Brevet FR2897981A1 — publié le 20070831

Procédé de fabrication de transistor et transistor La présente invention concerne le domaine des transistors à nanodoigts semiconducteurs et des circuits intégrés comportant de tels transistors, et leurs procédés de fabrication. Dans le domaine des composants semiconducteurs, on connaît des transistors dont une partie active est complètement entourée d'une électrode de commande permettant selon son état de polarisation de mettre le transistor dans un état passant ou bloqué. Ces transistors sont souvent désignés par l'appellation GAA pour Gate all arround en langue anglaise, c'est-à-dire grille tout autour . On peut se reporter au document Highly performant double gate MOSFET realized with SON process de S. Harrison et al., IEDM Tech Dig, 2003, p449. On connaît également des transistors constitués de nanodoigts parallèles reposant sur un substrat et presque totalement entourés d'un conducteur de commande. On peut se reporter au document 5nm-gate nanowire FinFET de F. L. Yang et al., Symposium on VLSI Technology 2004, pp. 196-197). Ces transistors à nanodoigts présentent l'inconvénient que la région de canal repose au moins complètement sur un substrat et n'est donc pas entourée de l'électrode de grille. Dans le cas des transistors MOS à canal complètement entouré d'une électrode de grille, pouvant par exemple être obtenu par le procédé dit SON (de l'anglais Silicon On Nothing, ou silicium sur rien), il faut prévoir une étape d'enlèvement de la couche sous-jacente de la partie semi-conductrice active. Cette sous-gravure entraîne divers inconvénients en raison de la sélectivité inévitablement limitée entre le semi-conducteur destiné à former la zone active et le matériau sous-jacent, couramment du silicium sur du silicium/germaniun. Notamment, la largeur de canal du transistor est limitée. Le document New Design Adapted Planar Double Gate Process for performant low standby power application de R. Cerutti et al, SNW 2005, pp. 12-13 illustre ce type de transistor. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs évoqués ci-dessus. La présente invention vise à réaliser un transistor à doigts présentant d'excellentes caractéristiques d'isolation. La présente invention a, notamment, pour but de réaliser un transistor à doigts par un faible nombre d'étapes et de façon économique. Le procédé de fabrication de transistor comprend des étapes dans lesquelles on forme une couche de résine électroniquement 10 sensible disposée entre au moins deux fils semiconducteurs, et on disposée entre au moins deux fils pour la 20 transformation. Le recuit permet de densifier la résine transformée. Dans un mode de réalisation, la résine comprend du silsesquioxane d'hydrogène. Dans un mode de réalisation, la résine transformée présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur des doigts. 25 Dans un mode de réalisation, la résine transformée s'étend au-delà d'un premier doigt et d'un dernier doigt d'une pluralité de doigts parallèles. Dans un mode de réalisation, on forme des doigts semiconducteurs suspendus, on dépose une couche de résine 30 électroniquement sensible sous et entre au moins deux doigts transforme ladite résine rendre diélectrique. Dans un mode de faisceau d'électrons. 15 Dans un mode de réalisation, on retire la résine non transformée. Avantageusement, un matériau conducteur. Avantageusement, on remplace la résine non transformée par on effectue un recuit après la réalisation, on transforme ladite résine par semiconducteurs, on transforme une partie de la couche de résine en matériau isolant entre lesdits doigts et au moins au delà d'un premier doigt et d'un dernier doigt, on dépose une couche supplémentaire de résine électroniquement sensible, on transforme une zone particulière de la résine électroniquement sensible jusqu'au substrat pour former un isolant et délimiter l'emplacement de grille, on retire le reste de résine électroniquement sensible, et on forme au moins une grille par dépôt de matériau conducteur. Dans un mode de réalisation, on transforme au moins une tranchée dans la résine électroniquement sensible pour délimiter deux emplacements de grille, on retire le reste de résine électroniquement sensible, et on forme au moins deux grilles indépendantes par dépôt de matériau conducteur. Le procédé est très bien adapté pour fabriquer un transistor à grilles indépendantes. Un tel transistor peut comprendre deux grilles isolées l'une de l'autre. Dans un mode de réalisation, on forme un transistor planaire au voisinage d'un transistor à doigts, ledit transistor planaire comprenant une membrane à base de silicium. Dans un mode de réalisation, ledit transistor planaire comprend au moins deux grilles indépendantes. Le dispositif de transistor comprend au moins deux doigts semiconducteurs et une région diélectrique disposée entre au moins deux doigts semiconducteurs, ladite région diélectrique comprenant de l'oxyde de silicium et de l'hydrogène. Le dispositif de transistor à doigts semiconducteurs parallèles, peut comprendre un diélectrique disposé entre au moins deux doigts, le diélectrique étant issu d'une résine électroniquement sensible. On assure une excellente isolation entre les doigts tout en offrant la possibilité de grilles indépendantes multiples. On parvient à des longueurs de grille très faibles, par exemple de l'ordre de 10 nm à l00 nm. Avantageusement, les doigts présentent une largeur comprise entre 5 nm et 20 nm. Les doigts peuvent présenter une longueur comprise entre 10 nm et 200 nm. De tels doigts sont appelés nanodoigts ou nanofils. Dans un mode de réalisation, la résine transformée présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur des doigts. Dans un mode de réalisation, la résine s'étend au-delà d'un premier doigt et d'un dernier doigt d'une pluralité de doigts parallèles. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une grille enrobante. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend au moins deux grilles indépendantes. Lesdites grilles sont auto-alignées. Dans un mode de réalisation, les doigts comprennent du silicium et/ou du germanium, notamment un alliage de silicium-germanium et/ou du germanium en tant qu'espèce majoritaire. Dans un mode de réalisation, au moins un doigt se raccorde à une extrémité à une source et une autre extrémité à un drain. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un transistor planaire disposé au voisinage d'un transistor à doigts, ledit transistor planaire comprenant une membrane à base de silicium. Ledit transistor planaire peut comprendre au moins deux grilles indépendantes. Deux transistors de types différents peuvent ainsi être disposés au voisinage l'un de l'autre. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend au moins deux grilles indépendantes isolées au moins en partie par un diélectrique issu d'une résine électroniquement sensible. Grâce à l'invention, l'isolation est excellente et les grilles peuvent être auto-alignées, d'où une géométrie de qualité et aisément reproductible. On augmente ainsi la fiabilité du transistor. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un transistor selon un premier mode de réalisation; -la figure 2 est une vue schématique en coupe du transistor de la figure 1 en cours de fabrication; -la figure 3 est une vue schématique de dessus correspondant à la figure 2; -la figure 4 et 7 sont des vues schématiques en coupe du transistor de la figure 1 en cours de fabrication; -la figure 5 est une vue schématique de dessus correspondant à la figure 4; - la figure 6 est une vue schématique en coupe selon VI-VI de la figure 5; -la figure 8 est une vue schématique en coupe d'un transistor selon un second mode de réalisation; -la figure 9 est une vue schématique en coupe du transistor de la figure 8 en cours de fabrication ; - la figure 10 est une vue schématique de dessus correspondant à la figure 8; -la figure 1l est une vue schématique en coupe du transistor de la figure 8 en cours de fabrication ; - la figure 12 est une vue schématique en coupe d'un transistor selon un troisième mode de réalisation ; et -la figure 13 est une vue schématique en coupe d'un transistor selon un quatrième mode de réalisation. Tel qu'illustré sur la figure 1, le circuit intégré est pourvu d'un transistor 1 comprenant un substrat 2 isolant, par exemple à base d'oxyde de silicium, une région conductrice 3 de grille, par exemple comprenant du TiN ou du polysilicium, formée sur une zone localisée de la surface supérieure du substrat 2 et une région isolante 4, comprenant par exemple de l'oxyde de silicium et entourant la région conductrice 3. La région conductrice 3 est également délimitée dans le sens normal au plan du dessin. Le circuit intégré 1 comprend également une pluralité de doigts semiconducteurs 5 disposés parallèlement les uns aux autres et traversant la région conductrice 3. Les doigts 5 peuvent comprendre du silicium à l'état cristallin. Les doigts 5 sont disposés à une certaine distance les uns des autres. Entre chaque paire de doigts 5 voisins, est disposée une petite région diélectrique 6 de hauteur légèrement inférieure à celle des doigts 5, de largeur égale à celle de l'espace séparant les deux doigts 5 voisins et de longueur égale à celle de la région conductrice 3 prise dans le sens normal au plan du dessin. Deux régions d'extrémité 7 et 8, de composition sensiblement identique à celle des régions 6 et par conséquent isolantes, sont formées dans le prolongement des régions diélectriques 6 au-delà des doigts 5 d'extrémité sur une longueur telle qu'un espace est maintenu entre les régions diélectriques d'extrémité 7 et 8 et la région diélectrique 4. Les régions diélectriques 7 et 8 présentent une épaisseur et une longueur sensiblement identiques à celles des régions diélectriques 6. Leur largeur peut être plus élevée tout en laissant subsister du matériau conducteur de la région 3 entre la région diélectrique 4 et les régions d'extrémité 7 et 8. Les régions diélectriques 6, 7 et 8 sont formées sensiblement à la même distance du substrat 2 On bénéficie ainsi d'un transistor multidoigts, les doigts pouvant être des nanodoigts avec une grille formée tout autour des doigts 5. Le circuit intégré 1 peut être fabriqué de la façon suivante. On forme les doigts 5 au-dessus du substrat 2. Les doigts 5 sont suspendus, c'est-à-dire séparés du substrat 2 par un espace temporairement inoccupé et sont reliés par leurs extrémités longitudinales à des zones de drain 9 et de source 10, voir figure 3, comprenant également du silicium monocristallin et séparés du substrat au moins par une couche isolante, non visible sur les figures. Les doigts 5 peuvent être obtenus par formation d'une couche monocristalline d'un matériau semiconducteur sur une couche d'un matériau sous-jacent sélectivement gravable par rapport à cette couche monocristalline, par gravure de cloisons parallèles dans la couche monocristalline dans la couche sous-jacente, et gravure sélective du matériau sous jacent par rapport au matériau semi conducteur. On peut se reporter à cet égard au dépôt français n 05 52460 du 8 août 2005 du même demandeur. Ensuite (voir figure 2), on dépose une couche de résine sensible aux électrons et isolante après traitement par électrons, par exemple comprenant du silsesquioxane d'hydrogène, sur le substrat 2 sur une épaisseur suffisante pour venir jusqu'à proximité de la surface supérieure des doigts 5 tout en restant légèrement en dessous. La couche de résine 11 s'étend donc entre le substrat 2 et les doigts 5 et entre les doigts 5. Le dépôt de résine 11 peut être effectué sur l'ensemble de la tranche en cours de fabrication. On procède ensuite à une insolation de ladite plaque, voir figure 3, selon le motif 12 qui se présente de façon générale sous la forme d'un rectangle allongé perpendiculairement aux doigts 5, de largeur nettement inférieure à la longueur des doigts 5, de longueur supérieure à la largeur totale occupée par les doigts 5 entre les portions d'extrémité 7 et 8 et sensiblement à mi-distance entre la zone de drain 9 et la zone de source 10. L'insolation est effectuée par un faisceau d'électrons à basse énergie, par exemple comprise entre 1 et 10 keV et provoque une transformation locale de la résine 11 en matériau diélectrique sous le motif 12 et sur une épaisseur limitée de telle sorte que ledit matériau diélectrique soit formé à un niveau supérieur au bas des doigts 5, créant ainsi les zones isolantes 6, 7 et 8 visibles sur la figure 1. On parvient ainsi à créer une isolation entre les doigts 5 et aux extrémités au-delà des doigts 5. On procède au dépôt d'une couche de résine supplémentaire 21, voir figure 4, notamment sur l'ensemble de la tranche en cours de fabrication et on procède ensuite à l'insolation selon le motif illustré sur la figure 5 en profondeur jusqu'au substrat 2. Une partie 13 de la surface de la plaque en cours de fabrication est insolée par un faisceau d'électrons d'énergie comprise entre 20 et 100 keV, à l'exception d'une zone 24 se présentant ici sous la forme d'un rectangle allongé perpendiculairement aux doigts 5 et de longueur supérieure au motif 12 de la figure 3. La partie 13 présente un contour extérieur rectangulaire à l'intérieur duquel la zone 24 est définie. La partie 13 est allongée perpendiculairement aux doigts 5. On transforme ainsi la couche de résine supplémentaire et la couche de résine 11, situées sous la partie 13, en une région diélectrique 23, par exemple comprenant un oxyde de silicium, et ce à l'exception de la zone située sous le motif rectangulaire 24, qui permet de définir ainsi la longueur de grille, voir figure 6. On forme aussi la région diélectrique 4 entourant le motif 24, et ce tout en laissant subsister la couche de résine 11 et la couche de résine supplémentaire 21 sous le motif 24. On peut alors procéder au développement des couches de résine 11 et 21 subsistantes, ce qui permet de retirer ladite couche de résine 11 subsistante tout en conservant les zones diélectriques 4, 6, 7 et 8 (voir figure 7), et ce grâce au fait que les zones diélectriques d'extrémité 7 et 8 sont disposées à distance de la couche diélectrique 4, ce qui permet de bénéficier d'un espace 22 pour retirer la couche de résine subsistante 11. On peut ensuite procéder au dépôt du matériau de grille, par exemple du TiN ou du polysilicium, et à une étape de polissage mécano-chimique afin d'obtenir une surface supérieure plane pour parvenir au transistor illustré sur la figure 1. Un tel transistor est pourvu d'une grille dite enveloppante . Comme on le voit également sur la figure 6, la longueur de grille est définie par le motif de l'insolation et traverse l'épaisseur des doigts 5. Les grilles sont donc auto-alignées, l'une pouvant être disposée sous les doigts 5 et l'autre au dessus, lesdites grilles pouvant être reliées électriquement ou indépendantes. Le transistor illustré sur la figure 8 est semblable à celui illustré sur la figure 1, à ceci près qu'il comprend deux grilles 14 et 15 isolées l'une par rapport à l'autre. La grille 14 est disposée sous les doigts 5, tandis que la grille 15 est disposée sur les doigts 5. Les grilles 14 et 15 sont séparées par les portions électriques 6, 7 et 8, ainsi que par des tranchées 16 remplies de matériau diélectrique, disposées aux extrémités des portions d'extrémités 7 et 8 et rejoignant la surface supérieure des grilles 14 et 15, d'où une séparation des grilles 14 et 15 d'un point de vue électrique. On dispose ainsi d'un transistor à deux grilles. La fabrication du transistor illustrée sur la figure 8 peut être effectuée grâce à une deuxième insolation effectuée selon le motif 17 illustré sur la figure 10, sous la forme de deux rectangles correspondant sensiblement aux extrémités des portions 7 et 8 et permettant de transformer localement la résine de la couche supplémentaire située au-dessus des extrémités 7 et 8 en matériau diélectrique, notamment comprenant du SiO2. On obtient ainsi des tranchées 16 isolantes délimitant l'emplacement de deux conducteurs de grille. Après cette étape, on procède au retrait de la résine subsistante, voir figure 11, puis au dépôt du matériau de grille pour former les grilles 14 et 15 et à un polissage mécanico-chimique permettant d'améliorer la planéité de la surface supérieure de la tranche en cours de fabrication. On obtient ainsi le transistor illustré sur la figure 8. Le transistor 18 illustré sur la figure 12, est de type à membrane. En d'autres termes, le transistor 18 comprend une membrane 19 comprenant du silicium en lieu et place des doigts 5. Le transistor 18 peut être co-intégré sur une même tranche que le transistor 1. Le transistor 18 est de type à grille enveloppante et peut donc être obtenu par un procédé de fabrication semblable à celui mis en oeuvre pour la fabrication du transistor illustré sur la figure 1, à ceci près que les doigts 5 seront réalisés de façon jointive pour former la membrane 19. Le transistor 20 illustré sur la figure 13, est de type à double grilles indépendantes et peut être fabriqué suivant les mêmes étapes que le transistor illustré sur la figure 8, avec des doigts 5 réalisés de façon jointive pour former la membrane 19. REVENDICATIONS 1-Procédé de fabrication de transistor (1), dans lequel on forme une couche de résine (Il) électroniquement sensible disposée entre au moins deux doigts semiconducteurs (5) et on transforme ladite résine disposée entre au moins deux doigts pour la rendre diélectrique. 2-Procédé selon la revendication 1, dans lequel on transforme ladite résine par faisceau d'électrons. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on effectue un recuit après la transformation. 4-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on retire la résine non transformée. 5-Procédé selon la revendication 4, dans lequel on remplace la résine non transformée par un matériau conducteur. 6-Procédé selon l'une quelconque des revendications, dans lequel la résine comprend du silsesquioxane d'hydrogène. 7-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la résine transformée présente une épaisseur inférieure à l'épaisseur des doigts. 8-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la résine transformée s'étend au-delà d'un premier doigt et d'un dernier doigt d'une pluralité de doigts parallèles. 9-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme des doigts semiconducteurs (5) suspendus, on dépose une couche de résine (11) électroniquement sensible sous et entre au moins deux doigts semiconducteurs (5), on transforme une partie de la couche de résine en matériau isolant entre lesdits doigts et au moins au delà d'un premier doigt et d'un dernier doigt, on dépose une couche supplémentaire de résine (21) électroniquement sensible, on transforme une zone particulière de la résine électroniquement sensible jusqu'au substrat pour former un isolant de grille et délimiter l'emplacement de grille, on retire le reste de résine électroniquement sensible, et on forme au moins une grille par dépôt de matériau conducteur (3). 10-Procédé selon la revendication 9, dans lequel on transforme au moins une tranchée (16) dans la résine électroniquement sensible pour délimiter deux emplacements de grille, on retire le reste de résine électroniquement sensible, et on forme au moins deux grilles indépendantes (14, 15) par dépôt de matériau conducteur. 11-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme un transistor planaire (18) au voisinage d'un transistor à doigts, ledit transistor planaire comprenant une membrane (19) à base de silicium. 12-Procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit transistor planaire comprend au moins deux grilles indépendantes. 13-Dispositif de transistor (1), caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux doigts semiconducteurs (5) et une région diélectrique (6) disposée entre au moins deux doigts semiconducteurs (5), ladite région diélectrique (6) comprenant de l'oxyde de silicium et de l'hydrogène. 14-Dispositif selon la revendication 13, dans lequel les doigts comprennent du silicium et/ou du germanium, notamment un alliage de silicium-germanium et/ou du germanium en tant qu'espèce majoritaire25