Brevet FR2805665A1 — publié le 20010831

La présente invention concerne, de manière générale, un dispositif à semi- conducteur; elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un capteur d'image CMOS comportant plusieurs pixels élémentaires capables de réduire un courant d'obscurité. Comme cela est bien connu, un capteur d'image est un appareil destiné à détecter un faisceau de lumière réfléchi à partir d'un objet pour générer une donnée d'image. En particulier, un capteur d'image fabriqué à l'aide de la technologie des circuits intégrés à transistors métal-oxyde-semiconducteur complémentaires est appelé un capteur d'image CMOS. D'une manière générale, le capteur d'image CMOS comprend plusieurs pixels élémentaires. Chaque pixel élémentaire comprend un élément de détection de lumière et plusieurs transistors. L'élément de détection de lumière, tel qu'une photodiode, détecte un faisceau de lumière incident pour générer des charges photoélectriques correspondant à une intensité du faisceau de lumière incident. Les transistors exécutent des opérations de commutation pour commander un transfert des charges photoélectriques. La figure 1 est une vue en coupe transversale montrant des étapes successives de fabrication d'un pixel élémentaire conventionnel contenu dans un capteur d'image CMOS. En référence à la figure 1, un caisson d'isolement de type P 12 et une couche d'oxyde primaire 13 sont formés sur un substrat semi-conducteur 11, après quoi une zone de jonction PN 17A, 17B est formée dans le substrat semi-conducteur 11 pour ainsi créer une photodiode 17. Puis, une zone de jonction flottante 18A à laquelle sont transférées des charges photoélectriques générées dans la photodiode 17 est formée à l'intérieur du substrat semi-conducteur 11. Ensuite, un transistor de transfert TX destiné à transmettre à la zone de jonction flottante 18A les charges photoélectriques générées dans la photodiode, et un transistor de remise à l'état initial RX destiné à remettre à l'état initial la zone de jonction flottante 18A sont formés sur le substrat semi- conducteur 11. Un transistor d'attaque DX destiné à amplifier un niveau de tension correspondant aux charges photoélectriques transférées, et un transistor de sélection SX destiné à délivrer en sortie un niveau de tension amplifié sous la forme d'une donnée d'image sont formés sur le caisson d'isolement de type P 12. Dans ce cas, le transistor de remise à l'état initial RX et le transistor d'attaque SX sont tous deux reliés à une zone de jonction commune 18B, et une zone de jonction 19 contenant des impuretés et présentant une structure de drain légèrement dopé (LDD) est formée entre le transistor d'attaque DX et le transistor de sélection SX. De plus, des éléments intercalaires 20 sont formés sur des parois latérales de chacun des transistors TX, RX, DX et SX. Puis, des couches diélectriques de prémétallisation (PMD) 21 et 22 sont formées sur les transistors TX, RX, DX et SX, après quoi des couches isolantes intermédiaires 23, 24 et 25 sont formées sur la couche PMD 22. Les couches PMD 21 et 22 et les couches isolantes intermédiaires 23, 24 et 25 sont ensuite soumises à une attaque chimique sélective, et des premières lignes de métal M1, M2 et M3 ainsi qu'une seconde ligne de métal M4 sont respectivement formées sur elles. Les premières lignes de métal Mi, M2 et M3 ainsi que la seconde ligne de métal M4 qui servent à relier les transistors TX, RX, DX et SX à des éléments extérieurs sont formées de couches superposées de Ti/Al/TiN. Puis, une couche de passivation composée d'une couche d'oxyde 29 et d'une couche de nitrure 30 est formée sur la seconde ligne de métal M4. Ensuite, une opération de réalisation de matrice de filtre de couleur (CFA) est exécutée pour ainsi former un filtre de couleur 31, après quoi un photorésist coloré 32 est formé sur l'ensemble de la structure. Puis, une microlentille 33 est réalisée au-dessus d'une partie o le filtre de couleur 31 est formé. Dans ces conditions, il existe un certain nombre d'états d'énergie de surface dans une bande interdite du fait d'une combinaison libre d'une structure de réseau. Les états d'énergie de surface résultent d'une recombinaison de porteurs. Par conséquent, un courant de fuite est accru et une tension de claquage du capteur d'image est susceptible d'être influencée. Plus précisément, un courant d'obscurité non désiré est amené à circuler de sorte que la fiabilité du capteur d'image est dégradée. La présente invention a précisément pour but de proposer un procédé de fabrication d'un capteur d'image CMOS comportant un pixel élémentaire capable de réduire un courant d'obscurité. Pour atteindre ce but et selon l'un des aspects de la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un capteur d'image CMOS, capteur d'image CMOS qui comprend plusieurs pixels élémentaires, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à a) prévoir une structure semi- conductrice, la structure semi-conductrice comprenant une photodiode et des éléments périphériques formés sur un substrat semi-conducteur; b) former une couche isolante sur la structure semi-conductrice; c) former une couche diélectrique contenant de l'hydrogène sur la couche isolante; d) diffuser des ions hydrogène présents dans la couche diélectrique contenant de l'hydrogène, dans une surface de la photodiode, pour ainsi supprimer une combinaison libre; et e) éliminer la couche diélectrique contenant de l'hydrogène. Conformément à une caractéristique particulière de l'invention, la couche diélectrique contenant de l'hydrogène est formée de l'une des couches du groupe constitué par une couche d'oxyde de silicium (SiOx), une couche de nitrure de silicium (SiNx), une couche de nitrure oxyde de silicium (SiOxNy) et une couche de Si3N4. De préférence, la couche contenant de l'hydrogène est déposée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur activé au plasma (PECVD). De préférence également, l'étape d) est réalisée à l'aide d'un traitement thermique et l'étape e) est réalisée à l'aide d'une attaque chimique par voie sèche ou d'une attaque chimique par voie humide. Conformément à des caractéristiques supplémentaires de l'invention, la couche diélectrique contenant de l'hydrogène est déposée en une épaisseur de 7000 A à 8000 A. De préférence, la couche diélectrique contenant de l'hydrogène est formée uniquement sur une partie supérieure de la photodiode. Ce qui précède, ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortira plus clairement de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale montrant des étapes successives de fabrication d'un pixel élémentaire d'un capteur d'image CMOS conventionnel; et les figures 2A à 2F sont des vues en coupe transversale montrant des étapes successives de fabrication d'un pixel élémentaire d'un capteur d'image CMOS selon la présente invention. En référence aux dessins et tout d'abord à la figure 2A, après exécution d'une opération de masquage pour former une zone formant caisson d'isolement, des ions bore sont implantés et un traitement thermique est réalisé pour ainsi former une zone formant caisson de type P 42 sur une partie prédéterminée 410 d'un substrat semi-conducteur 41 par une diffusion latérale. Ensuite, après formation d'une couche d'oxyde primaire 43 destinée à assurer un isolement entre des pixels élémentaires voisins, quatre transistors TX, RX, DX et SX sont formés sur le substrat semi-conducteur 41. Ici, chacun des transistors TX, RX, DX et SX comprend une couche d'oxyde de grille 44, une couche de polysilicium 45 et une couche de siliciure de tungstène 46. Les transistors TX et RX sont formés sur une première partie 400, tandis que les transistors DX et SX sont formés sur la partie, ou seconde partie, 410. Puis, après exécution d'une opération de masquage pour former une photodiode 47, une implantation d'ions N- et P0 est réalisée pour ainsi former une zone à dopage N- 47A et une zone à dopage P0 47B qui sont autoalignées d'un côté du transistor TX. Ainsi, le substrat semi-conducteur de type P 41, la zone à dopage N- 47A et la zone à dopage P0 47B constituent la photodiode 47 qui possède une structure PNP. Une zone formant drain légèrement dopé (LDD) 49A est ensuite formée sous les transistors DX et SX par implantation d'ions bore. Des éléments intercalaires 50 sont formés sur des parois latérales des transistors TX, RX, DX et SX, après quoi des couches de jonction 49B contenant des impuretés sont formées par implantation d'ions d'impureté de type N. En référence maintenant à la figure 2B, une première couche d'orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) 51A est déposée sur la totalité de la structure à l'aide d'une technique de dépôt chimique en phase vapeur à faible pression (LPCVD), et une couche de verre de borophospho-silicate (BPSG) 51B est déposée sur la première couche TEOS 51A à l'aide d'une technique de dépôt chimique en phase vapeur à pression atmosphérique (APCVD). Un traitement thermique est ensuite réalisé pour provoquer une refusion de la couche BPSG 51B. Ici, une superposition de la première couche TEOS 51A et de la couche BPSG 51B est appelée une couche diélectrique de prémétallisation (PMD) 52. Puis, une couche diélectrique 53 contenant de l'hydrogène, dont l'épaisseur se situe dans une plage de 7000 À à 8000 À est formée sur la couche PMD 52 à l'aide d'une technique de dépôt chimique en phase vapeur activé au plasma (PECVD). Dans le cas présent, la couche diélectrique 53 contenant de l'hydrogène est formée de SiOx, SiNx, SiOxNy, Si3N4 ou d'une couche similaire. Un traitement thermique est ensuite réalisé pour diffuser des ions hydrogène présents dans la couche diélectrique 53 contenant de l'hydrogène vers une surface de la photodiode 47. Puis, une opération d'attaque chimique par voie sèche ou d'attaque chimique par voie humide est réalisée pour éliminer la couche diélectrique 53 contenant de l'hydrogène. Ici, une teneur en hydrogène de la couche diélectrique 53 contenant de l'hydrogène est contrôlée par un degré de vide, une température et une quantité d'injection de gaz NH3/SiH4 au cours du processus de PECVD. En référence à la figure 2C, une opération d'attaque chimique isotrope est réalisée à l'aide d'un réactif tamponné d'attaque d'oxyde (BOE) pour ainsi former un trou de contact sur la zone de jonction 49B contenant des impuretés. Ensuite, des couches Ti/Al/TiN 54, 55 et 56 sont déposées successivement sur l'ensemble de la structure, après quoi une opération de masquage et une opération d'attaque chimique sont réalisées pour former une première ligne de métal 57. En référence à la figure 2D, une seconde couche TEOS 58 est déposée sur la première ligne de métal 57 à l'aide de la technique PECVD. Une couche de verre appliquée par centrifugation (SOG) 59 est appliquée deux fois et une opération destinée à permettre l'obtention d'une planéité, par la méthode planar, de la couche SOG 59 est réalisée grâce à un traitement thermique et à un plasma. Ensuite, une couche isolante intermédiaire 60 est déposée sur la couche SOG 59 à l'aide de la technique PECVD. En référence à la figure 2E, après exécution d'une opération de masquage, une opération d'attaque chimique isotrope est réalisée à l'aide du réactif d'attaque BOE, après quoi une opération d'attaque chimique anisotrope est réalisée pour ainsi former un trou de contact. Ensuite, des couches Ti/Al/TiN 54A, 55A et 56A sont déposées successivement sur l'ensemble de la structure, après quoi une opération de masquage et une opération d'attaque chimique sont réalisées pour former une seconde ligne de métal 61. Une couche d'oxyde 62A et une couche de nitrure 62B sont ensuite déposées sur la seconde ligne de métal 61 à l'aide de la technique PECVD. En référence à la figure 2F, la couche de nitrure 62B et la couche d'oxyde 62A sont soumises à une attaque chimique sélective pour exposer une partie prédéterminée de la seconde ligne de métal 61. Puis, un photorésist coloré est appliqué en revêtement sur une partie supérieure de la photodiode 47 et un filtre de couleur 64 est formé grâce à une opération de développement. Une couche de photorésist pour microlentille 65 est ensuite appliquée et une microlentille 66 est formée sur la couche de photorésist 65. Comme cela a été décrit précédemment, la diffusion des ions hydrogène contenus dans la couche diélectrique dans la surface de la photodiode à l'aide de la technique PECVD supprime une combinaison libre instable et limite une recombinaison de porteurs dans la surface de la photodiode, pour ainsi réduire le courant d'obscurité de la photodiode dû à un courant de fuite. Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation préféré de la présente invention, celle-ci n'est bien entendu pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un capteur d'image CMOS, capteur d'image CMOS qui comprend plusieurs pixels élémentaires, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: a) prévoir une structure semi-conductrice, la structure semi-conductrice comprenant une photodiode (47) et des éléments périphériques formés sur un substrat semi- conducteur (41); b) former une couche isolante (52) sur la structure semiconductrice; c) former une couche diélectrique (53) contenant de l'hydrogène sur la couche isolante (52); d) diffuser des ions hydrogène présents dans la couche diélectrique (53) contenant de l'hydrogène dans une surface de la photodiode (47), pour ainsi supprimer une combinaison libre; et e) éliminer la couche (53) contenant de l'hydrogène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique (53) contenant de l'hydrogène est formée de l'une des couches du groupe constitué par une couche d'oxyde de silicium (SiOx), une couche de nitrure de silicium (SiNx), une couche de nitrure oxyde de silicium (SiOxNy) et une couche de Si3N4. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche (53) contenant de l'hydrogène est déposée à l'aide d'une technique de dépôt chimique en phase vapeur activé au plasma (PECVD). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d) est réalisée à l'aide d'un traitement thermique. O 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape e) est réalisée à l'aide d'une attaque chimique par voie sèche ou d'une attaque chimique par voie humide. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique (53) contenant de l'hydrogène est déposée en une épaisseur de 7000 A à 8000 A. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche diélectrique (53) contenant de l'hydrogène est formée uniquement sur une partie supérieure de la photodiode (47).