Brevet FR2910456A1 — publié le 20080627

PROCEDE DE REALISATION DE MICROFILS ET/OU DE NANOFILS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne un procédé de réalisation de microfils et/ou de nanofils dans un substrat, ainsi qu'un procédé de réalisation d'un transistor MOS à grille enrobante. On entend par microfil, ici et dans tout le reste du document, un fil dont les dimensions de la section, par exemple le diamètre pour un fil de section circulaire, sont comprises entre environ 1 pm et 1 mm. De même, on entend par nanofil, un fil dont les dimensions de la section sont comprises entre environ 1 nm et 1 pm. Le terme fil sera utilisé dans la suite du document pour désigné un microfil ou un nanofil. Actuellement, il existe deux types de procédés de réalisation de fils dans un matériau semi-conducteur, utilisés par exemple pour des applications microélectroniques : la croissance de fils à partir de catalyseurs ou la gravure d'un empilement comportant le matériau semi-conducteur dans lequel les fils sont destinés à être réalisés. La croissance à partir d'un catalyseur, telle que décrite dans le document Growth of silicon nanowires by chemical vapour deposition on gold implanted silicon substrates de T. Stelzner et al., Nanotechnology, Vol. 17, N 12, 28 juin 2006, pages 2895 à 2898, permet d'obtenir des fils qu'il faut 2910456 2 ensuite connecter pour pouvoir s'en servir comme élément d'un circuit électronique. Cette étape de connexion est généralement complexe, pouvant nécessiter par exemple une optimisation des jonctions entre les 5 fils et le matériau avec lequel un contact électrique doit être établi. De plus, la fabrication collective de fils à l'échelle d'un substrat n'est pas industriellement viable. Le document US 5 965 914 décrit une gravure 10 d'un empilement comportant un matériau semi-conducteur, dans lequel les fils sont destinés à être réalisés, permet d'obtenir de nombreux fils empilés les uns au dessus des autres. Les fils ainsi réalisés comportent des irrégularités importantes, complexifiant les étapes 15 technologiques réalisées ultérieurement, telles que des étapes de photolithographie. EXPOSÉ DE L'INVENTION Nous proposons donc une solution pour former des fils ne comportant pas d'irrégularités 20 importantes, en mettant en oeuvre un nouveau procédé de réalisation qui ne nécessite pas d'étapes ultérieures complexes de connexions ou autres. Pour cela, la présente invention propose un procédé de réalisation d'au moins un fil, c'est-à-dire 25 d'un microfil et/ou d'un nanofil, dans une couche à base d'au moins un matériau monocristallin ou amorphe, comprenant au moins les étapes de : - réalisation d'au moins deux tranchées dans la couche, traversant une face de la couche, 2910456 3 séparées l'une de l'autre par au moins une portion de la couche monocristalline ou amorphe, - recuit, sous atmosphère hydrogénée, de la couche, 5 les profondeurs P des deux tranchées dans la couche, les largeurs L des sections des deux tranchées et la largeur D d'une section de ladite portion de la couche monocristalline ou amorphe, les sections étant dans un plan parallèle à ladite face de 10 la couche, étant telles que le recuit supprime une partie de ladite portion de la couche monocristalline ou amorphe, les deux tranchées formant alors une seule tranchée dans laquelle une partie restante de ladite portion de couche monocristalline ou amorphe forme le 15 fil. Avec un tel procédé de réalisation, et grâce au recuit sous atmosphère hydrogénée, le fil obtenu est lisse et ne comporte pas d'irrégularités, contrairement aux fils obtenus directement par gravure. 20 De plus, les fils obtenus par ce procédé de réalisation sont déjà connectés au matériau dans lequel sont formés les fils, les extrémités du fil étant reliées au reste de la couche monocristalline ou amorphe. Ce procédé permet donc de s'affranchir des 25 étapes de connexion complexes nécessaires avec un procédé de croissance de fils à partir d'un catalyseur. La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un transistor à grille enrobante, comportant au moins les étapes de : 30 - réalisation d'une pluralité de tranchées dans une couche à base d'au moins un matériau 2910456 4 monocristallin ou amorphe, traversant une face de la couche et formant le contour de zones de source, de drain et de canal, au moins deux tranchées parmi la pluralité de tranchées étant séparées l'une de l'autre 5 par au moins une portion de la couche monocristalline ou amorphe destinée à former le canal du transistor, - recuit, sous atmosphère hydrogénée, de la couche, 10 les profondeurs P desdites deux tranchées dans la couche, les largeurs L des sections desdites deux tranchées et la largeur D d'une section de ladite portion de la couche monocristalline ou amorphe, les sections étant dans un plan parallèle à ladite face de 15 la couche, étant telles que le recuit supprime une partie de ladite portion de la couche monocristalline ou amorphe, lesdites deux tranchées formant alors une seule tranchée dans laquelle une partie restante de ladite portion de couche monocristalline ou amorphe est 20 le fil formant le canal du transistor. Le procédé peut comporter, après l'étape de recuit . - une étape de dépôt d'un matériau diélectrique dans les tranchées, 25 - une étape de gravure d'une portion du matériau diélectrique au niveau d'une zone de grille destinée à recevoir la grille du transistor, - une étape d'oxydation, au niveau de la zone de grille, du fil, de la tranchée comportant le 30 fil et d'une partie de la couche monocristalline ou amorphe, formant une couche diélectrique, 2910456 5 - une étape de réalisation d'une grille sur la couche diélectrique entourant le fil au niveau de la zone de grille, une étape de gravure du matériau 5 diélectrique se trouvant sur la couche monocristalline ou amorphe, hors des tranchées, une étape de réalisation d'espaceurs diélectriques autour de la grille, sur la couche monocristalline ou amorphe, et 10 - une étape d'implantation de dopants dans les zones de source et de drain. On réalise ainsi un transistor MOS à grille enrobante, c'est-à-dire que toute la surface du fil formant le canal du transistor est recouverte par la 15 grille. Les tranchées peuvent être réalisées par une gravure anisotrope de la couche sur laquelle est disposé un masque de gravure dont le motif forme les sections des tranchées au moins au niveau de ladite 20 face de la couche. Les dimensions P, L et D peuvent être choisies telles que : 1 f 1+(D/L) J2 + 1 z-asin û ~l+(D/L) 2 2\ 2 2 En respectant ce critère, on obtient, avecDL (1+ j REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'au moins un fil (112) dans une couche (102) à base d'au moins un 5 matériau monocristallin ou amorphe, comprenant au moins les étapes de : réalisation d'au moins deux tranchées (110) dans la couche (102), traversant une face (101) de la couche (102), séparées l'une de l'autre par au 10 moins une portion (111) de la couche (102) monocristalline ou amorphe, - recuit, sous atmosphère hydrogénée, de la couche (102), les profondeurs P des deux tranchées (110) 15 dans la couche (102), les largeurs L des sections des deux tranchées (110) et la largeur D d'une section de ladite portion (111) de la couche (102) monocristalline ou amorphe, les sections étant dans un plan parallèle à ladite face (101) de la couche (102), étant telles que 20 le recuit supprime une partie de ladite portion (111) de la couche (102) monocristalline ou amorphe, les deux tranchées (110) formant alors une seule tranchée (114) dans laquelle une partie restante de ladite portion (111) de la couche (102) monocristalline ou amorphe 25 forme le fil (112). 2. Procédé selon la revendication 1, les tranchées (110) étant de forme et de dimensions similaires. 30 2910456 21 3. Procédé de réalisation d'un transistor (200) à grille (220) enrobante, comportant au moins les étapes de : - réalisation d'une pluralité de tranchées (201) dans une couche (102) à base d'au moins un matériau monocristallin ou amorphe, traversant une face (101) de la couche (102) et formant le contour de zones de source (204), de drain (206) et de canal (208), au moins deux tranchées (201) parmi la pluralité de tranchées (201) étant séparées l'une de l'autre par au moins une portion (208) de la couche (102) monocristalline ou amorphe destinée à former le canal du transistor (200), - recuit sous atmosphère hydrogénée de la couche (102), les profondeurs P desdites deux tranchées (201) dans la couche (102), les largeurs L des sections desdites deux tranchées (201) et la largeur D d'une section de ladite portion (208) de la couche (102) monocristalline ou amorphe, les sections étant dans un plan parallèle à ladite face (101) de la couche (102), étant telles que le recuit supprime une partie de ladite portion (208) de la couche (102) monocristalline ou amorphe, lesdites deux tranchées (201) formant alors une seule tranchée (210) dans laquelle une partie restante de ladite portion (208) de la couche (102) monocristalline ou amorphe est le fil (212) formant le canal du transistor (200). 4. Procédé selon la revendication 3, comportant en outre, après l'étape de recuit : 2910456 22 une étape de dépôt d'un matériau diélectrique (214) dans les tranchées (210, 201), - une étape de gravure d'une portion du matériau diélectrique (214) au niveau d'une zone (216) 5 de grille destinée à recevoir la grille (220) du transistor (200), - une étape de formation, au niveau de la zone (216) de grille, du fil (212), de la tranchée (210) comportant le fil (212) et d'une partie de la 10 couche (102) monocristalline ou amorphe, d'une couche diélectrique (218), - une étape de réalisation d'une grille (220) sur la couche diélectrique (218) entourant le fil (212) au niveau de la zone (216) de grille, 15 - une étape de gravure du matériau diélectrique (214) se trouvant sur la couche (102) monocristalline ou amorphe, hors des tranchées (201, 210), - une étape de réalisation d'espaceurs 20 diélectriques (222) autour de la grille (220), sur la couche (102) monocristalline ou amorphe, et - une étape d'implantation de dopants dans les zones de source (204) et de drain (206). 25 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, comportant en outre, entre l'étape de recuit et l'étape de réalisation de la grille, une étape d'oxydation du fil (212). 30 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, les tranchées (110, 201) étant réalisées 2910456 23 par une gravure anisotrope de la couche (102) sur laquelle est disposé un masque de gravure (108) dont le motif forme les sections des tranchées (110, 201) au moins au niveau de ladite face (101) de la couche 5 (102). 7. Procédé selon la revendication 6, le masque de gravure (108) étant conservé sur la couche (102) lors de l'étape de recuit. 8. Procédé selon la revendication 6, le masque de gravure (108) étant retiré de la couche (102) avant la réalisation de l'étape de recuit. 15 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le recuit étant réalisé à une température comprise entre environ 750 C et 1150 C et/ou à une pression comprise entre environ 266 Pa et 100000 Pa. 20 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la couche (102) monocristalline ou amorphe étant une couche de silicium d'un substrat SOI (102, 104, 106). 25 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, les dimensions P, L et D étant choisies telles que : ( (1+(D/L) j' DL(D/L `~ zùasin + 1+