Brevet FR2697672A1 — publié le 19940506

PROCEDE DE FABRICATION DE TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP. La présente invention concerne un procédé de fabrication de transistors à effet de champ hyperfréquences, autoalignés avec grille Schottky. Il est connu que ltétape principale dans la réalisation d'un transistor est relative à la grille, surtout lorsqu'il s'agit de transistors hyperfréquences dont les dimensions de grilles sont sub -micrométriques. Cependant, les grilles doivent être de faible résistance ohmique, et être situées à des distances bien contrôlées des zones d'accès implantées, sinon il y a risque de claquage électrique. C'est la raison pour laquelle on utilise fréquemment l'autoalignement des zônes implantées sur la métallisation de grille, surmontée par une "casquette" ou champignon de grille, plus large que la grille elle-même, et dont "l'ombre" écarte les zônes implantées du pied de la grille. Dans la pratique, ce n'est pas le champignon de grille qui est déposé plus large que la grille, mais au contraire la grille qui est creusée sous la couche qui formera, à l'issue de la gravure, le champignon, et cette opération est délicate car elle se fait en aveugle, sous le champignon. En outre, on sait que le procédé mis en oeuvre doit permettre un recuit d'activation à haute température, après les implantations . Le procédé selon l'invention ne met en oeuvre que des moyens simples connus -simples compte tenu de la sophistication des technologies actuelles- mais l'enchaînement des étapes du procédé tient compte de l'expérience apportée par l'art connu et fait que la fabrication d'une grille autoalignée est elle-même simple . Un premier aspect du procédé selon l'invention est que, pour l'autoalignement, le masque qui définit la garde au pied de la grille, et qui le sépare des zones implantées de source et de drain, est sous la grille, et non pas au dessus comme dans l'art connu. Un autre aspect du procédé selon l'invention est que le contact Schottky est gravé dans la couche qui constitue le masque précité. Ainsi, l'or qui enrichit la grille, pour diminuer sa résistance électrique, n'est pas en contact avec les matériaux semiconducteurs, et ne diffuse pas au cours du recuit. Un autre aspect encore du procédé selon l'invention tient à ce que la couche de masquage à structure horizontale, qui forme piedestal à la grille, et la métallisation d'enrichissement de la grille, à structure verticale, sont déposées au moyen du même masque. Seuls les procédés utilisés permettent d'obtenir d'abord un premier dépôt étalé en une couche et ensuite un second dépôt vertical, en forme de poutre orthogonale à la couche de masquage. Un autre aspect encore est lié au fait que les implantations sont faites en partie à travers la couche de masquage. Une implantation sous basse énergie, qui ne perce pas la couche de masquage, crée les caissons de contacts ohmiques de source et drain. Une autre implantation sous haute énergie crée un canal sous la couche de masquage. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de fabrication de transistors à effet de champ, comportant une métallisation de grille Schottky épaissie par un champignon d'or, et autoalignée avec deux zones d'accès implantées dans une couche superficielle de matériau semiconducteur, ce procédé étant caractérisé en ce que la métallisation de grille est gravée dans une couche d'alliage réfractaire qui sert de masque au cours de l'implantation des deux zones L'invention sera mieux comprise par la description qui suit d'un exemple de réalisation, en conjonction avec les figures i à 6 annexées qui sont relatives à différentes étapes du procédé selon l'invention. Celui-ci est applicable à de nombreux types de transistors pour lesquels sont requis - une métallisation d'électrode fine (submicronique) de faible résistance électrique, - un espacement automatique entre cette électrode et les zones conductrices sur lesquelles sont déposées les autres métallisations d'électrodes, - une bonne tenue au recuit thermique. Cependant, afin de simplifier l'exposé de 11 invention, celui-ci s'appuiera sur l'exemple non-limitatif d'un transistor à effet de champ, hyperfréquence, réalisé sur matériaux du groupe III-V, de type GaAs, AlGaAs, InP... etc. De la même façon, la technologie utilisée étant, considérée dans chaque opération, en soi connue, plusieurs opérations élémentaires sont regroupées sur chaque figure, afin de ne pas multiplier le nombre de figures sans nécessité impérieuse. Les premières opérations sont illustrées en figure 1. Le produit de départ est une tranche de matériau semiconducteur comportant, dans le cas de cet exemple - un substrat 1 en GaAs semi-isolant - une couche d'arrêt 2 en GaAs p obtenue par implantation par exemple d'ions Be ou Mg, à une dose de 1012 at/cm2 sous 100 KeV - une couche active 3 en GaAs n obtenue par implantation par exemple d'ions Si a une dose de 8.1012 at/cm2 sous 30 KeV. Sur ce support sont déposées, côté couche active, deux couches 4 et 5 de résines de masquage, électrosensibles, de natures différentes telles que ces deux résines soient réciproquement à développement sélectif: le solvant de l'une n est pas solvant de l'autre. On peut également, comme cela est connu, déposer une couche organique et une couche minérale, sous la couche organique électrosensible. La couche de masquage supérieure 5, qui est par exemple en polymétacrylate de méthyle, est soumise à exposition électronique puis développée, de façon à ouvrir une fenêtre 6 dont la position et les dimensions correspondent à la grille à réaliser. Ce premier développement ne dissout pas la couche de masquage inférieure 4, puisqu'elles sont à développement sélectif. La couche inférieure 4 est alors dissoute en partie, à travers la fenêtre 6, avec sous gravure en 7 (figure 2) sous la couche 5, autour de la fenêtre 6. La sous-gravure doit avoir une dimension correspondant sensiblement à la distance source drain du futur transistor. La figure 2 représente une étape importante dans le procédé de fabrication, puisque deux dépôts métalliques de formes très différentes sont obtenus successivement à travers une seule fenêtre de masquage, mais au moyen de deux procédés de dépôts différents. En premier lieu, une couche d'alliage réfractaire 8, par exemple en TiWSiN, est déposée par un procédé de pulvérisation isotrope : puisque le nuage de particules métalliques n'est pas orienté, le dépôt s'étend en une couche peu épaisse (1000 AO) dans la cavité en sous-gravure, sur la couche active 3 de GaAs n . L'opération est menée de façon que la couche 8 occupe sensiblement la surface de la sous-gravure dans la couche de masquage 4 : cette couche de métal réfractaire servira d'abord de masque pour l'implantation du canal et des caissons de contacts source et drain, mais c'est elle aussi qui, après gravure, assurera le contact Schottky de la grille. Par une deuxième opération de dépôt, la casquette ou champignon 9 de la grille est déposé par évaporation anisotrope d'or. Le jet gazeux est orienté, et ltor s'accumule en épaisseur, au lieu de s'étaler en couche comme le métal réfractaire 8. Le champignon 9 a sensiblement la dimension de la fenêtre 6, c'est à dire celle de la grille. On observe que l'or n'est pas en contact avec le matériau semiconducteur de la couche 3, ce qui permet le recuit : l'or ne diffusera pas dans GaAs. Accessoirement, au cours de ces deux dépôts, une couche de métal réfractaire 81 et une couche d'or 91 se sont déposées sur le masque 5. L'ensemble de la structure des masques et des couches auxiliaires 81 et 91 est alors supprimé - le masque électrosensible 5 et les couches métalliques 81 et 91 sont "pelées" par dissolution de la résine dans l'acétone, selon la méthode connue sous le nom de "lift-off", - le masque 4 est dépouillé par un plasma d'oxygène, ce qui fait que le futur transistor a alors une structure montrée en coupe en figure 3, selon laquelle un champignon d'or 9 repose sur une couche 8 de contact Schottky plus large que nécessaire pour le pied de grille. C'est précisément cette couche réfractaire 8 qui sert de masque pour l'implantation dans la couche active 3 des zones à conductivité améliorée, représentées en figure 4. Une première implantation à haute énergie pour implanter à travers la couche réfractaire 8, mais à faible dose ne pénètre que peu dans la couche 3 de GaAs, jusqu'à la ligne pointillée 10. Cette première implantation sert à surdoper sous le piedestal 8, le GaAs de type n devient de type n' dans les zones 11 qui diminuent les résistances parasites d'accès à la grille. Une seconde implantation à basse énergie mais haute dose permet de surdoper, autour du piedestal 8, les caissons 12 de reprises de contacts source et drain, qui deviennent de type n En raison de la haute dose d'ions implantés, les caissons 12 de reprises de contacts sont plus profondément implantés que les zônes 11 d'accès au canal 13. Le recuit, toujours nécessaire après une implantation, nécessite une encapsulation, pour éviter que l'or de la grille ne migre vers GaAs, et que l'arsenic - si le matériau semiconducteur en contient- ne s'évapore. Cette encapsulation est illustrée en figure 5, où l'on voit que la structure est recouverte d'une première couche 14 de réfractaire, par exemple TiWSiN sur une épaisseur de 500 angströms, par pulvérisation, puis d'une deuxième couche 15 de nitrure de silicium Si3N4, sur 1000 angströms, par une méthode d'enrichissement par plasma. Après recuit, selon l'une des méthodes connues, les deux couches d'encapsulation sont supprimées par gravure ionique réactive (RIE) en présence d'un plasma de CF4 ou SF6. En prolongeant la gravure par RIE, après l'élimination de la couche 14 d'encapsulation, on grave également la couche 8 de TiWSiN, dans sa partie externe à la grille et qui a servi de masque, et préserve la partie 16 de la couche 8 qui se trouve sous le champignon. C'est cette partie 16 qui constitue la grille Schottky à proprement parler : elle est avantageusement sous - gravée, d'une part pour en diminuer la longueur submicronique, d'autre part pour éviter le contact avec les zones d'accès 11. Il ne reste, pour achever le transistor, qu'à déposer les contacts ohmiques 17 de source et 18 de drain, et à effectuer des opérations complémentaires habituelles telles qu'épaississement des métallisations et isolement par implantation de bore s'il s'agit d'un circuit intégré ou découpe s'il s'agit d'un composant discret. Bien entendu, le procédé selon l'invention s'applique à des transistors ayant une géométrie autre que celle représentée, et réalisés dans des matériaux semiconducteurs autres que GaAs, mais appartenant au groupe III-V tels que InP, GaInP... etc. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de transistors à effet de champ, comportant une métallisation (16) de grille Schottky épaissie par un champignon d'or (9), et autoalignée avec deux zones d'accès (11) implantées dans une couche (3) superficielle de matériau semiconducteur, ce procédé étant caractérisé en ce que la métallisation (16) de grille est gravée dans une couche (8) d'alliage réfractaire qui sert de masque au cours de l'implantation des deux zones d'accès (11). 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisée en ce que la couche (8) d'alliage réfractaire et le champignon d'or (9) qui surmonte la grille (16) sont réalisés, successivement, à travers le même masque (6), la couche (8) fine et étendue au moyen d'une pulvérisation isotropique et le champignon (9) épais et étroit au moyen d'une évaporation anisotropique. 3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte la suite d'opérations suivante a) sur un corps semiconducteur comportant au moins une couche dopée (3) en surface, dépôt d'une première (4) et d'une deuxième (5) couches de résines de masquage, à développement sélectif, b) masquage et développement de la deuxième couche de résine (5), faisant apparaître une fenêtre (6), à l'emplacement de la future grille (16+9), puis développement, à travers la fenêtre (6), de la première couche de résine (4) avec sous-gravure (7) autour de la fenêtre (6), c) dépôt, à travers la fenêtre (6), par pulvérisation isotrope, d'une première couche (8) d'alliage réfractaire tel que TiWSiN, qui s'étend dans la cavité en sous-gravure, d) dépôt, à travers le même fenêtre (6) par évaporation anisotrope, d'un champignon (9) en or, limité aux dimensions de la fenêtre (6) de masquage, e) élimination par pelage et attaque chimique des deux couches (4,5) de masquage, f) implantation des zones d'accès (11) à la grille, sous haute énergie et faible dose, à travers la couche (8) d'alliage réfractaire g) implantation des régions (12) de reprises de contacts source et drain, sous faible énergie et haute dose, la couche (8) réfractaire servant de masque. h) encapsulation de la structure par une deuxième couche (14) d'alliage réfractaire et une couche (15) de nitrure de silicium, recuit thermique puis élimination des deux couches (14 > 15) d'encapsulation, la première (8) couche réfractaire étant également éliminée sauf sous le champignon d'or (9) où la métallisation Schottky de grille (16) est sous-gravée, i) dépôt des métallisations à contacts ohmiques de source (17) et de drain (18) sur les régions (12) de reprises de contacts. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisée en ce que, au cours du recuit thermique, le champignon d'or (9) de la grille est encapsulé entre la première (8) et la deuxième couche (14) d'alliage réfractaire, tel que TiWSiN.