Brevet FR2625608A1 — publié le 19890707

J PROCEDE DE FABRICATION D'UN CIRCUIT INTEGRE COMPRENANT DES ELEMENTS A DEUX NIVEAUX DE GRILLE La présente invention concerne un procédé de fabrication de circuits intégrés comprenant d'une part des transistors MOS à grille isolée à un seul niveau de grille et d'autre part des dispositifs à au moins deux niveaux de grille dans et sur un même -substrat semiconducteur. Les figures 1A à 1F représentent des étapes classiques de fabrication d'un circuit intégré comprenant, d'une part, dans la partie gauche de la figure un transistor MOS, d'autre part, dans la partie droite de la figure un dispositif à deux niveaux de grille, par exemple une mémoire. La figure 1A represente une étape initiale du procédé, dans laquelle, sur un substrat semiconducteur 1, par exemple un substrat de silicium, on a formé, d'une part, une couche d'oxyde de silicium mince (ci-après simplement appelé par souci de briè- veté oxyde) 2, d'autre part, une couche d'oxyde épais 3 destinée à séparer entre eux deux dispositifs. A l'étape représentée en figure lB: on a formé au dessus de la structure une première couche de silicium polycristallin 4, une deuxième couche d'oxyde mince (ou autre isolant électrique) 5, une deuxième couche de silicium polycristallin 6 recouverte d'un masque de résine 7, la structure étant représentée après photo- lithogravure du masque de résine 7 et de la seconde couche de silicium polycristallin 6 pour découper la grille supérieure du dispositif de type mémoire et la grille du transistor à effet de champ. A l'étape illustrée en figure 1C. on utilise comme masque les découpes préalablement formées pour graver la couche d'oxyde 5 et conserver une portion de couche d'oxyde 8 entre les deux grilles du dispositif de type mémoire et une portion de couche d'oxyde 9 sous la grille du transistor MOS. On notera d'ailleurs que la couche d'oxyde 9 restante sur le transistor MOS peut résulter d'une partie de la couche 2 formée à l'étape de la figure 1A ou d'une partie de la couche 5 formée lors de l'étape de la figure lB selon que la partie dans laquelle on forme le tran- sistor MOS a été masquée ou non lors de l'une ou l'autre des ces étapes d'oxydation. A l'étape de la figure 1D, on a représenté la gravure de premier niveau de silicium polycristallin 4 en utilisant comme masque les gravures précédemment effectuées. On notera que lors de cette gravure on grave, d'une part, comme on le souhaite, le sili- cium polycristallin 4 et, d'autre part, le substrat de silicium apparent au niveau du transistor MOS pour former des évidements 10 dans ce substrat de part et d'autre de la zone de grille de ce transistor MOS. Ensuite, comme le représente la figure LE. on grave la couche d'oxyde 2. On notera que, lors de cette gravure, on sur- grave les couches de silice 8 et 9 précédemment gravées sous les zones de silicium polycristallin 6. A la figure lE, on n'a plus représenté la couche de résine supérieure 7 qui aurait d'ailleurs dans certaines technologies pu être enlevée lors de l'étape de la figure lD Après l'étape de la figure lE on procédera généralement à des étapes de dopage, couramment par implantation ionique, pour former les zones de source et de drain des dispositifs On procé- dera également. avant ou après cette étape, à une étape d'oxyda- tion thermique pour isoler latéralement les grilles La figure 1F représente en vue agrapdie, quoique tou- jours schématique, la zone de grille du transistor MOS après une réoxydation Du fait de la présence des surgravures dans la couche d'oxyde 9, lors de la réoxydation, il se produira une dilatation de la couche d'oxyde et-un relèvement des bords de la grille. La même chose se produit pour la couche de grille supérieure 6 du dispositif de type mémoire. Ce relèvement de la zone de grille présente un inconvénient tout particulier quand il s'agit d'un transistor MOS car alors les tensions de seuil sont mal contr6ôlées du fait que l'on applique des potentiels mal déterminés aux limi- tes de la zone de canal du transistor. L'inconvénient est plus faible au niveau de la grille supérieure du dispositif de type mémoire puisqu'il se produit entre cette grille et la grille sous- jacente des phénomènes de transfert non spécifiquement liés aux champs latéraux. Un autre inconvénient du procédé de la figure 1E, réside dans le fait que, lors du dopage du drain et de la source du tran- sistor MOS, du fait du creusement 10 dans les zones de drain et de source, le profil de dopage résultant sera mal contr8ôlé aux limi- tes de la zone de canal. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un procédé de fabrication de circuit intégré comprenant simultané- ment des transistors MOS et des dispositifs à plusieurs niveaux de grille évitant les inconvénients de l'art antérieur tels qu'expo- sés précédemment. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de fabrication de circuits intégrés comprenant des transistors MOS à grille isolée et des dispositifs à au moins deux niveaux de grille sur un substrat semiconducteur, comprenant les étapes consistant à séparer par des régions d'isolement les zones dans lesquelles seront créés les divers composants; former sur les zones o seront formés les dispositifs à plusieurs niveaux de grille une première couche isolante et un premier niveau de grille; former sur les zones des transistors et les zones à plu- sieurs niveaux de grille une deuxième couche isolante, au moins un deuxième niveau de grille et une première couche de produit photo- sensible; graver la première couche de produit photosensible et le deuxième niveau de grille selon des configurations choisies dans les zones de transistors et les zones à plusieurs niveaux de grille, revêtir les zones de transistors d'une deuxième couche de produit photosensible graver sélectivement la deuxième couche de produit photosensible au centre des emplacements o doivent être formes les drains et les sources des transistors, attaquer les zones d'oxyde apparentes puis les zones de grille et de subs- trat apparentes; éliminer la deuxième couche de produit photosen- sible; et procéder à une implantation ionique de drains et de sources en une seule étape éventuellement précédée d'une étape thermique. Il découle de ce procédé l'avantage que l'on n'a plus le phénomène de soulèvement de grille présenté précédemment plus par- ticulièrement en relation avec la figure 1F et, en outre, comme on le verra ci-après, que l'on obtient en une seule étape d'implanta- tion un profil particulièrement intéressant pour les zones de grille et de drain, ce profil étant généralement désigné dans la technique par le sigle LDD, pour indiquer que l'on a une zone de dopage moins profonde aux limites du canal et plus profonde et plus dopée aux emplacements o l'on établira les contacts de drain et de source. Un autre avantage de ce procédé est que, lors de l'étape de dopage, on limite la profondeur de diffusion aux frontières des zones d'oxyde de champ ce qui permet d'obtenir des transistors MOS fonctionnant à plus haute tension. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles les figures 1A à 1F décrivent des étapes successives de fabrication d'un circuit intégré selon l'art antérieur, et les figures 2A à 2C représente des étapes successives de fabrication d'un circuit intégré selon la présente invention. Dans ces diverses figures, de mêmes références désignent de mêmes couches ou portions de couche. En outre comme cela est classique dans la représentation des circuits intégrés, les diver- ses épaisseurs et dimensions latérales des couches ne sont pas représentées à l'échelle ni à l'intérieur d'une figure ni d'une figure à l'autre mais ont été représentées arbitrairement dans un but de meilleure lisibilité des figures. La figure 2A représente une première étape du procédé selon la présente invention qui se différencie des étapes du procédé selon l'art antérieur illustrées dans les figures 1A à 1F Plus particulièrement, la figure 2A représente la structure telle qu'elle était à l'étape de l'art antérieur illustrée en figure lB avec ajout d'une couche de résine 20 au dessus des zones corres- pondant à des transistors MOS à une seule grillé. Cette couche de résine 20, en même temps qu'elle est gravée pour être limitée à la surface supérieure des zones corres- poxdant aux transistors MOS est ouverte dans des régions 21 qui correspondent aux parties centrales des zones o seront formés les drains et sources des transistors MOS. Ainsi, il reste, comme le montre la figure 2A de la résine en débordement par rapport au bord des zones d'oxyde de champ 3 et en débordement par rapport à la zone de grille 6 des transistors MOS. Pour rendre sélectivement attaquable la couche de résine photosensible 20, on pourra choisir une résine différente de la résine 7 utilisée de la façon décrite précédemment en relation avec la figure lB, ou bien, on pourra choisir une même résine en prenant soin de soumettre au préalable la résine 7 à un traitement durcissant, par exemple en présence d'ultraviolets. On procède ensuite aux mêmes étapes que celles illus- trées en relation avec les figures 1D et 1E mais, cette fois ci, comme le représente la figure 2B, seules les zones centrales des régions de drain et de source des transistors MOS seront creusées aux emplacements 21 et le creusement latéral de la -couche d'oxyde de grille 9 ne se produira pas à la limite de la zone de canal mais en deçà de cette limite. Selon un autre avantage de la présente invention, comme le représente la figure 2C, si l'on procède ensuite à une étape d'implantation ionique de formation des drains et des sources, par exemple à une implantation propre à fournir un dopage de type N+ dans un substrat P-, on obtiendra des zones implantées 22 de part et d'autre de la double grille du dispositif à plusieurs niveaux de grille, par exemple une mémoire, et une implantation dans les zones de source et de drain des transistors MOS que l'on peut différencier en deux parties, une partie plus profonde 23 sous les régions 21 liée au fait que l'on implante directement dans le silicium et une partie moins profonde et moins fortement dopée 24 aux limites de la zone de canal du fait que l'implantation se pro- duit à travers le débordement de la couche d'oxyde de grille 9 et a été "filtrée" par cette couche d'oxyde 9. Ce même effet de filtrage se produit dans les zones 25 situées au voisinage des couches d'oxyde de champ 3. On a également représenté en figure 2C une zone implan- tée de type P 26, sous la couche d'oxyde de champ 3 couramment appelée zone d'implantation de champ et destinée à favoriser l'isolement entre composants adjacents. On voit que, grâce au pro- cédé selon la prévente invention, la couche 25 est moins profonde dans la zone o elle est voisine de la couche d'implantation de champ 26. Cette augmentation de la distance entre l'implantation de drain ou de source et l'implantation de champ favorise la tenue en tension des transistors MOS obtenus Quant à la structure des zones dopées de source et de drain au voisinage de la zone de grille, elle correspond à ce qui est classiquement appelé, comme cela a été mentionné précédemment. structure LDD. La présente invention est susceptible de nombreuses variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. Ainsi, la protec- tion par la couche 20 du transistor à grille unique pourrait être réalisée seulement partiellement, par exemple seulement du coté source ou du coté drain. D'autre part, alors que l'on a essen- tiellement décrit comme dispositif à plusieurs niveaux de grille une mémoire à deux niveaux de grille, l'invention peut s'appliquer à tout autre dispositif à plusieurs niveaux de grille combiné à des transistors MOS à grille unique. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de circuits intégrés compre- nant des transistors MOS à grille isolée et des dispositifs à plu- sieurs niveaux de grille sur un substrat semiconducteur, comprenant les étapes suivantes: séparer les zones dans lesquelles seront formes les divers composants par des régions d'isolement (3), former sur les zones o seront formes les dispositifs à plusieurs niveaux de grille au moins une première couche isolante (2) et au moins un premier niveau de grille (4), former sur les zones des transistors et les zones des dipositifs à plusieurs niveaux de grille une deuxième couche iso- lante (5), un deuxième niveau de grille (6) et une première couche de produit photosensible (7), graver la première couche de produit photosensible et le deuxième niveau de grille selon des configurations choisies dans les zones de transistors et les des dispositifs à plusieurs niveaux de grille revêtir les zones de transistors d'une deuxième couche de produit photosensible (20); caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes: graver sélectivement la deuxième couche de produit pho- tosensible au centre des emplacements o doivent être formés les drains et les sources des transistors attaquer les zones d'oxyde apparentes puis les zones de grille et de substrat apparentes, éliminer la deuxième couche de produit photosensible et procéder à une implantation ionique de drains et de sources en une seule étape. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le substrat semiconducteur (1) est un substrat de silicium monocris- tàllin 3. Procédé selon la revendication 2; caractérisé en ce que lesdits niveaux de grille sont en silicium polycristallin.