Brevet FR2956245A1 — publié le 20110812

Transistor à effet de champ à caractéristiques électriques améliorées et muni d'une contre-électrode et procédé de réalisation Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un dispositif à effet de champ comportant une électrode de grille, 1 o une zone active en matériau semi-conducteur avec une première zone de source/drain et une seconde zone de source/drain, lesdites zones de source/drain étant disposées de part et d'autre de l'électrode de grille, une contre-électrode séparée de la zone active par une couche en matériau électriquement isolant, 15 un contact de contre-électrode, un motif d'isolation entourant la zone active. L'invention est également relative au procédé de réalisation d'un tel dispositif. État de la technique Au fur et à mesure de la miniaturisation constante des circuits intégrés, certaines limites physiques des matériaux ont été atteintes et des effets 25 parasites ont été pris en compte. Différentes voies ont été mises en place afin de pallier les problèmes liés aux modifications électriques des dispositifs suite aux effets parasites ou aux limitations des matériaux utilisés. Une des première voie d'amélioration a été d'intégrer de nouveaux matériaux 30 au sein des dispositifs. Ces nouveaux matériaux présentent des propriétés physiques différentes qui ont été mises à contribution afin d'accroître les 20 performances des transistors ou de les conserver. Ces nouveaux matériaux ont permis de modifier la mobilité des porteurs de charge dans le dispositif. Cette modification de la mobilité a également été améliorée par la mise en place d'un jeu de contraintes dans le dispositif. Typiquement, ces contraintes sont introduites par le matériau d'encapsulation déposée au-dessus du dispositif. Une voie d'amélioration a été de réduire les effets parasités liés à la réduction des dimensions. Cette amélioration a été obtenue avec une modification de l'architecture du dispositif en intégrant une contre-électrode sous le canal de conduction. De cette manière, le canal de conduction est localisé entre l'électrode de grille et la contre-électrode. Cependant, l'utilisation d'un transistor avec une électrode supplémentaire n'est pas une voie considérée comme intéressante car il est nécessaire de maîtriser la réalisation d'une électrode supplémentaire ce qui se traduit par un procédé de réalisation plus complexe et surtout un dispositif plus volumineux. Objet de l'invention On constate qu'il existe un besoin de prévoir un transistor à effet de champ muni d'une contre-électrode, qui reste facile à réaliser et qui occupe une place réduite. 25 Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le contact de contre-électrode sépare partiellement la première zone de source/drain du motif d'isolation. On constate encore qu'il existe un besoin de prévoir un procédé de 30 réalisation de ce dispositif de manière fiable et industrielle.20 Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes structurer la couche en matériau semi-conducteur et la couche en matériau isolant pour former une saillie sur un substrat de support, former un motif d'isolation de sorte à entourer la couche en matériau semi-conducteur, former un trou de contact à travers une partie de la couche en matériau semi-conducteur et de la couche en matériau isolant pour découvrir une partie d'une contre-électrode formée dans le substrat de support, former le contact de contre-électrode. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : les figures 1 à 9 représentent, de manière schématique, en coupe ou en vue de dessus, différentes étapes de réalisation d'un transistor, la figure 10 représente, de manière schématique, en coupe, une zone active et un transistor. Description d'un mode préférentiel de l'invention Comme cela est illustré à la figure 1 dans une vue en coupe, un substrat 1 initial est un substrat de type semi-conducteur sur isolant comprenant successivement une couche 2 en matériau semi-conducteur, une couche 3 en matériau électriquement isolant et un substrat de support 4. 30 Comme cela est illustré aux figures 2 et 3, la couche 2 en matériau semi-conducteur et la couche 3 en matériau électriquement isolant sont structurées afin de former une zone active 5 en matériau semi-conducteur. La zone active 5 est séparée du substrat de support 4 par la couche 3 en matériau électriquement isolant. La figure 2 est une vue en coupe selon l'axe AA' représenté à la figure 3. De cette manière, la couche 2 en matériau semi-conducteur et la couche 3 en matériau électriquement isolant présentent après structuration des dessins semblables. Les dessins peuvent être identiques dans leurs dimensions mais ils peuvent également présenter des différences. Une fois la structuration réalisée, la zone active 5 et la partie restante de la couche 3 en matériau électriquement isolant font une saillie à la surface du substrat de support 4. Le substrat de support 4 comporte une contre-électrode 6, c'est-à-dire une zone faiblement résistive, telle qu'une zone dopée ou une zone en matériau métallique. La contre-électrode 6 peut être réalisée par différente technique, comme l'implantation de dopant dans le substrat de support à travers les couches isolante 3 et semi-conductrice 2. La contre-électrode 6 peut également être réalisée par une gravure du substrat de support et son remplacement par un matériau adapté. La surface de la contre-électrode 6 se superpose avec au moins une partie de la surface de la zone active 5. De préférence, la contre-électrode 6 fait face au canal de conduction pour modifier l'effet électrostatique de l'électrode de grille 8. Afin de faciliter la réalisation pratique, la contre-électrode 6 occupe une surface au moins équivalente à celle de la zone active 5. Comme illustré à la figure 4 dans la vue en coupe selon l'axe AA', un motif d'isolation 7 est ensuite formé qui entoure la zone active 5 et la couche 3 en matériau électriquement isolant. Le motif d'isolation 7 est formé de manière conventionnelle, par exemple par dépôt d'un matériau isolant électriquement qui est ensuite aplani et mis à épaisseur pour former une surface commune avec la surface supérieure de la zone active 5. A ce stade, le motif d'isolation 7 entoure la zone active 5 et recouvre l'intégralité des parois latérales de la zone active 5. La zone active 5 et le motif d'isolation 7 ont alors des formes complémentaires. Si la structuration de la zone active 5 et de la couche 3 en matériau électriquement isolant associée s'arrête à la surface du substrat de support 4, le motif d'isolation 7 est formé dans un plan différent du substrat de 10 support 4, c'est-à-dire au-dessus du substrat de support 4. La contre-électrode 6 peut alors être isolée électriquement du reste du substrat 4 par toute technique adaptée, par exemple par la formation d'une diode qui empêche le courant de s'échapper de la contre-électrode 6. 15 Dans une variante de réalisation, la structuration de la zone active 5 peut s'enfoncer partiellement dans le substrat de support 4. Dans ce cas de figure, le motif d'isolation 7 est formé partiellement dans le même plan que la contre-électrode 6. De cette manière, le motif d'isolation 7 réalise au moins partiellement l'isolation électrique de la contre-électrode 6. 20 Tous ces modes de réalisation permettent d'isoler le substrat de support 4 et la contre-électrode 6 entre eux et vis-à-vis des autres éléments de manière bidimensionnelle. L'isolation dans la troisième dimension (selon l'épaisseur du substrat) est obtenue par la couche en matériau électriquement isolant. 25 Dans un mode de réalisation privilégié, la structuration du substrat de support 4 est réalisée sur une épaisseur supérieure à celle de la contre-électrode 6 de sorte à complètement isoler électriquement les parois latérales de la contre-électrode 6. Le motif d'isolation 7 s'enfonce dans le 30 substrat de support 4 sur une épaisseur supérieure à celle de la contre-électrode 6. Ensuite, comme cela est illustré aux figures 5 et 6, une électrode de grille 8 est formée à la surface de la zone active 5. Cette électrode de grille 8 est séparée de la zone active 5 par un matériau isolant de grille (non représenté) et elle s'étend en partie sur le motif d'isolation 7. L'électrode de grille 8 divise la zone active 5 en trois parties, la première zone 5a de source/drain, la seconde zone 5b de source/drain et le canal de conduction disposé entre les deux zones 5a et 5b. La figure 5 est une vue en coupe selon l'axe AA' représenté à la figure 6. Les première 5a et seconde 5b zones de source/drain sont disposées respectivement de part et d'autre de l'électrode de grille 8. L'électrode de grille 8 est formée de manière conventionnelle. Comme cela est illustré aux figures 7 et 8, une partie de la contre-électrode 6 est découverte à travers la zone active 5 et la couche 3 en matériau électriquement isolant. Cette opération est réalisée au moyen de la formation d'un trou 9 de contact qui délimite un contact 10 de contre-électrode représenté en figure 9. Ainsi, une partie de la contre-électrode 6 est libérée sans toucher à l'intégrité du motif d'isolation 7 ce qui permet de conserver un dispositif compact et une parfaite isolation électrique entre les dispositifs. Par ailleurs, cela évite d'accroître la surface du dispositif en utilisant un contact supplémentaire hors de la zone active 5. La figure 7 est une vue en coupe selon l'axe AA' représenté à la figure 8. De cette manière, les parois latérales du trou 9 de contact sont formées au moins partiellement par la zone active 5, la couche 3 et le motif d'isolation 7. La structuration du trou 9 de contact peut être prolongée dans le substrat de support 4 ce qui permet d'augmenter la surface de contact et ainsi de réduire la résistance série si le matériau de contact a une résistivité inférieure à celle de la contre-électrode 6. Le trou 9 de contact est formé au niveau de la première zone 5a de source/drain. Le trou 9 de contact est réalisé par toute technique adaptée, par exemple par une technique anisotrope ce qui permet de maîtriser l'espace du futur contact 10 de contre-électrode. Comme cela est illustré à la figure 9 dans la vue en coupe selon l'axe AA', une fois le trou 9 de contact formé, un matériau d'isolation 11, typiquement un matériau électriquement isolant, tel que par exemple un oxyde silicium ou un nitrure de silicium, est formé sur les parois latérales du trou 9 de contact. Le matériau d'isolation est localisé par toute technique adaptée, par exemple de manière analogue à celle utilisée pour former les espaceurs latéraux. Ce matériau d'isolation 11 empêche tout contact électrique entre les parois latérales de la première zone 5a de source/drain et le futur contact 10 de contre-électrode. Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant si un contact électrique compact est recherché entre l'électrode de grille 8 et la contre-électrode 6. Ce contact est alors réalisé dans les niveaux d'interconnexion électrique à côté des contacts de source et de drain. Dans ce mode de réalisation particulier, il est également possible de réaliser la connexion électrique entre la contre-électrode 6 et l'électrode de source ou de drain matérialisée par la première zone 5a. De cette manière, au moyen d'une zone active 5 de dimension réduite, il est possible de choisir dans les niveaux d'interconnexion quelles sont les électrodes qui sont connectées entre elles. Afin de favoriser une connexion aisée de l'électrode de grille avec la contre-électrode ou de l'électrode de source/drain avec la contre-électrode, le contact 10 est adjacent à la première zone 5a et à proximité immédiate de l'électrode de grille (figure 8). Cependant, d'autres organisations sont envisageables. Si le matériau d'isolation 11 recouvre également la surface de la contre-30 électrode dans le trou 9, une gravure de type anisotrope est réalisée de manière à découvrir la surface de la contre-électrode 6 tout en laissant des espaceurs isolants sur les parois latérales du trou 9 de contact. Il est également possible de réaliser une gravure isotrope, si l'épaisseur du matériau 11 dans le fond du trou 9 est plus faible que sur les bords. Dans une variante de réalisation (non représentée), le matériau d'isolation 11 n'est pas utilisé, il y a alors contact électrique entre la première zone 5a source/drain et le contact 10 de contre-électrode au niveau de leurs parois latérales communes. Ceci implique que le potentiel de la contre électrode est lié (voire identique) au potentiel de la première zone 5a de source/drain. i0 Un matériau de contact électriquement conducteur, par exemple un métal ou un matériau semi-conducteur est déposé pour remplir le volume vide correspondant au trou 9 de contact. Ainsi, le contact 10 de contre-électrode autorise la connexion électrique de la contre-électrode 6 depuis la surface du 15 substrat 1. Selon les modes de réalisation envisageables, l'électrode de grille 8 peut être formée avant ou après la formation du contact de contre-électrode. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'électrode de grille est formée avant le trou 20 de contact et le dépôt du matériau d'isolation 11 sert également à former les espaceurs latéraux de l'électrode de grille. Si le matériau de contact est un matériau semi-conducteur à base de silicium, il est avantageux de réaliser une étape de siliciuration du contact 10 25 afin de le transformer en un matériau ayant un comportement métallique. Dans un mode de réalisation préférentiel, la siliciuration du contact permet également de siliciurer la partie supérieure de la zone active 5 et/ou de l'électrode de grille 8. Cette siliciuration superficielle permet de diminuer la résistance d'accès des électrodes du dispositif à effet de champ. 30 Dans la mesure où la zone active 5 du dispositif à effet de champ est entourée par le motif d'isolation 7 et que ces deux éléments ont des formes complémentaires, la déformation de l'un de ces deux éléments se traduit par la déformation de l'autre élément ou par l'introduction d'un jeu de contraintes dans au moins une partie du dispositif. Lors de la structuration du trou 9 de contact, il y a introduction d'un volume vide entre le motif d'isolation 7 et la zone active 5. L'introduction du matériau de contact permet d'introduire dans une partie de la zone active 5, ici dans la première zone 5a de source/drain, un champ de contraintes différent de celui présent dans le reste de la zone active 5. De cette manière, il est possible de manière simple de modifier les caractéristiques électriques du dispositif en introduisant un contact supplémentaire qui est adjacent avec la zone active 5. Selon la forme du contact de contre-électrode et sa position dans la zone active, il est possible d'obtenir une contrainte unidirectionnelle et/ou une contrainte non uniforme dans la zone de source/drain associée. L'introduction d'un contact 10 de contre-électrode entre la zone active 5 et le motif d'isolation 7 a pour effet de modifier le jeu de contrainte entre les deux zones de source/drain (5a, 5b) du dispositif. Cette modification peut être accrue par l'utilisation d'un matériau isolant entre le contact 10 de contre-électrode et la zone active 5. Le champ de contrainte peut être modifié dans un sens ou dans l'autre selon que l'on utilise des matériaux déposés volontairement compressifs ou en traction. Un dispositif présentant des contraintes différentes entre les deux zones de source/drain peut ainsi être obtenue. Dans un mode de réalisation particulier, deux contacts de contre-électrode 30 sont formés. Chaque contact relie électriquement une contre-électrode particulière. Les deux électrodes sont disposées dans des plans distincts. Les deux contacts sont séparés par l'électrode de grille. Les formes des deux électrodes peuvent permettre d'obtenir des jeux de contraintes identiques ou différents dans la zone de source par rapport à la zone de drain. Dans un mode de réalisation privilégié, la partie de la zone active 5 qui est éliminée lors de la structuration du trou de contact est une partie en saillie du reste du dessin de la zone active 5. Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont particulièrement intéressant dans le cas d'une co-intégration d'un transistor muni une contre-électrode 6 avec un transistor formé sur un substrat de type semi-conducteur sur isolant. En effet, les modes de réalisation ci-dessus sont intégrables avec des couches en matériau électriquement isolant mince et ultra-mince, de l'ordre de quelques nanomètres d'épaisseur car la contre-électrode est formée dans le substrat de support. Dans un mode de réalisation illustré à la figure 10, le dessin de la zone active et/ou le dessin du masque de gravure visant à former le trou de contact 9 autorise la formation d'autres trous entre la zone active et le motif d'isolation. Ces trous additionnels sont remplis par le matériau d'isolation 11 ou par le matériau d'isolation et le matériau électriquement conducteur 10. Les trous sont remplis lors de la formation du contact de contre-électrode. La forme de trous, leurs dimensions et le pas de répétition permet de définir un jeu de contraintes dans une partie de la zone active. Revendications1. Dispositif à effet de champ comportant : une électrode de grille (8), une zone active (5) en matériau semi-conducteur avec une première zone (5a) de source/drain et une seconde zone (5b) de source/drain, lesdites zones (5a, 5b) de source/drain étant disposées de part et d'autre de l'électrode de grille (8), une contre-électrode (6) séparée de la zone active (5) par une couche (3) en matériau électriquement isolant, un contact (10) de contre-électrode, un motif d'isolation (7) entourant la zone active (5), dispositif caractérisé en ce que le contact (10) de contre-électrode sépare partiellement la première zone (5a) de source/drain du motif d'isolation (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois latérales du contact (10) de contre-électrode sont recouvertes par un matériau (11) électriquement isolant. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le motif d'isolation (7) est localisé dans un plan différent de la contre-électrode (6). 4. Procédé de réalisation d'un transistor à effet de champ caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes structurer une couche (2) en matériau semi-conducteur et une couche (3) en matériau isolant pour former une saillie sur un substrat de support (4), - former un motif d'isolation (7) de sorte à entourer la couche (2) en matériau semi-conducteur, 11 former un trou (9) de contact à travers une partie de la couche (2) en matériau semi-conducteur et de la couche (3) en matériau isolant pour découvrir une partie d'une contre-électrode formée dans le substrat de support (4), former le contact (10) de contre-électrode. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de former un matériau électriquement isolant sur les parois latérales du trou (9) de contact.10