Brevet FR2591387A1 — publié le 19870612

PROCEDE DE REALISATION D'UN DISPOSITIF A TRANSFERT DE CHARGES ET DISPOSITIF OBTENU PAR CE PROCEDE L'invention concerne un procédé de réalisation d'un dispositif à transfert de charges applicable plus particulièrement à la réalisation d'un dispositif à transfert de charges à deux phases à canal enterré et offrant l'avantage de ne pas présenter de barrière de potentiels parasites. Elle concerne également un dispositif obtenu par ce procédé. Les dispositifs à transfert de charges à deux phases à canal enterré sont constitués par une alternance de grilles de stockage et de grilles de transfert. Les grilles de stockage sont caractérisés par un dopage de canal plus fort que celui des grilles de transfert. Les procédés connus de fabrication des dispositifs à transfert de charges à deux phases consistent à réaliser par implantation le canal des grilles de stockage en premier, puis à réduire le dopage du canal sous les grilles de transfert par implantation d'ions de type opposé à celui du canal, autoalignées par rapport aux grilles de stockage. Ce procédé conduit à une diffusion latérale des impuretés de compensation de type opposé à celui du canal sous la grille de stockage, diffusion qui n'est pas voulue mais qui est inévitable. Or la théorie montre que, à configuration donnée, les charges stockées dans un canal enterré se rapprochent de l'interface silicium-silice quand le dopage du canal est réduit. De même, le potentiel du canal, à vide de porteurs, diminue, ce qui est le cas le long des grilles de stockage à cause de l'implantation de compen- sation. Les deux phénomènes limitent les performances de ces dispo- sitifs parce que les charges doivent rester en volume et ne jamais atteindre la surface (l'interface silicium-silice) et parce que le potentiel du canal à vide de porteurs pendant la période de transfert doit être monotone croissant dans le sens du transfert et ne pas présenter de barrière de potentiel qui limite la qualité du transfert. Ces limitations sont d'autant plus importantes que les épais- seurs des diélectriques de grilles et la profondeur de jonction du canal sont faibles comme dans le cas des technologies CCD dites VLSI. Le procédé de l'invention permet d'obtenir un dispositif à transfert de charges ne présentant pas ces inconvénients. L'invention concerne donc un procédé de réalisation d'un dispositif à transfert de charges caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes: - une première étape de réalisation, sur une face d'un substrat en matériau semiconducteur de type déterminé, d'une couche d'un même matériau mais de type opposé de façon à obtenir un canal; - une deuxième étape de réalisation d'une couche d'un maté- riau diélectrique sur la couche précédente; - une troisième étape de réalisation sur la couche de matériau diélectrique, d'électrodes inférieures séparées par des espaces; - une quatrième étape de surdopage du substrat, dans les espaces non recouverts par les électrodes inférieures, de façon à obtenir des zones surdopées du canal; - une cinquième étape de réalisation d'électrodes supérieures recouvrant au moins chacune un desdits espaces. L'invention concerne également un dispositif à transfert de charges comportant, disposées sur un substrat en semiconducteurs, des électrodes inférieures séparées par des espaces ainsi que des électrodes supérieures recouvrant chacune au moins un espace, caractérisé en ce que le substrat comporte sous lesdites électrodes un canal de transfert de charges en volume dopé à l'aide d'impuretés de type différent à celui du substrat, ledit canal étant surdopé dans les zones correspondant aux espaces et selon une profondeur limitée du canal. Les différents objets et caractéristiques de l'invention appa- raîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue d'un dispositif à transfert de charges selon l'art connu - la figure 2, une vue d'un exemple de dispositif à transfert de charges selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on va tout d'abord décrire un dispositif à transfert de charges connu dans la technique. Les dispositifs à transfert de charges à deux phases néces- sitent deux niveaux d'électrodes: - des électrodes 3, 3', 3" que nous appellerons électrodes inférieures dans la suite de la description - des électrodes 4, 4', 4" que nous appellerons électrodes supérieures dans la suite de la description car il arrive qu'elles recouvrent partiellement les électrodes inférieures dans certains cas de réalisation tels que celui représenté en figure 1. Ces électrodes sont déposées sur un substrat I en matériau semiconducteur tel que du silicium. La couche supérieure du subs- trat I a été dopée à l'aide d'impuretés. Ces impuretés sont de type N en supposant que le substrat est de type P. On a ainsi un canal 10 de transfert de charges. Si on considère que les électrodes inférieures 3, 3', 3" sont des électrodes de stockage et les électrodes supérieures 4, 4', 4" sont des électrodes de transfert pour le dispositif à transfert de charges, il convient dans un système à deux phases de fonctionnement d'imposer un sens de transfert des charges. Dans le cas du canal de type N, le sens de transfert est obtenu par une implantation de type P, d'impuretés de bore par exemple, autoalignée par rapport aux bords des électrodes inférieures. Ces impuretés ont un coefficient de diffusion nettement plus grand que celui des impuretés utilisées pour doper le canal à jonction de profondeur réduite (As, Sb), ce qui crée deux inconvé- nients: - le surdopage di substrat 1 par l'implant de bore avec ses effets indésirables sur les lignes de potentiels, la réduction du X. résultant du canal et la difficulté de reproduction exactement identique de la dose de compensation contenue dans le canal; - la diffusion latérale du bore sous les électrodes inférieures (électrodes de stockage) avec formation de barrière de potentiels parasites d'autant plus importante que les dimensions en vertical sont réduites (épaisseur d'oxyde et profondeur de canal). - Le procédé de l'invention permet d'obtenir un dispositif à transfert de charges évitant ces inconvénients. Selon une première étape de ce procédé on réalise, à la surface d'un substrat I en matériau semiconducteur tel que du silicium d'un type déterminé, une couche 10 d'un type opposé. Cela peut se faire par dopage par implantation. Par exemple, dans le cas d'un substrat de type P, on réalise un dopage par implantation d'impuretés de type N. On obtient ainsi à la surface du substrat un canal (10) qui servira de canal de transfert des charges. Selon une deuxième étape on réalise une couche (2) en matériau diélectrique tel qu'un oxyde. Au cours d'une troisième étape, on réalise sur la couche d'oxyde 2, des électrodes inférieures 3, 3',3" séparées les unes des autres par des espaces tel que 11. La réalisation de ces électrodes est connue dans la technique. Elle se fait par gravure dans une couche d'un matériau, tel que du silicium polycristallin, déposée sur la couche d'oxyde 2. Au cours d'une quatrième étape, on réalise un dopage du substrat 1 à l'aide d'impuretés de type N, comme cela a été fait précédemment au cours de la premiere étape. Cependant, au cours de cette troisième étape, les électrodes inférieures 3, 3', 3" réali- sées précédemment remplissent le rôle de masques et le dopage se fait de façon autoalignée avec les bords des électrodes inférieures 3, 3', 3". Au cours d'une cinquième étape, on réalise les électrodes supérieures 4, 4,,4" de telle façon qu'elles recouvrent en totalité les espaces 11 séparant les électrodes inférieures 3, 3',3". On obtient ainsi un dispositif à transfert de charges tel que représenté en figure 2, avec à la face supérieure du substrat 1, un canal de transfert 10, revêtu d'une couche d'oxyde 2. Sur la couche d'oxyde 2, on trouve des électrodes inférieures 3, 3', 3" séparées par des espaces 11. Les espaces 11 sont recouverts par des électrodes supérieures 4, 4', 4". Sous les espaces 11, le canal 10 a été surdopé dans une partie 12 de son épaisseur. Dans un tel dispositif à transfert de charges, le stockage des charges se fait sous les électrodes supérieures 4, 4', 4" dans la zone surdopée et le transfert des charges se fait sous les électrodes inférieures 3, 3', 3". Le surdopage 12 réalisé crée une dissymétrie de doses entre le stockage et le transfert. En réalisant le surdopage à l'aide des mêmes impuretés que celles du canal, le surdopage 12 reste entièrement dans le canal 10 et la diffusion latérale des impuretés sous les électrodes inférieures 3, 3', 3" est d'autant plus réduite que la jonction du canal est faiblement enterrée. Le procédé de l'invention permet donc d'éviter des variations de dopage substrat entre les deux niveaux de grilles et des modi- fications de profondeur de jonction de canal, il permet également un meilleur contrôle de la dose de dissymétrie qui se trouve entière- ment contenues dans le canal. Le principal avantage de ce procédé se révèle en VLSI o les profondeurs de jonction de canal doivent être très faibles. Dans ce cas, l'absence d'impuretés de bore diffusées latéralement sous les électrodes inférieures évite la présence de barrière de potentiel aux extrémités des électrodes inférieures et qui peuvent limiter sensi- blement la qualité du transfert. Le procédé de l'invention permet donc de supprimer ces effets parasites en implantant en premier le canal des grilles de transfert et en surdopant le canal des grilles de stockage par implantation d'ions de même type que celui du canal, autoalignée par rapport à la grille de transfert. Dans le cas du substrat de type P et du canal de type N, ce procédé permet de réduire les amplitudes des diffusions latérales parce que le surdopage dans le procédé de l'invention se fait avec des impuretés qui ont des coefficients de diffusion beaucoup plus faibles (As, Sb) que ceux des impuretés utilisées dans l'ancien procédé pour compenser le canal (Bore). La différence fondamentale entre les deux procédés réside dans le fait que les effets indésirés des diffusions latérales sont néfastes dans l'ancien procédé (rapprochement des charges de l'in- terface) et sont sans inconvénient majeur pour le nouveau procédé (éloignement des charges de l'interface le long des grilles de transfert). Le procédé de l'invention peut être utilisé pour la réalisation de tout dispositif à transfert de charges à deux phases. Son utilisation est d'autant plus avantageuse que le canal enterré est peu profond ce qui est le cas notamment en intégration à grande échelle (VLSI = very large scale integration, en terminologie anglo-saxonne). Ce procédé peut trouver une application très intéressante dans le cas de dispositifs à transfert de charges à deux phases péristal- tiques à deux implantations de canal: une implantation à forte dose et faible jonction et une implantation à faible dose et à jonction profonde. Cette deuxième implantation a pour but d'augmenter les champs latéraux pour améliorer le transfert à haute fréquence. Le procédé décrit permet de réaliser une dissymétrie sans affecter l'effet "péristaltique". A titre d'exemple, le procédé de l'invention sera réalisé avec 16 3 un substrat de concentration inférieure à 1016 atomes/cm3. Le canal obtenu pourra avoir une profondeur inférieure à 0,5 microns et une concentration comprise entre 10 16 et 10 18 atomes/cm3. L'épaisseur d'oxyde sera comprise entre 300 A et 1000 A. Enfin, la différence de dopage entre les zones du canal 10 situées sous les électrodes inférieures 3, 3', 3" et les zones surdopées 12, 12' situées sous les électrodes supérieures 4, 4', 4" sera de l'ordre de quelques 1016 atomes/cm3 Ces valeurs numériques n'ont été données qu'à titre d'exemple mais d'autres exemples de réalisation peuvent être envisagés sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un dispositif à transfert de charges caractérisé en ce qu'il compote les étapes successives suivantes: - une première étape de réalisation, sur une face d'un substrat (1) en matériau semiconducteur de type déterminé, et d'une couche (10) d'un même matériau mais de type opposé de façon à obtenir un canal (10); - une deuxième étape de réalisation d'une couche d'un maté- riau diélectrique sur la couche (10) précédente; - une troisième étape de réalisation sur la couche de matériau diélectrique (2), d'électrodes inférieures (3, 3', 3") séparées des espaces (11); - une quatrième étape de surdopage du substrat (1), dans les espaces (1) non recouverts par les électrodes inférieures (3, 3', 3"), de façon à obtenir des zones (12, 12') surdopées du canal (10); _ une cinquième étape de réalisation d'électrodes supérieures (4, 4', 4n) recouvrant au moins chacune un desdits espaces (11). 2. Procédé de réalisation d'un dispositif à transfert de charges selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première étape de réalisation d'une couche de type opposé à celui du substrat et la quatrième étape de surdopage se font par dopage par implantation. 3. Procédé de réalisation d'un dispositif à transfert de charges selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (1) est de type P, le dopage de la première étape et celui de la quatrième étape sont réalisées à l'aide d'impuretés de type N. 4. Procédé de réalisation d'un dispositif à transfert de charges selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (1) est de type N, le dopage de la première étape et celui de la quatrième étape sont réalisées à l'aide d'impuretés de type P. 5. Dispositif à transfert de charges selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant, disposées sur un substrat (1) en semiconducteurs, des électrodes inférieures (3, 3', 3") séparées par des espaces (11) ainsi que des électrodes supérieures (4, 4', 4") recouvrant chacune au moins un espace (1l), caractérisé -en ce que le substrat (1) comporte sous lesdites électrodes un canal (10) de transfert de charges en volume dopé à l'aide d'impuretés de type différent à celui du substrat (1), ledit canal étant surdopé dans les zones correspondant aux espaces (11) et selon une profondeur limitée du canal (10).