Brevet FR2656740A1 — publié le 19910705

La présente invention concerne un dispositif de semi- conducteur à jonction et son procédé de fabrication et, en particulier, un dispositif de semi-conducteur à jonction et un procédé de fabrication pour un dispositif de semi-conducteur à jonction présentant une caractéristique de haute mobilité des électrons due à une structure à hétérojonction. D'une manière récente, en rapport avec une progression rapide vers une société privilégiant l'information et la communication, le besoin d'un ordinateur à ultrahaute vitesse, d'une ultrahaute fréquence et d'une communication de fibre optique sont encore renforcées. Le dispositif utilisant le Si antérieur ayant toutefois trouvé des limitations dans son aptitude à satisfaire ce besoin, une étude axée sur les semi- conducteurs à jonction dont les caractéristiques importantes soient b'onnesa été activement menée. Parmi les semi-conducteurs à jonction, le Ga As ,5} présentant les caractéristiques d'une haute mobilité des électrons, d'une vitesse élevée des électrons et une semi-isolatione celui-ci offre les avantages d'une haute efficacité, d'une haute fréquence, d'un faible niveau de bruit et d'une faible consommation de puissance électrique, etc, en regard des caractéristiques de Si. Ainsi, en utilisant les bonnes caractéristiques du Sa As, des recherches concernant la fabrication d'un circuit d'hyperfréquence monolithique à faible niveau de bruit et d'un circuit digital d'ultrahaute vitesse à faible consommation de puissance électrique ont été activement menées. Parmi ces dispositifs, un transistor à haute mobilité des électrons (désigné ci-après par "HEMT") présentant les caractéristiques de faible niveau de bruit, haute fréquence et vitesse élevée est commandé par l'effet de champ électrique utilisant un électron modulé. C'est-à-dire que le transistor du type HEMT présente une structure de croissance d'une couche de Ga As N- d'une couche de Al Ga As et d'une couche de Al Ga As N+ prenant la forme continue d'un mince film. Ensuite, un électron,qui devient une source de courant, est généré à partir de la couche de source Al Ga As N+,n'existe pas avec un donneur désionisé ou une impureté,mais est commandé par l'effet de champ électrique d G à la formation d'une haute concentration entre la couche tampon Ga As N et la couche d'écartement Al Ga As. Le Si est habituellement utilisé comme matériau dopant de la couche de source Al Ga As N+. Les caractéristiques de faible niveau de bruit et de haute fréquence du transistor du type HEMT sont d'autant plus améliorées qu'une transconductance gm devient plus grande Ensuite, du fait que la transductance est accrue dans la mesure de la diminution d'une résistance de sources il est important de réduire la résistance de source. La figure 1 est une vue en coupe représentant une structure générale d'un transistor du type HEMT. A la figure 1, une couche tampon de Ga As N 2, une couche d'écartement Al Ga As 3 et une couche de source Al Ea As N+ 4 sont formées sur la surface entière d'un substrat Ga As semi-isolant 1. Une électrode de grille 8 est formée dans la région -30 prescrite de la surface exposée de la couche de source Al Ga As N+ 4 et une électrode de source et de drain 6, 7 sont formées en interposant une couche de recouvrement Ga As N+ 5 dans la région supérieure d'une couche de source Al Ga As N+ 4 à l'exception de la région prescrite. zrt L'électrode de source et l'électrode de drain 6, 7 suep 55 e 9 WJ oa uos = +N s Ieg 4 uawa J Ano Da ap aqnno D aun S a u: t +N Sve 9 Ii am Dnos ap a 4 qnon apun efú s Uegl I 1 quawa U J Spoe Dop a 4 mnom aun e _h N s We 9 ap uodweq Lq 4 no D eun -sjde-1 J nbz Idxa Suawa^a F q 1 sa IWBH adÀ nip Josisue J nrip uo T;et Jqei ap gpgmo Jd un -anb T 4 uapr a z Jed aun arnbib 4 uep uori Isodwo: aun 02 a 4 uassda J anbr 4 uap a Duas I+i J ap oiewnu un:a I aini F- el ap ain 4 N 4 S aun V 6 anb Tuoit uoze 4 ueldwi uoi 5 g saun que 4 norie us aewjo F 4 ss Z s ani 6 el sp sain 4 mnss el =-ags Tsiegi q e anbtuoi uo eue Ildwil linbalsi Jns Jnaz Que 1 i W 3 H adÀq np jo 4 sisue i unp a Jn Dnis,Z el quequesg Jda J adno D ua an A aun S sa u a Jn 5 Oz el -D Jinos ap a Duevsise el Jinu Tw p ap que 4 aw Jad anb Tuo uoize 4 ueldw '1 i W 3 H adÀ np o 045 ssu:A un aar O aa 'e fawvlqo D d am ap u Os Te J u 3 t; oz +N s Veg I as D Jnos ap as 4 noz el ap e 2 s Vegt I uawa I Je I Sp asq Dno D e I ap aleqo-l S Duess S aun Z _ N s Ve L ap uodwv 4 aqmnom el Sa Q s IJ S 19 f 4 uawaq Je 3 ep a 4 Dno D el et +N s Veg I a D Jnos Sp a Sqno D el ada us o TI Jzeq sp;E ue Ssts> aunrp agnl T;suo D qsa inb a Djnos ap a Due 4 sisi aun s S V sanp amuanbj arineq 4 ap sainail+u T sunb s T Dse Je sap:a nea A Tu alq Tes ap Tin-q ap sa D Jo T-p Qw sanbi; sii 4 Deie D sap sio+asno; a 4 uaseid T ain 5 bi+ el V quasjdda D îe Jeu 95 1 i W 3 H ad 4 nrp J Os Tsus Li; un -a Dez J-iauip jlaiuasod ap sqrnd un suep i au Tjuoo us;e aeldip as I Suuolsuw Tp-Tq uo-daji un lrlanbel suep uo T;e^;ep a Smno D awwo D aqsl Tqrn sa Z _N se 59 ap uodwe 4 amqno D e I a et +N s Ve 9 IV an Jnos ap aqnnom el ap iqjed s snpod slauiuoisuaw Tp -Tq suo J 4 alg sep e 4 TI Tqow I ja uswrine a 4 sisuo Tnb g al OJ un snld ap anor i s Ve SIU 4 uawa Sje Dp aq Dno D el a Uuoisugwmp-Iq uo_ 4-ali un a J Qu 95 t +N s Ve 59 a Drnos ap a Dno D el ia q +N seg :uawa J Anoza J ap aqmno D el na Ae anbiw 4 o q De:uon un 4 uawio J 0 t V 999 Z l'ordre sur la surface d'un substrat Ga As semi- isclant t par la méthode d'épitaxie par faisceau moléculaire (désignée ci- après "MBE") ou par la méthode de déposition de vapeur organo-m étallique (désignée ci-après "MOCVD") Ensuite, une impureté telle que Si est implantée ioniquement à une certaine profondeur dans une partie de couche tampon 2 à l'exception d'une région de grille et une région d'implantation ionique 9 est formée par un processus de recuit. Une électrode de source et une électrode de drain 6, 7 sont ensuite formées sur la surface de la couche de recouvrement Ga As Ni 5. Après ces opérations, en éliminant par photolithographie une couche de recouvrement Ea As Ns 5 de la région prescrite dans laquelle la région à implantation ionique 9 n'est pas formée, une couche de source Al Ga As N+ 4 èst exposée et une électrode de grille a est formée. Une résistance de source d'un transistor du type HEMT formée de la manière décrite précédemment est diminuée en raison de la région à implantation ionique formée dans une partie de la couche de recouvrement Ga As N+ et de la couche de source Al Ba As N+, de la couche d'écartement Al Ga As et de la couche tampon de Ga As N dans la partie inférieure de cette couche de recouvrement. En raison de ce qu'un donneur ionisé de la couche de source Al Ga As N+ est diffusé dans une couche d'électrons bi-dimensionnels formée dans une haute concentration i.'0 entre la couche d'écartement Al Ga As et la couche tampon de Ga As N du fait d'un processus de recuit dans la formation d'une région à implantation ionique de sorte que la mobilité des électrons est diminuée, un transistor du type HEMT décrit ci-dessus présente des caractéristi- v= 5 quesmédiocresde bruit de faible niveau et de a I 4 Dno D aun 4 uew Joj uo D 4 Duor v ina Dnpuo D-was ap: +.;sods p uncp uoi e Dl Tqe ap gpeo rd un suep luo Tzuau. aquas-Jd -el enq puomas al jes Tlee inod 4 a Jqno U 3 a Djnos ap a 4 nnon el ins a B Dnos ap aq 3 no D el Da Ae AÀoo 4 is 4 equo D un quew Jo+ apuewwo D ap apoi;Dal I aun :a i 4 ua Wa J Le D;p Ba 4 Dno D el Ins 4 uawa B Jee Dp Da aqno FD el V anbiquap T uox 1 Duor V ina 4 Dnpuo D-twas un -md aewio} uo.inpuon ap ad A/ Ja wa d unp a Djlnos ap a 43 noz aun 1 uawa J Ano Da J 2 p sas 4 noz aws Txnap el qa aj xiajd el a A 4 ua uodwe 4 aq Dno D el ins uodwe 4 aq 4 no D el ap 4 uamse-J Tp uox Duor V W Jnaq Dnpuo D-iwas un Jed agwio F quawaqj L e p a 4 Dno D aun : z Uawa AI; 4 Dads J '4 ua Waj An Da J ap sa 4 Dno D apuomas 4 a aji Twa jd sal a Ae anbiw o 4 Deluo D un uewio+ iueinom ap sapoij;a I apuo Das:a a JTB ad sap s uodwe; aq 3 no. el ns lutep al Ie Aia 4 ui un jed a 4 nel I ap aunyl sae Jedes quos Fnb uodw Le aq no D a 4 am e anbiquap T uot Duor V Jnaqnpuom-Iwas un jed sagw Jo+ uo T 4 mnpuo D ap adi 1 etwa d un.p 4 uawaj Ano Da J ap saz 4 nom apuo 3 as na aq Twai Jd sap je J;sqns al ans ej-sqns a D e? 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La fenftre 24 est formée en continu en éliminant la couche de Ga As N+ sur la surface supérieure de la couche de source Al Ga As N+ 17 par photolithographie Des couches de recouvrement Ga As N+ 19 sont ensuite formées par les couches de Ga As N+ sur la partie supérieure de la couche tampon de Ga As N 13. Une électrode de grille 25 est alors formée sur la couche de source Al Ga As N+ exposée 17 de façon qu'une structure identique à une structure de la figure 4 C soit réalisée. L'électrode de grille 25 est ensuite formée en métal Schottky, par exemple, Ti/Pt/Au. Comme décrit ci-dessus, du fait que la couche de source Al Ga As N+ et la couche d'écartement Al Ga As sont formées dans la seul'e région de grille et que la couche de recouvrement Ga As N+ est formée sur la couche tampon de Ga As N dans la région de source et dans la région de drain de sorte qu'une résistance de source peut Etre réduite en amenant directement ces couches de recouvrement en contact avec une couche d'électron bi- dimensionnel formée à la surface de la couche tampon, les caractéristiques de bruit de faible niveau et de haute fréquence d'un transistor du type HEMT peuvent tre améliorées. I -N ad/4 np qsa uo T 4 npuoz ap _ ad Aq ja Twe Jd q Tpa I anb am ua szBoe De ' uotetipu B Aai e 1 T q o S uoi 4 DUO( i Jn Dnpuo D-TW Bs ap + 41 Tsods O 'ú s Il 9 T-uo 1 uo C V Jn;a 1 npuo-Tlwas Un qsa (T) 4 uawa 1 eqzp a 4 Dno D eap Pe I anb an ua 4 a svfe 9-uo T 4 uor F Jni 4 nnp UOD-Twas un 02 -sa;e 4 sqns r Tpal anb a D ua sii 4 eie D 4 T uo Iqe Dlpua AJ el U O olas uo 1 Duoc v Jna Dnpuo D-Twas ap I Tsods Ta -Z (LI) Dm Jn OS ap a 4 mnon el Ins am Dnos ap aq Dnom el Da Ae A)44 o L Ds 4 De 4 uoo un 4 uew JO apuewwo D ap apo Ji Dal I aunf 4 a S ST -uawa-4-emip, aumno D el Jns (*I) Iuawa-Je Dp a Dno D el V anb-4 uapl uol Duor v una Do+ u npuo-Wun Jed aw Jouo npuo ap ad Ja Tiwai Bd un;p (LT) e D Jnos ap Baqno D aun i ( 61) 4 Ua Wa JA^no Da ap saq Dno D aw Q Txnap O z e I 4 a a J Twaj Id el a J 4 ua ( 21) uodwe 4 aqno D e I ns uodwe 4 aqmno D agpe I ap quam;Tp uoim Duof V i Jna Dnpuo D -Twas un ed agwio (g T) 4 uawa B 4 Jez Dp a Bmno D aun l ( 6 T) uaw J^Anom D De J ap sa 4 Dno D apu O Des 4 a a JQ Twaed sal q UBWBAATD 3 dsai Da Ae anbiwqo 4 De 4 uo un g T uewjo I;ueen DD ap sa POJ 4 DB Il apuo Das 4 a Ba I Twaid sap (úI) uodweq Bq no D a P 4 pel ns Tu Tip a Ie A^aku T un jed a J 4 ne;I ap aun I sajedes 4 uos Fnb ( 2 T) uodwe 4 a Lqnom a 4 Tpe I a nb 14 uap T uo Dguo C e ina Bm Dnpuom -Twas un Jed saewioj uot;npuo D ap ad A 4 ja Twa Jd unp 01 ( 61) 4 uawa J Anoma J ap sa Dqmno D apuoms qa a BQ Twa Jd sap ;kejsqns 4 Tpa I ins 4 e;sqns -4 pne anb T 4 uapl uoruor V ina 4 Dnpuoz-iwas un jed agwioj uo;qnpuo D ap ad AÀ -azwaid unp (s El) uodwel aq Dno D aun (TT) 4 ueelos 5 T-Iwa S uoimuor V Jnaqnpuo D-Iwas;e isqns un puaidwo D 1 inb a B ua estiqeie D luoi Tuor l inaqnpuo D-Iwas ap T 4 Isods-TU 'T : SNOI V 3 IGNB 3 A 3 IT 0 Z 9599 Z I 2 4 Dispositif de semi-conducteur à jonction selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'écartement ( 15) et ladite couche de source ( 17) sont formées sur ladite couche tampon ( 13 > en une structure mesa. Dispositif de semi-conducteur à jonction selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites première et seconde couches de recouvrement ( 19) sont formées par couverture d'un c 8 té incliné d'une structure mesa. Oc) 6 Procédé de fabrication d'un dispositif de semi- conducteur à jonction qui forme une couche d'électron bi- dimensionnel dans un puits de potentiel d'interface d; à une différence d'affinité desdits matériaux à l'interface de genre mutuellement différent des couches semi- conductrices à jonction caractérisé en ce qu'il comprend: une étape consistant à former une couche tampon épitaxiale qui est un semiconducteur à jonction identique audit substrat sur le substrat semiconducteur t-0 à jonction semi-isolant t une étape consistant à former une couche d'écartement épitaxiale et une couche de source épitaxiale d'un premier type de conduction qui sont des semi- conducteurs à jonction différents de ladite couche tampon Dû' sur la couche tampon une étape consistant à graver ladite couche d'écartement ladite couche de source et une partie de ladite couche tampon afin de former une structure mesa; une étape consistant à former une couche de recouvrement épitaxiale d'un premier type de conduction qui est un semiconducteur à jonction identique à cette couche tampon sur ladite structure mesa et sur ladite couche tampon une étape consistant à former des première et seconde / -ap Twn 4 a Jn^Ae J ap uo Te-pdo aun Jed na ages a Jn Aei Jb jed apn 4 D-a+a 4 sa vsaw a Jn 4 n J 4 s a Tlpl ap uof:ew Jo+ el Jinod a Jn Aei 6 ap uo T;ejedo aun nb a B ua 9 s TJ Fe DJ sq uo 01 e Dlpua Aa J -E uo Tlas uo Tuo Dr oz I? na 4 np Uo D-1 w Bs unp Uo O Te Dl Jqe+ a P p 92 P 9 Jd -6 _N a Bc A; BT 4 sa uotpnpuo D ap ad M Jawa-wd;T Pp I anb am ua p St e / uoie D Dipu A el uoles u Oi Z Duor V Jnaqmnpuom-was un;p uoi Teit Jqe+ ap pp D J-d '8 -sev 1 V u O Tz; uor i ina B Dnpuo D ST was un qsa quawa-eivp aqpno D a B 4 pe I anb a ua wa s&Jeg uo T;Duor q inak Dnpuo D-Twas un 4 sa 4 e Jdsqns,-4 pal anb am ua ?s Tde Jei '9 uolqe D Tpua Aa J el uolas uo T:Duor e Jna:npuo D-Tw Bas unp uo T;e D-Jxqe+ ap ppp DO Jd /L -a JÀ 4 e ua:F al Tpej suep aesodxa amdnos ap aq-Dno D a pe I ins U Ba J Awdno Da B ap I 4 Dno D a Tpevl ap a B Ol S qsa Tnb apuewwo D ap apo J 4 Daje aun dawi O + e que 4 sisuoz ade 4 p aun qa eesaw a-nlpn Jàs aqpp el ap a Jnal T Jdns a Tq Jed el Jasod Xa Jnod am J 4 gua B aun Jawi JO ap u T-le uawa J Ano Da J r ap sa 4 Dno D sa B Tpsal -a^e j 5 eq ue-sisuo D ade 4 aun 4 uawa Ailnaadsai es Baw a Jnn 14 Dns f a 4 pe ap 4 o Jp xa am 4 ne D s F 94 D sap 4 uwa 1 e^noma D Bp saq Dno D sa B Tpsa I Jns sapo J Dal I r 2 T 0 t Z 9 G 9 Z