Brevet FR2640079A1 — publié le 19900608

La présente invention a pour objet une méthode de -fabrication d'un transistor auto-aligné à semi-conducteur métallique à effet de champ pourvu d'une grille du type T, au moyen d'un dépôt chimique sélectif de vapeur de tungstène (W) sur une fine pellicule de silicium (Si). Le transistor auto-aligné à semi-conducteur métal- lique-à effet de champ (désigné dans ce qui suit par MESFET auto-aligné) est réalisé sous la forme d'une structure de contrôle de l'intervalle entre l'électrode de grille et la couche n+en utilisant les multiples vernis à masque du type T ou les métaux réfractaires. Un tel MESFET auto-aligné pré- sente une petite résistance parasitaire due à la zone d'épuisement surfacique n par formation de la couche n+ au dessous d'un bord de grille métallique, et une petite capa- cité parasite de grille en évitant la diffusion transversa- le de la couche n+ vers l'électrode de grille. Comme élément représentatif de MESFET auto-aligné, on connait le MESFET SAINT (à implantation auto-alignée de technologie en couches N+) et le MESFET SACSET (à technolo- gie d'électrode à espace serré renforcé latéralement). Le MESFET SAINT est compliqué du fait que le procédé met en oeuvre de multiples vernis à masque du type T pour former la grille, et que la technique de formation d'une grille est mise en oeuvre en pratique après élimina- tion de la fausse grille. De même, la volatilisation de l'arsenic (As) a été évitée en réalisant spécialement une pellicule de recouvrement dans la technique d'activation. Un MESFET SACSET souffre facilement d'endommage- ment du substrat du fait de la gravure ionique réactive en tant que méthode de gravure à froid lors de la formation de l'électrode de grille avec une couche isolante sur les deux parois latérales. De même, dans la technique d'activation, il se produit des contraintes mécaniques et thermiques entre les électrodes en métaux réfractaires et les couches isolan- tes formées par les deux parois latérales, ce qui se traduit par une action nocive sur les dispositifs. La présente invention a pour objet de réaliser un MESFET auto-aligné afin de réduire au minimum les problèmes de contamination qui se produisent lorsque le substrat GaAs est exposé à l'air et les endommagements mécaniques qui se produisent lorsque l'on réalise 1.'électrode de grille par dépôt, afin d'éviter la volatilisation de As qui se produit lors de la technique d'activation réalisée à température élevée, et également pour réduire la complexité du procédé en utilisant les vernis à masque utiles lorsque l'on réalise l'électrode de grille par la technique classique SAINT. Afin de réaliser l'objet ci-dessus, on a mis au point selon la présente invention, une méthode pour fabri- quer un MESFET auto-aligné GaAs dans lequel la pellicule fine de Si formée par la technique PECVD (dépôt chimique de vapeur amélioré au plasma) et la pellicule de Si3N4 formée par la technique PCVD (dépôt de vapeur par voie photo- chimique) sur le substrat GaAs sont utilisées comme pelli- cules de recouvrement dans la technique d'activation, et ensuite le MESFET auto-aligné, pourvu d'une grille du type T est fabriqué par la technique de dépôt sélectif de vapeur chimique de tungstène sur la pellicule fine de Si. Il en résulte que l'intervalle entre l'électrode de grille et la couche n+ peut se régler de lui-même. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description plus détaillée suivante présentée en référence aux dessins annexés dans lesquels: Figure 1A est un schéma représentant une technique d'implantation d'ions pour la couche active n; Figure lB est un schéma représentant une technique de gravure de la pellicule Si3N4; Figure 1C est un schéma représentant la technique de dépôt sélectif chimique de vapeur de tungstène; Figure 1D est un schéma représentant un procédé d'implantation ionique pour la couche active n+; Figure 1E est un schéma représentant une technique d'isolation entre les dispositifs; Figure 1F est un schéma représentant une technique de gravure de Si3N4 et Si ainsi qu'une technique pour dépo- ser le métal ohmique; Figure 1G est un schéma représentant un MESFET autoaligné pourvu d'une grille en tungstène du type T, complètement terminée. Sur les dessins, est représentée une forme de réalisation de la présente invention. La Figure 1A représente un schéma de la technique d'implantation des ions pour une couche active n+, la Figure lB celle de la gravure d'une pellicule Si3N4, la Figure 1C celle du dépôt chimique sélectif de vapeur de tungstène, la Figure 1D celle de l'implantation d'une couche active n, la Figure 1E celle de l'isolation entre les dispositifs, la Figure 1F celle de la gravure de Si3N4 et Si et celle du dé- pôt de métaux ohmiques (AuGe/Ni), et la Figure 1G le MESFET auto-aligné avec la grille du type T complètement terminée, respectivement. Dans les dessins, la référence numérique 1 indique le substrat semiisolant GaAs, la référence numérique 2 la pellicule fine de silicium, la référence numérique 3 la pel- licule de Si3N4, la référence numérique 4 le vernis à mas- quer, la référence numérique 5 la couche d'ions implantée n, la référence numérique 6 le vernis à masquer, la référence numérique 7 la grille de tungstène du type T, la référence numérique 8 la couche d'ions implantée n+, les références numériques 9 et 10 les vernis à masquer, la référence numé- rique 11 la couche d'ions implantée pour l'isolation, la référence numérique 12 la couche de métaux ohmiques (AuGe/ Ni), la référence numérique 13 le vernis à masquer, respectivement. Après dépôt de la pellicule fine de silicium (Si) 2 selon une épaisseur de 1,0 à 2,0 X 10-8 m sur toute la surface du substrat semi-isolant GaAs par la technique PECVD (dépôt de vapeur chimique amélioré par plasma), la pellicule de Si3N4 3 y est déposée selon une épaisseur de 1,0 X 10-7 m par PCVD (dépôt de vapeur par voie photo- chimique) dans la première technique (Figure lAi. Les conditions expérimentales pendant cette pé- riode sont une température du substrat de 100 à 200 C, une pression réactionnelle de 1,333 à 13,33 X 102 Pa, un débit d'écoulement de SiN4 et de NH3 de 3-10 s/cm et de 15-500 s/cm, respectivement. Après le dépôt de la pellicule de silicium 2 et de la pellicule de Si3N4 3, des ions Si+ sont implantés sous les conditions de 70-100 Kev, 1-6 X 1012/cm2 en utilisant la résine à masquer 4 comme masque. Afin de former une électrode de grille, la seconde technique (Figure lB) consiste à définir le modèle de grille en gravant la pellicule de Si3N4 3 en utilisant la résine masquée 6 comme masque. Comme solution de gravure, on utili- se du BOE (agent de gravure oxydant tamponné) 6:1. La troisième technique (voir Figure 1C) consiste à déposer le tungstène 7, qui est une électrode de grille, par une méthode sélective de dépôt chimique par vapeur. Afin de déposer le tungstène 7 de façon sélective sur la pellicule fine exposée de Si, la température du substrat est de 350-450 C, la pression de réaction de 0,266 à 1,333 102 Pa, le débit d'écoulement du WF6 et de l'argon gazeux de 5-10 s/cm et de 1000 s/cm, respectivement. L'équation réactionnelle à ce moment est la sui- vante: 2WF6 + 3Si ---> 3SiF4 + 2W.......... (1) Par cette réaction, la pellicule fine de tungstène s'accroît jusqu'à une épaisseur de 1,0 X 10-8 m en consom- mant la pellicule fine de silicium 2 puis s'arrête de croitre. Pour une croissance extérieure d'une électrode de grille en tungstène 7 présentant une épaisseur de 1,5 à 2,0 X 10-7 m, la quatrième technique consiste à ajouter de l'hydrogène gazeux conjointement avec WF6 et l'argon gazeux. En réglant la pression réactionnelle à 0,80- 2,66 X 102 Pa et en contrôlant le débit d'écoulement de l'hydrogène gazeux entre 100 et 500 s/cm, de façon à ne pas modifier la température du substrat, la pellicule de tung- stène s'accroît jusqu'au niveau de surface de la pellicule en Si3N4 3 et ensuite s'arrête de croître transversalement. Il en résulte qu'une électrode de grille de type T 7 est formée. A ce moment, l'équation réactionnelle est la suivante: WF6 + 3H2 ---> W + 6HF............ (2) Il est important que l'électrode de grille ci- dessus 7 présente un profil en T. La formation d'une couche active n+, qui est la technique suivante, amoindrit la résistance parasitaire due à la couche surfacique d'épuisement n et simultanément-la prévention de la diffusion transversale de la couche n+ en bas vers le métal de grille peut réduire la capacité para- sitaire de grille. La cinquième technique (Figure 1D) consiste en une implantation ionique pour former une couche active n+ 8 en utilisant la grille de tungstène de type T 7 comme masque. A ce moment, l'intervalle entre la grille 7 et la couche active n+ 8 doit être de 1,0 à 2,0 X 10-7 m. L'implantation ionique est suivie par un revenu de post-implantation de façon à activer la couche ionique im- plantée n 5 et la couche ionique implantée n+ 8. A ce moment, la pellicule fine de Si 2 et la pel- licule de Si3N4 3 joue un rôle effectif comme pellicule de recouvrement afin d'éviter la volatilisation de As, déposé par des techniques d'implantation ionique et PCVD, respec- tivement. Ainsi, il n'est pas nécessaire de déposer une pellicule de recouvrement indépendamment de la technique d'activation. La sixième technique (Figure 1E) consiste à former une zone d'isolation implantée B+ (ou H+) 11 à travers la fine pellicule de Si 2 et la pellicule Si3N4 3 sous les conditions de 100-200 Kev en utilisant la résine à masquer comme masque pour l'isolation entre les éléments du MESFET. La septième technique (Figure 1F) consiste à graver la fine pellicule de Si 2 et la pellicule de Si3N4 3 en utilisant la résine à masquer 13 comme masque, afin de définir une source et un drain. Par la suite, on met en oeuvre une technique d'enlèvement afin de définir le modèle de métaux ohmiques (AuGe/Ni) afin de réaliser les électrodes de source et de drain 12. A ce moment, l'alliage est mis en oeuvre à une température de 430 C pendant 5 minutes dans une atmosphère gazeuse d'hydrogène (H2) et d'azote (N2) selon un rapport de 30:70. La Figure 1G représente un MESFET auto-aligné avec une électrode de grille en tungstène du type T réalisée par le procédé décrit ci-dessus. En mettant en oeuvre l'invention spécifiée ci- dessus, le MESFET auto-aligné pourvu d'une grille du type T est fabriqué en déposant sélectivement par voie chimique de la vapeur de tungstène sur la pellicule fine de Si. Il en résulte que l'intervalle entre l'électrode de grille et la couche n+ peut être réglée d'elle-même. De même, les problè- mes de contamination qui se produisaient par exposition à l'air ainsi que les détériorations chimiques qui se produi- sent au dépôt d'une électrode de grille au moyen de la méthode de pulvérisation sont réduites au mininum tandis que la volatilisation de As qui se produisait dans la technique d'activation réalisée à température élevée est évitée et l'on réalise un procédé simple. REVENDICATIONS 1. Une méthode de fabrication d'un transistor auto-aligné à semiconducteur métallique à effet de champ MESFET pourvu d'une électrode de grille en tungstène du type T, caractérisée en ce que: - on dépose une fine pellicule de silicium (Si) sur toute la surface d'un substrat semiisolant en GaAs par la technique PECVT (dépôt de vapeur chimique amélioré par plasma), on dépose une pellicule de Si3N4 sur la fine pellicule de silicium (Si) par la technique PCVD (dépôt de vapeur par voie photochimique), et on implante des ions pour une couche active n en utilisant une résine à masquer comme masque; - on réalise un modèle d'électrode de grille par gravure de ladite pellicule Si3N4 en utilisant une résine à masquer comme masque afin de former l'électrode de grille; - on développe le tungstène par dépôt sélectif de vapeur chimique uniquement sur la pellicule fine exposée en Si afin de ne pas déposer le tungstène sur ladite pellicule de Si3N4; - on développe la pellicule de tungstène trans- versalement afin de former une électrode de. grille en tungstène du type T; - on forme une couche n+ par implantation ionique de façon que l'intervalle entre ladite électrode de grille et ladite couche N+ soit de 1,0 à 2,0 X 10-7 m en utilisant ladite grille en tungstène du type T; - on active lesdites couches n et n+ en utilisant ladite pellicule fine de Si et la pellicule de Si3N4 comme pellicule de recouvrement; - on réalise une implantation d'ions pour l'iso- lation entre les dispositifs par l'intermédiaire de ladite fine pellicule de Si et de la pellicule de Si3N4; - on grave ladite fine pellicule de Si et la pel- licule de Si3N4 et on dépose des métaux ohmiques (AuGe/ni) par une technique d'enlèvement en utilisant une résine à masquer comme masque pour réaliser une source et un drain. 2. Une méthode de fabrication d'un MESFET auto- aligné selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite technique du dépôt du tungstène sélectivement et uniquement sur la pellicule de Si est réalisée sous la condition que la température du substrat soit de 350 à 450 C, la pression de réaction de 0,266 à 1,333 X 102 Pa, et le débit d'écoulement du WF6 et de l'argon gazeux de 5 à 10 s/cm à 1000 s/cm, respectivement. 3. Une méthode de fabrication d'un MESFET auto- aligné selon la revendication 1, caractérisée en ce que les épaisseurs de ladite pellicule fine de Si et de la pellicule de Si3N4 en tant que pellicules de recouvrement dans ladite technique sont respectivement de 1, 0 à 2,0 X 10-8 m et 1,0 X 10-7 m. 4. Une méthode de fabrication d'un MESFET auto- aligné selon la revendication 1, caractérisé en ce que la- dite technique de dépôt de l'électrode de tungstène du type T est réalisée sous la condition que la température du substrat soit de 350 à 450 C, la pression de réaction de 0,80 à 2,66 X 102 Pa et les débits d'écoulement de WF6 et de l'hydrogène et de l'argon gazeux de 50 à 1000 s/cm, de 100 à 500 s/cm et de 1000 s/cm, respectivement.