Brevet FR2621739A1 — publié le 19890414

La présente invention concerne un transistor à effet de champ à grille Schottky (qu'on appellera ci- après un MESFET) formé sur un substrat en semiconducteur composé, tel qu'un substrat en GaAs. De façon générale, un MESFET en GaAs comprend un canal formé par dopage d'une couche.de surface d'un substrat en GaAs avec des ions donneurs tels que des ions Si, et par l'accomplissement d'un traitement thermi- que, une électrode de grille Schottky formée sur le canal, une région de source et une région de drain adjacentes au canal, et une électrode de source et une électrode de drain formées sur la région de source et la région de drain et sur les côtés respectifs de l'électrode de gril- le Schottky. Pour améliorer la valeur K (qu'on définira ultérieurement) et le paramètre gm (conductance mutuelle) dans un MESFET classique, on effectue une implantation ionique avec une faible énergie et une concentration éle- vée pour former un canal ou bien, comme décrit dans le document Extended Abstract of the 16th (1984) Internatio- nal Conference on Solid State Devices and Materials, Kobe, 1984, pages 395-398, on implante avec une énergie élevée des ions, tels que des ions C et des ions O, qui deviendront des destructeurs de porteurs, dans le but de détruire des porteurs dans une partie profonde du canal, pour former ainsi un canal ayant un profil abrupt. Les MESFET correspondant à ces structures peu- vent avoir une valeur K et une conductance mutuelle 3m améliorées, mais il existe un effet connexe qui consiste dans la dégradation de la tension de claquage diélectri- que (tenue en tension). Un but de l'invention est de procurer un MESFET ayant une valeur K, une conductance mutuelle gm et une tension de claquage améliorées. Un MESFET conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un canal formé par implantation d'ions donneurs dans une couche de surface d'un substrat en semiconducteur composé, et par l'accomplissement d'un traitement thermique, et des régions dans lesquelles sont introduits des destructeurs de porteurs et qui ont des maximums de concentration respectifs dans des par- ties moins profondes et plus profondes que celle corres- pondant au maximum de concentration du canal. Du fait de la présence des destructeurs de por- teurs, on peut réduire la concentration d'électrons dans des parties autres que la région dans laquelle se trouve le maximum de concentration du canal. On peut donc ren- dre plus abrupt le profil de concentration de porteurs du canal. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexes sur lesquels: les figures 1A à 1D sont des coupes qui montrent les étapes de fabrication respectives d'un MESFET con- forme à un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un graphique qui représente la tension de claquage du MESFET et la valeur K; la figure 3 est un graphique qui représente la racine carrée du courant de drain et la conductance mu- tuelle gm en fonction de la tension de grille; et les figures 4A et 4B sont des graphiques qui représentent les profils de porteurs dans le MESFET du mode de réalisation de l'invention. Comme le montre la figure 1D, un MESFET conforme à l'invention comprend un substrat en semiconducteur com- posé, tel qu'un substrat en GaAs, 1, un canal 3 formé par implantation d'ions donneurs dans la couche de surface du substrat 1 et par l'accomplissement d'un traitement ther- mique, une première région 2 formée par implantation d'ions qui deviendront des destructeurs de porteurs et qui présentent un maximum de concentration dans une par- tie moins profonde que celle correspondant au maximum de concentration des ions donneurs du canal 3, une seconde région 4 formée par implantation d'ions qui deviendront des destructeurs porteurs et qui ont un maximum de con- centration dans une partie plus profonde que celle cor- respondant au maximum de concentration des ions donneurs du canal 3, une région de source 5a et une région de drain 5b formées sur les côtés respectifs du canal 3, dans des positions adjacentes à ce dernier, une électro- de de source 6a et une électrode de drain 6b formées sur les côtés respectifs de l'électrode de grille Schottky et sur les régions de source et de drain 5a et 5b, et une électrode de grille Schottky formée sur le canal. On peut fabriquer le MESFET représenté sur la figure 1D en procédant de la manière représentée sur les figures 1A à 1C. Premièrement, comme le montre la figure 1A, on dépose sur un substrat en GaAs, 1, une couche de SiN, 10, d'une épaisseur d'environ 100 nm. On utilise en- suite une matière de réserve 11, en tant que masque, pour effectuer une implantation d'ions C (carbone) à travers la couche de SiN 10, dans la partie du substrat en GaAs 1 qui doit devenir le canal, avec une énergie d'implanta- tion de 50 keV et avec une dose de 2 x 1012/cm2, pour former une première région 2. On enlève la couche de SiN 10 sur la région qui doit devenir le canal et, comme le montre la figure lB, on implante directement des ions Si (silicium) dans le substrat en GaAs 1, avec une énergie d'implantation d'environ 60 keV, et avec une dose d'en- viron 7 X 1012/cm2, et on implante ensuite des ions C (carbone) avec une énergie d'implantation d'environ 80 keV et avec une dose d'environ 1 x 1012, pour former respectivement le canal de type n, 3, et la seconde ré- gion 4. La structure résultantese présente comme le mon- tre la figure lB. Comme on le voit sur la figure lB, la concentration d'électrons à la surface a été réduite à cause du carbone (C) dans la première région 2 qui a été implanté dans la surface du substrat en GaAs 1, et la partie présentant une concentration d'électrons élevée est rétrécie à cause du carbone (C) dans la seconde ré- gion 4 qui a été implanté dans la partie profonde du ca- nal 3, ce qui fait qu'on peut rendre abrupt le profil de porteurs du canal. On enlève ensuite la couche de SiN 10 restante et la matière de réserve 11, après quoi on forme une cou- che de matière de réserve 12, comme représenté sur la figure 1C, sur la partie du substrat en GaAs 1 qui doit devenir le canal, et on utilise cette couche en tant que masque pour l'implantation d'ions silicium (Si) avec une concentration élevée, pour former ainsi une région de source 5a et une région de drain 5b de type n. On dépose ensuite une couche de SiO2, non représentée, sur la tota- lité du substrat en GaAs 1, et on effectue un traitement thermique à environ 800 C pour activer les régions dans lesquelles on a implanté des ions. La couche de SiO2 a pour fonction d'empêcher l'évaporation d'arsenic pendant le traitement thermique. Ensuite, comme le montre la figure 1D, on enlève la couche de SiO2, non représentée. On utilise ensuite le procédé de soulèvement pour déposer des couches de AuGe, Ni et Au, dans l'ordre indiqué, pour former un contact ohmique en métal sur la région de source 5a et la région de drain 5b et pour former ainsi l'électrode de source 6a et l'électrode de drain 6b. On soumet ensuite la par- tie de grille de la première région 2 à une opération de gravure pour la formation d'une cavité, jusqu'à une pro- fondeur d'environ 40 nm. L'opération de gravure de forma- tion de cavité peut être une opération de gravure par voie humide utilisant un acide en tant qu'agent d'attaque. On dépose ensuite de l'aluminium (Al) sur la partie sou- mise à l'opération de gravure de formation de cavité, avec une épaisseur d'environ 400 nm, et on forme un motif dans l'aluminium pour définir ainsi une électrode de grille Schottky 7. Ceci achève le processus de fabrica- tion d'un MESFET. La figure 4A et la figure 4B montrent le profil de porteurs dans la structure résultante. Comme le montre la figure 4A, une première région et une seconde région sont formées respectivement dans une partie superficielle et dans une partie profonde, par implantation d'ions qui deviendront des destructeurs de porteurs. Le canal aura donc un profil de porteurs abrupt, comme le montre la fi- gure 4B. On améliore ainsi la valeur K, la conductance mutuelle gm et la tension de claquage. La figure 2 montre la valeur K et la tension de claquage du MESFET conforme au mode de réalisation de l'invention qu'on vient de décrire, en comparaison avec les MESFET qui ne présentent pas les caractéristiques de l'invention. Les données indiquées concernent des MESFET ayant une longueur de grille de 0,6 pm et une largeur de grille de 10 pm. La tension de claquage est définie comme étant la tension qui existe lorsqu'un courant électrique de 1 mA par millimètre de largeur de grille circule entre la grille et le drain. La valeur K est définie de la manière suivante: K = SuZ/2aL avec les notations suivantes: f désigne la constante diélectrique du GaAs du canal u désigne la mobilité des porteurs, a désigne l'épaisseur du canal L désigne la longueur de la grille, et Z désigne la largeur de la grille. Le point A indique le résultat obtenu pour le MESFET avec le carbone (C) implanté dans la surface (c'est-à-dire ayant la première région), ainsi qu'avec le carbone implanté dans la partie profonde (c'est-à- dire ayant la seconde région): la valeur K et la ten- sion de claquage sont respectivement égales à 164,1 mS/V.mm et à -14,5 v. Le point B indique le résultat pour le MESFET sans le carbone (C) implanté dans la sur- face (c'est-à-dire sans la première région), mais ayant le carbone (C) implanté dans la partie profonde (c'est- à-dire ayant la seconde région): la valeur K et la tension de claquage sont respectivement égales à 171,6 mS/V.mm et -11,6 V. Le point C indique le résultat obtenu pour le MESFET formé par implantation de silicium (Si) seul (c'est-à-dire sans les première et seconde ré- gions), à 60 keV et avec une dose de 5 x 1012: la valeur K et la tension de claquage sont respectivement égales à 144,3 mS/V.mm et -15,2 V. La comparaison entre les points A et B montre que la tension de claquage est augmentée de 3 V, sans aucune diminution notable de la valeur K. La comparaison entre les points A et C montre que la valeur K est augmentée de 20 mS/V.mm sans aucune diminution no- table de la tension de claquage. La figure 3 montre la conductance mutuelle gm et la racine carrée du courant de drain, Id1/2. Les li- gnes continues représentent des caractéristiques d'un mode de réalisation de l'invention correspondant au point A sur la figure 2. Les lignes en pointillés représentent des caractéristiques d'un dispositif de l'art antérieur correspondant au point C sur la figure 2. A un point de fonctionnement, par exemple à une tension de grille de -0,4 V et un courant de drain de 225 "A (Id1/2 = 15 x 10-3 A1/2), la conductance mutuelle peut être améliorée d'environ 10%. Dans les modes de réalisation ci-dessus, on uti- lise des ions C en tant que destructeurs de porteurs. On peut également utiliser dans l'invention, pour obtenir un effet similaire, des ions O (oxygène), des ions B (bore) et n'importe quels autres ions qui sont utilisés de façon générale en tant que destructeurs de porteurs. Le MESFET qui est décrit ci-dessus a une structure du type à cavité. L'invention est cependant applicable à d'autres types de MESFET. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Transistor à effet de champ à grille Schottky, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat en semi- conducteur composé (1); un canal (3) formé par dopage de la couche de surface du substrat (1) avec des ions don- neurs, et par l'accomplissement d'un traitement thermi- que; une électrode de grille Schottky (7) formée sur le canal (3); une électrode de source (6a) et une électrode de drain (6b) formées sur les côtés respectifs de l'élec- trode de grille Schottky (7); une première région (2) formée par implantation d'ions qui deviendront des des- tructeurs de porteurs et ayant un maximum de concentra- tion dans une partie moins profonde que celle qui corres- pond au maximum de concentration des ions donneurs du canal (3); et une seconde région (4) formée par implanta- tion d'ions qui deviendront des destructeurs de porteurs, et ayant un maximum de concentration dans une partie plus profonde que celle correspondant au maximum de concentra- tion des ions donneurs du canal (3). 2. Transistor selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le substrat semiconducteur composé (1) est un substrat en GaAs. 3. Transistor selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les ions qui sont implantés dans les pre- mière et seconde régions (2, 4) sont des ions C, O ou B. 4. Transistor selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le substrat semiconducteur composé (1) est un substrat en GaAs; les ions qui sont implantés dans les première et seconde régions (2, 4) sont des ions C; et l'implantation pour la formation de la première région (2) est effectuée avec une énergie d'environ 50 keV et avec une dose d'environ 2 x 10 12, tandis que l'implanta- tion pour la formation de la seconde région (4) est ef- fectuée avec une énergie d'environ 80 keV et avec une dose d'environ 1 x 1012. 5. Transistor selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le canal (3) est formé par implantation d'ions Si avec une énergie d'environ 60 keV et avec une dose d'environ 7 x 10