Brevet FR2819636A1 — publié le 20020719

Circuit intégré comportant un point mémoire de type DRAM, et procédé de fabrication L'invention concerne les circuits intégrés, et plus particulièrement les points mémoire dynamiques à accès aléatoire de type DRAM (Dynamic Random Access Memory en langue anglaise). Un point mémoire de type DRAM doit pour des raisons de densité être le plus petit possible. Il est constitué d'un transistor d'accès commandant la charge ou la décharge d'un condensateur. Ce condensateur doit d'une part présenter une valeur capacitive maximale et d'autre part occuper une surface minimale. Actuellement le condensateur est réalisé soit dans le substrat en silicium soit dans les couches supérieures d'interconnexion du circuit intégré. Dans le premier cas le condensateur est situé à côté du transistor d'accès. Dans le deuxième cas, le condensateur occupe un volume important au-dessus du transistor, volume qui ne peut pas être utilisé pour réaliser des interconnexions du circuit intégré. Dans ces deux cas, la densité du point mémoire, c'est-à-dire son encombrement, s'en trouve affectée. L'invention vise à apporter une solution à ce problème. Un but de l'invention est de proposer un dispositif semiconducteur fonctionnant comme un point mémoire de type DRAM, et présentant un encombrement minimal. L'invention propose donc un circuit intégré, comprenant un substrat semiconducteur supportant un point mémoire de type DRAM comportant un transistor d'accès et un condensateur de stockage. Selon une caractéristique générale de l'invention, le transistor d'accès est réalisé sur le substrat, et le substrat comporte au moins une tranchée capacitive enterrée sous le transistor et formant ledit condensateur de stockage, ladite tranchée capacitive étant en contact avec l'une des régions de source et de drain du transistor. En d'autre termes, le point mémoire selon l'invention est un transistor avec un condensateur de type tranchée enterrée située non pas à côté du transistor mais sous le transistor. L'encombrement est donc réduit. La première électrode du condensateur est le substrat et la deuxième électrode est un conducteur remplissant la tranchée. Ce condensateur est situé au-dessous d'une zone de diffusion ( drain ou source) du transistor d'accès, et est relié à cette zone de diffusion par contact direct entre l'électrode interne du condensateur et cette zone de diffusion. Selon un mode de réalisation, le substrat est formé de silicium, et la tranchée capacitive comporte une zone interne de silicium dopé, partiellement enveloppée d'une paroi isolante séparant latéralement ladite zone interne du substrat, et surmontée d'une zone supérieure de silicium dopé, cette zone supérieure étant en contact avec ladite région de source ou de drain du transistor. Selon un mode de réalisation, le substrat comporte une partie inférieure fortement dopée avec une conductivité de type P, de préférence avec une concentration de dopants supérieure à 1018 at/cm3 par exemple égale à 10'9 at/cm3 et une partie supérieure de conductivité P, moins dopée que la partie inférieure. La zone interne et la zone supérieure de la tranchée capacitive ont une conductivité de type N, et les régions de source et de drain du transistor ont également une conductivité de type N. Les procédés de fabrication des composants semiconducteurs peuvent détruire la continuité cristalline de la surface d'une partie du substrat initial semiconducteur monocristallin. C'est notamment le cas lors de la réalisation d'une tranchée. Le substrat semiconducteur présente, à l'endroit de la tranchée, un matériau différent sans structure cristalline. En conséquence la surface de la partie du substrat occupée par la tranchée, est inutilisable pour réaliser des dispositifs semiconducteurs. L'invention permet également d'apporter une solution à ce problème. Un but de l'invention est de permettre la réalisation d'un substrat monocristallin autorisant la formation ultérieure d'une couche épitaxiale de silicium exempte de défauts cristallins et dans laquelle on réalisera le transistor du point mémoire. L'invention propose donc également un procédé de fabrication d'un circuit intégré comprenant un substrat semiconducteur supportant un point mémoire de type DRAM comportant un transistor d'accès et un condensateur de stockage. Selon une caractéristique générale de l'invention, a) on élabore un substrat initial monocristallin présentant localement une tranchée capacitive débouchant à la surface du substrat initial et formant une discontinuité du réseau cristallin, b) on évide le substrat initial au niveau de la tranchée, c) on amorphise le réseau cristallin en périphérie de l'évidemment, d) on dépose sur la structure obtenue à l'étape précédente une couche de matière amorphe ayant la même composition chimique que celle du substrat initial, e) on effectue un recuit thermique de la structure obtenue à l'étape précédente afin de recristalliser la matière amorphe en continuité avec le réseau monocristallin du substrat initial, f) on fait croître par épitaxie une couche supérieure de substrat dans et sur laquelle on réalise le transistor d'accès, ladite tranchée capacitive étant en contact avec l'une des régions de source et de drain du transistor. Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend, préalablement ou postérieurement à l'étape e), une étape d'aplanissement de surface, par exemple un polissage mécano-chimique. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape d'amorphisation comporte une implantation ionique localisée autour de l'évidemment par une opération de masquage. Selon un mode de mise en oeuvre, dans l'étape a), on dépose successivement sur le substrat initial une première couche d'un premier matériau et une deuxième couche d'un deuxième matériau, puis on grave une tranchée que l'on remplit avec un matériau de remplissage, et dans l'étape b), on effectue une gravure sélective vis-à-vis de ladite deuxième couche, de la première couche et d'une partie supérieure du matériau de remplissage de la tranchée, de façon à former des cavités latérales et ledit évidemment au niveau de la discontinuité cristalline, et on retire ladite deuxième couche. Dans l'étape a), le remplissage de la tranchée comprend avantageusement les étapes suivantes: - on tapisse les parois de la tranchée avec de l'oxyde par oxydation thermique; - on dépose du silicium polycristallin fortement dopé dans la tranchée de manière à la remplir; - on grave le silicium polycristallin déposé précédemment de manière à ce que le niveau de remplissage de la tranchée soit en dessous de la surface du substrat initial. D'autres avantages et caractéristique de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en oeuvre, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels les figures la à lh illustrent schématiquement les principales étapes d'un procédé selon l'invention ainsi qu'un mode de réalisation d'un point mémoire selon l'invention. Le substrat de départ du procédé de l'invention, ou substrat initial, est illustré sur la figure la et comporte ici une tranchée. Le substrat initial 1 comporte une partie inférieure dopée P+ (concentration de dopants égale à 10'9 at/cm3). Le substrat possède également une partie supérieure épitaxiée sur la partie inférieure et dopée P avec une concentration de 5.104' at/cm3. La tranchée peut être réalisée, selon une mise en oeuvre du procédé de l'invention, par dépôt dans un premier temps d'une couche d'oxyde de silicium 2 sur le substrat initial en silicium monocristallin 1. L'épaisseur de cette couche 2 peut varier entre 0,01 micron et 1 micron, et est de préférence de l'ordre de 2000 À. On dépose ensuite sur l'oxyde 2 une couche de nitrure de silicium 3. L'épaisseur de cette couche 3 peut également varier entre 0,01 micron et 1 micron, et est également de préférence de l'ordre de 2000 A. On grave ensuite, de manière classique, tout d'abord le nitrure 3 et l'oxyde 2, puis finalement le silicium monocristallin du substrat 1 à l'aide d'une opération de photo-lithographie, pour former la tranchée 4. La tranchée 4 a une profondeur d'au moins 5.m et une largeur variable, de préférence inférieure à 1tm. On effectue ensuite une oxydation thermique contrôlée de manière à former sur les parois de la tranchée 4 une couche d'oxyde de silicium 8 d'épaisseur comprise entre 40 et 1000 A, de préférence entre 50 et 300 À. on obtient le dispositif illustré à la figure la. On dépose ensuite sur la plaquette et de manière à remplir la tranchée 4, du silicium polycristallin 9 fortement dopé N+. Le dopage du silicium est réalisé in situ. On obtient un dispositif tel qu'illustré à la figure lb. On grave ensuite le silicium polycristallin 9, déposé précédemment, au moins de manière à le retirer de la surface de la plaquette. Par ailleurs, cette gravure est menée jusqu'à ce que le niveau du silicium polycristallin dans la tranchée 4 soit en dessous de la surface du substrat initial 1. L'étape suivante consiste en une désoxydation contrôlée, essentiellement de manière à former sous la couche de nitrure de silicium 3 deux cavités latérales de largeur donnée dans la couche d'oxyde 2 comme l'illustre la figure lc. On retire également une partie de l'oxyde de silicium 8 dans la tranchée 4. Cette désoxydation s'effectue par gravure isotrope à l'acide fluorhydrique ou encore par gravure plasma isotrope au fluor. On obtient alors le dispositif illustré à la figure lc sur laquelle la tranchée est tapissée d'une couche d'oxyde de silicium 8 dont la hauteur est inférieure à la hauteur de la couche de silicium polycristallin dopé 9 dans la tranchée 4. Deux cavités latérales de largeur donnée apparaissent sous la couche de nitrure de silicium 3 et dans la couche d'oxyde de silicium 2. On retire ensuite de manière classique le masque de nitrure de silicium 3. On amorphise ensuite le silicium découvert. Le silicium découvert à ce stade du procédé est le silicium monocristallin du substrat 1, ainsi que la partie émergente de silicium polycristallin dopé 9 dans la tranchée 4. On crée ainsi des zones de silicium amorphe référencées 6 et 6bis (figure ld). L'amorphisation est localisée et auto-alignée. L'amorphisation s'effectue de manière classique par destruction du réseau cristallin du silicium, par exemple par implantation de particules lourdes telles que les ions. Dans le cadre de l'invention, on préférera notamment l'implantation d'ions fluorure. On dépose ensuite sur toute la surface de la plaquette une couche de silicium amorphe 7 de manière à au moins combler les cavités latérales et l'évidemment au dessus de la tranchée 4. Le dépôt de silicium amorphe se fait de manière classique à basse température. On peut par exemple utiliser un four LPCVD (dépôt chimique basse pression) en injectant du silane à température suffisamment faible, par exemple inférieure à 600 C, typiquement à 400 C. On obtient alors le dispositif illustré à la figure ld, sur laquelle dans une tranchée 4 gravée dans un substrat 1, un bloc de silicium polycristallin 9 est partiellement enveloppé dans une couche d'oxyde de silicium 8. La hauteur de ce bloc, inférieure à celle de la tranchée 4, est également inférieure à la hauteur de l'enveloppe d'oxyde de silicium 8. Cet élément est surmonté d'une zone de silicium amorphe comportant les zones de silicium amorphisé 6 et 6bis et le silicium amorphe 7 déposé. On effectue un recuit thermique de manière à restaurer la structure cristalline du silicium amorphe. Le recuit thermique permet de recristalliser le silicium amorphe en créant une ré-épitaxie du silicium amorphe 6, 7 à partir du silicium monocristallin du substrat initial 1. La restructuration du réseau de silicium monocristallin conduit à la figure le o la précédente couche de silicium amorphe se fond maintenant avec le silicium monocristallin du substrat 1. On effectue ensuite un polissage mécano chimique s'arrêtant sur la couche d'oxyde de silicium 2 pour retirer la couche de silicium recristallisé en surface de la plaquette. On élimine ensuite de manière classique la couche d'oxyde de silicium 2. Puis, afin de planifier la surface, on soumet la plaquette à un ultime polissage mécano chimique. Après les étapes d'égalisation de la surface du substrat, on obtient un substrat final 10 en silicium monocristallin illustré à la figure If, dont la surface monocristalline parfaitement plane et uniforme permet la croissance épitaxiale sans défaut de silicium monocristallin. L'épaisseur du substrat 10 au dessus de la tranchée est de l'ordre de 0,2 micron. Le substrat comporte par ailleurs une tranchée capacitive enterrée TRC, ayant par conséquent une profondeur minimale de 5 microns environ, et constituée de silicium polycristallin 90 fortement dopé partiellement enveloppé d'une paroi d'oxyde de silicium 8 le séparant latéralement du substrat 1. Au- dessus de cette tranchée capacitive enterrée et dans le substrat 1, il subsiste une zone dopée ibis, de même conductivité que le silicium polycristallin 90. Cette zone correspond à la zone de silicium polycristallin amorphisée 6bis ainsi qu'à la partie de silicium 7 dopée par diffusion des dopants lors du recuit. Le procédé se poursuit par une croissance épitaxiale sur la surface du substrat 10, d'une couche supérieure de substrat 12, formée de silicium dopé P (figure lg). C'est dans cette couche 12 que va être réalisé le transistor d'accès du point mémoire PM. Plus précisément, comme illustré sur la figure lh, le substrat SB, formé du substrat 10 et de la couche 12, incorpore la tranchée capacitive TRC et les zones de drain D et de source S du transistor T. La zone supérieure Ibis de la tranchée vient en contact électrique de la région diffusée de drain D. Les étapes permettant la réalisation du transistor T sont classiques et connues en elles-mêmes de l'homme du métier. Plus précisément, on réalise les zones d'isolation latérales STI. Puis on forme l'oxyde de grille, puis le polysilicium de grille que l'on grave de façon à former la grille isolée T du transistor. Les régions de drain et de source sont réalisées de façon classique par double implantation avant et après formation des espaceurs isolants ES flanquant la grille. Une étape classique de siliciuration permet de métalliser les régions de drain, source et grille de façon à permettre des prises de contacts. REVENDICATIONS 1. Circuit intégré, comprenant un substrat semiconducteur supportant un point mémoire de type DRAM comportant un transistor d'accès et un condensateur de stockage, caractérisé par le fait que le transistor d'accès est réalisé sur le substrat, et par le fait que le substrat comporte au moins une tranchée capacitive enterrée sous le transistor et formant ledit condensateur de stockage, ladite tranchée capacitive étant en contact avec l'une des régions de source et de drain du transistor. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat est formé de silicium, par le fait que la tranchée capacitive comporte une zone interne de silicium dopé, partiellement enveloppée d'une paroi isolante séparant latéralement ladite zone interne du substrat, et surmontée d'une zone supérieure de silicium dopé, cette zone supérieure étant en contact avec ladite région de source ou de drain du transistor. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le substrat a une partie inférieure fortement dopée avec une conductivité de type P et une partie supérieure de conductivité P moins dopée que la partie inférieure, par le fait que la zone interne et la zone supérieure de la tranchée capacitive ont une conductivité de type N, et par le fait que les régions de source et de drain du transistor ont également une conductivité de type N. 4. Procédé de fabrication d'un circuit intégré comprenant un substrat semiconducteur supportant un point mémoire de type DRAM comportant un transistor d'accès et un condensateur de stockage, caractérisé par le fait que a) on élabore un substrat initial monocristallin (1) présentant localement une tranchée capacitive débouchant à la surface du substrat initial et formant une discontinuité du réseau cristallin, b) on évide le substrat initial au niveau de la tranchée, c) on amorphise le réseau cristallin en périphérie de 1' évidemment, d) on dépose sur la structure obtenue à l'étape précédente une couche de matière amorphe ayant la même composition chimique que celle du substrat initial, e) on effectue un recuit thermique de la structure obtenue à l'étape précédente afin de recristalliser la matière amorphe en continuité avec le réseau monocristallin du substrat initial, f) on fait croître par épitaxie une couche supérieure de substrat dans et sur laquelle on réalise le transistor d'accès, ladite tranchée capacitive étant en contact avec l'une des régions de source et de drain du transistor.. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend, préalablement ou postérieurement à l'étape e), une étape d'aplanissement de surface. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'étape d'aplanissement comporte un polissage mécano-chimique. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'étape d'amorphisation comporte une implantation ionique localisée autour de l'évidemment par une opération de masquage. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que dans l'étape a), on dépose successivement sur le substrat initial (1) une première couche (2) d'un premier matériau et une deuxième couche (3) d'un deuxième matériau, puis on grave une tranchée (4) que l'on remplit avec un matériau de remplissage, et par le fait que dans l'étape b), on effectue une gravure sélective vis-à-vis de ladite deuxième couche (3), de la première couche et d'une partie supérieure du matériau de remplissage de la tranchée, de façon à former des cavités latérales et ledit évidemment au niveau de la discontinuité cristalline, et on retire ladite deuxième couche (2). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans l'étape a) , le remplissage de la tranchée comprend les étapes suivantes - on tapisse les parois de la tranchée (4) avec de l'oxyde (8) par oxydation thermique; - on dépose du silicium polycristallin (9) fortement dopé dans la tranchée (4) de manière à la remplir; - on grave le silicium polycristallin (9) déposé précédemment de manière à ce que le niveau de remplissage de la tranchée (4) soit en dessous de la surface du substrat initial (1).