Brevet FR2769129A1 — publié le 19990402

PROCEDE DE REALISATION DE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP L'invention concerne la réalisation de transistors à Effet de Champ (TEC), et plus particulièrement de transistors fonctionnant à hautes fréquences, comportant des grilles microniques ou submicroniques, peu résistives. II peut s'agir notamment de transistors à Effet de Champ à base de matériaux GaAs, InP destinés à l'amplification des signaux à fréquences élevées. La garantie de performances élevées aux hautes fréquences est liée à la réduction de la longueur de grille Lg, de la résistance de grille Rg et des résistances d'accès de source Rs et de drain Rd. La figure i a illustre ces différentes résistances sur un transistor à Effet de Champ de l'art connu. En particulier, un des paramètres décisifs dans la résistance d'accès source ou drain est la longueur I représentée sur la figure i a. Pour diminuer Rs etlou Rd il est impératif de diminuer cette longueur tout en la controlant au mieux. Par ailleurs pour diminuer la résistance de grille Rg (oc pLg/HxL) (figure 1b), les technologies actuelles utilisent des architectures de grille en forme de T comme illustrées en figure ic, permettant de diminuer le paramètre L et de réduire la résistance Rg (augmentation de la section). Actuellement les principales étapes des procédés de réalisation de transistors à Effet de Champ sont illustrées en figure 2. A partir de la croissance épitaxiale d'une couche active (ou canal) par exemple dopée n et d'une couche de semiconducteur de drain et source, par exemple dopée n sur un substrat non dopé S (figure 2a), on réalise la structure mesa voulue (figure 2b), puis les contacts ohmiques de source et de drain CS et CD (figure 2c). On procède alors à la gravure de la couche fortement dopée (technologie recess ) par attaque chimique puis dépôt de la grille G dans la gravure ainsi formée (figure 2d). Cette gravure est réalisée à travers la résine qui sert aussi à délimiter la métallisation de grille. La gravure s'effectue généralement à l'aide de solutions aqueuses, ce qui implique une adhérence importante de la résine pour éviter l'extension de la gravure latérale, la neutralité de la résine vis-à-vis de l'agent gravant, une gravure homogène et contrôlée aussi bien verticalement que latéralement de la couche contact sur toute la plaque. II est ainsi délicat de réaliser des transistors dont les résistances d'accès sont reproductibles, très bien maîtrisées et suffisamment faibles. Dans ce contexte, la présente invention propose un nouveau procédé de réalisation de transistor à Effet de Champ comprenant en premier lieu la réalisation d'une grille dont les flancs sont recouverts par des éléments isoiés, réalisés par gravure ionique réactive très bien controlée, de manière à maîtriser au mieux la distance I précédemment citée. Puis dans un second temps le procédé comprend des étapes de réalisation d'éléments de source et de drain, de part et d'autre de la grille préalablement élaborée. Plus précisément, I'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - la réalisation sur un substrat comportant une couche active (ou canal dopé), d'un élément de grille; - le dépôt d'une couche de passivation, sur le substrat et l'élément de grille, suivi de la gravure de ladite couche de manière à définir des éléments de passivation en contact avec les flancs de l'élément de grille; - la réalisation d'éléments semiconducteurs de source et de drain, par croissance épitaxiale de matériau semiconducteur de part et d'autre de l'ensemble des éléments - la réalisation de contacts ohmiques sur les éléments. Avantageusement, la réalisation de l'élément métallique de grille est effectuée avec un métal réfractaire, demeurant insensible à l'étape de croissance épitaxiale de matériau semiconducteur de part et d'autre de la grille. Avantageusement, la grille peut comprendre une couche supérieure de passivation, utile lorsque les éléments source et drain sont réalisés par croissance épitaxiale. En effet, cette couche de passivation évite la croissance épitaxiale sur le métal de grille. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: - les figures la-lc schématisent les différentes résistances mises en jeu, dans un transistor à Effet de Champ; - les figures 2a à 2d illustrent les principales étapes d'un procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon l'art connu; - les figures 3a à 3h illustrent les différentes étapes d'un procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ, selon l'invention. Les différentes étapes du procédé selon l'invention, vont être décrites en détail ci-après. I) Réalisation de l'élément de grille Sur un substrat semiconducteur 0, comportant une couche active 1 (dopée n, par exemple), on réalise l'empilement de couches suivant, illustré en figure 3a: - une couche de protection 2. Cette couche assure une protection de la couche active lors de la suite du procédé comme il sera mis en évidence ultérieurement. Typiquement, la couche de protection 2, peut être en matériau semiconducteur non dopé (GaAs par exemple) et fine, présentant une épaisseur de quelques centaines d'Angströms; - une couche 3 métallique, de préférence en métal réfractaire à base de TiW; - une couche de passivation 4, en matériau de type Si02 par exemple; - une couche de résine de masquage 5. On procède alors à la définition de l'élément de grille GR, par photolithographie (masquage électronique ou optique). Puis l'ensemble des couches 3 et 4 est gravé par une méthode de gravure ionique réactive avec arrêt de gravure sur la couche 2. La résine de masquage 5 est retirée sur l'élément de grille GR (figure 3b). L'ensemble de la couche de protection 2 et l'élément de grille GR sont ensuite recouverts d'une couche de passivation 6 comme illustré en figure 3c. Les matériaux des couches 4 et 6 sont choisis différents pour permettre une sélectivité de gravure utilisée dans des étapes ultérieures du procédé de l'invention. Le matériau de la couche 6 peut être typiquement du nitrure de silicium. Cette couche 6, par son épaisseur, déterminera la distance I entre les bords des éléments source ou drain et les bords de l'élément grille. Par gravure ionique réactive, on définit alors les éléments de passivation GP comme illustré en figure 3d. Ce type de gravure présente l'intérêt d'être anisotropique dans le sens vertical et permet de conserver très précisément l'épaisseur I, au niveau des flancs de l'élément grille, de manière à contrôler et minimiser les résistances d'accès. Typiquement, cette dimension I peut être de l'ordre d'une centaine d'Angströms. Cette première série d'étape permet ainsi de définir la grille du transistor à Effet de Champ. Cette grille présente l'intérêt d'être particulièrement bien isolée grâce à la présence des éléments GP. Il) Réalisation des éléments source et drain Les éléments source et drain sont réalisés à l'aide de couches contact très dopées (de type N par exemple) par épitaxie localisée. On procède tout d'abord au retrait de la couche protectrice 2 par attaque in situ (à base de Cl2 par exemple), de part et d'autre des éléments GP et GR afin de contacter la couche active 1. Typiquement la croissance épitaxiale peut être effectuée sur environ 500 Angströms, alors que l'élément de grille présente une hauteur d'environ quelques milliers d'Angstrms. Dans le cas d'épitaxie sur GaAs ou InP, I'épitaxie des contacts très dopés est terminée par une couche de GalnAs à forte teneur en In (50 % environ). Une telle couche permet la réalisation de contacts ohmiques métalliques non alliés. La figure 3e illustre l'ensemble des éléments grille, source et drain ainsi réalisés ; l'élément grille GR étant séparé de l'élément source et de l'élément drain par les éléments passivant GP. III) Réalisation des contacts métalliques de arilles et de source-drain Pour réaliser le contact de grille, on va chercher à dégager l'élément passivant obtenu par dépôt de la couche 4, sur le métal de grille. Pour cela, on utilise une résine de planarisation déposée sur l'ensemble des éléments SO, GR et DR dont l'épaisseur est très supérieure à l'élément GR. Ensuite, cette résine subit une attaque normale à la surface et uniforme, par gravure ionique réactive avec de l'oxygène pour devenir une couche de résine 8 d'épaisseur réduite. La gravure est arrêtée à la surface de l'élément passivant de la couche 4 comme l'illustre la figure 3f. L'élément passivant de la couche 4 peut alors être gravé à l'aide d'une solution aqueuse. Dans le cas d'une couche 4 en silice et d'une couche 6 en nitrure de silicium, la solution aqueuse peut typiquement être de l'acide fluorhydrique qui grave sélectivement la silice par rapport au nitrure de silicium. Comme il a été précisé précédemment, il est particulièrement intéressant de définir des grilles en forme de T > , de manière à diminuer la résistance de grille. Pour réaliser ce profil en T , on peut procéder de la manière suivante: Une couche de résine, ou un système bicouche 9 favorisant le lift off des métaux de grille, est appliquée sur l'échantillon. Une ouverture est réalisée par photolithographie, au-dessus du métal de grille. Ce positionnement est tolérant, cette ouverture, qui détermine la barre horizontale de la grille en forme de T > , peut être décentrée côté source ou drain, sans influencer les performances, à condition que l'épaisseur du couple métal/passivant 4 (silice) soit importante pour ne pas introduire de capacité parasite. L'échantillon est ensuite métallisé par évaporation, pour former les métallisations 10 (figure 39). Il est alors trempé dans un solvant de la résine, seules les grilles en T restent métallisées (opération de lift off). L'étape de grille est terminée. La distance couche contact N /bord de grille, est fixée par l'épaisseur I. Ces dépôts sont parfaitement maîtrisés et reproductibles sur la plaque, et de plaques à plaques. Une deuxième étape de photolithographie de type bicouche est ensuite réalisée pour délimiter la métallisation des contacts ohmiques de source et de drain. L'échantillon est ensuite métallisé (dépôt métallique 11 illustré en figure 3h), la distance entre la grille et les contacts ohmiques, est déterminée par l'aplomb du chapeau de la grille, la métallisation est autoalignée par rapport au chapeau de la grille. L'échantillon est alors trempé dans un solvant de la résine, seuls les emplacements des contacts ohmiques restent métallisés (opération de lift off) ou plus près de la grille, ce qui participe à la réduction des résistances Rs et Rd. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - la réalisation sur un substrat (0) comportant une couche active (ou canal dopé) (i), d'un élément de grille (GR); - le dépôt d'une couche de passivation (6), sur le substrat et l'élément de grille, suivi de la gravure de ladite couche (6) de manière à définir des éléments de passivation (GP) en contact avec les flancs de l'élément de grille; - la réalisation d'éléments semiconducteurs de source et de drain (SO) et (DR) par croissance épitaxiale localisée de matériau semiconducteur de part et d'autre de l'ensemble des éléments (GR) et (GP); - la réalisation de contacts ohmiques sur les éléments (si), (GR) et (DR). 2. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réalisation de l'élément de grille (GR) est effectuée avec un métal réfractaire. 3. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la réalisation de l'élément de grille (GR) comprend le dépot d'une couche de protection (2) sur la couche active (1), suivi du dépôt d'une couche métallique (3). 4. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la réalisation de l'élément de grille (GR) comprend le dépôt d'une couche de passivation (4), sur le dépôt d'une couche métallique (3), suivi de la gravure des couches (3) et (4) pour définir ledit élément de grille (GR) par photolithographie. 5. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend le dépot d'une couche de passivation (6) sur l'ensemble du substrat et de l'élément de grille suivi de la gravure de ladite couche (6) pour définir des éléments de passivation (GP) de part et d'autre des flancs de l'élément de grille (G R). 6. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la croissance épitaxiale pour définir les éléments (SO) et (DR) est effectuée sur une distance inférieure à la hauteur des éléments de grille (GR) et qu'il comprend le dépôt d'une couche de résine de planarisation (8) sur l'ensemble des éléments (SO) et (DR). 7. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une première étape de métallisation pour définir le contact sur l'élément de grille permettant la réalisation de grille à profil en T, puis une seconde étape de métallisation autoalignée par rapport à l'élément de grille, pour définir les contacts ohmiques des éléments (SO) et (DR). 8. Procédé de réalisation d'un transistor à Effet de Champ selon la revendication 7, caractérisé en ce que le contact sur l'élément de grille est en forme de T.