FR2914500A1 - Dispositif electronique a contact ohmique ameliore - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif électronique, comportant successivement de sa base vers sa surface :- une couche (1) support,- une couche canal (3) pour contenir un gaz d'électrons,- une couche barrière (4)- au moins une électrode de contact ohmique (5), constituée d'une superposition de couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière (4).Le dispositif est remarquable en ce que la couche barrière (4) présente, sous la ou les électrode(s) de contact ohmique (5), une région dite de contact (10) comprenant au moins un métal choisi parmi les métaux constituant ladite superposition de couches métalliques, et en ce qu'un alliage local (12) lie la région de contact (10) et la première couche de l'électrode (5).

Description

DISPOSITIF ELECTRONIQUE A CONTACT OHMIQUE AMELIORE
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif électronique, comprenant au moins une couche support, une couche canal pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière et une électrode de contact ohmique constituée d'une superposition de couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Les dispositifs électroniques comprenant au moins une couche canal où est susceptible de circuler un gaz d'électrons, une couche barrière, et au moins une électrode de contact ohmique, trouvent de nombreuses applications. Parmi ces dispositifs, on rencontre par exemple les transistors à effet de champ, du type Transistor à Très Haute Mobilité (HEMT / High Electron Mobility Transistor), ou les redresseurs. Un transistor HEMT présente deux électrodes de contact ohmique (appelées source et drain ) et une électrode de contact Schottky (dénommée grille ), tandis qu'un redresseur comporte une électrode de contact ohmique et une électrode de contact Schottky.
Les structures à base de matériaux du groupe III / N, du fait de leur large bande interdite, sont largement utilisées dans ces applications. On va décrire la structure générale de ces dispositifs en référence à la figure 1, qui représente un exemple de transistor HEMT de type connu. Cette description peut s'appliquer à un redresseur en ne considérant que la partie gauche de la figure 1.
Un tel dispositif comporte à sa base une couche 1 support, dont le rôle est essentiellement d'assurer la rigidité du dispositif. Cette couche 1 support est recouverte d'une couche canal 3. De manière optionnelle, une couche tampon 2 est intercalée entre la couche support 1 et la couche canal 3. Cette couche tampon 2 présente une bonne qualité cristallographique et des propriétés adaptées à la croissance par épitaxie des autres couches qui la recouvriront. Elle permet donc d'assurer la transition cristallographique entre la couche support 1 et la couche canal 3. La couche tampon permet de plus d'assurer la tenue en tension du dispositif. Dans le cas d'un transistor, la couche tampon est électriquement isolante, car elle doit améliorer le confinement des électrons dans la couche canal 3 en réduisant l'injection des porteurs de charges vers le support. Dans le cas d'un redresseur, on donne à la couche tampon 2 une conductivité particulière de manière à garantir la tenue en tension en inverse et la conduction en direct. La couche canal 3 est une couche importante car elle permet la circulation d'un gaz d'électrons qui peut être bidimensionnel et détermine les performances du 10 composant grâce à ses propriétés de transport des électrons. La couche barrière 4 a pour rôle de fournir les électrons libres à la structure : c'est la couche donneuse. L'électrode de contact ohmique 5 permet d'injecter ou de recueillir les porteurs. Dans le cas d'un transistor, il y a deux électrodes de contact ohmique : la source 5 15 est l'électrode qui injecte les porteurs dans la structure, tandis que le drain 6 est l'électrode qui recueille les porteurs. Dans le cas d'un redresseur, il n'y a qu'une électrode de contact ohmique 5. L'électrode de contact ohmique 5 est constituée d'une superposition de couches métalliques déposées sur la couche superficielle 7 ou sur la face supérieure de la couche barrière 4 ce qui assure dans ce cas un 20 meilleur contact ohmique. La couche barrière 4 peut être, recouverte d'une couche superficielle 7 qui évite la dégradation de la structure et contribue à assurer un bon contact Schottky avec l'électrode de contact Schottky 8 qui est déposée dessus. Enfin, une couche de passivation 9 vient encapsuler le dispositif. La passivation 25 permet, d'une façon générale, de protéger la surface du semi-conducteur. Afin d'optimiser les performances des dispositifs électroniques de ce type, on cherche généralement à améliorer la résistance d'accès de l'électrode de contact ohmique. Cette résistance est directement liée à la résistivité de la superposition de couches métalliques déposées pour la formation de l'électrode, et à la résistivité de la 30 jonction entre cette superposition de couches métalliques et le matériau semi-conducteur du dispositif.
On cherche donc à optimiser le contact entre l'électrode métallique de contact ohmique et le matériau semi-conducteur du dispositif, appelé contact ohmique, afin d'obtenir une résistance de contact réduite, inférieure de préférence à 1 S2.mm. Cette résistance de contact est la résistance du matériau au passage du courant électrique et elle se mesure selon la méthode TLM (Transmission Line Method). Cette méthode est décrite en détail dans au chapitre III ("Contact resistance Schottky barrier and electromigration") de l'ouvrage "Semi-conductor material device characterization" de Dieter K. Schroder aux éditions Wiley. Pour optimiser les contacts ohmiques, plusieurs procédés sont déjà connus de 10 l'état de la technique. Dans le cas ou les électrodes de contact ohmiques sont déposées sur la couche superficielle, la conductivité de cette dernière peut être augmentée par dopage. Par exemple, si la couche superficielle est réalisée en GaN, le dopage est réalisé avec des porteurs de type n tels que le Silicium et le Germanium. Mais ce type de dopage 15 modifie les propriétés électriques de l'ensemble de la structure par transformation de son diagramme d'énergie de bande. Une autre méthode consiste à graver la couche superficielle et la couche barrière jusqu'à atteindre la couche canal et à réaliser un contact dit latéral entre l'électrode de contact ohmique et la couche canal. Mais la gravure est délicate car 20 elle peut générer des défauts sur les flancs de gravure qui vont minimiser les performances du composant (courant de fuite en surface, réduction de la tension de claquage). L'implantation de silicium dans la couche barrière augmente sa conductivité avec une résistance de contact de 0.4 0.mm lorsque la teneur en silicium dans la 25 couche barrière atteint 1019 atomes.cm-3 (on pourra à cet égard se référer à la publication de S.Denbaars et al. dans l'IEE vol. 26 N 5 May 2005). Cependant, afin d'activer le silicium, par la réorganisation de la structure cristalline après implantation, un recuit à très haute température est requis (1500 C sous 100 bars de N2) et ce type de procédé est difficilement applicable à l'échelle industrielle. 30 Il est également possible de déposer un contact en Titane/Aluminium sur la couche barrière puis de réaliser un recuit à 950 C. A cette température, le métal se diffuse dans la couche barrière jusqu'à atteindre la couche canal dans laquelle circule le gaz d'électrons et favorise un bon contact ohmique. Mais cette méthode comporte deux inconvénients à l'origine de courants de fuite qui diminuent l'efficacité du dispositif : d'une part, il est nécessaire d'éliminer la couche superficielle ; par ailleurs, la température du recuit correspond à celle de la formation du matériau si bien que sa surface se dégrade pendant le recuit. Le dépôt d'une couche d'encapsulation (par exemple en AIN ou en Si3N4) pour protéger la surface pendant le recuit est souvent nécessaire. Enfin, l'augmentation de la teneur en aluminium de 20 à 30% dans la couche barrière en AIGaN améliore nettement la conductivité de la couche. Mais de ce fait, l'alliage AIGaN peut perdre de son homogénéité et devenir instable. En effet la contrainte emmagasinée dans la couche d'AIGaN est d'autant plus importante que le taux d'aluminium augmente, une relaxation de cette contrainte est d'ailleurs fréquemment observée par le vieillissement prématuré des dispositifs. Par ailleurs, un trop fort taux d'aluminium dans la couche barrière entraîne une augmentation des courants de fuite de grille.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de proposer un procédé qui ne soit pas associé aux inconvénients mentionnés ci-dessus en améliorant la conductivité entre la(les) électrode(s) de contact ohmique et le canal sans détériorer la structure du dispositif électronique, et dans des conditions faciles à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle. Un autre but de l'invention est de former des contacts ohmiques contribuant à améliorer la fiabilité et la durée de vie du dispositif électronique.
En général, le contact ohmique est créé grâce à l'alliage des couches métalliques superposées qui forment les électrodes de contact ohmique avec le matériau semi-conducteur du dispositif électronique, ce matériau étant constitué d'un alliage binaire, ternaire ou quaternaire d'éléments du groupe III/N, comme par exemple GaN, AIGaN, AIInN, InGaN, InN, AIN ou AIGaInN ou tout autre composé contenant en plus du bore.
En effet, la formation de l'alliage permet la modification du diagramme de bande sous le contact. La hauteur de barrière pour le passage des électrons est ainsi réduite. L'invention peut donc mettre en oeuvre l'implantation dans la couche barrière, sous la(les) électrode(s) de contact ohmique, d'au moins un métal choisi parmi les métaux constituant les couches superposées déposées pour former la(les)dite(s) électrode(s), puis la formation d'un alliage local entre la couche barrière et la première couche de l'électrode, cet alliage étant favorisé par la présence du métal implanté.
Un premier objet de l'invention concerne un dispositif électronique, comportant successivement de sa base vers sa surface une couche support, une couche canal pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière, au moins une électrode de contact ohmique constituée d'une superposition de couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière, la couche barrière présentant, sous la ou les électrode(s) de contact ohmique, une région dite de contact comprenant au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la couche canal est sur une couche tampon ; - le dispositif comprend en outre une couche superficielle sur la couche barrière ; - le dispositif comprend en outre au moins une électrode de contact Schottky ; - la région de contact est située exclusivement sous l'électrode de contact ohmique ; - la région de contact s'étend dans toute l'épaisseur de la couche barrière et dans la couche canal ; - la région de contact comprend de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du ruthénium et /ou du tantale ; - la région de contact comprend en outre du silicium ; - la région de contact présente une teneur en métal ou une teneur en métal et silicium comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3 ; - la région de contact présente une teneur en métal maximale à sa surface supérieure ; - la couche barrière comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote ; - la couche canal comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote ; - la couche barrière est plus mince sous l'électrode de contact ohmique que dans le reste du dispositif. Un autre objet de l'invention concerne un dispositif électronique, comportant successivement de sa base vers sa surface une couche support, une couche canal pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière, au moins une électrode de contact ohmique constituée d'une superposition de couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière, la couche barrière présentant, sous la ou les électrode(s) de contact ohmique, une région dite de contact comprenant au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques, et un alliage local liant la région de contact et la première couche de l'électrode.
Selon d'autres caractéristiques de ce dispositif conforme à l'invention : - la couche canal est sur une couche tampon ; - le dispositif comprend en outre une couche superficielle sur la couche barrière ; - le dispositif comprend en outre au moins une électrode de contact Schottky ; - la région de contact est située exclusivement sous l'électrode de contact ohmique ; - la région de contact s'étend dans toute l'épaisseur de la couche barrière et dans la couche canal ; - la région de contact comprend de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du ruthénium et /ou du tantale ; - la région de contact comprend en outre du silicium ; - la région de contact présente une teneur en métal ou une teneur en métal et silicium comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3 ; - la couche barrière comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote ; - la couche canal comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote ; - la couche barrière est plus mince sous l'électrode de contact ohmique que dans le reste du dispositif.
Un autre objet de l'invention concerne un dispositif électronique, comportant successivement de sa base vers sa surface une couche support, une couche canal pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière, au moins une électrode de contact ohmique constituée d'un alliage de métaux, la couche barrière présentant, sous la ou les électrode(s) de contact ohmique, une région dite de contact comprenant au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie dudit alliage, et un alliage total liant la région de contact et l'ensemble de l'électrode de contact ohmique. Selon d'autres caractéristiques de ce dispositif conforme à l'invention : 10 - la couche canal est sur une couche tampon ; - le dispositif comprend en outre une couche superficielle sur la couche barrière ; - le dispositif comprend en outre au moins une électrode de contact Schottky ; - la région de contact est située exclusivement sous l'électrode de contact ohmique ; - la région de contact s'étend dans toute l'épaisseur de la couche barrière et dans la 15 couche canal ; - la région de contact comprend de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du ruthénium et /ou du tantale ; - la région de contact comprend en outre du silicium ; - la région de contact présente une teneur en métal ou une teneur en métal et silicium 20 comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3 ; - la couche barrière comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote ; - la couche canal comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote ; - la couche barrière est plus mince sous l'électrode de contact ohmique que dans le reste du dispositif. 25 Par ailleurs, un autre objet de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, comprenant les étapes de : a) formation d'une structure comportant une couche support, une couche canal pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière, b) formation d'au moins une électrode de contact ohmique par dépôt d'une 30 superposition de couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière ledit procédé étant caractérisé en ce qu'entre les étapes a) et b), on réalise une étape a') de création dans la couche barrière, sous l'électrode de contact ohmique, d'une région de contact comprenant un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques, et en ce qu'après l'étape b) on réalise une étape b') de recuit de la structure à une température permettant au moins un alliage local entre le matériau de la région de contact et le matériau de la première couche de l'électrode. Selon d'autres caractéristiques de ce procédé : - l'étape a') comprend l'implantation dans la couche barrière d'au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques ; - le métal implanté dans l'étape a') est de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du ruthénium et /ou du tantale ; dans l'étape a'), on implante en outre du silicium ; - la teneur en métal ou la teneur en métal et silicium implanté(s) dans l'étape a') est comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3 ; - la température du recuit de l'étape b') est comprise entre 650 et 1050 C ; - entre l'étape a') et l'étape b) on réalise un recuit à une température comprise entre 700 et 800 C sous atmosphère de NH3; ; - entre les étapes a) et a') on forme une couche de protection sur la structure et entre les étapes a') et b) on réalise un recuit à une température comprise entre 800 et 1050 C ; - la température du recuit de l'étape b') est inférieure à 750 C. - dans l'étape b') on réalise un recuit de la structure à une température permettant l'alliage total des métaux formant ladite superposition de couches métalliques et de la région de contact.
DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaîtront à la lecture de la 3o description qui va suivre et des figures qui l'accompagnent : - La figure 1 représente un transistor HEMT de type connu - La figure 2 représente la structure d'un transistor HEMT conforme à l'invention - Les figures 3a à 3c représentent les étapes de la fabrication d'un transistor HEMT conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation - Les figures 4a à 4c représentent les étapes de la fabrication d'un transistor HEMT conforme à l'invention selon un deuxième mode de réalisation. - La figure 5 représente une variante de réalisation d'un transistor HEMT conforme à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les figures représentent un mode particulier de réalisation de l'invention, qui concerne un transistor à effet de champ de type HEMT, mais la description qui va suivre s'applique de manière plus générale à un dispositif électronique comprenant au moins une électrode de contact ohmique, tel qu'un redresseur par exemple. A cet effet, on décrira en détail la partie gauche des figures, la partie droite avec une deuxième électrode de contact ohmique 6 pouvant être décrite de manière similaire. En référence à la figure 2, un dispositif conforme à l'invention comprend successivement de sa base vers sa surface une couche 1 support, une couche tampon 2 optionnelle, une couche canal 3 où est susceptible de circuler un gaz d'électrons, une couche barrière 4, une couche superficielle 7 optionnelle, au moins une électrode de contact ohmique 5 et une électrode de contact Schottky 8. La couche support 1 est dans un matériau semiconducteur ou non, comme par exemple du Si, SiC, GaN, AI2O3, AIN. La couche tampon 2 est constitué d'un alliage binaire, ternaire ou quaternaire d'éléments du groupe III/N, comme par exemple du GaN.
La couche canal 3 est en matériau du groupe III/N à base de gallium et qui peut être un alliage binaire, ternaire ou quaternaire, tel que GaN, BGaN, AIGaN ou autre. La couche barrière 4 comprend un matériau constitué d'un alliage binaire, ternaire ou quaternaire d'éléments du groupe III/N. Le choix des matériaux de la couche barrière et de la couche canal est libre dans la mesure où le matériau de la couche canal présente toujours une bande interdite inférieure à celle du matériau de la couche barrière. 2914500 i0 La couche superficielle 7 est en GaN. L'électrode de contact ohmique 5 est constituée d'une superposition de couches métalliques, par exemple du type Ti / Al / Ti / Au ou Ti / Al / Ni / Au, mais du molybdène (Mo), du tungstène (W), du ruthénium (Ru), et du tantale (Ta) peuvent 5 aussi être utilisés. Selon une variante de réalisation, l'électrode de contact ohmique est constituée d'un alliage desdits métaux. Pour assurer un bon contact ohmique, la première couche de l'électrode de contact ohmique 5 est au contact de la couche barrière 4, tandis que l'électrode de contact Schottky est au contact de la couche superficielle 7. 10 Selon un premier mode de réalisation, la couche barrière 4 comporte, sous l'électrode de contact ohmique 5, une région dite de contact 10. Cette région de contact 10 s'étend sur toute l'épaisseur de la couche barrière 4 ainsi que dans la couche canal. La région de contact 10 est située exclusivement sous l'électrode de contact ohmique, c'est-à-dire qu'elle est délimitée, dans un plan horizontal, par la 15 projection dans une direction verticale du périmètre de la première couche de l'électrode de contact ohmique 5 (ledit plan horizontal étant, conformément aux figures, le plan parallèle à la surface du dispositif ; ladite direction verticale étant perpendiculaire à la surface du dispositif). Ladite région de contact 10 comprend le matériau de la couche dans laquelle elle s'étend et un métal faisant partie des 20 couches métalliques superposées constituant l'électrode de contact ohmique. La teneur dudit métal est avantageusement comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3. Par ailleurs, à l'interface avec l'électrode de contact ohmique 5, il existe un alliage dit local 12, liant la région de contact 10 et la première couche de l'électrode de contact ohmique 5 en contact avec la couche barrière. L'alliage 12 se situe à 25 l'interface entre la couche barrière et l'électrode de contact ohmique 5, et il est constitué du matériau de la première couche de l'électrode, du matériau de la couche barrière et du métal. Le contact ohmique formé par cet alliage local est qualifié de non allié car les couches métalliques constituant l'électrode de contact ohmique 5 ne sont pas alliées 30 entre elles. L'alliage local à l'interface entre la première couche de l'électrode et la couche barrière présente l'avantage d'assurer l'adhérence du contact, ce qui contribue à diminuer les résistances d'accès. Par ailleurs, on a constaté qu'un contact ohmique non allié de ce type permet d'augmenter la fiabilité et la durée de vie du dispositif, ce qui se traduit par un temps moyen avant panne (en anglais : MTBF / mean time before failure) très élevé, de l'ordre de plusieurs millions d'heures de fonctionnement. Selon une variante de réalisation, représentée sur la figure 5, l'électrode de contact ohmique 5 est formée d'un unique alliage qui comprend l'ensemble des couches métalliques ainsi que l'interface entre l'électrode de contact ohmique et la région de contact 10. Cet alliage est alors qualifié d ( alliage total car l'ensemble des couches métalliques de l'électrode est allié. On notera que l'alliage total ne comprend que la partie supérieure de la région de contact 10 ; la partie inférieure de la région de contact 10 étant constituée du matériau de la couche dans laquelle elle s'étend et d'un métal faisant partie de l'alliage formant l'électrode de contact ohmique.
On va maintenant décrire une structure intermédiaire qui permet d'obtenir un dispositif électronique conforme à l'invention. En référence à la figure 3c, ladite structure intermédiaire comporte successivement de sa base vers sa surface une couche 1 support, une couche tampon 2, une couche canal 3 pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière 4, au moins une électrode de contact ohmique 5 au contact de ladite couche barrière 4, une couche superficielle 7 et une électrode de grille 8 au contact de la couche superficielle 7. La couche barrière 4 comprend, sous l'électrode de contact ohmique 5, une région dite de contact 10, qui s'étend dans l'épaisseur de la couche barrière 4 et dans la couche canal 3. La région de contact 10 comprend le matériau de la couche dans laquelle elle s'étend et un métal dont est constituée l'électrode de contact ohmique 5. De manière préférée, ledit métal est de l'aluminium ou du titane. La densité de métal dans la région de contact n'est pas uniforme : elle est distribuée, sur l'épaisseur de la couche barrière, selon un profil de type gaussien avec un taux de métal plus élevé à la surface supérieure de la couche barrière 4. Selon une variante de réalisation, en référence à la figure 4c, la couche barrière 4 est plus fine sous l'électrode de contact ohmique 5 que dans le reste du dispositif.
Selon un mode particulier de réalisation, la région de contact 10 comprend en outre du silicium.
On va maintenant décrire un procédé de fabrication d'un dispositif électronique conforme à l'invention.
Une première étape comprend la formation d'une structure intermédiaire du type de celle représentée à la figure 3c ou 4c décrite ci-dessus. On va détailler en premier lieu différents modes de formation de la structure intermédiaire. En référence à la figure 3a, une structure comprenant les couches 1, 2, 3, 4 et 7 est réalisée par une technique connue de l'homme du métier, telle que MBE ou MOCVD par exemple. De façon optionnelle, cette structure pourra être recouverte d'une couche d'encapsulation 14. Selon un premier mode de réalisation, on dépose un masque sur la surface de cette structure de manière à ne laisser libre que l'emplacement de l'électrode de contact ohmique, puis effectue une implantation, dans la couche barrière, à travers la couche superficielle 7, d'un métal faisant partie de la superposition des couches métalliques constituant l'électrode de contact ohmique 5. L'homme de l'art règle les paramètres de dose et d'énergie de l'implantation en fonction de la nature des matériaux et du masque utilisé, de sorte que la teneur en métal implanté soit la plus élevée à la surface supérieure de la couche barrière. Toutefois, les épaisseurs des couches de la structure sont tellement minces qu'une petite quantité de métal sera aussi implanté dans la couche canal 3. Comme on le voit à la figure 3b, on a ainsi formé, sous l'électrode de contact ohmique 5, une région de contact 10 s'étendant sur toute l'épaisseur de la couche barrière 4 et sur au moins une partie de l'épaisseur de la couche canal 3.
On notera que l'implantation désorganise le réseau cristallin du matériau dans lequel le métal a été implanté. Par conséquent, l'étape d'implantation doit être suivie d'un recuit qui permet la réorganisation du matériau et la diffusion du métal implanté dans la couche barrière. Ledit recuit sera décrit en détail plus bas.
Dans un deuxième mode de réalisation, en référence aux figures 4a et 4b, on grave la couche superficielle 7 ainsi qu'une partie de la couche barrière 4, à l'emplacement prévu pour l'électrode de contact ohmique. De ce fait, on peut effectuer une implantation d'un métal telle que décrite ci-dessus, mais avec une dose et énergie plus faibles. En effet, l'épaisseur plus mince de la couche barrière permet l'utilisation d'une énergie moindre et l'obtention d'un bon contact ohmique avec une dose de métal implanté plus faible. Cette implantation à dose réduite présente l'avantage d'impliquer un procédé moins coûteux car moins long. En effet, la zone implantée est moins endommagée et plus fine que dans le premier mode de réalisation, elle est donc plus facile à réorganiser ; de plus, la diffusion du métal implanté dans la couche barrière se fait plus facilement et nécessite un recuit à température moins élevée. Selon un mode particulier de réalisation, il est également possible d'effecteur une co-implantation d'un métal compris dans l'empilement des couches qui constituent l'électrode de contact ohmique et de silicium, avec une dose de silicium de l'ordre de 1017 à 5.1019 at.cm-3. Une dose de 1017 at.cm-3 est en effet la dose minimale de silicium à implanter pour obtenir une conductivité de type n dans la barrière et une implantation au delà de 5.1019 at.cm-3 conduit à détériorer le matériau. Le silicium a un effet dopant qui permet d'abaisser la hauteur de la barrière et ainsi de diminuer encore davantage les résistances d'accès du dispositif. Dans un mode de réalisation particulier, le silicium n'est pas implanté mais peut aussi être déposé au cours de la croissance du matériau constituant la couche barrière 4. De façon similaire, une co-implantation de deux des métaux faisant partie de la superposition des couches métalliques de l'électrode de contact ohmique 5 peut permettre d'obtenir un profilparticulier des différents métaux dans le semi-conducteur et participer à optimiser les résistances d'accès.
La deuxième étape principale de fabrication du dispositif électronique, qui comprend un recuit de la structure intermédiaire, peut être réalisée selon plusieurs variantes qui vont être décrites ci-dessous. Selon une première variante, le recuit est réalisé en seule étape qui intervient après la formation de l'électrode de contact ohmique par dépôt de couches métalliques superposées sur la couche barrière après gravure de la couche superficielle à cet emplacement. Les conditions de ce recuit sont : une température comprise entre 750 et 1050 C, une durée de 20 secondes à 30 minutes, sous atmosphère de gaz neutre. Un tel recuit conduit à la réorganisation du matériau, à la diffusion du métal implanté dans l'épaisseur de la couche barrière 4 jusqu'à la couche canal 3, et l'alliage total des couches métalliques constituant l'électrode de contact ohmique 5 avec la partie supérieure de la région de contact 10. Le dispositif obtenu est représenté sur la figure 5. On notera que plus la température du recuit est élevée, plus l'alliage qui se forme au niveau des couches métalliques de l'électrode de contact ohmique semble inhomogène avec des zones de séparation de phase, et ne présente donc pas une bonne tenue mécanique sur une longue durée, ce qui contribue à diminuer l'efficacité du dispositif au fil du temps. Selon une deuxième variante préférée, le recuit est réalisé en deux étapes.
Un premier recuit est effectué sur la structure après l'implantation. Ce recuit à une température comprise entre 700 et 800 C est effectué pendant 20 secondes à 30 minutes sous atmosphère de NH3 pour réorganiser le matériau de la couche barrière qui a été endommagé lors de l'implantation. En effet, le NH3 présente l'avantage de mieux stabiliser la surface que le N2 car il se dissocie à basse température (à partir de 500 C) et génère des espèces actives qui évitent l'évaporation de l'azote de la couche superficielle en GaN au cours du chauffage à 800 C et donc la détérioration de la couche superficielle. L'utilisation d'une atmosphère de NH3 permet donc d'éviter la formation d'une couche encapsulante de protection. Si une couche encapsulante de protection 14, par exemple en SiO2, a été formée sur la structure, on peut effectuer ce recuit à une température plus élevée, de préférence inférieure à 1050 C, jusqu'à atteindre le seuil de stabilité du matériau de la couche encapsulante 14 sans endommager la surface du matériau de la couche superficielle. L'utilisation d'une couche d'encapsulation en SiO2 est particulièrement adaptée à la co-implantation de métal et de silicium. En effet, on peut atteindre une température de 1050 C sous atmosphère de NH3 ou de gaz neutre, ce qui permet l'activation du silicium dans la structure cristalline avant le dépôt des électrodes. Ces conditions d'activation sont avantageusement plus faciles à mettre en oeuvre que celles décrites par Denbaars où une pression de 100 bars sous N2 à 1500 C est requise. La couche d'encapsulation 14 est ensuite gravée mais il n'est pas nécessaire de graver la couche superficielle pour réaliser des contacts ohmiques par dépôt direct des électrodes. Après ce premier recuit, on retire l'éventuelle couche encapsulante de protection 14 et on procède, le cas échéant, à la gravure de la couche superficielle 7 à l'emplacement de l'électrode de contact ohmique 5, de manière à pouvoir déposer la première couche métallique de cette électrode au contact de la couche barrière 4.
Après la formation de l'électrode de contact ohmique 5, on effectue un second recuit à une température dite basse, c'est-à-dire inférieure à 750 C, de préférence à 650 C, sous gaz neutre tel que N2, H2, Are ou tout mélange de ces gaz pendant 30 secondes à 30 minutes. La température de ce recuit est trop faible pour permettre l'alliage des couches métalliques constituant les électrodes. Toutefois, elle est suffisante pour former un alliage local 12 à l'interface entre la première couche de l'électrode de contact ohmique 5, avec la région de contact 10. Cet alliage local permet de garantir l'adhérence du contact et contribue à diminuer les résistances d'accès. Cette deuxième variante de recuit permet donc de stabiliser le comportement du dispositif en stabilisant les propriétés de contact de l'électrode, même si la température n'est pas assez élevée pour réaliser l'alliage des métaux des couches superposées constituant l'électrode de contact ohmique. Le contact ohmique ainsi formé est dit non allié . Par ailleurs, on a constaté qu'un contact ohmique non allié de ce type permet d'augmenter la fiabilité et la durée de vie du dispositif, ce qui se traduit par un temps moyen avant panne (en anglais : MTBF / mean time before failure) très élevé, de l'ordre de plusieurs millions d'heures de fonctionnement.
Une troisième variante de recuit consiste à ne réaliser que le second recuit à basse température de la deuxième variante décrite ci-dessus, qui conduit également à la formation d'un contact ohmique non allié. D'une façon générale, le recuit offre l'opportunité de stabiliser les performances ultérieures de la structure car sa température est plus élevée que celle qui sera produite dans le matériau au cours de son utilisation. La structure va évoluer rapidement vers ses performances définitives à la température du recuit (par exemple par désorption de contaminants) et présentera ultérieurement un fonctionnement avec une grande stabilité de performance comme cela est souhaité.
On va maintenant décrire 3 exemples de réalisation de l'invention, appliqués à la fabrication d'un transistor HEMT présentant des contacts ohmiques améliorés. Exemple 1 : On forme tout d'abord une structure comprenant successivement une couche 1 de semi-conducteur, une couche tampon 2, une couche canal 3 pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière 4 et une couche superficielle 7, par une technique connue tel que MBE ou MOCVD. La couche barrière est en AIGaN et présente une teneur en aluminium comprise entre 10 et 25%.
On réalise ensuite une implantation à forte dose d'aluminium dans la couche barrière 4, de manière à atteindre un taux d'aluminium supérieur à 1019 atomes.cm-3 au niveau de la surface de la couche barrière 4 dans la maille du matériau. La teneur en métal implanté peut aller jusqu'à 1021 atomes.cm-3. On effectue ensuite un recuit selon la deuxième variante décrite plus haut. A cet effet, on soumet la structure ainsi obtenue à une température de 700 C pendant 30 minutes sous atmosphère de NH3: N2 (respectivement dans des proportions 1/3 : 2/3). On procède ensuite à la gravure de la couche superficielle à l'emplacement prévu pour le drain et la source, selon une technique connue, puis on dépose les électrodes : la première couche des électrodes de source 5 et de drain 6 est déposée au contact de la couche barrière 4, On effectue ensuite un deuxième recuit à une température de 650 C pendant 30 secondes à 60 minutes. On forme ensuite la couche de passivation et la grille 8. Le contact ohmique obtenu dans cet exemple est de l'ordre de 0,15 à 0,5 0.mm.
Exemple 2 : On forme tout d'abord une structure comprenant successivement une couche 1 de semi-conducteur, une couche tampon 2, une couche canal 3 pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière 4 et une couche superficielle 7, par une technique connue tel que MBE ou MOCVD. La couche barrière est en AIGaN et présente une teneur en aluminium comprise entre 10 et 25%. On procède ensuite à une gravure de l'épaisseur de la couche superficielle 7 et du tiers de la couche barrière 4, à l'emplacement de la source 5 et du drain 6. Pour cela, on emploie des techniques connues de l'homme du métier telles que la formation d'un masque puis la réalisation d'une gravure sèche ou d'une gravure par voie humide, par exemple à base de KOH activé par UV. On implante ensuite de l'aluminium à dose réduite de manière à obtenir un profil d'implantation avec un maximum à la surface de la couche barrière 4. La teneur en 20 aluminium implanté varie de 1019 à 1021 atomes.cm-3. On procède ensuite à la formation des électrodes de la même façon que dans l'exemple 1. On soumet ensuite la structure résultante à un recuit à une température comprise entre 750 et 1050 C, pendant 20 secondes à 30 minutes, sous atmosphère 25 de gaz neutre. Enfin, on forme la couche de passivation et la grille 8. Dans cet exemple, le contact ohmique obtenu est d'environ 0, 5 0.mm.
Exemple 3 : 30 On forme tout d'abord une structure comprenant successivement une couche 1 de semi-conducteur, une couche tampon 2, une couche canal 3 pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière 4 et une couche superficielle 7, par une technique connue tel que MBE ou MOCVD. La couche barrière est en AIGaN et présente une teneur en aluminium comprise entre 10 et 25%.
On forme sur cette structure une couche encapsulante de protection 14, dans un matériau tel que SiO2 ou Si3N4 par exemple. On procède ensuite à une co-implantation d'aluminium et de silicium de manière à atteindre une teneur en aluminium supérieure à 1019 atomes.cm-3 au niveau de la surface de la couche barrière 4 dans la maille du matériau. La teneur en aluminium + silicium implanté peut aller jusqu'à 1021 atomes.cm-3. On effectue un recuit de cette structure à une température de 1050 C pendant 30 minutes sous atmosphère de N2, la surface étant protégée par la couche encapsulante utilisée pour l'implantation. On procède au retrait de la couche encapsulante de protection 14 par tout 15 moyen approprié à la portée de l'homme du métier. On dépose une couche de passivation en Si3N4. On dépose les électrodes de drain et de source sous la forme d'une superposition de couches du type Ti / Al / Ti / Au ou Ti / Al / Ni / Au. Enfin, on procède à un deuxième recuit à une température de 650 C pendant 30 20 secondes à 30 minutes, pour former les contacts ohmiques non alliés. Dans cet exemple, le contact ohmique obtenu est de l'ordre de 0,15 à 0,5 0.mm.

Claims (3)

REVENDICATIONS
1 - Dispositif électronique, comportant successivement de sa base vers sa surface : - une couche (1) support, - une couche canal (3) pour contenir un gaz d'électrons, - une couche barrière (4) - au moins une électrode de contact ohmique (5) constituée d'une superposition de couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière (4), caractérisé en ce que la couche barrière présente, sous la ou les électrode(s) de contact ohmique (5), une région dite de contact (10) comprenant au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques.
2 û Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche canal (3) est 15 sur une couche tampon (2).
3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche superficielle (7) sur la couche barrière (4). 20 4 û Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une électrode de contact Schottky (8). 5 û Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la région de contact (10) est située exclusivement sous l'électrode de contact ohmique (5). 6 û Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite région de contact (10) s'étend dans toute l'épaisseur de la couche barrière (4) et dans la couche canal (3). 257 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la région de contact (10) comprend de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du ruthénium et /ou du tantale. 8 -Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la région de contact (10) comprend en outre du silicium. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la région de contact (10) présente une teneur en métal ou une teneur en métal et silicium 10 comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la région de contact (10) présente une teneur en métal maximale à sa surface supérieure. 11 -Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la couche barrière (4) comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la couche canal (3) comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote. 13 û Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la couche barrière (4) est plus mince sous l'électrode de contact ohmique (5) que dans le reste du dispositif. 25 14 û Dispositif électronique, comportant successivement de sa base vers sa surface : - une couche (1) support, - une couche canal (3) pour contenir un gaz d'électrons, - une couche barrière (4) - au moins une électrode de contact ohmique (5), constituée d'une superposition de 30 couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière (4),20caractérisé en ce que la couche barrière (4) présente, sous la ou les électrode(s) de contact ohmique (5), une région dite de contact (10) comprenant au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques, et en ce qu'un alliage local (12) lie la région de contact (10) et la première couche de l'électrode (5). 15 û Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la couche canal (3) est sur une couche tampon (2). 16 - Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche superficielle (7) sur la couche barrière (4). 17 û Dispositif selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une électrode de contact Schottky (8). 18 û Dispositif selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que la région de contact (10) est située exclusivement sous l'électrode de contact ohmique (5). 19 û Dispositif selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce que ladite 20 région de contact (10) s'étend dans toute l'épaisseur de la couche barrière (4) et dans la couche canal (3). 20 - Dispositif selon l'une des revendications 14 à 19, caractérisé en ce que la région de contact (10) comprend de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du 25 ruthénium et /ou du tantale. 21 Dispositif selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisé en ce que la région de contact (10) comprend en outre du silicium.1522 - Dispositif selon l'une des revendications 14 à 21, caractérisé en ce que la région de contact (10) présente une teneur en métal ou une teneur en métal et silicium comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3. 23 - Dispositif selon l'une des revendications 14 à 22, caractérisé en ce que la couche barrière (4) comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote. 24 -Dispositif selon l'une des revendications 14 à 23, caractérisé en ce que la couche canal (3) comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote. 25 û Dispositif selon l'une des revendications 14 à 24, caractérisé en ce que la couche barrière (4) est plus mince sous l'électrode de contact ohmique (5) que dans le reste du dispositif. 15 26 û Dispositif électronique, comportant successivement de sa base vers sa surface : - une couche (1) support, - une couche canal (3) pour contenir un gaz d'électrons, - une couche barrière (4) - au moins une électrode de contact ohmique (5), constituée d'un alliage de métaux, 20 caractérisé en ce que la couche barrière (4) présente, sous la ou les électrode(s) de contact ohmique (5), une région dite de contact (10) comprenant au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie dudit alliage, et en ce qu'un alliage total lie la région de contact (10) et l'ensemble de l'électrode de contact ohmique (5). 25 27 û Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que la couche canal (3) est sur une couche tampon (2). 28 - Dispositif selon l'une des revendications 26 ou 27, caractérisé en ce qu'il 30 comprend en outre une couche superficielle (7) sur la couche barrière (4). Io29 û Dispositif selon l'une des revendications 26 à 28, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une électrode de contact Schottky (8). 30 û Dispositif selon l'une des revendications 26 à 29, caractérisé en ce que la région 5 de contact (10) est située exclusivement sous l'électrode de contact ohmique (5). 31 û Dispositif selon l'une des revendications 26 à 30, caractérisé en ce que ladite région de contact (10) s'étend dans toute l'épaisseur de la couche barrière (4) et dans la couche canal (3). 32 - Dispositif selon l'une des revendications 26 à 30, caractérisé en ce que la région de contact (10) comprend de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du ruthénium et /ou du tantale. 15 33 - Dispositif selon l'une des revendications 26 à 32, caractérisé en ce que la région de contact (10) comprend en outre du silicium. 34 - Dispositif selon l'une des revendications 26 à 33, caractérisé en ce que la région de contact (10) présente une teneur en métal ou une teneur en métal et silicium 20 comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3. 35 - Dispositif selon l'une des revendications 26 à 34, caractérisé en ce que la couche barrière (4) comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote. 25 36 -Dispositif selon l'une des revendications 26 à 35, caractérisé en ce que la couche canal (3) comprend au moins un matériau du groupe III et de l'azote. 37 û Dispositif selon l'une des revendications 26 à 36, caractérisé en ce que la couche barrière (4) est plus mince sous l'électrode de contact ohmique (5) que dans 30 le reste du dispositif. 38 û Procédé de fabrication d'un dispositif électronique, comprenant les étapes de : 10a) formation d'une structure comportant une couche (1) support, une couche canal (3) pour contenir un gaz d'électrons, une couche barrière (4), b) formation d'au moins une électrode de contact ohmique (5) par dépôt d'une superposition de couches métalliques dont une première couche est au contact de la couche barrière (4) caractérisé en ce qu'entre les étapes a) et b), on réalise une étape a') de création dans la couche barrière (4), sous l'électrode de contact ohmique (5), d'une région de contact (10) comprenant un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques et en ce qu'après l'étape b) on réalise une étape b') de recuit de la structure à une température permettant au moins un alliage local (12) entre le matériau de la région de contact (10) et le matériau de la première couche de l'électrode. 39 -Procédé selon la revendication 38, caractérisé en ce que l'étape a') comprend l'implantation dans la couche barrière (4) d'au moins un métal choisi parmi les métaux faisant partie de ladite superposition de couches métalliques. 40 - Procédé selon la revendication 39, caractérisé en ce que le métal implanté dans l'étape a') est de l'aluminium, du titane, du molybdène, du tungstène, du ruthénium et /ou du tantale. 41 - Procédé selon l'une des revendications 39 à 41, caractérisé en ce que dans l'étape a'), on implante en outre du silicium. 42 - Procédé selon l'une des revendications 39 à 41, caractérisé en ce que la teneur en métal ou la teneur en métal et silicium implanté(s) dans l'étape a') est comprise entre 1019 et 10' atomes.cm-3. 1543 - Procédé selon l'une des revendications 38 à 42, caractérisé en ce que la température du recuit de l'étape b') est comprise entre 650 et 1050 C. 44 - Procédé selon l'une des revendications 38 à 43, caractérisé en ce qu'entre 5 l'étape a') et l'étape b) on réalise un recuit à une température comprise entre 700 et 800 C sous atmosphère de NH3. 45 - Procédé selon l'une des revendications 41 à 42, caractérisé en ce qu'entre les étapes a) et a') on forme une couche de protection (14) sur la structure et en ce 10 qu'entre les étapes a') et b) on réalise un recuit à une température comprise entre 800 et 1050 C. 46 - Procédé selon l'une des revendications 44 ou 45, caractérisé en ce que la température du recuit de l'étape b') est inférieure à 750 C. 47 - Procédé selon l'une des revendications 38 à 43, caractérisé en ce que dans l'étape b') on réalise un recuit de la structure à une température permettant l'alliage total des métaux formant ladite superposition de couches métalliques et de la région de contact (10). 20
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