FR2661278A1 - Transistor a effet de champ et procede de fabrication. - Google Patents

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Abstract

Un transistor à effet de champ avant une grille (2) asymétrique comprend des régions de source et de drain (4, 5) à concentration élevée. La région de drain a une plus faible profondeur et une plus faible concentration que la région de source, et elle est plus éloignée de l'électrode de grille. On peut ainsi obtenir un transistor à effet de champ idéal, ayant un effet de canal court réduit, une faible résistance de source et une transconductance élevée.

Description

TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP ET
PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne un transistor à effet de champ
(encore appelé ci-après "FET"), ayant une grille asymétrique, et un procé-
dé de fabrication de ce transistor.
La figure 7 montre un procédé de fabrication de l'art antérieur pour un transistor à effet de champ à grille auto-alignée qui est décrit dans le document Electronics Information and Communication Engineer's Society of Japan, rapport ED 86-9 de l'Electronic Device Research Institute, pages 23 à 28, "Optimization of MMIC Ga As Advanced SAINT Structure"
(référence N O 1).
Sur la figure 7, la référence 1 désigne un substrat en Ga As Un
puits p 24 est formé dans le substrat 1 Une région de canal N 3 est for-
mée dans le puits p 24 Des régions N 16 et 17, formées par implantation ionique, constituent respectivement une région de source et une région de
drain La référence 12 désigne une pellicule à travers laquelle l'implanta-
tion est effectuée, qui consiste en Si N, et qui fait fonction de masque pour l'implantation ionique La référence 23 désigne une grille fictive qui est constituée par une matière de réserve photosensible ayant une forme en T La référence 25 désigne une pellicule de Si O La référence 26
désigne une électrode de grille Les références 61 et 71 désignent respec-
tivement une électrode de source et une électrode de drain.
Il est indiqué dans la référence N O 1 qu'on effectue une implanta-
tion ionique de type N en utilisant à titre de masque la matière de ré-
serve photosensible en forme de T (partie (a) de la figure 7), et qu'en outre on effectue une inversion de motif et on forme une électrode de grille par un procédé de décollement, ce qui conduit à la structure qui
est représentée dans la partie (b) de la figure 7.
Cependant, dans le transistor à effet de champ qui est fabriqué de cette manière, du fait que les régions de source et de drain sont formées symétriquement par rapport à l'électrode de grille 26, l'intervalle entre la région de source 16 et la région de drain 17 est réduit du fait du raccourcissement de la longueur de grille, et le courant de fuite de substrat entre la source et le drain augmente, ce qui fait apparaître un effet de canal court De plus, lorsqu'on réduit la distance entre la grille et la source dans le but de réduire la résistance de source, la distance entre la grille et le drain est également nécessairement réduite, et la tension de
claquage grille-drain est réduite.
Pour réduire l'effet de canal court et pour augmenter la tension de claquage grille-drain, il a été proposé un procédé de fabrication classique
d'un transistor à effet de champ ayant une grille asymétrique, qui est dé-
crit ci-après.
On se référera à la figure 8 pour décrire un transistor de ce type, qui est également mentionné dans la référence N O 1 Sur la figure 8, on
utilise les mêmes références numériques pour désigner les éléments sembla-
bles Il est indiqué dans la référence no 1 que le dispositif est fabriqué de la façon suivante:
Après avoir formé le puits p 24 et la couche de type N 3 par im-
plantation ionique, on dépose une pellicule de Si N 12, par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, et on forme sur cette
pellicule une grille fictive 23 en forme de T En utilisant cette grille fic-
tive 23 à titre de masque, on effectue une implantation ionique de type n (partie (a) de la figure 8) Dans ces conditions, on détermine l'angle d'implantation ionique de façon que la distance entre l'électrode de grille et l'extrémité de la couche N du côté du drain (Lgd) devienne supérieure
à la distance entre l'électrode de grille et l'extrémité du côté de la sour-
ce (Lsg) Ensuite, en utilisant à titre de masque un motif inversé par rap-
port à la grille fictive 23, on forme une ouverture dans une partie de
jonction Schottky, et on dépose un métal consistant en Mo/Au, par pulvé-
risation cathodique en courant continu Ensuite, en aplanissant la couche
d'Au, par l'utilisation d'une opération d'usinage ionique en direction dia-
gonale, on forme une électrode de grille 26, seulement sur la partie de jonction Schottky, et on forme finalement des électrodes ohmiques 61, 71 par décollement, après quoi on les fritte, ce qui donne un dispositif qui
est représenté dans la partie (b) de la figure 8.
Les couches soumises à l'implantation n, qui sont formées par l'im-
plantation ionique en direction diagonale, par l'utilisation à titre de mas- que de l'électrode de grille en forme de T qui est symétrique aussi bien en ce qui concerne la source que le drain, font apparaître une différence entre la distance grille-source Lsg et la distance grilledrain Lgd Ceci permet de réduire la résistance de source et d'augmenter simultanément
la tension de claquage grille-drain En outre, ceci procure une longue dis-
tance entre les régions de source et de drain, ce qui conduit à une réduc-
tion de l'effet de canal court.
La figure 9 montre un autre procédé de fabrication de transistor à
effet de champ de l'art antérieur, ayant une grille auto-alignée asymétri-
que, qui est décrit dans le document IEEE Transactions on Electron Devices, Vol 35, N O 5, mai 1988, pages 615 à 622, "A New Refractory SelfAligned
Gate Technology for Ga As Microwave Power FET's and MMIC's" (réfé-
rence No 2).
Ce procédé de fabrication est décrit ci-après.
Comme le montre la partie (a) de la figure 9, on forme sur un
substrat en Ga As 1 une pellicule 12 en Si ON, à travers laquelle on ef-
fectuera une implantation ionique, et on forme ensuite une région de ca-
nal active 3 de transistor à effet de champ, par implantation ionique sé-
lective d'ions silicium Ensuite, on enlève la pellicule de Si ON 12, on
forme une pellicule de Ti WN sur la totalité de la surface, par pulvérisa-
tion cathodique, on forme un masque de gravure 14 consistant en Ni, sur une région de formation d'électrode de grille et on traite la couche de TIWN de façon à lui donner une configuration de grille 13, par gravure
ionique réactive (partie (b) de la figure 9).
On forme ensuite à titre de masque pour une implantation ionique n un motif de matière de réserve photosensible 15 ayant une configuration qui recouvre le côté "drain" de l'électrode de grille 13, et on effectue une implantation ionique N en utilisant ce motif à titre de masque, pour
former des régions asymétriques 16 et 17, soumises à une implantation io-
nique n, dans lesquelles la région de drain est beaucoup plus loin de l'électrode de grille 13 que ne l'est la région de source (partie (c) de
la figure 9).
Ensuite, on enlève la matière de réserve photosensible 15 et la pel-
licule de Ni 14, on forme une pellicule de Si ON 18 sur toute la surface du substrat, à titre de pellicule de protection faisant fonction de couche de recouvrement pour l'opération de recuit, et on effectue ensuite une opération de recuit pour activer les ions implantés dans les régions 16 et 17 (partie (d) de la figure 9) Ensuite, on dépose une matière de réserve photosensible d'aplanissement 19 sur toute la surface du substrat (partie (e) de la figure 9), on met à nu une électrode métallique de grille 13, par gravure, et on forme des structures métalliques ohmiques 20 et 21 qui doivent constituer une électrode de source et une électrode de drain, en
enterrant un métal (partie (f) de la figure 9).
On forme ensuite une couche de métal à faible résistance 22 en Ti/Au
sur l'électrode de grille 13, par un procédé d'évaporation et de décol-
lement (partie (g) de la figure 9), et on forme ensuite une pellicule de Si N 27 sur la surface, après quoi on forme des électrodes en Au 28 sur les électrodes ohmiques 20 et 21, par l'intermédiaire de couches de Ti WN 29 En outre, on forme une ouverture dans une partie de l'électrode de source 20, à partir de la surface arrière du substrat 1, et on dépose une électrode en Au 28 sur la surface arrière, de façon qu'elle recouvre la paroi latérale de l'ouverture et la totalité de la surface arrière du substrat
pour achever ainsi le dispositif (ligne (h) de la figure 9).
Dans ce procédé de fabrication, le motif de matière de réserve
photosensible 15 qui recouvre la grille est formé de façon à recouvrir seu-
lement le côté "drain" de l'électrode de grille 13, et dans l'implantation
ionique n+ du processus suivant, de façon que des ions produisant une cou-
che N ne soient pas implantés au voisinage de l'électrode de grille du côté "drain" On obtient ainsi un transistor à effet de champ à grille
asymétrique.
Dans le procédé de fabrication de l'art antérieur qui est représenté sur la figure 8, l'asymétrie de la position à laquelle est formée la couche n par rapport à la grille est obtenue par une implantation en diagonale,
et l'angle de l'implantation en diagonale variera en fonction de la posi-
tion sur la surface de la tranche Ga As, et la position de la partie d'ex-
trémité de la couche N variera probablement en fonction de la configura-
tion de la grille en forme de T qui remplit la fonction d'un masque d'im-
plantation Ainsi, la position à laquelle la couche N est formée sera pro-
bablement affectée par des variations de la configuration de la grille en forme de T, et ceci pourra faire apparaître des variations dans les carac-
téristiques de l'élément.
Dans le procédé de fabrication de l'art antérieur qui est représenté sur la figure 9, la position du masque de matière de réserve photosensible qui est formé du côté "drain" de la grille est déterminée seulement par
la technique d'alignement de photolithographie, et par conséquent le posi-
tionnement du masque de matière de réserve photosensible est très instable.
Autrement dit, la précision du masque de matière de réserve photosensible
dépend dans une large mesure des performances de l'appareil de photolitho-
graphie, et elle peut varier d'une séquence de fabrication à une autre On ne peut donc pas produire avec une reproductibilité élevée un transistor
à effet de champ à grille asymétrique ayant une distance grille-drain sta-
ble et une distance grille-source conforme à la valeur prévue.
La présente invention vise à résoudre les problèmes décrits ci-
dessus, et elle a pour but de procurer un transistor à effet de champ ayant une grille asymétrique, qui est obtenu en effectuant une implantation
asymétrique de manière auto-alignée, et qui présente une distance grille-
drain et une distance grille-source conformes à ce qui est prévu, avec une
précision élevée et une reproductibilité élevée.
Un autre but de l'invention est de procurer un procédé de fabrica-
tion d'un tel transistor à effet de champ.
Selon un premier aspect de l'invention, dans un transistor à effet de champ ayant une structure de grille asymétrique, on donne à la couche
de drain une épaisseur et une concentration inférieures à celles de la cou-
che de source, et seule la couche de drain est séparée de la grille.
Selon un second aspect de l'invention, on forme une pellicule isolan-
te pour recouvrir le substrat sur lequel une électrode de grille est formée,
on forme sur cette pellicule isolante un motif de matière de réserve photo-
sensible ayant une ouverture seulement dans la région de source, on enlè-
ve sélectivement la pellicule isolante et la région de source en utilisant
la matière de réserve photosensible à titre de masque, et on effectue en-
suite une implantation ionique, en utilisant à titre de masque la pellicule isolante sur l'électrode de grille et la région de drain, pour former ainsi
une couche de source et une couche de drain.
Selon un troisième aspect de l'invention, on forme sur les deux côtés de l'électrode de grille des parois latérales constituées par une pellicule isolante, on forme un motif de matière de réserve photosensible ayant une ouverture seulement dans la région de source, et on enlève sélectivement la paroi latérale du côté de la région de source, en utilisant à titre de masque le motif de matière de réserve photosensible, et on accomplit une implantation ionique en utilisant à titre de masque l'électrode de grille et la paroi latérale qui reste sur le côté de la région de drain, ce qui
forme une couche de source et une couche de drain.
Selon un quatrième aspect de l'invention, on forme une première pellicule isolante sur l'électrode de grille, on forme une seconde pellicule isolante de façon à recouvrir la totalité de la surface du substrat, on amincit par attaque cette seconde pellicule isolante pour mettre à nu la
première pellicule isolante, on forme un motif de matière de réserve photo-
sensible présentant une ouverture seulement dans une partie qui se trouve sur la région de source, et on enlève sélectivement la seconde pellicule isolante sur la région de source, en utilisant à titre de masque le motif de matière de réserve photosensible, après quoi on traite par gravure la seconde pellicule isolante sur la région de drain de façon qu'elle reste du côté de l'électrode de grille et qu'elle devienne une paroi latérale, on effectue une implantation ionique en utilisant à titre de masque l'électrode de grille et la seconde pellicule isolante de la partie de paroi latérale,
et on forme ainsi une couche de source et une couche de drain.
Selon un cinquième aspect de l'invention, on forme une première
pellicule isolante de façon qu'elle recouvre la surface du substrat à l'en-
droit auquel une électrode de grille est formée, et on amincit par attaque cette pellicule isolante pour mettre à nu l'électrode de grille, on forme une seconde pellicule isolante de façon à recouvrir l'électrode de grille et
la première pellicule isolante du côté du drain, on forme un motif de ma-
tière de réserve photosensible ayant une ouverture seulement dans une par-
tie qui se trouve sur la première pellicule isolante, sur la région de sour-
ce, on enlève sélectivement la première pellicule isolante sur la région de
source, en utilisant à titre de masque le motif de matière de réserve pho-
tosensible, et on traite ensuite par gravure la première pellicule isolante se trouvant sur la région de drain, de façon qu'elle reste du côté de
l'électrode de grille, et qu'elle devienne une paroi latérale, et on ef-
fectue une implantation ionique en utilisant à titre de masque l'électrode
de grille et la première pellicule isolante dans la partie de paroi latéra-
le, pour former une couche de source et une couche de drain.
Conformément au premier aspect de la présente invention, on peut
obtenir un transistor à effet de champ (FET) idéal ayant un effet de ca-
nal court réduit et ayant une faible résistance de source et une transcon-
ductance (gm) élevée.
Conformément au second aspect de l'invention, du fait que la couche de drain est formée par implantation à travers l'autre pellicule isolante, et que la couche de source est formée par implantation dans la surface à nu ou par implantation à travers une pellicule qui est plus mince que la
pellicule à travers laquelle on effectue l'implantation pour former la cou-
che de drain, la couche de drain est produite d'une manière auto-alignée de façon à avoir une longueur de séparation par rapport à la grille qui est presque déterminée par l'épaisseur de la pellicule à travers laquelle s'effectue l'implantation, et elle a une plus faible profondeur et une plus
faible concentration que la couche de source En outre, la couche de sour-
ce est située plus près de la grille que ne l'est la couche de drain, et
elle est formée avec une plus grande profondeur et une plus forte concen-
tration que la couche de drain, ce qui procure un transistor à effet de
champ qui a un effet de canal court réduit, une faible résistance de sour-
ce et une transconductance (gm) élevée, avec une bonne maîtrise du pro-
cessus de fabrication.
Conformément au troisième aspect de l'invention, du fait que seule la couche de drain est séparée de la grille par une pellicule isolante de paroi latérale, qui est formée seulement à l'extrémité côté drain de la grille, et que la couche de source est formée plus près de la grille que ne l'est la couche de drain, la couche de drain et la couche de source sont formées à la même profondeur et avec la même concentration Dans ce cas également, on obtient un transistor à effet de champ ayant un effet de canal court réduit, une faible résistance de source et une transconductance
(gm) élevée.
Conformément au quatrième aspect de l'invention, du fait qu'une première pellicule isolante consistant en un matériau différent de celui de la seconde pellicule isolante qui se trouve sur les régions de source et de drain, est formée seulement directement au-dessus de l'électrode de grille, et du fait que la seconde pellicule isolante se trouvant sur la ré-
gion de source est enlevée sélectivement, l'enlèvement sélectif de la se-
conde pellicule isolante sur la région de source peut être effectué de ma-
nière sûre de façon à introduire une asymétrie dans l'implantation ionique
pour la formation des couches de drain et de source.
Conformément au cinquième aspect de l'invention, du fait qu'une se-
conde pellicule isolante consistant en un matériau différent de celui de la
première pellicule isolante qui se trouve sur la région de source, est for-
mée en contact avec la première pellicule isolante sur l'électrode de gril-
le et sur la région de drain, l'enlèvement sélectif de la première pellicule
isolante sur la région de source peut être effectué de façon sûre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux
compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisa-
tion, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description
se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma montrant une structure, en coupe, d'un transistor à effet de champ conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un schéma illustrant un procédé de fabrication pour former le transistor à effet de champ de la figure 1; la figure 3 est un schéma montrant une structure, en coupe, d'un
transistor qui est obtenu par le procédé de fabrication de transistor à ef-
fet de champ conforme à un second mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est un schéma montrant un procédé de fabrication pour produire le transistor à effet de champ de la figure 3; la figure 5 est un schéma montrant un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention; la figure 6 est un schéma montrant un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention; la figure 7 est un schéma montrant un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ de l'art antérieur; la figure 8 est un schéma montrant un autre procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ de l'art antérieur; et la figure 9 est un schéma montrant un autre procédé de fabrication
d'un transistor à effet de champ de l'art antérieur.
La figure 1 et la figure 2 montrent une structure en coupe d'un transistor à effet de champ, ou FET, et un organigramme d'un procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ, conformes à un premier mod'e de réalisation de l'invention Dans ces figures, la référence 1 désigne un
substrat en Ga As La référence 2 désigne une grille réfractaire et la réfé-
rence 3 désigne une région de canal N qui est formée sur la surface du substrat 1 Les références 4 et 5 désignent respectivement une couche n
de source et une couche n+ de drain La référence 41 désigne une électro-
de de source et la référence 51 désigne une électrode de drain La réfé-
rence 6 désigne une pellicule isolante Les références 7 et 7 ' désignent des motifs de matière de réserve photosensible et la référence 8 désigne
une ouverture dans la matière de réserve photosensible 7.
On va maintenant décrire le procédé de fabrication.
On implante des ions silicium par implantation ionique sélective dans le substrat en Ga As 1, avec une énergie de 10 à 50 ke V et avec une 12 x 114 cm 2 dose de 1 x 10 à 1 x 10 cm Ou bien après avoir déposé sur le
substrat 1 une pellicule consistant en AIN, Si N, Si ON ou Si O (non repré-
sentée), avec une épaisseur d'environ 10 nm à 100 nm, à titre de pellicule
à travers laquelle s'effectuera l'implantation, on implante des ions sili-
cium à travers cette pellicule avec une énergie de 30 à 100 ke V et avec
une dose d'environ 1 x 1012 à 1 x 1014 cm, pour produire ainsi une ré-
gion de canal N 3 Ensuite, on dépose un métal réfractaire, tel que du si-
liciure de tungstène, sur la totalité de la surface du substrat, et on le
traite pour lui donner une configuration de grille 2 (partie (a) de la fi-
gure 2).
Ensuite, on dépose une couche de Si ON 6 (première pellicule iso-
lante) sur la surface du substrat 1 et sur la grille réfractaire 2, avec une épaisseur de pellicule d'environ 100 nm à 1000 nm, et on forme sur cette
pellicule un motif de matière de réserve photosensible 7 ayant une ouver-
ture 8 dans une partie de région de source (partie (b) de la figure 2).
La partie (c) de la figure 2 montre une vue correspondant à un point d'ob-
servation situé juste au-dessus du substrat.
Ensuite, on grave la pellicule isolante 6 par un procédé tel que la gravure par plasma, comme représenté dans la partie (d) de la figure 2,
et on n'enlève que la pellicule isolante 6 du côté de la région de source.
Ensuite, comme le montre la partie (e) de la figure 2, on enlève la
matière de réserve photosensible 7, et on forme ensuite le motif de matiè-
re de réserve photosensible 7 ' pour déterminer l'extrémité de la région de
source et l'extrémité de la région de drain, et on effectue une implanta-
tion d'ions silicium pour produire les régions N en utilisant ce motif de matière de réserve à titre de masque, avec une énergie de 20 à 200 ke V et une dose de 1 à 10 x 1013 cm 2 ou plus On forme ainsi une couche n de drain 5, ayant une faible profondeur et une faible concentration, qui est séparée de la grille, et une couche N de source 4, profonde et ayant
une concentration élevée, qui est en contact avec la grille.
Ensuite, on enlève la matière de réserve photosensible 7 ' et la pel-
licule isolante 6, et on forme l'électrode de source 41 et l'électrode de
drain 51, pour achever un élément représenté sur la figure 1.
Dans ce mode de réalisation, sans utiliser une technique d'aligne-
ment de masque de photolithographie pour établir un masque d'implantation ionique, on forme de façon auto-alignée, avec une précision élevée, une
couche N de drain 5, ayant une longueur de séparation vis-à-vis de l'élec-
trode de grille 2 qui correspond approximativement à l'épaisseur de la pel-
licule isolante 6, et la couche n+ de source 4, étroitement adjacente à
l'électrode de grille 2 En outre, on forme la couche N de drain 5 de fa-
çon qu'elle soit peu profonde et qu'elle ait une faible concentration,
tandis qu'on forme la couche N de source 4 de façon qu'elle soit profon-
de et qu'elle ait une concentration élevée Par conséquent, la tension de
claquage de drain est augmentée, et l'effet de canal court et la résistan-
ce de source sont réduits, ce qui permet de fabriquer avec une grande maîtrise du processus de fabrication et une reproductibilité élevée, un transistor à effet de champ très efficace, ayant une transconductance gm élevée. La figure 3 montre une structure en coupe d'un transistor à effet il de champ conforme à un second mode de réalisation de l'invention, et la figure 4 montre un processus de fabrication de cette structure Sur ces
figures, des références numériques identiques désignent les parties identi-
ques à celles des figures 1 et 2 La référence 9 désigne une pellicule iso-
lante et les références 9 a et 9 b désignent des parois latérales qui sont
constituées par la pellicule isolante 9.
On va maintenant décrire un procédé de fabrication.
Les processus par lesquels une région à canal N 3 est formée par im-
plantation ionique sélective sur le substrat en Ga As 1, et par lesquels un
métal réfractaire tel que du siliciure de tungstène est formé sur la tota-
lité de la surface du substrat et est traité de façon à donner une configu-
ration de grille 2, sont les mêmes que ceux qui sont représentés dans la partie (a) de la figure 2 Dans ce mode de réalisation, on dépose ensuite une pellicule isolante 9 sur la surface du substrat 1 et sur la surface de l'électrode de grille 2 pour recouvrir celles-ci (partie (a) de la figure 4) Ensuite, on grave la pellicule isolante 9 de façon à laisser les parois latérales 9 a et 9 b de part et d'autre de l'électrode de grille 2 (partie (b)
de la figure 4).
On applique ensuite une couche de matière de réserve photosensible de façon à recouvrir la surface du substrat 1, l'électrode de grille 2 et les parois latérales 9 a et 9 b de la pellicule isolante, et on effectue une
opération de gravure pour former une ouverture 8 dans la matière de ré-
serve photosensible 7 (partie (c) de la figure 4), afin de mettre à nu une partie de la surface de la paroi latérale 9 b du côté de la source, et une
partie du substrat l du côté de la région de source.
Ensuite, on grave et on enlève la paroi latérale 9 b de la pellicule
isolante (partie (d) de la figure 4), en utilisant par exemple une opéra-
tion de gravure par plasma, par un processus similaire à celui qui est re-
présenté dans la partie (d) de la figure 2.
Ensuite, comme le montre la partie (e) de la figure 4, après avoir
enlevé la matière de réserve photosensible 7, on forme un motif de matiè-
re de réserve photosensible 7 ', et on effectue une implantation ionique pour produire des régions n, en utilisant à titre de masque la matière de réserve photosensible 7 ', de façon à produire une couche N de drain 5 séparée de la grille, et une couche N de source 4 en contact avec la
grille (partie (f) de la figure 4).
Ensuite, après avoir enlevé la matière de réserve photosensible 7 ', on forme une électrode de source 41 et une électrode de drain 51, ce qui
achève l'élément qui est représenté sur la figure 3.
Ce mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation dé- crit cidessus par le fait que la longueur de séparation entre l'électrode
de grille 2 et la couche N de drain 5 est déterminée de manière auto- alignée par la largeur de la paroi latérale 9 a de la pellicule isolante
Dans
ce mode de réalisation, du fait que la pellicule isolante 9 b qui se trou-
ve sur la région N de source et la pellicule isolante 9 a qui se trouve sur
la région N de drain sont formées par interposition de l'électrode de gril-
le 2 entre elles, seule la pellicule isolante 9 b qui se trouve sur la ré-
gion n+ de source est enlevée aisément et sélectivement, avec une maîtrise élevée En outre, dans ce mode de réalisation, du fait qu'il ne se produit pas de variation de la position du bord de la couche n, sous l'effet d'une implantation instable, comme l'implantation ionique en diagonale, et du
fait que le masque pour l'implantation n'est pas formé par photolithogra-
phie, on obtient avec une reproductibilité élevée et une maîtrise élevée un élément dans lequel une longueur de séparation de la couche n+ de source et de la couche n+ de drain vis-à-vis de l'électrode de grille 2 peut être fixée à des valeurs désirées, avec une précision élevée En outre, dans ce procédé de fabrication, la couche N de source 4 et la couche n
de drain 5 sont formées avec les mêmes concentrations et les mêmes pro-
fondeurs, contrairement au mode de réalisation décrit ci-dessus Le choix de l'utilisation de la structure et du procédé de fabrication du mode de réalisation décrit ci-dessus ou de ceux de ce mode de réalisation, peut
être effectué en fonction de l'utilisation de l'élément.
On va maintenant décrire des troisième et quatrième modes de réa-
* lisation de l'invention, qui sont des variantes des premier et second modes
de réalisation.
Dans ces modes de réalisation, on forme un élément d'arrêt qui em-
pêche l'enlèvement de la pellicule isolante juste au-dessus de la grille, et de la pellicule isolante au-dessus de la couche n+ de drain, lorsque la pellicule isolante qui se trouve sur la couche n+ de source est enlevée sélectivement, ce qui améliore la sélectivité de la gravure Autrement dit, on introduit différentes sortes de pellicules isolantes ayant différentes propriétés de gravure, de façon que la pellicule isolante de couche n
de source et la pellicule isolante de couche N de drain ne soient pas re-
liées ensemble, sous la forme de la même pellicule.
La figure 5 montre un processus de fabrication de ce troisième
mode de réalisation.
Comme le montre la partie (a) de la figure 5, on forme une grille réfractaire sur la région de canal N du substrat en Ga As 1 et on revêt cette grille d'une pellicule isolante (première pellicule isolante) 10, après quoi on traite ces éléments pour obtenir une configuration de grille ayant une structure à deux couches On forme ensuite sur la totalité de
la surface (partie (b) de la figure 5) une pellicule isolante (seconde pel-
licule isolante) 6, ayant pour propriété d'être gravée dans des conditions
différentes de celles de la première pellicule isolante 10.
On effectue ensuite une opération de gravure ou d'attaque de la seconde pellicule isolante 6, pour mettre à nu la surface de la première pellicule isolante 10 (partie (c) de la figure 5), et on dépose une matière de réserve photosensible 11 sur la totalité de la surface et on forme une ouverture 8 qui atteint la seconde pellicule isolante 6 dans une partie de la matière de réserve photosensible 11, sur la région N de source (partie
(d) de la figure 5).
Ensuite, on enlève sélectivement par gravure la seconde pellicule isolante 6 sur la région N de source, en utilisant à titre de masque le motif de matière de réserve photosensible Il Dans le cas o on utilise Si N pour la seconde pellicule isolante 6 et o on utilise Si O 2 ou Si O pour la première pellicule isolante 10, il est préférable d'employer une
opération de gravure par plasma utilisant un gaz du type SF 6 pour l'enlè-
vement sélectif de la première pellicule isolante, et il est possible de faire en sorte que la seconde pellicule isolante 6 présente une sélectivité élevée vis-à-vis de la première pellicule isolante 10 En outre, lorsqu'on utilise Si O 2 ou Si O pour la seconde pellicule isolante 6 et on utilise Si N pour la première pellicule isolante 10, il est très efficace d'utiliser une opération de gravure ionique réactive utilisant un gaz du type CHF 3 +
C 2 H 6 pour l'enlèvement sélectif de la seconde pellicule isolante 6.
Ensuite, comme représenté dans la partie (e) de la figure 5, après l'enlèvement de la matière de réserve photosensible 11, on grave et on traite la seconde pellicule isolante 6 qui reste sur la région N de drain, de façon que cette pellicule ne reste que sur la partie de paroi latérale
de l'électrode de grille du côté du drain A ce moment, du fait que la lar-
geur de cette paroi latérale devient la distance entre la grille et la région N de drain, elle doit avoir été formée précédemment avec une valeur désirée. Ensuite, comme le montre la partie (g) de la figure 5, on effectue une implantation ionique pour produire des régions N sur la totalité de
la surface du substrat, et une région n+ de drain 5 séparée d'une distan-
ce prédéterminée de l'électrode de grille 2, et une région N de source 4 qui est en contact avec l'électrode de grille 2, sont formées de façon
auto-alignée avec l'électrode de grille et la paroi latérale de la secon-
de pellicule isolante 6.
On décrira ci-après un processus de fabrication du quatrième mode
de réalisation en se référant à la figure 6.
Comme le montre la partie (a) de la figure 6, on forme une grille réfractaire 2 sur la surface du substrat en Ga As 1, sur laquelle est formée la région de canal N 3, et on forme la première pellicule isolante 6 sur la totalité de la surface, de façon à recouvrir la surface du substrat 1 et de la grille 2 Ensuite, on amincit la première pellicule isolante 6 par une opération de gravure, pour mettre à nu la surface de l'électrode de
grille 2 (partie (b) de la figure 6).
On forme ensuite une seconde pellicule isolante 10, ayant la pro-
priété d'être gravée différemment de la première pellicule isolante 6, de
façon que cette seconde pellicule isolante recouvre la totalité de la sur-
face de la première pellicule isolante 6 et celle de l'électrode de grille 2 à nu (partie (c) de la figure 6), et on traite cette pellicule isolante 10 de façon qu'elle ne reste que sur la surface de l'électrode de grille 2 et
sur la surface de la première pellicule isolante 6 se trouvant sur la ré-
gion n+ de drain (partie (d) de la figure 6).
Ensuite, comme le montre la partie (e) de la figure 6, on forme un motif de matière de réserve photosensible 11 ayant une ouverture 8 dans une partie qui se trouve sur la région n+ de source, et en employant la condition de gravure qui est décrite dans le processus de la partie (d) de la figure 5, concernant le mode de réalisation décrit ci-dessus, on enlève sélectivement seulement la première pellicule isolante 6 sur la région n+ de source Après l'enlèvement de la matière de réserve photosensible Il (partie (f) de la figure 6), on enlève la seconde pellicule isolante 10, après quoi on grave et on traite la première pellicule isolante 6 restante,
de façon que celle-ci ne reste qu'au niveau de la paroi latérale de l'élec-
trode de grille du côté du drain, et on accomplit l'implantation ionique pour produire des couches N en utilisant l'électrode de grille 2 et la pellicule isolante de paroi latérale 6 à titre de masque, et on forme une région N de drain séparée de l'électrode de grille par la largeur de la
paroi latérale, et une région N de source 4 qui est adjacente à l'électro-
de de grille 2.
Dans les troisième et quatrième modes de réalisation décrits ci-
dessus, on introduit une sorte différente de pellicule isolante 10 qui a des propriétés de gravure différentes, de façon que la pellicule isolante 6 sur la couche N de source et la pellicule isolante 6 sur la couche n+ de drain
ne soient pas reliées mutuellement sous la forme d'une même pellicule.
Dans ce procédé de fabrication, la pellicule isolante 6 sur la couche n+
de source et la pellicule isolante 6 sur la couche n+ de drain sont sépa-
rées, ce qui permet d'accomplir de façon sûre l'enlèvement sélectif de la
seule pellicule isolante 6 se trouvant sur la couche N de source.
Dans les modes de réalisation illustrés ci-dessus, on n'a décrit que des transistors à effet de champ du type métal-semiconducteur (ou MESFET)
au Ga As, mais on peut construire en obtenant les mêmes effets des transis-
tors transversaux dans lesquels des couches respectives sont disposées transversalement à la surface du substrat, en direction horizontale, comme
un transistor à mobilité élevée des électrons (HEMT), un transistor à ef-
fet de champ du type métal-isolant-semiconducteur (MIS) ou un transistor
à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) au silicium.
Bien que dans les modes de réalisation qui sont représentés ci-dessus, on utilise Ga As pour le matériau de substrat 1, on peut également utiliser
dans ce but du silicium ou du phosphure d'indium (In P).
En résumé, dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, on forme de façon auto-alignée une couche N de drain et une couche n+ de source, avec une distance de séparation correspondant à l'épaisseur de la
pellicule isolante 6, seulement du côté du drain, par un procédé d'implan-
tation ionique utilisant la pellicule isolante 6 qui est formée par gra-
vure avec une excellente maîtrise, sans utiliser un masque obtenu par pho-
tolithographie, et sans utiliser un procédé d'implantation ionique en dia-
gonale, et, en outre, on forme ces couches de façon que la première soit peu profonde et ait une faible concentration, tandis que la seconde est profonde et a une concentration élevée On peut donc fabriquer avec une reproductibilité élevée et une maîtrise élevée du processus de fabrication
un transistor à effet de champ très efficace, ayant une tension de claquà-
ge de drain élevée, un effet de canal court réduit, une faible résistance
de source et une transconductance gm élevée Dans le second mode de réa-
lisation de l'invention, tout en obtenant les mêmes effets que dans le pre-
mier mode de réalisation, la distance de séparation entre la couche N de drain et la grille est déterminée de façon auto-alignée par la largeur de
la paroi latérale 9 De plus, dans les troisième et quatrième modes de réa-
lisation, du fait que la pellicule isolante qui se trouve sur la couche n de source et la pellicule isolante qui se trouve sur la couche N de drain sont séparées, on peut enlever sélectivement de façon sûre la pellicule
isolante qui se trouve sur la couche N de source.
Comme il ressort de façon évidente de la description précédente, et
conformément à la présente invention, du fait qu'on donne à une couche
n de drain une faible profondeur et une faible concentration en comparai-
son avec la couche N de source, et du fait que seule la couche N de drain est séparée de la grille dans un transistor à effet de champ ayant
une grille asymétrique, on obtient un transistor à effet de champ très ef-
ficace, ayant un effet de canal court réduit, une résistance de source ré-
duite et en outre une transconductance élevée et une tension de claquage
de drain élevée.
De plus, lorsque la couche N de drain est formée par l'implantation
à travers la pellicule isolante, tandis que la couche N de source est for-
mée soit par implantation dans une surface à nu, soit par implantation à
travers une pellicule plus mince que la pellicule à travers laquelle on ef-
fectue l'implantation pour former la couche N de drain, seule la couche
n de drain est séparée de la grille On fabrique ainsi de façon auto-
alignée, avec une maîtrise élevée du processus de fabrication et une repro-
ductibilité élevée, un transistor à effet de champ très efficace ayant un
effet de canal court réduit, une résistance de source réduite, une meil-
leure transconductance et une meilleure tension de claquage de drain, sans
utiliser l'implantation en diagonale qui introduit des facteurs instables.
Ceci signifie qu'on obtient un transistor à effet de champ très efficace ayant des caractéristiques stables d'une séquence de fabrication à une
autre De plus, lorsqu'on obtient par le processus de fabrication une struc-
ture dans laquelle la pellicule isolante qui se trouve sur la couche n+ de source est séparée de la pellicule isolante qui se trouve sur la couche n
de drain, on peut enlever sélectivement de façon sûre la pellicule iso-
lante qui se trouve sur la couche N de source, ce qui procure une repro-
ductibilité élevée et une maîtrise élevée du processus de fabrication.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre
de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1 Transistor à effet de champ, caractérisé en ce qu'il comprend une électrode de grille ( 2) disposée de façon asymétrique par rapport à
une région de source ( 4) et une région de drain ( 5); une région de sour-
ce à concentration élevée ( 4); une région de drain à concentration éle-
vée ( 5), qui est formée de façon à être moins profonde et à avoir une plus faible concentration que la région de source à concentration élevée et cette région de drain à concentration élevée étant formée séparément
de l'électrode de grille ( 2).
2 Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ à gril-
le asymétrique, dans lequel la région de drain à concentration élevée ( 5)
est formée de façon à être moins profonde et à avoir une plus faible con-
centration que la région de source à concentration élevée ( 4), et est for-
mée séparément de l'électrode de grille ( 2), caractérisé en ce qu'il com-
prend les étapes suivantes: on forme une électrode de grille ( 2) sur un substrat ( 1), et on forme une pellicule isolante ( 6) qui recouvre le substrat ( 1) et l'électrode de grille ( 2); on forme sur la pellicule isolante ( 6) un motif de matière de réserve photosensible ( 7) ayant une ouverture ( 8)
seulement dans une partie de la région de source, et on enlève sélective-
ment la pellicule isolante seulement sur la région de source, en utilisant à titre de masque le motif de matière de réserve photosensible ( 7); et on forme des régions de source et de drain ( 4, 5) par implantation ionique
en utilisant à titre de masque la pellicule isolante restante ( 6).
3 Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ, carac-
térisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme une électrode de grille ( 2) sur le substrat ( 1), et on forme une pellicule isolante ( 6)
qui recouvre le substrat et l'électrode de grille; on forme des parois la-
térales de pellicule isolante ( 9 a, 9 b) sur les deux parois latérales de l'électrode de grille ( 2), par gravure de la pellicule isolante; on forme un motif de matière de réserve photosensible ( 7) ayant une ouverture ( 8)
seulement dans une partie de la région de source, et on enlève sélective-
ment la paroi latérale ( 9 b) du côté de la région de source ( 4), en utili-
sant à titre de masque le motif de matière de réserve photosensible ( 7) et on effectue une implantation ionique en utilisant à titre de masque l'électrode de grille ( 2) et la paroi latérale ( 9 b) qui se trouve du côté de la région de drain ( 5), pour former une région de source ( 4) et une
région de drain ( 5).
4 Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ, carac- térisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme une électrode
de grille ( 2) sur le substrat ( 1), et on forme une première pellicule iso-
lante ( 10) directement au-dessus de l'électrode de grille ( 2); on forme une seconde pellicule isolante ( 6) consistant en un matériau différent de celui de la première pellicule isolante ( 10), de façon qu'elle recouvre la totalité de la surface du substrat ( 1) et la première pellicule isolante ( 10), et on met à nu la partie supérieure de la première pellicule isolante-par une opération de gravure qui amincit cette pellicule; on forme un motif
de matière de réserve photosensible ( 11) ayant une ouverture ( 8) seule-
ment dans une partie de la région de source ( 4), et on enlève sélective-
ment la seconde pellicule isolante ( 6), seulement sur la région de source,
en utilisant à titre de masque le motif de matière de réserve photosensi-
ble ( 11); et on traite la seconde pellicule isolante ( 6) sur la région de drain ( 5), de façon qu'elle ne reste que sur la partie de paroi latérale de
l'électrode de grille ( 2), après l'enlèvement de la matière de réserve pho-
tosensible, et on accomplit une implantation ionique en utilisant à titre de masque l'électrode de grille ( 2) et la seconde pellicule isolante ( 6) se trouvant sur la partie de paroi latérale de l'électrode de grille qui est
située du côté du drain, pour former une région de source ( 4) et une ré-
gion de drain ( 5).
Procédé de fabrication d'un transistor à effet de champ, carac- térisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme une électrode
de grille ( 2) sur le substrat ( 1), et on forme une première pellicule iso-
lante ( 6) qui recouvre la surface de l'électrode de grille ( 2) et du substrat ( 1); on amincit par gravure la première pellicule isolante ( 6) pour mettre à nu la partie supérieure de l'électrode de grille ( 2), après quoi on forme une seconde pellicule isolante ( 10) consistant en un matériau différent de
celui de la première pellicule isolante ( 6), seulement sur la première pel-
licule isolante ( 6) qui se trouve sur la partie supérieure de l'électrode de grille ( 2) et sur la région de drain ( 5); on forme un motif de matière N de réserve photosensible ( 11) ayant une ouverture ( 8) seulement dans une partie de la première pellicule isolante ( 6) qui se trouve sur la région de source ( 4), et on enlève sélectivement seulement la première pellicule isolante ( 6) sur la région de source ( 4), en utilisant à titre de masque le motif de matière de réserve photosensible ( 11); et on traite la première pellicule isolante ( 6) sur la région de drain ( 5), de façon qu'elle reste seulement sur la partie de paroi latérale de l'électrode de grille ( 2), après l'enlèvement du motif de matière de réserve photosensible ( 11) et
de la seconde pellicule isolante ( 10), et on effectue une implantation ïo-
nique en utilisant à titre de masque l'électrode de grille ( 2) et la pre-
mière pellicule isolante ( 6) se trouvant sur la partie de paroi latérale,
pour former une région de source ( 4) et une région de drain ( 5).
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