Brevet FR2529715A1 — publié le 19840106

La présente invention a pour objet un pro- cédé d'optimisation du dopage dans un transistor MOS (métal-oxydesemiconducteur). De plus en plus, on cherche à diminuer, par tous les moyens possibles, les dimensions des compo- sants élémentaires des circuits intégrés et en parti- culier ceux des circuits comportant des transistors MOS Pour augmenter la densité d'intégration de-ces circuits, on cherche en particulier à diminuer la longueur du canal des transistors MOS, c'est-à-dire, la distance séparant la source et le drain de ces transistors. Afin d'éviter le perçage, c'est-à-dire une liaison entre la zone de charge d'espace de la source et la zone de charge d'espace du drain de ces tran- sistors MOS, lors de la diminution de la longueur de leurs canaux, on implante, sous ces derniers, des ions donnant un dopage du même type que celui du substrat dans lequel on réalise le transistor; plus on cherche à diminuer la longueur du canal d'un tran- sistor MOS, plus la dose d'ions implantés sous le canal doit être élevée. Malheureusement, l'augmentation d'un tel dopage conduit à une augmentation des capacités para- sites entre la source, le drain et le substrat des transistors, du fait de la diminution de la largeur des zones de charge d'espace affectant les caracté- ristiques électriques de ces derniers. Afin d'améliorer les caractéristiques électriques des transistors MOS, l'une des méthodes possible consisterait à augmenter le dopage du subs- trat dans la région de celui-ci située uniquement sous la grille du transistor, de façon à ne pas aug- menter le dopage dans les régions du substrat situées en dessous de la source et du drain de ce transistor. La présente invention a Justement pour objet un procédé d'optimisation du dopage dans un transistor MOS permettant d'obtenir un tel profil de dopage Selon l'invention, ce profil de dopage est obtenu en-compensant, au niveau de la source et du drain du transistor MOS, le dopage du substrat sous le canal de ce transistor. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé d'optimisation du dopage dans un transistor MOS, ce transistor étant réalisé sur un substrat en silicium dopé, ayant un profil de dopage- défini par une implantation d'ions appartenant à un premier type d'ions donnant un dopage du même type que celui du substrat, une source et un drain défi- nis, dans ledit substrat, par une implantation d'ions appartenant à un deuxième type d'ions donnant un do- page différent de celui du substrat, et une grille, caractérisé en ce que l'on réalise, sous la source et le drain du transistor une ou plusieurs implantations d'ions appartenant au deuxième type d'ions, à des do- ses et des énergies telles qu'elles compensent le do- page du substrat sans en inverser le type, la grille du transistor servant de masque à cette implantation, et en ce que l'on soumet le substrat à un recuit. Le fait d'utiliser la grille du transistor comme masque à l'implantation d'ions sous la source et le drain du transistor permet d'obtenir des ré- gions de compensation auto-alignées par rapport à la grille du transistor. Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on soumet le substrat à un recuit transitoire, ce recuit étant effectué soit au moyen d'un faisceau laser, soit au moyen d'un faisceau d'électrons, soit encore au moyen d'un chauffage radiatif par lampes ou résistances chauf- fantes. L'utilisation d'un recuit transitoire par rapport à l'utilisation d'un recuit classique au four permet d'éviter la diffusion des ions implantés sous la source et le drain de transistor Ceci per- met donc d'obtenir une compensation du dopage beau- coup plus précise. Selon l'invention, le substrat étant réa- lisé en silicium de type P, les ions appartenant au premier type d'ions sont des ions de bore et les- ions appartenant au deuxième type d'ions sont des ions de phosphore ou d'arsenic. De même, selon l'invention, le substrat- étant réalisé en silicium de type N, les ions appar- tenant au premier type d'ions sont des ions de phos- phore ou d'arsenic et les ions appartenant au deuxième type d'ions sont des ions de bore. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre explicatif mais nullement limitatif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles: la figure 1 représente, schématiquement, en coupe transversale, la structure d'un transistor MOS, dans lequel on a optimisé le dopage selon l'inven- tion, et la figure 2 représente des courbes donnant la quantité d'ions implantés, exprimée en ions par cm 3, pour les différents dopages du substrat, ef- fectués lors de la fabrication d'un transistor MOS à canal N, en fonction de la profondeur (P) de pénétration des ions dans le substrat exprimée en micron, ces courbes illustrant la compensation se- lon l'invention du dopage du substrat sous le ca- nal du transistor. Afin de simplifier la description qui va suivre, on se place dans le cas d'un transistor MOS à canal N, réalisé sur un substrat de type P Bien entendu, ce procédé est applicable au cas d'un tran- sistor à canal P sur un substrat de type N, les implantations d'ions de bore étant dans ce cas rem- placées par des implantations d'ions de phosphore ou d'arsenic et inversement. Sur la figure 1, on a représenté, en coupe transversale, la structure d'un transistor MOS Ce transistor MOS, réalisé sur un substrat semiconduc teur dopé 2, dans une ouverture de l'oxyde de champ 3, comprend, de façon classique, deux régions laté- rales 4 et 6, correspondant respectivement -à la source et au drain de ce transistor, et une couche d'oxyde 8, recouvrant la région centrale du substrat 2, surmontée d'une couche conductrice 10 La couche conductrice 10 correspond à la grille du transistor et la couche d'oxyde 8 à l'oxyde de grille L'ensem- ble du transistor MOS est recouvert d'une couche d'oxyde 12, gravée de façon à définir les trous de contacts électriques du transistor, cette couche d'oxyde 12 étant elle-même recouverte d'une couche conductrice 14, gravée de façon à définir les con- nexions électriques. De façon classique, la fabrication de ce transistor MOS se fait, tout d'abord, en réalisant l'oxyde de champ 3 et l'oxyde de grille 8, puis en implantant des ions de bore permettant de définir le dopage sous le canal du transistor Cette implanta- tion-d'ions est par exemple effectuée à une dose de 101 atomes/cm 2 et à une énergie de 50 Ke V, puis à il 2 une dose de 4 10 atomes/cm et à une énergie de ke V. Après ce dopage du substrat 2, on réalise la grille 10 du transistor, généralement dans une couche de silicium polycristallin dopé, puis la source 4 et le drain 6 de ce transistor La source et le drain de ce transistor sont obtenus en implan- tant des ions de phosphore ou d'arsenic, cette im- plantation étant réalisée en utilisant la grille du transistor comme masque à ladite implantation Cette implantation est par exemple réalisée pour des ions d'arsenic à une dose de 5 1015 atomes/cm 2 et à une énergie de 100 ke V. Ensuite, on dépose sur l'ensemble du subs- trat 2, la couche d'oxyde 12 que l'on grave de façon à réaliser les trous de contacts électriques du transistor, puis l'on recouvre cette couche d'oxyde 12 d'une couche conductrice 14, généralement en alu- minium, que l'on grave de façon appropriée pour réaliser les connexions électriques du transistor. Selon l'invention, afin de compenser le dopage du substrat sous le canal du transistor MOS, on réalise, sous la source 4 et sous le drain 6 du transistor, une ou plusieurs implantations d'ions de phosphore ou d'arsenic suivi éventuellement d'une implantation de bore, le nombre d'implantations étant fonction de la quantité et du profil d'ions de bore servant à la définition du dopage sous le canal ainsi que du profil de ce dopage Cette implantation qui est effectuée avant de déposer la couche d'oxyde 12 sur le substrat permet d'obtenir deux régions la- térales 16 et 18 situées respectivement sous la source 4 et sous le drain 6 du transistor. Dans le cas d'une double implantation de bore définissant le dopage sous le canal, prise en exemple précédemment, on pourra effectuer, pour com- penser ce dopage, une implantation de phosphore avec une dose de 1012 atomes/cm 2 à une énergie de ke V, suivie d'une deuxième implantation de phos- phore à une dose de 4 101 l atomes/cm 2 à une énergie de 280 ke V, puis d'une implantation de bore avec une dose de 3 101 l atomes/cm 2 à une énergie de 80 ke V. Afin d'obtenir les deux régiuns 16 et 18 auto-alignées par rapport à la grille 10 du transis- tor, cette implantation sera effectuée en utilisant- la grille du transistor comme masque à ladite im- plantation On conservera la résine ayant servi à la définition de la grille du transistor, lors de ces implantations, pour améliorer l'effet de masquage de la grille Après élimination de la résine, et afin de réarranger le réseau cristallin perturbé lors de cette implantation, on soumet le substrat 2 à un recuit De préférence, on utilise un recuit transi- toire permettant d'éviter ou de minimiser la diffu- sion des ions implantés sous la source et le drain du transistor Ce recuit peut être réalisé soit au moyen d'un faisceau laser, soit au moyen d'un fais- ceau d'électrons, ou au moyen d'un chauffage radia- tif par lampes ou résistances chauffantes. A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 2, des courbes donnant la quantité d'ions im- plantés par cm 3, pour les différents dopages, effec- tués lors de la fabrication du transistor MOS, en fonction de la profondeur P de pénétration des ions dans le substrat Ces courbes, ou profils de dopage, sont donnés dans le cas d'un substrat en silicium de type P, c'est-à-dire dans le cas d'un transistor MOS à canal N. Le profil de dopage a correspond à l'im- plantation définissant le canal du transistor, cette implantation étant faite, dans le présent exemple, avec des ions de bore Le profil de dopage b corres- pond à l'implantation permettant de compenser la précédente implantation, conformément à l'inven- tion Cette implantation est réalisée, dans le pré- sent exemple, avec des ions de phosphore Le profil de dopage c correspond à la résultante de la courbe a et de la courbe b, c'est-à-dire au profil du dopa- ge résultant des deux précédentes implantations. Enfin, le profil de dopage d correspond à l'implan- tation définissant la source et le drain du transis- tor, cette implantation étant réalisée dans le pré- sent exemple avec des ions de phosphore. Le procédé de dopage, selon l'invention, de mise en oeuvre facile, permet de diminuer les capacités parasites entre la source, le drain et le substrat du transistor. REVENDICATIONS 1 Procédé d'optimisation du dopage dans un transistor MOS, ce transistor étant réalisé sur un substrat en silicium dopé ( 2), ayant un profil de dopage défini par une implantation d'ions apparte- nant à un premier type d'ions donnant un dopage du même type que celui du substrat ( 2), une source ( 4 > et un drain ( 6) définis, dans ledit substrat, par une implantation d'ions appartenant à un deuxième î O type d'ions donnant un dopage différent de celui du substrat ( 2), et une grille ( 10), caractérisé en ce que l'on réalise, sous la source ( 4) et le drain ( 6) du transistor une ou plusieurs implantations d'ions appartenant au deuxième type d'ions, à des doses et des énergies telles qu'elles compensent le dopage du substrat ( 2) sans en inverser le type, la grille ( 10) du transistor servant de masque à ces implanta- tions, et en ce que l'on soumet le substrat ( 2) à un recuit. 2 Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le recuit est un recuit transi- toire. 3 Procédé selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que le recuit est effectué au moyen d'un faisceau laser. 4 Procédé selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que le recuit est effectué au moyen d'un faisceau d'électrons. Procédé selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que le recuit est effectué au moyen d'un chauffage radiatif par lampes ou résistances chauffantes. 6 Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que le subs- trat ( 2) étant réalisé en silicium de type P, les ions appartenant au premier type d'ions sont des ions de bore et les ions appartenant au deuxième type d'ions sont des ions de phosphore ou d'arsenic. 7 Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que, le subs- trat ( 2) étant réalisé en silicium de type N, les ions appartenant au premier type d'ions sont des ions de phosphore ou d'arsenic et les ions apparte- nant au deuxième type sont des ions de bore.