Brevet FR2897202A1 — publié le 20070810

Transistor MOS à barrière de Schottky sur film semi-conducteur entièrement appauvri et procédé de fabrication d'un tel transistor. L'invention concerne la réalisation de transistors MOS et, en particulier, la réalisation de transistors MOS à barrière de Schottky. De tels transistors sont également connus sous l'appellation de transistors SBMOS. De tels transistors sont déjà connus dans l'état de la technique. Par rapport aux transistors classiques dans lesquels les régions de source et de drain sont réalisées en dopant localement du silicium à l'endroit des régions de source et de drain et en recouvrant les régions dopées d'une couche de siliciure pour former des zones de contact électriques et afin de réduire les résistances d'accès au niveau de ces contacts, les transistors à barrière de Schottky SBMOS sont basés sur la réalisation des régions de source et de drain sous la forme de zones de contact à barrière de Schottky, formées classiquement en un siliciure de métal. Il s'agit, en d'autres termes, de remplacer les régions dopées par un siliciure de métal afin de former, entre les régions de source et de drain, des transitions métal-semiconducteur entre les régions de source et de drain. Il a été constaté qu'une telle architecture permettait de pallier les inconvénients liés aux transistors conventionnels et, en particulier, d'obtenir un gain en courant et d'augmenter la vitesse de commutation des transistors en abaissant la valeur des capacités et des résistances parasites. Les transistors SBMOS sont également avantageux dans la mesure où ils ne nécessitent pas de prévoir des extensions de source et de drain par implantation ionique, le siliciure permettant lui-même de délimiter des jonctions souhaitées. Toutefois, les transistors SBMOS présentent un inconvénient majeur. En effet, ils nécessitent des extensions latérales des régions siliciurées jusque sous la région de grille, de sorte que la région de grille recouvre partiellement les régions siliciurées. Cette contrainte nécessite de prévoir une siliciuration latérale au cours du procédé de fabrication des transistors SBMOS. En effet, si l'on veut être en mesure de moduler la barrière de potentiel entre les régions de source et de drain, il est nécessaire que la jonction métal-semiconducteur soit disposée sous la grille. Or, une siliciuration latérale s'accompagne nécessairement d'une consommation de silicium en profondeur. D'une part, il existe un risque de formation de trous en raison de la migration d'atomes de silicium dans le canal au cours de la siliciuration. D'autre part, une siliciuration latérale est incompatible avec la réalisation de transistors SBMOS sur film mince de silicium. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de pallier les inconvénients liés à la réalisation des transistors à barrière de Schottky conventionnels. L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un procédé de fabrication d'un transistor MOS à barrière de Schottky sur un film semi-conducteur entièrement appauvri, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : dépôt d'une première couche d'un premier matériau sacrificiel sur une zone active du substrat délimitée par une région isolante (STI) ; formation au-dessus de la première couche de matériau sacrificiel d'une couche de silicium ; réalisation d'une région de grille sur la couche de silicium avec interposition d'une couche d'oxyde de grille entre la couche de silicium et la région de grille ; - gravure sélective du premier matériau sacrificiel de manière à former un tunnel sous la région de grille ; remplissage du tunnel avec un deuxième matériau sacrificiel diélectrique ; - gravure latérale contrôlée du deuxième matériau sacrificiel de manière à laisser subsister une zone de matériau diélectrique sous la région de grille ; et - siliciuration à l'endroit des régions de source et de drain et à l'endroit de la zone gravée du deuxième matériau sacrificiel. I1 est ainsi possible de former des transistors SBMOS sur film mince de silicium de type FDSOI ( Fully depleted Silicon on Insulator ) de l'ordre de 10 nm d'épaisseur. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'étape de siliciuration comprend le dépôt d'un métal à l'endroit des régions de source et de drain, de manière à remplir la zone gravée du deuxième matériau. Avantageusement, la métal est du platine ou de l'erbium en fonction de la hauteur de la barrière à obtenir. Par exemple, le premier matériau sacrificiel est du silicium- germanium. En ce qui concerne le deuxième matériau sacrificiel, on utilise par exemple un mélange d'oxyde et de nitrure. L'invention a également pour objet, selon un second aspect, un transistor MOS à barrière de Schottky (SBMOS) du type comportant un substrat dans lequel est formée une région active délimitée par une région isolante, et des régions de source et de drain et une région de grille formée dans la zone active, de sorte que la région de grille s'étende entre les régions de source et de drain, les régions de source et de drain étant réalisées en un siliciure métallique. Selon une caractéristique générale de l'invention, le transistor est formé sur un film semi-conducteur entièrement appauvri qui constitue un canal de conduction du transistor et qui forme avec les régions de source et de drain des transitions métal-semi-conducteur. Selon une autre caractéristique du transistor selon l'invention, le matériau métallique entrant dans la constitution des régions de source et de drain s'étend jusque sous la région de grille. Par exemple, le siliciure de métal est du siliciure de platine. En variante, on peut utiliser un siliciure d'erbium. Selon une autre caractéristique de l'invention, le film semi-conducteur est un film de silicium monocristallin qui s'étend entre les régions de source et de drain et qui forme la jonction Schottky pour le transistor conjointement avec le siliciure de métal. Le transistor comporte en outre une couche de matériau diélectrique sacrificiel qui s'étend entre les régions de source et de drain en dessous de la couche de silicium monocristallin. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement la structure d'un transistor SBMOS conforme à l'invention ; et - les figures 2 à 7 illustrent les principales phases du procédé de fabrication du transistor SBMOS de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique la structure générale d'un transistor SBMOS conforme à l'invention, désignée par la référence numérique générale 1. Ce transistor est réalisé dans une zone active d'un substrat Si en silicium, délimitée par une région isolante à tranchée peu profonde STI ( Shallow Trench Isolation ), par formation d'une région de source 2 et d'une région de drain 3, et formation d'une région de grille 5 associée à des espaceurs 6, de sorte que la région de grille s'étende au-dessus d'un canal de conduction 7 s'étendant entre les régions de source 2 et de drain 3. Selon ce transistor SBMOS, les régions de source et de drain 2 et 3 sont réalisées en métal de manière à créer entre les régions de source et drain une barrière de Schottky engendrée par l'existence de jonctions métal-semiconducteur entre les régions de source et de drain 2 et 3. Les régions de source et de drain sont réalisées en siliciure de métal. Comme on le conçoit, la hauteur de la barrière ainsi formée dépend du matériau utilisé pour la réalisation des régions de source et de drain. Ainsi, par exemple, on utilisera un siliciure de platine pour former une barrière de l'ordre de 0,3 volts, pour la réalisation de transistors de type PMOS, alors qu'on utilisera un siliciure d'erbium pour créer une barrière de l'ordre de 0,28 volts, pour la réalisation de transistors NMOS. Comme le montre la figure 1, les régions siliciurées 2 et 3 s'étendent latéralement au-delà des espaceurs 6, jusque sous la grille, de sorte que la grille 5 recouvre une partie des régions siliciurées. On voit également sur la figure 1, que la région de grille 5 est formée sur une couche d'oxyde de grille au-dessus d'une couche de matériau semi-conducteur 7 formant le canal de conduction, en l'espèce du silicium monocristallin, elle-même formée au-dessus d'une couche d'oxyde 8 enterré (BOX) qui s'étend de part et d'autre des régions siliciurées 2 et 3. On retrouve ainsi, sous la grille, des jonctions métal-semiconducteur qui permettent, comme précédemment indiqué, d'atteindre des performances avantageuses, notamment en ce qui concerne le gain en courant et en vitesse de commutation par rapport à des transistors conventionnels dans lesquels les régions de source et de drain sont formées par dopage du substrat en silicium, en raison de la réduction des capacités et des résistances parasites. On va maintenant décrire, en référence aux figures 2 à 7, un procédé de fabrication d'un tel transistor. En se référant tout d'abord à la figure 2, il convient tout d'abord de faire croître par épitaxie sélective une couche d'un premier matériau sacrificiel 9 sur la zone active d'un substrat Si délimitée par la région isolante à tranchées peu profondes STI. Par exemple, le substrat Si est, en fonction du type de transistor SBMOS à réaliser, un substrat de type N ou de type P. De préférence, le premier matériau sacrificiel est constitué par du silicium-germanium qui peut être sélectivement gravé par rapport au silicium. Après dépôt de la couche de silicium-germanium 9, on procède à un dépôt d'une couche de silicium monocristallin 10 sur la zone active du substrat Si de manière à recouvrir la couche de silicium-germanium 9 sous-jacente. En se référant à la figure 3, lors de l'étape suivante, on procède à la réalisation de la région de grille 5 avec interposition de la couche d'oxyde de grille 11, par dépôt, sur la couche d'oxyde de grille 11, d'une couche de matériau de grille, puis gravure de la grille, et à la formation des espaceurs 6, par dépôt d'un matériau d'espaceurs et gravure des espaceurs. Lors de l'étape suivante, en référence à la figure 4, on procède à une gravure anisotrope des régions de source et de drain par gravure, à l'endroit des régions de source et de drain, de la couche de silicium 10 et de la couche de silicium-germanium 9. On procède alors à une gravure sélective du silicium-germanium. Au cours de cette étape, on enlève latéralement le silicium-germanium de manière à former, sous la grille 5 et sous les espaceurs 6, un tunnel 12. La structure ainsi réalisée se situe alors dans la configuration représentée sur la figure 5. Dans cette configuration, la grille, l'oxyde de grille et: la zone localisée de silicium 10 forment un pont au-dessus du silicium qui repose latéralement, de part et d'autre, sur la région isolante STI périphérique. Au cours de l'étape suivante, on procède à un remplissage de l'espace laissé à nu par un diélectrique 13 (figure 6). On utilise, par exemple, un mélange d'oxyde et de nitrure. On notera toutefois que l'on ne sort pas du cadre de l'invention lorsqu'on utilise un autre type de diélectrique pouvant être sélectivement gravé par une gravure isotrope. On procède alors à la gravure isotrope latérale du diélectrique 13. Au cours de cette étape, le diélectrique 13 est gravé latéralement au-delà des espaceurs 6 jusque sous la région de grille 5. Pour ce faire, de manière connue en soi, on procède à un contrôle du temps de gravure de manière à ne laisser subsister qu'une zone de diélectrique 13 localisée sous la région de grille 5. Lors de l'étape suivante, en référence à la figure 7, on procède à un dépôt de métal, par exemple d'erbium ou de platine, sur l'ensemble de la structure, y compris la grille et les régions de source et de drain. Ce dépôt d'une couche de métal 14 est alors suivi d'une étape de siliciuration proprement dite, notamment par chauffage, à une température de l'ordre de 400 à 500 C. Grâce à l'étape de dépôt de la couche de diélectrique et à l'étape de gravure latérale de cette couche de diélectrique, au-delà des espaceurs, les régions siliciurées s'étendent jusque sous la grille. Ainsi, les jonctions métal-semiconducteur sont disposées à l'aplomb de la grille. On notera également que l'on utilise une couche de silicium 7 très mince. L'épaisseur de cette couche peut ainsi être de l'ordre d'une dizaine de nanomètres. De même, la couche de matériau diélectrique 8 est également très mince. Ainsi, la distance entre le canal de silicium 7 et le substrat en silicium Si est très faible. En outre, conformément à une caractéristique de l'invention, le film 7 de silicium est constitué par un film non dopé. Après l'étape de siliciuration, on procède à une étape de retrait sélectif du métal déposé et non siliciuré, en particulier à l'endroit de la région isolante STI et des espaceurs 6. On obtient alors la structure illustrée à la figure 1. On notera enfin que l'invention, selon laquelle on utilise une gravure latérale d'un matériau sacrificiel sur laquelle est formée une grille, avec interposition d'une couche de silicium 10, permet de procurer un certain nombre d'avantages. Tout d'abord, les zones d'extrémités du canal de silicium 7 sont accessibles, de sorte que la siliciuration peut être réalisée sans risque de diffusion latérale de silicium. En outre, il est possible d'utiliser des couches minces de 5 siliciure. Enfin, comme précédemment indiqué, la structure finale permet de combiner les avantages liés à l'utilisation de film mince et des jonctions métalliques. REVENDICATIONS 1- Procédé de fabrication d'un transistor MOS à barrière de Schottky sur un film semi-conducteur entièrement appauvri, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : dépôt d'une première couche d'un premier matériau sacrificiel (9) sur une zone active du substrat délimitée par une région isolante (STI) ; - formation au-dessus de la première couche de matériau sacrificiel d'une couche de silicium (10) ; - réalisation d'une région de grille (5) au-dessus de la couche de silicium avec interposition d'une couche d'oxyde de grille (11) entre la couche de silicium (10) et la région de grille (5) ; gravure sélective du matériau sacrificiel (9) de manière à former un tunnel sous la région de grille (5) ; - remplissage du tunnel avec un deuxième matériau sacrificiel diélectrique (13) ; gravure latérale contrôlée du deuxième matériau sacrificiel de manière à laisser subsister une zone de matériau diélectrique sous la région de grille (5) ; et - siliciuration à l'endroit de la région de source et de la région de drain et à l'endroit de la zone gravée du deuxième matériau sacrificiel (13). 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 l'étape de siliciuration comprend le dépôt d'un métal à l'endroit des régions de source et de drain de manière à remplir la zone gravée du deuxième matériau sacrificiel (13). 20 3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le métal est du platine. 4- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le métal est de l'erbium. 5- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier matériau sacrificiel est du silicium-germanium. 6- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le deuxième matériau sacrificiel est un mélange d'oxyde et de nitrure. 7- Transistor MOS à barrière de Schottky (SBMOS) du type comportant un substrat (Si) en matériau semiconducteur dans lequel sont formées, dans une zone active délimitée par une région isolante (STI), des régions de source (2) et de drain (3) et une région de grille (5), de sorte que la région de grille s'étende entre les régions de source et de drain, les régions de source et de drain étant réalisées en siliciure de métal caractérisé en ce qu'il est formé sur un film semi-conducteur qui constitue un canal de conduction (7) du transistor et qui forme avec les régions de source et de drain des transitions métal- semi-conducteur. 8- Transistor selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau métallique entrant dans la constitution des régions de source et de drain s"étend jusque sous la grille (5). 9- Transistor selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le siliciure de métal est du siliciure de platine. 10- Transistor selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le siliciure de métal est du siliciure d'Erbium. 11- Transistor selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le film semi-conducteur (7) est un film de silicium monocristallin qui s'étend entre les régions de source et de drain et qui forme la jonction Schottky pour le transistor conjointement avec les régions de source (2) et de drain (3). 12- Transistor selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche de matériau diélectrique sacrificiel (8) qui s'étend entre les régions de source et de drain en dessous de la couche de silicium monocristallin (7).