Brevet FR2636471A1 — publié le 19900316

PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF A SEMICONDUCTEURS La présente invention concerne un procédé de fa- brication d'un dispositif à semiconducteurs, et elle porte plus particulièrement sur un procédé de fabrication d'une électrode de grille pour un transistor à effet de champ (ou FET) au GaAs. On fabrique habituellement l'électrode de grille d'un tel transistor à effet de champ par le procédé de fa- brication qui est représenté sur les figures 3(a) à 3(d). Ces figures montrent une surface principale 1 d'un tel transistor à effet de champ, une couche de résine photo- sensible 2, une cavité formée par gravure, 3, une électro- de de grille 4 et une métallisation d'électrode de grille 4. Le procédé de fabrication du transistor à effet de champ est décrit ci-après. En premier lieu, on dépose la résine photosensi- ble 2 sur la surface principale 1 d'un tel transistor à effet de champ, et on définit le motif de grille par pho- tolithographie (figure 3(a)). Ensuite, on effectue une opération de gravure de cavité en utilisant comme masque la résine photosensi- ble 2, pour produire ainsi une cavité formée par gravure 3 (figure 3(b)). On dépose ensuite une métallisation d'électrode de grille sur la totalité de la surface du substrat, par évaporation ou pulvérisation cathodique (fi- gure 3(c)), et on enlève la partie non nécessaire de la métallisation d'électrode de grille 4' et de la résine photosensible 2, par un procédé de décollement, pour achever ainsi la formation d'un dispositif à semiconducteurs (figure 3(d)). De façon générale, dans le but d'améliorer les performances d'un transistor à effet de champ de haute fré- quence, il est nécessaire de réduire la longueur de grille (Lg) et la résistance de grille (Rg). Dans le procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs de l'art anté- rieur, dans le but de réduire la longueur de grille, on for- me un motif de grille fine, et on forme ensuite l'électrode de grille 4. Bien que ce procédé permette de réduire la longueur de grille, la section droite de l'électrode de grille 4 prend de façon défavorable une configuration tra- pézoidale représentée sur la figure 3(d), ou une configura- tion triangulaire dans un cas extrême. L'aire de section droite de l'électrode de grille 4 est alors réduite, ce qui entraîne une augmentation de la résistance de grille. On ne peut donc pas obtenir en même temps la diminution de la longueur de grille et la diminution de la résistance de grille. L'invention a pour but de procurer un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs capable de réduire la longueur de grille et également capable d'empê- cher une augmentation de la résistance de grille. Conformément à l'invention, on forme une électro- de de grille ayant une faible longueur de grille en évapo- rant un matériau d'électrode de grille en utilisant comme masque un motif de grille fine, après quoi on dépose une résine photosensible sur la totalité de la surface du- substrat, de façon à recouvrir l'électrode de grille pour enterrer la partie d'électrode de grille..On amincit ensui- te la résine photosensible pour mettre à nu la partie supé- rieure de l'électrode de grille sur la surface de la résine photosensible, et on dépose un métal d'amélioration de la conductivité sur la partie supérieure de l'électrode de grille, par dép8t chimique. On forme une seconde électrode large avec ce métal d'amélioration de la conductivité, et on forme ensuite une électrode ohmique à la périphérie de l'électrode de grille, par un procédé de décollement. Selon un autre aspect de l'invention, on fabrique une électrode de grille ayant une faible longueur de grille en employant simplement un procédé classique, on enterre la section d'électrode de grille dans une résine photosensible et on amincit la résine photosensible pour mettre à nu la partie supérieure de l'électrode de grille sur la surface de la résine photosensible. On dépose un métal d'améliora- tion de la conductivité sur la totalité de la surface du substrat, par exemple par évaporation, on grave le métal d'amélioration de la conductivité en utilisant un motif de résine photosensible qui fait en sorte que le métal ne reste que sur l'électrode de grille, et on forme ensuite des électrodes ohmiques à la périphérie de l'électrode de grille, de façon auto-alignée, en utilisant le motif de résine photosensible qui est utilisé comme masque pour la gravure du métal d'amélioration de la conductivité. Enfin, on fait adhérer fortement le métal d'amélioration de la con- ductivité à l'électrode de grille, par une opération de recuit, ce qui forme une seconde électrode large qui est connectée à l'électrode de grille. L'électrode de grille présente donc une structure ayant une longueur de grille réduite, et dans laquelle une électrode large est fixée à la partie supérieure de l'élec- trode, grâce à quoi l'aire de section droite de l'électrode de grille est augmentée, et la longueur de grille (Lg) est réduite, tout en empêchant une augmentation de la résistan- ce de grille. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1(a) à 1(i) sont des coupes qui mon- trent les étapes respectives du procédé de fabrication du dispositif à semiconducteurs conforme à un mode de réali- sation de l'invention; Les figures 2(a) à 2(k) sont des coupes qui mon- trent les étapes de fabrication respectives du dispositif à semiconducteurs conforme à un second mode de réalisation de la présente invention; et Les figures 3(a) à 3(d) montrent des coupes d'étapes de fabrication respectives du procédé de fabrica- tion d'un dispositif à semiconducteurs de l'art antérieur. Les figures 1(a) à 1(i) montrent des coupes d'étapes respectives du procédé de fabrication d'un dispo- sitif à semiconducteurs conforme à un premier mode de réa- lisation de l'invention. La figure 1 montre une surface principale 1 d'un tel transistor à effet de champ, une couche de résine photosensible 2, une cavité formée par gravure 3, une électrode de grille 4, une métallisation d'électrode de grille 4', une couche de résine photosensi- ble 6, un métal d'amélioration de la conductivité 7', une électrode ohmique 9, une métallisation d'électrode ohmique 9' et une couche de résine photosensible 10. On va maintenant expliquer le procédé de fabri- cation. En premier lieu, on dépose la résine photosensi- ble 2 sur la surface principale du substrat 1, et on défi- nit un motif de grille fine par photolithographie (figure 1(a)). Ensuite, on effectue une opération de gravure d'une cavité jusqu'à la partie d'électrode de grille, en utili- sant comme masque la résine photosensible 2, pour obtenir ainsi une cavité formée par gravure, 3, de 200 nm à 300 nm de profondeur (figure 1(b)). On forme ensuite une mé- tallisation d'électrode de grille sur la totalité de la surface du substrat, jusqu'à une épaisseur d'environ 500 nm à 1 pm, par évaporation ou pulvérisation cathodique (figure 1(c)), et on enlève une partie non nécessaire de la métallisation d'électrode de grille 4' et de la résine photosensible 2, par un procédé tel que le décollement, pour former ainsi une électrode de grille 4 ayant une lon- gueur de grille (Lg) inférieure à 0,5 micron (figure 1(d)). Les opérations effectuées jusqu'à cette étape sont les mêmes que celles de l'art antérieur. Ensuite, on enterre avec la résine photosensible 6 la partie d'électrode de grille 4 et la partie de cavité 3, après quoi on enlève une partie de la résine photosen- sible 6 par une opération d'attaque anisotrope telle que l'attaque ionique réactive (qu'on appellera ci-après "RIE"), et on amincit la couche de résine photosensible 6 jusqu'à ce que la partie supérieure de l'électrode de grille 4 soit à nu à la surface de la résine photosensible 6. Ensuite, on fait croître un métal d'amélioration de la conductivité 7', tel que de l'or, sur la partie supérieure de l'électrode de grille 4, par dépôt chimique (figure 1 (e)). On enlève ensuite la résine photosensible 6, pour produire ainsi une seconde électrode large sur l'électrode de grille 4 (figure 1(f)). Ensuite, on dépose la résine photosensible 10 sur la totalité de la surface du substrat, on forme un motif d'électrodes ohmiques (figure 1(g)) , et on dépose ensuite des métallisations d'électrodes ohmiques sur la totalité de la surface du substrat (figure 1(h)). Ensuite, on enlève les parties non nécessaires des métallisations d'électrodes ohmiques 9' et de la ré- sine photosensible 10, par exemple par un procédé de dé- collement, et on forme des électrodes ohmiques 9 à la périphérie de l'électrode de grille 4 (figure 1(i)). Dans ce mode de réalisation, on peut former l'électrode de grille 4 ayant une faible longueur de grille, par un procédé similaire à celui de la technique de l'art antérieur, dans le procédé de fabrication allant jusqu'à la figure 1(d). Au cours d'opérations ultérieures, on dépose un second métal conducteur 7', à titre de secon- de électrode, sur la partie supérieure de l'électrode de grille 4, pour augmenter ainsi l'aire de section droite de l'électrode de grille, ce qui a pour effet de réduire la résistance de grille. Ceci permet de réduire le facteur de bruit minimal et d'augmenter le gain d'un tel transistor à effet de champ, et il est possible de réaliser un disposi- tif à semiconducteurs ayant d'excellentes performances, en particulier dans la région de haute fréquence. Les figures 2(a) à 2(k) montrent des coupes des étapes respectives du procédé de fabrication d'un disposi- tif à semiconducteurs conforme à un second mode de réali- sation de l'invention. Sur la figure 2, les références numériques 1, 2, 3, 4 et 4' désignent respectivement de façon similaire une surface principale d'un tel transistor à effet de champ, une cavité formée par gravure, une électrode de grille et une métallisation d'électrode de grille. La figure 2 mon- tre en outre une couche d'espacement 5 en une substance de la famille SiN ou de la famille SiO, une couche de résine photosensible 10, un métal d'amélioration de la conducti- vité 7 et 7', une couche de résine photosensible 8 et 8', des électrodes ohmiques 9 et des métallisations d'électro- des ohmiques 9'. On va maintenant décrire le procédé de fabrica- tion. En premier lieu, on dépose sur la surface prin- cipale 1 une couche d'espacement qui est constituée par un verre consistant en Si3N4 ou SiO2, en procédant par exemple par dépôt chimique en phase vapeur jusqu'à une épaisseur d'environ 100 nm, pour former une couche d'es- pacement 5, après quoi on dépose une résine photosensible 2 sur la couche d'espacement 5, et on forme un motif de grille fine par photolithographie (figure 2(a)). On effectue ensuite une opération de gravure de cavité jusqu'à la partie d'électrode de grille, en utili- sant comme masque la résine photosensible 2, et on obtient une cavité formée par gravure, 3, de 200 à 300 nm de pro- fondeur (figure 2(b)). Ensuite, on dépose sur la totalité de la surface du substrat une métallisation d'électrode de grille, par exemple en aluminium, jusqu'à une épaisseur d'environ 500 nm à 1 pm, par évaporation ou pulvérisation cathodique (figure 2(c)), et on enlève la partie non nécessaire de la métallisation d'électrode de grille 4' et de la résine photosensible 2, par un procédé tel que le décollement, et on obtient l'électrode de grille 4 ayant une longueur de grille (Lg) inférieure à 0,5 pmn (figure 2(d)). Ensuite, on enterre l'électrode de grille 4 avec la résine photosensible 6, et on enlève partiellement la résine photosensible 6, par exemple par attaque ionique réactive (RIE), pour l'amincir jusqu'à ce que la partie supérieure de l'électrode de grille 4 soit à nu à la sur- face de la résine photosensible 6 (figure 2(e)). Ensuite, on dépose sur la totalité de la surface du substrat un métal conducteur 7, -tel que de l'aluminium ou de l'or, jusqu'à une épaisseur d'environ 1 à 2 pm, par exemple par évaporation (figure 2(f)), et on recouvre en- suite la totalité de la surface du substrat par une couche de résine photosensible 8, de façon qu'elle soit plus épaisse que la résine photosensible 6, après quoi on forme par photolithographie un motif de résine photosensible 8 sur l'électrode de grille 4, pour laisser le métal d'amé- lioration de la conductivité 7 sur l'électrode de grille 4 (figure 2(g)). On effectue ensuite une attaque anisotrope par voie sèche du métal d'amélioration de la conductivité 7, en utilisant comme masque le motif de résine photosensible 8, et on donne ensuite à la largeur W du métal conducteur 7' une valeur désirée d'environ 1 à 1,5 pm, par gravure latérale de ce métal, en utilisant une technique d'attaque par voie humide (figure 2(h)). On enlève ensuite la résine photosensible 6, par exemple par RIE, en utilisant comme masque le motif de ré- sine photosensible 8. Le critère pour déterminer le point- d'arrêt de l'attaque au cours de l'opération d'attaque de la résine photosensible 6, est basé sur le fait que l'at- taque a atteint ou non la surface de la couche d'espacement qui est formée entre la résine photosensible 6 et la surface principale 1. En outre, du fait que cette couche d'espacement est en verre, il est possible d'effectuer l'attaque dans une direction perpendiculaire au substrat avec une précision élevée (figure 2(i)). On forme ensuite des électrodes ohmiques par un procédé tel que l'évapora- tion, de façon auto-alignée, en utilisant comme masque le motif de résine photosensible 8'. Ensuite, du fait que le métal d'amélioration de la conductivité 7' sur l'électrode de grille 4 a déjà subi une gravure latérale, le métal de l'électrode ohmique n'attache pas à la face latérale au métal d'amélioration de la conductivité 7' (figure 2(j)). Ensuite, on enlève la partie non nécessaire des métallisations d'électrodes ohmiques 9', par exemple par un procédé de décollement, après quoi on enlève la résine photosensible restante 6 et la couche d'espacement 5. Fina- lement, on fait adhérer fortement ensemble le métal d'amé- lioration de la conductivité 7' et l'électrode de grille 4, par une opération de recuit. De cette manière, on obtient un dispositif à semiconducteurs dans lequel une seconde électrode large constituée par le métal d'amélioration de la conductivité 7' est formée sur l'électrode de grille 4, et les électrodes ohmiques 9 sont formées de façon auto- alignées à la périphérie de l'électrode de grille 4 avec une précision élevée (figure 2(k)). Dans ce second mode de réa- lisation, de façon similaire au premier mode de réalisation, on peut réduire la longueur de grille (Lg) de l'électrode de grille 4, et on peut également augmenter l'aire de section droite de l'électrode de grille, ce qui permet de réduire la résistance de grille (Rg). De plus, du fait que les électro- des ohmiques sont formées de façon auto-alignées, on peut réduire les distances LSG et LSD entre l'électrode de grille 4 et les électrodes ohmiques 9, pour réduire ainsi le ré- sistance grille-source et la résistance grille-drain. Il en résulte que dans un tel transistor à effet de champ, le facteur de bruit minimal est réduit et le gain est augmenté, ce qui procure un dispositif à semiconducteurs ayant des performances élevées, en particulier dans une région de haute fréquence. Dans les premier et second modes de réalisation décrits ci-dessus, le matériau de l'électrode de grille 4 et le métal d'amélioration de la conductivité 7' consistent en aluminium. L'invention n'est cependant pas limitée à ce cas, et tous deux peuvent être en or. En outre, on peut utiliser de l'aluminium pour l'électrode de grille 4 et on peut utiliser de l'or pour le métal d'amélioration de la conductivité 7'. Cependant, dans ce cas, pour éviter la réaction d'alliage entre l'aluminium et l'or, il est néces- saire de prévoir un métal de barrière consistant par exem- ple en titane ou en molybdène, entre l'électrode de grille 4 et le métal d'amélioration de la conductivité 7'. Comme décrit ci-dessus, et conformément à la pré- sente invention, on forme une électrode de grille ayant une longueur de grille (Lg) réduite, par les opérations suivan- tes: on évapore le matériau de l'électrode de grille en utilisant comme masque un motif de grille fine, on enterre la partie d'électrode de grille dans une résine photosensi- ble, on amincit la résine photosensible pour mettre à nu la partie supérieure de l'électrode de grille sur la surface de la résine photosensible, et on dépose un métal d'amélio- ration de la conductivité sur la partie supérieure de l'électrode de grille, par dépôt chimique. On forme ensuite des électrodes ohmiques. Dans un autre mode de réalisation, on met à nu la partie supérieure de l'électrode de grille, à la surface de la résine photosensible, comme décrit ci- dessus, et on dépose ensuite un métal d'amélioration de la conductivité, par exemple par évaporation, sur la totalité de la surface, et on grave le métal d'amélioration de la conductivité en utilisant un motif de résine photosensible, de façon qu'une partie de ce métal reste sur l'électrode de grille, et on forme ensuite des électrodes ohmiques à la périphérie de l'électrode de grille, de façon auto-alignée, en utilisant le motif de résine photosensible qui est uti- lisé pour graver le métal d'amélioration de la conductivi- té. Il en résulte qu'on peut réduire la longueur de grille (Lg) et on peut augmenter l'aire de section droite de l'électrode de grille, ce qui procure une réduction de la résistance de grille (Rg). De plus, du fait que les élec- trodes ohmiques sont formées de façon auto-alignée, on peut réduire la distance entre l'électrode de grille et les électrodes ohmiques, ce qui réduit la résistance grille- source et la résistance grille-drain. Ceci permet de ré- duire le facteur de bruit minimal et permet d'augmenter le gain dans un transistor tel qu'un transistor à effet de champ de haute fréquence, ce qui procure un élément pré- sentant d'excellentes performances, en particulier dans une région de haute fréquence. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: une premiè- re étape consistant à former une cavité (3) dans une sec- tion de formation d'électrode de grille d'une surface prin- cipale d'un substrat (1), et à former une électrode de grille (4) dans cette cavité (3), par un procédé de décol- lement; une seconde étape consistant à enterrer la section de formation d'électrode de grille en déposant une résine photosensible (6) sur la totalité de la surface du substrat (1) et en enlevant ensuite la résine photosensible (6) par une opération d'attaque, pour mettre à nu la partie supé- rieure de l'électrode de grille (4); une troisième étape consistant à déposer un métal d'amélioration de la conduc- tivité (7') sur la partie supérieure de l'électrode de grille (4), par dépôt chimique; et une quatrième étape consistant à former des électrodes ohmiques (9) à la péri- phérie de l'électrode de grille (4), par un procédé de dé- collement. 2. Procédé de fabrication d'un dispositif à se- miconducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de grille (4) consiste en aluminium, le métal d'amélioration de la conductivité (7') consiste en or, et un métal de barrière est placé entre l'électrode de grille (4) et le métal d'amélioration de la conductivité (7'). 3. Procédé de fabrication d'un dispositif à se- miconducteunsselon la revendication 2, caractérisé en ce que le métal de barrière consiste en titane ou en molybdè- ne. 4. Procédé de fabrication d'un dispositif à se- miconducteursselon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de grille de l'électrode de grille (4) est inférieure à 0,5 micron. 5. Procédé de fabrication d'un dispositif à se- miconducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: une pre- mière étape consistant à former une couche d'espacement (5) qui est constituée par du verre, sur la totalité de la surface principale d'un substrat (1) et ensuite à former une cavité (3) dans la section de formation d'électrode de grille, et à former une électrode de grille (4) dans la cavité (3), par un procédé de décollement; une seconde étape consistant à enterrer la section de formation d'élec- trode de grille par le dépôt d'une première résine photo- sensible (6) sur la totalité de la surface du substrat (1), et à enlever ensuite par attaque une partie de la première résine photosensible (6) pour mettre ainsi à nu la partie supérieure de l'électrode de grille (4); une troisième étape consistant à déposer un métal d'amélioration de la conductivité (7) sur la totalité de la surface du substrat (1); une quatrième étape consistant à former un motif d'une seconde résine photosensible (8), ayant une épaisseur supérieure à celle de la première résine photosensible (6), sur le métal d'amélioration de la conductivité (7) corre- pondant à la partie supérieure de l'électrode de grille (4); une cinquième étape consistant à graver le métal d'amélioration de la conductivité (7) en utilisant le motif de la seconde matière de réserve (8), et à effectuer en outre une gravure latérale du métal d'amélioration de la conductivité, pour former un motif du métal d'amélioration de la conductivité (7') ayant une largeur désirée; une sixième étape consistant à enlever la première résine pho- tosensible (6) et la couche d'espacement (5) en utilisant comme masque la seconde résine photosensible (8), et à former des électrodes ohmiques (9) de façon auto-alignée, à la périphérie de l'électrode de grille (4), par un procé- dé de décollement; et une septième étape consistant à faire adhérer fortement l'électrode de grille (4) et le métal d'amélioration de la conductivité (7'), par une opération de recuit. 6. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode de grille (4) et le métal d'amélioration de la conductivité (7, 7') consistent tous deux en aluminium. 7. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrode de grille (4) consiste en aluminium et le métal d'amélioration de la conductivité (7, 7') consiste en or, et il existe un métal de barrière entre l'électrode de grille et le métal d'amélioration de la conductivité. 8. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 7, caractérisé en ce que le métal de barrière consiste en titane ou en molybdène. 9. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que la longueur de grille de l'électrode de grille est in- férieure à 0,5 micron. 10. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche d'espacement est en verre. 11. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche d'espacement en verre consiste en Si3N4 ou sio2. 12. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise une attaque anisotrope par voie sèche pour la gravure du métal d'amélioration de la conductivité (7) en utilisant comme masque le motif de la seconde résine photo- sensible (8), et on utilise une attaque par voie humide pour la gravure latérale du métal d'amélioration de la con- ductivité au cours de la cinquième étape. 13. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que la largeur du métal d'amélioration de la conductivité (7') qui est déterminée par la gravure latérale au cours de la cinquième étape est d'environ 1 à 1,5 micron. 14. Procédé de fabrication d'un dispositif à se- miconducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le critère pour déterminer le point de terminaison de la gravure au cours de la gravure de la première matière de réserve (6) à la sixième étape, consiste en ce que la gravure a atteint ou non la surface de la couche d'espace- ment (5).