrodes de source et de drain ne peuvent être formées par auto-alignement. Il en résulte que les distances entre la grille et la source et le drain tendent à varier sous l'effet d'un mauvais alignement du masque. Dans un MES FET GaAs, la distance entre la grille et la source influence la résistance en série avec la source, ce qui à son tour influence les caractéristiques du MES FET. Avec ce premier procédé qui ne permet pas de contrôler avec précision la distance entre l'électrode de grille et l'électrode de drain, un MES FET GaAs uniforme possédant de bonnes caractéristiques ne peut être obtenu. Par ailleurs, selon le second procédé décrit en regard des Fig. 2A à 2F, les problèmes inhérents au premier procédé sont résolus. Mais dans ce cas, étant donné que l'attaque ionique réactive et l'attaque ionique sont utilisées dans l'opération de séparation des électrode de source et de drain, les opérations de fabrication sont complexes. En outre, lorsqu'une attaque est effectuée sur toute la surface de la structure obtenue comme le montre la Fig. 2E, il est difficile de déterminer le moment o l'attaque est terminée et de séparer uniformément la source et le drain par rapport à tous les éléments d'une plaquette. Un objet de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'un composant semi-conducteur dans lequel des régions de source et de drain peuvent être for- mées par auto-alignement par rapport à une région de grille et d&es électrodes de source et de drain (c'est-à-dire des électrodes ohmiques) peuvent être formées par auto-aligne- ment par rapport à une électrode de grille. L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'un composant semi-conducteur, consistant essentielle- ment à former une première région d'impuretés d'un type de conductivité dans un substrat semi-conducteur composé, à former une pellicule métallique et une première pelli- cule isolante, successivement sur une surface de la pre- mière région d'impuretés, à attaquer sélectivement la pel- licule métallique et la pellicule isolante dans la même configuration et à former dans une partie centrale de la première région d'impuretés, une première électrode con- sistant en une configuration métallique, dont une surface supérieure est recouverte par une première configuration de pellicule isolante, à former une seconde pellicule iso- lante sur toute la surface du substrat semi-conducteur composé, à former une configuration photo-sensible avec des ouvertures sur les deux côtés de la première électrode sur la seconde pellicule isolante, à implanter des ions d'une impureté d'un type de conductivité dans le substrat à travers la seconde pellicule isolante exposée dans les ouvertures en utilisant comme masque la première électrode, une Ortie de la seconde pellicule isolante formée sur les parois latérales de la première électrode et la configura- tion photosensible pour former une seconde et une troi- sième région d'impuretés d'uneconcentration d'impuretés plus élevée que celle de la première région d'impuretés, et à laisser une partie de la première région d'impuretés entre la seconde et la troisième région d'impuretés et im- médiatement au-dessous de la première électrode et des parties de la seconde pellicule isolante sur les parois latérales de la première électrode, à éliminer la seconde pellicule isolante en effectuant une attaque anisotrope sur toute la surface du substrat semi-conducteur composé et en laissant la seconde pellicule isolante sur les parois latérales de la première électrode, à former une pellicule métallique ohmique sur toute la surface du substrat semi- conducteur composé et à éliminer la pellicule photosensible avec une partie de la pellicule métallique ohmique de ma- nière à former une seconde et une troisième électrodes auto-alignées sur la seconde et la troisième régions d'im- puretés respectivement. Le substrat semi-conducteur composé selon l'invention peut consister en du GaAs ou similaire. Il est préférable d'utiliser une structure à couches multiples consistant en un métal à haut point de fusion et une pellicule métallique de faible résis- tance comme pellicule métallique. La pellicule métallique à haut point de fusion peut consisteS en un métal réfractaire comme TiW et Mo, en un nitrure de métal réfractaire WN ou un siliciure de métal réfractaire comme WSi. La pellicule métallique à faible résistance peut être de l'or. La première et la seconde pellicule isolantes peuvent consister en des pellicules de SiO2 ou des pel- licules d'oxynitrure de silicium formées par dépôt de vapeur chimique ou par pulvérisation. Une configuration photosensible peut être élimi- née après une implantation ionique et une autre confi- guration photosensible ayant les mêmes dimensions peut être formée dans la même position que la première con- figuration après un recuit. Après que la seconde et la troisième électrode auto-alignées ont été formées et une première pellicule isolante sur la première électrode et une seconde pelli- cule isolante sur une paroi latérale de la première élec- trode peuvent être éliminées avec la pellicule de métal ohmique sur la première pellicule isolante. Selon l'invention telle qu'elle a été décrite ci- dessus -les distances entre l'électrode de grille et les régions de source et de drain sont déterminées en fonction del'épaisseur d'une pellicule P-SiO2 sur les surfaces latérales de l'électrode de grille, de sorte que ces dis- tances peuvent être contrôlées avec précision. La pelli- cule de P-SiO2 déposée sur les surfaces latérales et la surface supérieure de l'électrode de grille est utilisée comme une cale à décollement pour la pellicule de métal ohmique, de sorte qu'également, les électrodes de source et de drain peuvent être formées par auto- alignement par rapport à l'électrode de grille. De cette manière, des régions de forte concentration d'impuretés ç'est-à- dire les régions de source et de drain peuvent être for- mées par auto-alignement par rapport à l'électrode de grille et les électrodes de source et de drain peuvent être formées par auto-alignement par rapport à l'élec- trode de grille, c'est-à-dire respectivement des régions de source et de drain. Il en résulte qu'un composant semi-conducteur ayant des caractéristiques supérieures à celles d'un composant conventionnel peut être fabri- qué avec un rendement plus élevé, sans aucun alignement de masque et selon un procédé plus simple qu'un procédé conventionnelo En outre, quand la seconde pellicule isolante a été formée, une couche photosensible peut être formée. Cette couche mise en forme comporte des ouvertures dans les parties situées sur les deux cotés de la première électrode. Dans ce cas, une attaque anisotrope est appli- quée à toute la structure et une impureté du premier type de conductivité est implantée par ions dans le-substrat semi-conducteurs, formant ainsi la seconde et la troisième région d'impuretés. La couche photosensible est éliminée et une troisième pellicule isolante est formée sur la surface supérieure de la structure. Ensuite, toute la st ructure peut être soumise à un traitement thermique. Dans un composant semi-conducteurs fabriqué par un procédé selon l'invention, les distances grille-source et grille-drain sont plus précises que celles d'un com- posant semi-conducteur conventionnel. En outre, les élec- trodes de source et de drain sont formées par auto- alignement par rapport aux régions de source et de drain respectivement. La résistance en série de la source est donc plus basse tandis que la tension d'amorçage est plus élevée que dans un composant conventionnel. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture et de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: Les Fig. lA à 1D sont des coupes illustrant un procédé conventionnel de fabrication d'un MES FET, les Fig. 2A à 2F sont des coupes illustrant un autre procédé conventionnel de fabrication d'un MES FET et les Fig. 3A à 3G sont des coupes illustrant un procédé de fabrication d'un MES FET selon un mode de réa- lisation de la présente invention. Un procédé de fabrication d'un IMES FET selon un mode de l'invention sera maintenant décrit en regard des Fig. 3A à 3G. Comme le montre la Fig. 3A, une impureté de type N est diffusée par un procédé connu dans un substrat semi- conduteur 1 de GaAs pour former une région la de faible concentration d'impuretés. Ensuite, une pellicule 12 de TiW (ayant une épaisseur de 0,1 micron) comme un métal à point de fusion élevé, et une pellicule d'or 13 (ayant une épaisseur de 0,5 microns) comme pellicule de métal de faible résistance sont déposées successivement sur toute la surface de la structure résultante. Une pellicule 14 de SiO2 comme pellicule isolante est déposée jusqu'à une épaisseur de 0,5 microns sur la pellicule 13. Après avoir formée une pellicule photosensible sur la pellicule 14 jusqu'à une épaisseur de 1,0 micron, une configuration photosensible 15 ayant la même dimension que l'électrode de grille est formée au-dessus. Ensuite, la pellicule 14 est gravée en utilisant la configuration 15 comme un masque et la configuration est éliminée en utilisant une attaque au plasma de 02. En utilisant la partie non attaquée de la pellicule 14 comme un masque, la pellicule 13 est gravée par attaque ionique et la pellicule 12 est gravée par attaque ionique réactive. Ainsi, une structure 16 à trois couches compre- nant les pellicules 12, 13 et 14 est formée sur la surface de la région la comme le montre la Fig. 3B. Au cours de la phase suivante, une pellicule 17 de P-SiO2 est déposée sur toute la surface de la structure résultante comme le montre la Fig. 3C. Puis une configura- tion photosensible 17 ayant une épaisseur de 0,5 microns comme le montre la Fig. 3C, est formée sur la pellicule 17 de manière à former les ouvertures sur les deux côtés de la structure 16. Une impureté de type N comme Si est implantée par ions dans le substrat 1 à travers la pelli- cule 17 exposée dans les ouvertures. La structure 16, les pellicules de PSi-O2 sur les surfaces latérales de la structure 16 et la configuration 18 forment un masque pour cette implantation ionique. Ensuite, la région la ayant la même longueur que la somme de la longueur de la structure 16 et de l'épaisseur de la pellicule 17 sur les deux surfaces latérales est laissée sur une partie du sub- strat 1, immédiatement au-dessous de la structure 16. Des régions lb de forte concentration d'impuretés ayant des dimensions telles que leurs bords extérieurs coinci- dent avec des ouvertures dans la couche photosensible sont formées sur les deux côtés de la région la. La confuiguration photosensible 18 est éliminée et un recuit est ensuite exécuté pour activer les ions implantées. Ensuite, comme le montre la Fig. 3B, une con- figuration photosensible 19 ayant la même dimension que la configuration 18 éliminée est formée et une attaque ionique réactive est exécutée pour éliminer les pellicules de P-SiO2 exposées sur la région lb, et simultanément, une partie de la pellicule 17 recouvrant le dessus de la structure 16 est éliminée. Les régions lb sont exposées sur les deux côtés des pellicules 17, sur les surfaces latérales de la struc- ture 16, de la manière décrite ci-dessus. Ensuite, une pellicule stratifiée 20 ayant une épaisseur de 0,2 microns comprenant un alliage de AuGe comme couche inférieure et Ni comme couche supérieure est déposée comme le montre la Fig. 3E. La configuration photosensible 19 est décollée avec la pellicule 20. Ensuite, et comme le montre la Fig. 3F, une électrode de source 21 et une électrode de drain 22 sont formées respectivement sur les régions lb. La pellicule 1, sous forme d'une pellicule de métal ohmique est laissée sur la structure 16. La surface du substrat 1 à l'exclusion des électrodes 21 et 22 et de la pellicule , est recouverte par la pellicule 17. Les électrodes de source et de drain 21 et 22 sont recuites et la pellicule 14 recouvrant la structure 16 et toute la pellicule 17 sont dissoutes et éliminées par une substance chimique comme du fluorure d'amonium. Puis la pellicule 20 sur la structure 16 est éliminée comme le montre la Fig. 3G, terminant ainsi une partie principale du MES FET. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé décrit et il- lustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 1l REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un composant semi- conducteur, caractérisé en ce qu'il consiste essentielle- ment à former une première région d'impuretés (la) d'un type de conductivité dans un substrat semi-conducteur composé (1), à former un pellicule métallique (12, 13) et une première pellicule isolante (14), sucessivement sur une surface de ladite première région d'impuretés (la), à graver sélectivement ladite pellicule métalli- que (12, 13) et ladite première pellicule isolante (14) dans la m&me configuration et à former dans une partie centrale de ladite première région d'impuretés (la) une premiere électrode (12, 13) consistant en une configura- tion métallique, dont une surface supérieure est recou- verte par une première configuration de pellicule isolan- te (14), a foi-mer une seconde pellicule isolante (17) sur toute la surface dudit substrat semi-conducteur com- posée (1), à former une configuration photosensible com- -prenant des ouvertures sur deux côtés de ladite première lectrode (12, 13), sur ladite seconde pellicule isolante (14), à implanter des ions d'une impureté d'un type de conductivité dans ledit substrat (1) à travers ladite seconde pellicule isolante (17) exposée dans lesdites ouvertures en utilisant comme un masque ladite première électrode (12, 13), une partie de ladite seconde pelli- cule isolante (17) formnnée sur les parois latérales de ladite première électrode (12, 13) et ladite configura- tion photosensible afin de former une seconde et une troisième région d'impuretés (lb) de plus forte concen- tration d'impuretés que celle de ladite première région d'impuretés (la), et à laisser une partie de ladite pre- miere région d'impuretés (la) entre ladite seconde et ladite troisizonrégions d'impuretés (lb) et immédiatement au-dessous deladite première électrode (12, 13) et des parties de ladite seconde pellicule isolante (17) sur les parois latérales de ladite première électrode (12, 13) à éliminer ladite seconde pellicule isolante (17) en ef- fectuant une attaque anisotrope sur toute la surface du- dit substrat semi-conducteur composé (1) et à laisser la- dite seconde pellicule isolante (17) sur les parois la- térales de ladite première électrode (12, 13), à former une pellicule métallique ohmique (2a) sur toute la sur- face dudit substrat semi-conducteur composé (1) et à éliminer ladite pellicule photosensible (20) avec une partie de ladite pellicule métallique ohmique au-dessus d'elle de manière à former une seconde et une troisième électrode (20) auto-alignées sur ladite seconde et ladite troisième région d'impureté (b) respectivement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat semi-conducteur composé consiste en du GaAs. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pellicule métallique consiste en une structure à couches multiples consistant essentiellement en une pellicule de métal à haut point de fusion et en une pellicule de métal de faible résistance. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pellicule de métal à haut point de fu- sion consiste en un élément choisi dans le groupe compre- nant un métal réfractaire, un nitrure de métal réfractaire et un siliciure de métal réfractaire, et-ladite pellicule de métal de faible résistance consistant en de l'or. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première et ladite seconde pellicule iso- lantes sont faites de SiO2 ou d'un oxynitrure de silicium. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à éliminer ladite configu- ration photosensible après que ladite seconde et ladite troisième région d'impuretés ont été formées, à effectuer un recuit afin d'activer l'impureté, et à former une autre configuration photosensible ayant la même dimen- sion que ladite configuration photosensible. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à éliminer ladite seconde pellicule isolante sur ladite première pellicule isolante sur ladite première électrode et sur lesdites parois laté- rales de ladite première électrode avec ladite pellicule de métal ohmique après la formation de la seconde et la troisième électrode auto-alignées.