Brevet FR2577715A1 — publié le 19860822

Procédé de réalisation de deux structures MOS à diélectriques juxtaposés différents et dopages différents et matrice à transfert de trame obtenue par ce procédé. La présente invention concerne un procédé de réalisation de deux structures MOS à diélectriques juxtaposés différents et à dopages diffé- rents sur un substrat semiconducteur, pour isoler de façon différente les régions du substrats o le canal est situé en surface et celles o le canal est situé en volume et une matrice à transfert de trame obtenue par ce procédé. Elle concerne également une matrice à transfert de trame obtenue par ce procédé. Il est connu pour obtenir un bon isolement entre une électrode de grille et un substrat dans les dispositifs à transfert de charge de placer entre la grille et le substrat une double couche de diélectrique comportant une première couche de dioxyde de silicium au cbntact avec le substrat et une deuxième couche de nitrure de silicium recouvrant la première couche. Cette double couche de diélectrique qui recouvre à la fois les régions du substrat o le canal se situe en surface et les régions o celui- ci se situe en volume, occasionne des variations dans le comportement électronique des circuits construits de cette façon, et engendre, notam- ment dans les dispositifs semiconducteurs optoélectroniques à transfert de charge, des variations dans les seuils et les caractéristiques de conduction des transistors MOS les constituant ce qui nuit au bon fonctionnement de ces dispositifs. Une manière de remédier à ces difficultés serait de ne réaliser sur le substrat qu'une simple couche d'oxyde en regard des régions o le canal se situe en surface et une double couche doxyde dans les régions du substrat o le canal est réparti en volume, ce qui aurait pour avantage de conserver pour les circuits optoélectroniques à transfert de charge la double couche sur la plus grande partie de ces circuits. Mais la précision du positionnement des zones de transition entre simple et double couche et les grilles ou électrodes qui leurs sont associées dépendrait entièrement dans cette solution de celle des mrachi- nes photolythographiques et rendrait cette solution onéreuse et mal adaptée aux productions en grande série. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet, un procédé de réalisation de deux structures MOS à diélectriques juxtaposés différents et à dopages différents sur un substrat semiconducteur, pour isoler de façons différen- tes les régions du substrat o le canal est situé en surface et celles o le canal est situé en volume caractérisé en ce qu'il consiste, à réaliser sur une surface d'un substrat une première couche d'oxyde de silicium puis une deuxième couche de nitrure de silicium au-dessus de la première couche, à attaquer par photolythogravure la deuxième couche de nitrure de silicium pour former une première fenêtre et délimiter les régions d'isolement, à faire croître à l'intérieur de la fenêtre un oxyde épais d'isolement autoaligné à la double couche d'oxyde et de nitrure, à substituer la double couche d'oxyde et de nitrure de silicium par une troisième couche d'oxyde de silicium formant le premier diélectrique, à déposer une quatrième couche d'un matériau formé par du silicium dopé à graver dans la quatrième couche une deuxième fenêtre pour délimiter à R'aide du masque ainsi formé une région de canal en volume, à mettre à nu la surface du substrat délimitée par la deuxième fenêtre et par l'oxyde épais, à doper le substrat au travers de la deuxième fenêtre, à oxyder puis à déposer une double couche de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium au-dessus de la couche de silicium dopée et de la partie mise à nu du substrat, à retirer la double couche de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium au-dessus de la quatrième couche de silicium dopée qui a servi de masque pour l'obtention de la deuxième fenêtre, à déposer au-dessus de la quatrième couche de silicium dopée et de la double couche de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium restante recouvrant la deuxième fenêtre une cinquième couche de silicium et à graver une cinquième couche de silicium dopée ainsi que la couche de silicium pour former une grille. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description faite au regard des dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels les figures 1 à 10 représentent les différentes phases du procédé selon l'invention, la figure 11 illustre une variante de réalisation du procédé selon l'invention, les figures 12 à 15 représentent le principe de réalisation d'un système antiéblouissement d'une matrice à transfert de trame obtenue à l'aide du procédé selon l'invention. La première étape du procédé selon l'invention qui est représentée à la figure 1, consiste à réaliser sur la surface supérieure dun substrat 1 une première couche d'oxyde de silicium 2 puis une deuxième couche de nitrure de silicium 3 au-dessus de la première couche et enfin à former une fenêtre 4 à l'aide d'un masque 5 par une photolythogravure pour implanter à travers la fenêtre 4 des particules de Bore dans une région 6 en volume à l'intérieur du substrat en regard de la fenêtre 4, afin d'isoler les parties actives du circuit. L'étape suivante représentée à la figure 2 consiste à faire croître un oxyde épais disolement au-dessus du substrat 1 dans la région délimitée par la fenêtre 4. La double couche cloxyde 2 et de nitrure de silicium 3 est retirée à l'étape représentée à la figure 3 et est remplacée par une autre couche d'oxyde 8 de silicium pour former une simple couche, et une mince couche de silicium dopée par exemple au phosphore est déposée à l'étape représentée sur la figure 5 au-dessus de la simple couche 8 puis est gravée par une photolythographie pour détermi- ner une zone de canal en volume en regard dune fenêtre 10 dans une région en volume 11 du substrat I située en regard de la fenêtre 10. A l'étape représentée à la figure 6, la surface du substrat I est mise à nu dans la fenêtre 10 de manière à permettre l'implantation par exemple darsenic dans la région en volume 11 en regard de la fenêtre 10. A rétape suivante, représentée à la figure 7, une double couche de silice et de nitrure de silicium est réalisée au-dessus de la couche de silicium dopé au phosphore 9 et de la fenêtre 10 et est oxydée pour former un diélectrique de bonne qualité. A l'étape représentée à la figure 8 une photolytho- gravure est réalisée pour retirer la double couche d'oxyde et de nitrure 12 et 13 au-dessus de la couche de silicium dopée 9 à l'aide d'un masque placé au-dessus de la région dopée en regard de la fenêtre 10. Enfin, à l'étape représentée à la figure 9, un dépôt de silicium dopé 15 est réalisé sur l'ensemble des couches précédemment décrites, de façon à former, à l'étape représentée à la figure 10, une grille.15 au-dessus de la zone de transition entre la double couche d'oxyde et de nitrure 12, 13 et la simple couche d'oxyde 8, et former une grille au-dessus de cette zone de transition. Le procédé qui vient d'être décrit permet de graver une grille au- dessus d'une zone de transition délimitant une simple et une double couche d'oxyde, la grille étant constituée par les deux dépôts de silicium. Ce même procédé pourra être mis en oeuvre pour un circuit possédant deux niveaux de grilles silicium. Pour cela on pourra conserver dans la partie réservée à la formation de la grille le silicium mince recouvert de la double couche comme ceci est représenté à la figure 7. Selon cette configuration le niveau de grille 1 est gravé. Sur le nitrure ainsi à nu l'oxyde d'isolement entre niveaux de grille ne change pas la structure. Une photolythogravure permet de retirer la double couche de façon à se mettre dans les mêmes conditions que celles représentées à la figure 8 à la différence toutefois que le deuxième niveau de grille remplace le premier niveau. Le procédé selon l'invention qui vient d'être décrit est également applicable à Pl'obtention de grilles autoalignées à la zone de transition entre simple et double couche ou à Pl'obtention de grilles dont le diélectrique est mixte: à la fois simple et double couche. Dans le premier cas le procédé selon l'invention qui vient d'être décrit reste applicable et seul le positionnement de la grille concernée diffère, celui-ci devant s'effectuer au-dessus du premier dépôt de la couche mince de silicium 9 qui définit dans ce cas la zone d'autoalignement comme ceci est représen- té à la figure 11. Dans le deuxième cas, les étapes du procédé restent encore les mêmes au positionnement près figure 10. Le simple fait de garder o non la couche mince de silicium 9 avant de réaliser la double couche de silice et de nitrure de silicium permet de déterminer les zones de simple ou double couche. Un exemple d'application du procédé selon l'invention à la réalisa- tion de matrices à transfert de trame utilisant un système antiéblouisse- ment est décrit ci-après à l'aide des figures 12 à 15. Dans les systèmes antiéblouissement des matrices à transfert de trame, une diode est formée à partir d'une des deux grilles qui composent chaque pixel de la matrice à transfert de charge formant le système. Une barrière de potentiel due à la non implantation dimpureté inverse au substrat forme 7 7 7 1 5 une zone de transfert qui isole la diode des capacités réservoirs servant au transfert des charges et les charges en excès sont éliminées par la diode ainsi formée et ceci de façon permanente. Une des grilles qui compose la matrice à transfert de trame est située en partie au-dessus d'une région o le canal se situe en surface. Cette région sépare la diode de collection qui élimine les charges en excès d'une région o le canal se situe en volume. Le procédé selon l'invention permet la réalisation de ce système de la façon représentée par les figures 12 à 15. Sur la figure 12 après avoir réalisé l'oxyde de grille 8 servant de diélectrique pour isoler les régions du substrat I o le canal est situé en surface une mince couche de silicium 9 est déposée puis gravée. Cette gravure délimite une région 16 o la diode de collection doit être formée, une région 17 o le canal est situé en surface pour le substrat 1 et une région 18 o le canal est situé en volume à l'intérieur du substrat 1. A l'étape suivante représentée à la figure 13, la mise à nu du substrat dans les fenêtres ainsi pratiquées est effectuée et une double couche de silice et de nitrure de silicium 12, 13 est déposée pour former le diélectrique au-dessus de la partie o le canal est situé en volume. Une photolythogravure de la double couche de silice et de nitrure de silicium est effectuée à Pétape représentée à la figure 14 pour remettre à nu la partie o la région du substrat 17 o la diode de collection doit être formée. La diode de collection est ensuite formée à létape représentée à la figure 15 en déposant du silicium dopé 15 qui après gravure, forme le niveau de la grille du système antiéblouissement. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de deux structures MOS à diélectriques juxtaposés différents et à dopages différents sur un substrat semiconduc- teur, pour isoler de façons différentes les régions du substrat o le canal est situé en surface et celles o le canal est situé en volume caractérisé en ce qu'il consiste, à réaliser sur une surface d'un substrat (1) une première couche d'oxyde de silicium (2) puis une deuxième couche de nitrure de silicium (3) au-dessus de la première couche, à attaquer par photolythogravure la deuxième couche (3) de nitrure de silicium pour former une première fenêtre (4) et délimiter les régions d'isolement (1), à faire croître à l'intérieur de la fenêtre (4) un oxyde (7) épais d'isolement autoaligrné et à la double couche d'oxyde et de nitrure (3), à substituer la double couche d'oxyde et de nitrure de silicium (3) par une troisième couche d'oxyde de silicium (8) formant le premier diélectrique, à déposer une quatrième couche (9) d'un matériau formé par du silicium dopé, à graver dans la quatrième couche (9) une deuxième fenêtre (10) pour délimiter à raide du masque ainsi formé une région de canal en volume (11), à mettre à nu la surface du substrat délimitée par la deuxième fenêtre (10) et par l'oxyde épais 7, à doper le substrat au travers de la deuxième fenêtre (10), à oxyder puis déposer une double couche (12, 13) de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium au-dessus de la couche de silicium (9) dopée et la partie mise à nu du substrat, à retirer la double couche (12, 13) de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium au-dessus de la quatrième couche de silicium (9) dopée qui a servi de masque pour l'obtention de la deuxième fenêtre (10), et à déposer au-dessus de la quatrième couche de silicium (9) dopée et de la double couche de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium (12, 13) restante recouvrant la deuxième fenêtre (10) une cinquième couche de silicium (15) et à graver une cinquième couche (15) de silicium dopée ainsi que la couche de silicium (9) pour former une grille. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à graver la quatrième (9) et la cinquième couche (15) de silicium pour former la grille au-dessus de la zone de transition entre la troisième couche doxyde de silicium (8) et la double couche (12, 13) de dioxyde de silicium (12) et de nitrure de silicium (13) recouvrant la deuxième fenêtre (10). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à graver la quatrième (9) et la cinquième couche (15) de silicium pour garder l'autoalignement constitué par la quatrième couche (9) de silicium à la zone de transition entre la troisième couche d'oxyde de silicium (8) et la double couche (12, 13) de dioxyde de silicium (12) et de nitrure de silicium (13) recouvrant la deuxième fenêtre (10). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à graver la cinquième couche (15) de silicium et la quatrième couche (9) de silicium dans une zone dont le diélectrique est constitué par une simple couche 8 pour obtenir une grille ou électrode dont le canal se situe en surface. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à graver la cinquième couche (15) de silicium dans une zone dont le diélectrique est constitué par la double couche (12, 13) de dioxyde de silicium (12) et de nitrure de silicium (13) pour obtenir une grille ou électrode dont le canal se situe en volume. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le substrat (1) est dopé en volume à l'intérieur de la deuxième fenêtre (10) par de l'arsenic, ou du phosphore. 7. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 à la réalisation de matrices à transfert de trame.