Brevet FR2593641A1 — publié le 19870731

L'invention concerne un procédé pour fabriquer un transistor à effet de champ à grille isolée, comprenant un substrat semi-conducteur qui contient une zone de drain, une zone de source et une grille pour influencer une région de canal. Les zones de source et de grille sont disposées l'une au-dessus de l'autre, en projection sur le plan du canal, de manière que la longueur effective du canal devienne si petite que la vitesse des électrons dans le canal est accrue. Un tel transistor à effet de champ à grille isolée est décrit dans la demande de brevet de la RFA plus ancienne P 35 35 002.4 au nom de la demanderesse. Il s'agit surtout, dans cette demande antérieure, d'améliorer considérablement les caractéristiques en haute fréquence, la fréquence de coupure et le comportement quant au bruit du transistor à effet de champ par une réduction de la longueur effective de la grille. A cet effet, on exploite le fait que la vitesse de saturation en électrons dans le canal actif augmente fortement avec des Longueurs de canal extrêmement courtes. Cette corrélation est décrite dans la demande antérieure précitée. La longueur de canal du transistor à effet de champ à grille isolée mentionné est de préférence inférieure à 0,5 lim. La valeur désirée de la longueur de canal oscille seulement en fonc- tion de la précision d'alignement obtenue avec les technologies appliquées, précision qui est inférieure à 0,1 pm. Les très faibles longueurs de canal effectives sont obtenuesdufait que la grille, dans la projection sur le plan du canal, chevauche légèrement la zone de source en direction de la zone de drain. Il est possible aussi que le côté de grille dirigé vers la zone de drain coïncide, dans la projection sur le plan du canal, avec le côté extérieur - dirigé vers la zone de drain - de la zone de source. Dans ce cas, on exploite l'extension de la zone de charge spatiale depuis le bord de la zone de source en direction de la zone de drain. L'invention vise à indiquer des technologies de fabrica-. tion par lesquelles la structure désirée d'un tel transistor à effet de champ à grille isolée puisse être produite de manière particulièrement favorable. Selon l'invention, on obtient ce résultat, avec un transistor à effet de champ du type décrit au début, par le fait que l'on couvre d'abord le substrat semi-conducteur d'une couche destinée à former La région de canal, que l'on recouvre une partie de la région de canal par une couche de passivation et, dans les zones Libres de la surface du dispositif semi-conducteur, on implante des points de perturbation.qui forment des zones de source et de drain fortement dopées sous la région de canal, que l'on enlève ensuite une couche superficielle de la couche de passivation dans la partie voisine de la zone de source et que l'on dispose une grille sur la zone étroite ainsi dégagée de la région de canal. La couche de passivation doit empêcher la pénétration des ions d'implantation dans le substrat semi-conducteur et elle est constituée de préférence de nitrure de silicium. Cette couche de passivation est gravée de façon contrôlée, de manière que ladite couche superficielle soit enlevée aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal. En raison de l'enlèvement vertical, il se forme ainsi, au-dessus de la région de canal comprise entre les zones de-source et de drain, une zone étroite, située à l'extérieur de la zone de source, dont la largeur détermine, pour l'essentiel, la longueur de canal effective. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - les figures la à ld montrent différents stades de fabrication par des vues en coupe de la partie du transistor à effet de champ à grille isolée comprenant la zone de source et la grille; - - la figure 2 est une coupe du transistor fini; - la figure 3 est un graphique montrant le profil de concentration des points de perturbation de la zone de canal et des zones de source et de drain; - les figures 4a à 4c montrent différentes phases de fabrication d'un transistor à effet de champ à grille isolée selon une variante de mise en oeuvre, comprenant la formation d'une zone d'isolement par une deuxième implantation; et - la figure 4dest une coupe du transistor ainsi fabriqué. Selon la figure la, on applique sur un substrat 1 de forte valeur ohmique, en arséniure de gallium ou un autre matériau composé III/V par exemple, une couche semi-conductrice 2 qui est dopée n et possède une épaisseur de 0,05 à 0,2 pm par exemple. La concentration de points de perturbation de cette couche 2, destinée à former la région de canal, est de l'ordre de 1017 atomes/cm3 La couche 2 peut être déposée sur le substrat semiconducteur 1 par implantation ou par épitaxie. Sur une partie de la couche de canal 2, de conductivité n, on applique une couche de passivation 3 qui est formée de nitrure de silicium par exemple et qui empêche le passage d'ions d'implantation et Leur pénétration jusque dans la région de canal 2 sous-jacente. Dans les parties restées libres du dispositif semi-conducteur, on introduit ensuite, par implanta- tion, des ions 4 qui traversent la région de canal et forment des zones de source 5 et de drain fortement dopées n dans la zone sous-jacente. Dans cette opération, on exploite L'effet que le maximum de la concentration peut être décaLé vers l'intérieur du substrat semi- conducteur lors de l'implantation de points de perturbation. Ceci est visible sur la figure 3 par exemple. Selon la figure 3, la couche 2 formant la région de canal présente, par exemple, une épaisseur de 0,1 pim et une concen- 17 3 tration de points de perturbation d'environ 1017 atomes/cm3. La ligne continue a indique le profil d'implantation en cas d'implan- tation d'ions de silicium dans un substrat en arséniure de gallium. Le maximum de concentration se trouve à une profondeur d'environ 18 3 0,3 à 0,4 pm et est d'environ 1018 atomes/cm. La courbe b en tireté indique le profil des points de perturbation à la suite de l'implantation ionique, profil qui résulte de la réunion de la concentration de points de perturbation dans la région de canal 2 et du profil d'implantation a. A la suite de l'implantation, les points de perturbation sont soumis à un processus de rétabLis- sement qui est de préférence très rapide afin d'empêcher une forte diffusion des porteurs de charge depuis la zone implantée. On obtient un tel processus de rétablissement rapide par échauffement au moyen de lampes par exemple. Selon la figure lb, on applique ensuite une autre couche de passivation 6 sur le dispositif semi-conducteur, qui est constituée de dioxyde de silicium par exemple. Cette couche 6 en SiO2 est couverte d'une couche de laque photosensible 7 qui se termine à une distance définie du bord de la couche 3 de nitrure de silicium. Cette distance entre la couche de laque photosensible 7 et la couche de passivation 3 détermine la longueur Lgl, voir figure 2, de la métallisation de grille. La couche d'oxyde de silicium est enlevée dans les zones non couvertes par la laque photosensible 7, de sorte qu'on obtient la structure selon la figure lc. Une partie de la zone de source 5 est couverte par une couche de passivation 6a qui se termine à distance de la couche de passivation 3. La partie 8 de la surface de semi-conducteur, partie qui est ainsi dégagée entre les deux couches de passiva- tion, est couverte par la grille à la suite d'une opération de gravure décrite ci-après. Cette opération de gravure enlève une couche superfi- cielle 9 de la couche de passivation 3 par une gravure contrôlée. L'attaque de la couche de passivation 3 par la gravure s'effectue tant dans le sens vertical que dans le sens horizontal, ce qui est indiqué sur la figure ld par une ligne en tireté. Cette ligne indique plus exactement la dimension initiale de la couche de passi- vation 3, Laquelle a été réduite de tous les côtés par la gravure et qui est désignée par la référence 3a dans ce qui va suivre. Le recul de la couche de passivation dans le sens horizontal - provoqué par l'attaque dans le sens vertical - expose une partie de la couche de canal 2 qui n'est pas recouverte, en bas, par la couche fortement dopée 5 et qui peut, par conséquent, former un canal effectif. Dans ladite partie de la couche 2 formant le canal, peut se former, pendant le fonctionnement, une zone de charge spatiale 14 par laquelle le canal peut être étranglé complètement ou partiellement. La créa- tion de cette zone de charge spatiale exige la présence de la grille 10, formant avec la couche 2 un contact de Schottky. Ce contact de Schottky métallique 10 s'étend de préférence sur les deux couches de passivation 6a et 3a. La figure 2 montre le principe de la construction du transistor à effet de champ à grille isolée ainsi fabriqué..Ce transistor comprend la zone de source 5 et la zone de drain 11, sur lesquelles sont formés des contacts de connexion 13 respec- tivement 12 formant des contacts de source et de drain. La concentration de points de perturbation dans les couches 5 et 11 est notamment de l'ordre de 1018 à 1019 atomes/cm3. La partie essentielle de la région comprise entre la zone de source 5 et la zone de drain 11 est couverte par la couche de passivation 3a, se terminant à une faible distance Lg2 devant la zone de source 5. Le contact de grille 10, ayant la longueur effective de métalli- sation de grille Lgl, s'étend d'un côté sur la couche de passiva- tion 3a et de l'autre côté sur la couche de passivation 6a également mentionnée déjà. Le transistor à effet de champ à grille isolée selon l'invention est produit par un processus d'auto-alignement, la longueur de canal effective Lg2 pouvant uniquement être fixée avec une très grande précision par une opération de gravure contrôlée. L'épaisseur de la couche superficielle 9, enlevée par cette gravure contrôlée, est de préférence comprise entre 0,01 et 0,5 pm, la durée de l'opération de gravure permettant d'obtenir toute valeur désirée. Par conséquent, l'épaisseur initiale de la couche de nitrure de silicium 3 sera beaucoup plus importante que l'épaisseur de la couche superficielle à enlever. La couche ini- tiale 3 a une épaisseur d'environ I pm dans un exemple de mise en oeuvre. La figure 4a montre encore une fois la structure du transistor dans la zone de source à la suite de l'implantation des ions 4 formant la zone de source 5. Pour le rétablissement des ions implantés, qui sont en silicium par exemple, il faut un recuit, lequel entraîne, suivant la nature du processus de recuit, la diffusion de porteurs de charge implantés. Cette particularité est exploitée, dans la variante de fabrication représentée sur les figures 4a à 4d, pour créer une zone d'isolement auto-alignée dans la zone de source 5. Comme on peut le voir sur la figure 4a, les porteurs de charge sont diffusés vers tous les côtés depuis la zone de source 5, pendant le processus de rétablissement, et forment une extension 5a qui s'étend également sous la couche de passiva- tion 3. L'épaisseur de cette zone de diffusion 5a est de 0,1 pm par exemple. Selon la figure 4b, la couche de passivation 3 est utilisée comme masque pour un deuxième processus d'implantation. Des ions sont implantés pendant ce processus dans une partie de la zone de source 5 pour y former une zone d'isolement 15. Au cas o le substrat 1 est en arséniure de gallium, les ions 16 ainsi implantés peuvent être des ions de bore, d'oxygène ou d'hydrogène par exemple. La zone d'isolement 15 ainsi créée est un peu plus épaisse que la couche 2 formant la région de canal dans l'exemple de réalisation représenté. A la suite de ce deuxième processus d'implantation, une couche superficielle 9 est enlevée de la manière déjà décrite par gravure contrôlée de la couche de passivation 3, de sorte que la couche de canal 2 est dégagée dans une zone étroite qui fixe la longueur de canal effective Lg2. La grille 10a, formée d'un contact métallique de Schottky, s'étend d'un côté sur la région d'isolement 15 et de l'autre côté sur la couche de passivation 3a, de sorte que la longueur de métallisation de grille efficace à la surface du semi- conducteur reste très faible et que la capacité d'entrée du transistor est extrêmement petite. L'ensemble de la structure de transistor à effet de champ ainsi obtenue ressort de la figure 4d. La zone de source 5 contient, à faible distance du bord extérieur - dirigé vers la zone de drain - de la région fortement dopée, une zone d'isolement 15 qui s'étend sur la grille/contact de Schottky 10a. L'étroite zone de canal active a été formée par la gravure contrôlée de la couche de passivation 3, sur les restes 3ade laquelle s'étend également la grille 10a.Les zones de source 5 et de drain 11 sont pourvues chacune d'une électrode de connexion ohmique, métallique, 13 respectivement 12. Les zones restantes de la surface du dispositif semi- conducteur sont également couvertes d'une couche de passivation, constituéededioxyde de silicium ou de nitrure de silicium. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un transistor à effet de champ à grille isolée, comprenant un substrat semi-conducteur avec une zone de drain, une zone de source et une grille pour influencer une région de canal, avec chevauchement de la zone de source et de la grille, dans la projection sur le plan du canal, de manière que la longueur de canal effective devienne si petite que la vitesse des électrons dans le canal est accrue, caractérisé en ce que l'on couvre d'abord le substrat semi- conducteur (1) d'unecouche(2) destinée à former la région de canal, que l'on recouvre une partie de la région de canal par une couche de passivation (3) et,dans les zones libres de la surface du dispo- sitif semi-conducteur, on implante des points de perturbation qui forment des zones de source et de drain (5, 11) fortement dopées sous la région de canal, que l'on enlève ensuite une couche super- ficielle (9) de la couche de passivation (3) dans la partie voisine de la zone de source (5) et que l'on dispose une grille (10) sur la zone étroite ainsi dégagée de la région de canal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise du nitrure de silicium pour la couche de passiva- tion (3). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, pour la couche (2) formant la région de canal, une couche de conductivité n d'une épaisseur d'environ 0,1 à 0,2 pm et d'une concentration de points de perturbation d'environ 1017 atomes/cm3, et que les zones de source et de drain (5, 11). implantées, sous la couche (2) formant la région de canal, présentent une concentration de points de perturbation d'environ 18 19 3 108 à 109 atomes/cm. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on produit une gravure contrôlée de la couche de passivation (3), de manière à en enlever une couche superficielle (9) d'une épaisseur d'environ 0,01 à 0,5 pm dans le sens vertical et dans le sens hori- zontal et de manière que cette épaisseur détermine la longueur de canal effective (Lg2) de la grille-contact de Schottky (10) appli- quée ensuite. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, avant La gravure contrôlée, on forme une couche de recouvre- ment passivante (6a) sur la partie essentielle de la zone de source (5), de manière que la distance qui subsiste après la gravure entre cette couche de recouvrement (6a) et la couche de passivation (3), ayant subi la gravure contrôlée, détermine la longueur (Lgl) de la métallisation de grille. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise du dioxyde de silicium pour la couche de recouvrement (6a). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise, pour le substrat semiconducteur, un matériau composé III/V, en particulier de l'arséniure de gallium, et que les ions implantés pour la forma- tion des zones de source et de drain (5, 11), de conductivité n, sont des ions de silicium. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à la suite de l'implantation des ions formant les points de perturbation, on effectue un recuit en vue du rétablissement des points de perturbation, avec une légère extension de la zone de source par diffusion sous la couche de passivation (3), que l'on implante ensuite des ions qui trans- forment une zone superficielle limitée (15) de la zone de source (5) en une zone d'isolement, que l'on effectue la gravure contrôlée de la couche de passivation (3) à la suite de ce processus d'implan- tation et que, enfin, on applique la grille (10a), la longueur (Lgl) de la métallisation de grille étant déterminée par la distance entre la zone d'isolement (15) et la couche de passivation (3a) ayant subi la gravure contrôlée. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on implante des ions de bore, d'oxygène ou d'hydrogène pour former la zone d'isolement (15).