Brevet FR2977072A1 — publié le 20121228

B 11-0842FR 1 Procédé de dopage d'un substrat semi-conducteur L'invention concerne les circuits intégrés et plus précisément le dopage de substrat semi-conducteur. Les procédés de dopage des substrats semi-conducteur, par exemple en silicium, comprennent généralement au moins une étape de formation d'un motif dans une résine, et une implantation à travers le motif de résine. Les zones non protégées par le motif de résine comprennent une concentration de dopants homogène et non nulle, et les zones protégées par le motif de résine comprennent une concentration de dopants nulle. Afin d'obtenir au sein d'un même substrat semi-conducteur, des concentrations de dopants différentes dans au moins deux régions, il est nécessaire de mettre en oeuvre plusieurs étapes de formation d'un motif et d'implantation. Chaque formation d'un motif suivi d'une implantation permettant d'obtenir une unique concentration de dopants au sein d'une région. L'obtention au sein d'un même substrat semi-conducteur de concentrations de dopants différentes dans au moins deux régions est donc coûteuse car nécessitant un nombre élevé d'étapes de fabrication. Selon un mode de mise en oeuvre, il est proposé d'améliorer le contrôle de la concentration de dopants lors d'une étape d'implantation. Selon un aspect, il est proposé un procédé de dopage d'un substrat semi-conducteur comprenant : - une formation d'au moins un plot sur la surface dudit substrat, - une implantation de dopants sur ladite surface recouverte dudit au moins un plot de façon à obtenir dans le substrat une première zone dopée de part et d'autre du plot, - un recuit du substrat semi-conducteur de manière à obtenir une deuxième zone dopée s'étendant sous la totalité et de part et d'autre dudit au moins un plot et ayant une concentration de dopants sensiblement homogène. Par concentration homogène, on entend en particulier une concentration de dopants homogène au sein de chaque plan parallèle à la surface du substrat implanté, c'est-à-dire une concentration surfacique (généralement exprimée en atome par centimètre carré), cette concentration variant néanmoins de plan en plan en fonction de la profondeur. Lors de l'étape d'implantation, le plot protège le substrat et empêche les dopants d'atteindre le substrat. Le matériau constitutif du plot et ses dimensions sont avantageusement choisies pour permettre de bloquer les dopants. Lors de l'étape de recuit, les dopants implantés sont diffusés dans le substrat. Cette diffusion est caractérisée par une longueur de diffusion qui dépend notamment du type de substrat semi-conducteur, du type de dopants et des paramètres de l'étape de recuit tels que la température ou la durée du recuit. La longueur de diffusion est ici la longueur de diffusion dans les plans parallèles à la surface du substrat. Afin d'obtenir la deuxième zone dopée ayant une concentration de dopants sensiblement homogène sous la totalité et de part et d'autre dudit au moins un plot, la dimension du plot est avantageusement choisie inférieure à la longueur de diffusion des dopants. Les dopants sont alors diffusés sous le plot et l'on peut aisément obtenir une concentration de dopants homogène sous la totalité et de part et d'autre du plot. Cela étant il serait également possible d'utiliser des plots dont la dimension est inférieure ou égale au double de la longueur de diffusion dans les plans parallèles à la surface du substrat. La concentration de dopants dans la deuxième zone est donc contrôlée notamment par les dimensions du plot, on obtient donc une amélioration du contrôle de la concentration de dopants. On peut retirer le plot avant le recuit. On peut former le plot au moyen d'une résine. Ainsi, des étapes de photolithographie permettent facilement de former un plot de résine aux dimensions désirées et permettant de bloquer les dopants. Dans un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend : - une formation sur la surface d'une première région du substrat de plusieurs plots de dimensions fixes et régulièrement espacés, -une implantation de dopants sur ladite surface de la première région recouverte de plusieurs plots de façon à obtenir dans le substrat une première zone de la première région dopée de part et d'autre des plots, - un recuit du substrat semi-conducteur de manière à obtenir une deuxième zone de la première région dopée s'étendant sous la totalité et de part et d'autre des plots et ayant une concentration de dopants sensiblement homogène. L'utilisation de plusieurs plots est particulièrement avantageuse et permet de contrôler de manière plus précise la concentration de dopants finale, au sein de la deuxième zone de la première région. I1 est préférable d'utiliser plusieurs plots aux dimensions réduites qu'un unique plot, on peut ainsi réduire par exemple la durée du recuit nécessaire pour obtenir une concentration de dopants homogène. Avantageusement, le procédé peut comprendre : - une formation sur la surface d'une deuxième région du substrat de plusieurs plots de dimensions fixes et régulièrement espacés, les dimensions des plots de la deuxième région étant différentes des dimensions des plots de la première région et/ou l'espacement des plots de la deuxième région étant différent de celui des plots de la première région, - une implantation de dopants sur ladite surface de la deuxième région recouverte de plusieurs plots de façon à obtenir dans le substrat une première zone de la deuxième région dopée de part et d'autre des plots, - un recuit du substrat semi-conducteur de manière à obtenir une deuxième zone de la deuxième région dopée s'étendant sous la totalité et de part et d'autre des plots et ayant une concentration de dopants sensiblement homogène, la concentration de dopants de la deuxième zone de la deuxième région étant différente de la concentration de dopants de la première zone de la première région. On obtient ainsi deux zones de concentrations de dopants différentes au sein d'un même substrat, en modifiant les dimensions et/ou l'espacement des plots formés sur la surface d'une des deux régions. L'étape de formation sur la surface d'une première région du substrat de plusieurs plots et l'étape de formation sur la surface d'une deuxième région du substrat de plusieurs plots peuvent être simultanées. On pourra notamment former les plots au cours d'une même étape de photolithographie, en utilisant un unique masque définissant la première région et la deuxième région ainsi que leurs plots. L'étape d'implantation de dopants sur la surface de la première région recouverte de plusieurs plots et l'étape d'implantation de dopants sur la surface de la deuxième région recouverte de plusieurs plots peuvent être simultanées. L'étape de recuit du substrat de manière à obtenir ladite deuxième zone de la première région ayant une concentration de dopants sensiblement homogène et l'étape de recuit du substrat de manière à obtenir ladite deuxième zone de la deuxième région ayant une concentration de dopants sensiblement homogène peuvent être simultanées. Ainsi, selon un aspect de l'invention, une seule étape de formation de plots, par exemple par photolithographie de résine, une seule étape d'implantation et une seule étape de recuit sont nécessaires pour obtenir des zones ayant des concentrations de dopants différentes au sein d'un même substrat. Ce nombre d'étape est réduit par rapport aux procédés selon l'art antérieur nécessitant pour chaque zone une étape de formation d'un masque, une étape d'implantation et une étape de recuit. On notera qu'il est possible d'obtenir plus que deux zones ayant des concentrations de dopants différentes au sein d'un même substrat. En variante, le procédé comprend : - une formation sur la surface d'une région du substrat de plusieurs plots, les dimensions des plots et/ou leur espacement variant selon au moins une direction, - une implantation de dopants sur ladite surface de la région recouverte de plusieurs plots de façon à obtenir dans le substrat une première zone dopée s'étendant de part et d'autre des plots, - un recuit du substrat semi-conducteur de manière à obtenir une deuxième zone dopée ayant une concentration de dopants variant selon au moins une direction. Ainsi, il est possible d'obtenir un gradient de concentration de dopants au sein d'une région d'un substrat, en modifiant l'espacement et/ou les dimensions des plots selon au moins une direction. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 4 illustrent schématiquement différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre d'un procédé de dopage selon l'invention, - les figures 5 à 7 illustrent schématiquement différents agencements de plots selon différents modes de mise en oeuvre selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un substrat semi-conducteur SUB, par exemple un substrat de silicium. Une couche de résine RES à été formée sur le substrat SUB, par exemple par enduction centrifuge, et une étape classique de photolithographie a été mise en oeuvre de manière à former un motif au sein de la résine RES. Ainsi, certaines parties du substrat SUB sont recouvertes de résine RES et certaines parties sont découvertes. Une région RR de la surface S du substrat SUB est complètement recouverte de résine RES, une région RD est complètement découverte et ne comporte pas de résine, et une région RP est partiellement recouverte, et elle comporte une pluralité de plots PL, ici représentés au nombre de quatre. Les plots ont ici une largeur L fixe, et un espacement ES fixe (« Pitch » en langue anglaise). Sur la figure 2, on a représenté le substrat SUB après une étape d'implantation de dopants sur la surface S de ce substrat partiellement recouvert de résine RES. Ces dopants peuvent être par exemple et de manière classique des atomes de bore, de phosphore ou d'arsenic. La couche de résine RES est suffisamment épaisse pour bloquer les dopants au sein des régions recouvertes ou partiellement recouvertes de résine. Ainsi, la région RR recouverte totalement de résine RES a empêché l'implantation de dopants au sein du substrat SUB. La région RP comportant une pluralité de plots de résine PL permet d'obtenir des dopants uniquement de part et d'autre desdits plots PL de manière à former une zone ZP du substrat. I1 n'y a pas de dopants sous les plots PL au sein de la région RP. La région RD n'étant pas recouverte de résine, a permis l'implantation d'une zone ZD du substrat SUB. Les concentrations de dopants sont sensiblement homogènes et égales au sein de la zone ZD et au sein des zones ZP. On peut ensuite retirer la résine RES (figure 3). On obtient un substrat SUB comportant des dopants au sein des zones ZD et ZP. On notera que les zones dopées ZP sont parfois séparées par des zones non dopées d'une largeur égale à celle des plots L. Sur la figure 4, on a représenté le substrat SUB après une étape de recuit. Cette étape de recuit permet de manière classique d'activer les dopants et de réparer la structure cristalline du substrat SUB endommagée par l'étape d'implantation. Cette étape de recuit permet également d'obtenir une diffusion des dopants dans le substrat SUB. Après l'étape de recuit, les dopants de la zone ZD sont diffusés de manière à obtenir une nouvelle zone ZDD, de dimensions plus larges que la zone ZD, et ayant une concentration de dopants sensiblement homogène, éventuellement inférieure à la concentration de dopants avant l'étape de recuit. La longueur de diffusion des dopants LDI indique l'augmentation du volume de la zone ZD. A des fins de simplification, la longueur de diffusion LDI correspond ici à un phénomène de diffusion isotrope. Au sein de la région RP, les dopants ont également été diffusés lors de l'étape de recuit de manière à former une zone ZPD. La longueur de diffusion des dopants LDI (diffusion isotrope ou dans les plans parallèles à la surface du substrat) est choisie pour permettre aux dopants d'être diffusés dans les zones situées sous les plots PL retirés. On choisira la largeur L des plots PL et l'espacement ES en fonction de la longueur de diffusion LDI. On obtient ainsi une nouvelle zone ZPD dans laquelle la concentration de dopants est sensiblement homogène sous et de part et d'autre des plots PL retirés. A titre d'exemple non limitatif, il est possible de former des plots PL ayant une largeur de l'ordre de 100 nanométres avec un espacement de 200 nanométres. On pourra choisir de manière classique les paramètres de l'étape de recuit pour avoir une longueur de diffusion par exemple supérieure à 50 nanométres pour s'assurer que les dopants formeront une zone ayant une concentration de dopants sensiblement homogène sous et de part et d'autre des plots. Par exemple, les paramètres de l'étape de recuit pour une implantation de bore dans du silicium peuvent être 3 heures de recuit à 1000°C, pour obtenir une longueur de diffusion de l'ordre de 100 nanométres. Le substrat SUB comporte ici au moins trois régions, une région RR qui était recouverte de résine et qui correspond à une zone du substrat dans laquelle la concentration de dopants est nulle, une région RR qui n'était pas recouverte de résine dans laquelle la concentration de dopants est sensiblement la concentration de dopants initiale, c'est-à-dire avant le recuit, et une région RP qui était recouverte de plots dans laquelle la concentration de dopants est sensiblement égale à la concentration initiale multipliée par la différence entre l'espacement ES et la largeur L, divisée par l'espacement ES. Le rapport entre la largeur L et l'espacement ES permet donc de contrôler la concentration de dopants au sein de la zone ZPD. En d'autres termes, la concentration de dopants au sein d'une zone du substrat est contrôlée par les paramètres de l'étape de formation des plots, par exemple le masque utilisé. Sur la figure 5, on a représenté en vue de dessus un substrat semi-conducteur SUB recouvert partiellement de résine RES, après l'étape de formation d'un motif au sein de la résine RES décrite ci-avant. Le substrat semi-conducteur comporte quatre régions R1, R2 R3 et R4. La première région R1 est totalement recouverte de résine, et empêche donc les dopants d'atteindre le substrat SUB. La deuxième région R2 est recouverte de plots PL, ayant ici une forme carrée avec une largeur fixe L1. L'espacement ES entre les plots PL de la région R2 est fixe. La troisième région R3 est recouverte de plots PL, ayant également une forme carrée avec une largeur fixe L' inférieure à la largeur L des plots de la région R2. L'espacement ES entre les plots PL de la région R3 est fixe, et est égal à l'espacement entre les plots PL de la région R2. Ainsi, deux régions du substrat SUB sont recouvertes de plusieurs plots, ayant des largeurs différentes mais un espacement identique. La quatrième région R4 ne comporte pas de résine. Le motif de résine RES ayant été réalisé en une seule étape, les plots des régions R2 et R3 ont été formés simultanément. Bien entendu, on déterminera les paramètres de l'étape ultérieure de recuit de manière à obtenir des zones ayant des concentrations de dopants homogènes sous et de part et d'autre des plots, notamment au sein de la région R2 dans laquelle les plots sont les plus larges. Une quantité plus faible de dopants a été implantée au sein de la région R2 par rapport à la région R3, et la diffusion de ces dopants va permettre d'obtenir une zone ayant une concentration de dopants homogène plus faible par rapport à la concentration de dopants au sein de la région R3. La concentration de dopants sera maximale dans la zone du substrat correspondant à la région R4, et elle sera nulle dans la zone du substrat correspondant à la région R1. Sur la figure 6, on a représenté en vue de dessus un substrat semi-conducteur SUB recouvert partiellement de résine RES, après l'étape de formation d'un motif au sein de la résine RES décrite ci-avant, selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. Les régions R1 et R4 sont identiques à celles de la figure 5, et les régions R2 et R3 comportent une pluralité de plots PL. Les plots des régions R2 et R3 ont tous les même dimensions (largeur L), mais l'espacement ES des plots au sein de la région R2 est supérieure à l'espacement ES' des plots au sein de la région R3. Les deux régions ayant les mêmes dimensions, la région R2 peut contenir quatre plots et la région R3 neuf plots. Après les étapes d'implantation et de recuit, la concentration des dopants dans la zone correspondant à la région R2 sera supérieure à la concentration des dopants dans la zone correspondant à la région R3. Sur la figure 7, on a représenté en vue de dessus un substrat semi-conducteur SUB recouvert partiellement de résine RES, après l'étape de formation d'un motif au sein de la résine RES décrite ci-avant, selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. Les régions R1 et R4 sont identiques à celles de la figure 5, et les régions R2 et R3 comportent une pluralité de plots PL. Afin d'obtenir des gradients de concentration de dopants au sein des zones du substrat correspondant aux régions R2 et R3, ces régions comportent des plots dont l'espacement varie selon une direction (région R2), et dont la largeur varie selon une direction (région R3), par exemple la même. Au sein de la région R2, on a formé une pluralité de plots ayant la même largeur L, et un espacement ES1, ES2, ES3 ou ES4. Ces espacements entre les plots sont croissants selon une direction, ES 1 étant l'espacement le plus faible et ES4 l'espacement le plus important. Après implantation et recuit, la concentration de dopants dans la zone du substrat correspondant à la région R2 formera un gradient dans la même direction que la variation d'espacement. Plus de dopants peuvent atteindre le substrat SUB entre les plots ayant l'espacement le plus large (ES4), et moins de dopants peuvent atteindre le substrat SUB entre les plots ayant l'espacement le plus faible (ES1). Au sein de la région R3, on a formé une pluralité de plots PL disposés régulièrement, c'est-à-dire avec un espacement ES fixe. Les largeurs des plots L1, L2 et L3 varient selon une direction. Les plots ayant pour largeur L1 sont les plus petits et les plots ayant pour largeur L3 sont les plus larges, ces plots recouvrent donc une surface plus importante du substrat sous-jacent. Sous et de part et d'autre des plots ayant la largeur la plus faible (LU, la concentration de dopants sera élevée, et sous et de part et d'autres des plots ayant la largeur la plus élevée, la concentration de dopants sera la plus faible. On obtient donc un gradient de dopants au sein de la zone du substrat correspondant à la région R3. Selon un aspect de l'invention, on obtient une amélioration du contrôle de la concentration de dopants après une étape d'implantation. Selon un autre aspect, l'invention permet, au moyen d'une unique étape d'implantation et de recuit, d'obtenir différentes concentrations de dopants, ou encore des gradients de concentration de dopants au sein d'un substrat. On notera que l'invention peut être mise en oeuvre uniquement en modifiant un masque lors d'une étape de photolithographie d'une résine, et que les paramètres tels que les dimensions des plots et leur espacement permettent de déterminer la concentration finale de dopants au sein du substrat. REVENDICATIONS1. Procédé de dopage d'un substrat semi-conducteur (SUB), comprenant : - une formation d'au moins un plot (PL) sur la surface (S) dudit substrat, - une implantation de dopants sur ladite surface recouverte dudit au moins un plot de façon à obtenir dans le substrat une première zone dopée (ZP) de part et d'autre du plot, - un recuit du substrat semi-conducteur de manière à obtenir une deuxième zone dopée (ZPD) s'étendant sous la totalité et de part et d'autre dudit au moins un plot et ayant une concentration de dopants sensiblement homogène. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on retire ledit au moins un plot (PL) avant le recuit. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on forme ledit au moins un plot (PL) au moyen d'une résine (RES). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant : - une formation sur la surface d'une première région du substrat (SUB) de plusieurs plots (PL) de dimensions fixes et régulièrement espacés, - une implantation de dopants sur ladite surface de la première région recouverte de plusieurs plots de façon à obtenir dans le substrat (SUB) une première zone de la première région dopée de part et d'autre des plots, - un recuit du substrat semi-conducteur (SUB) de manière à obtenir une deuxième zone de la première région dopée s'étendant sous la totalité et de part et d'autre des plots et ayant une concentration de dopants sensiblement homogène. 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant : - une formation sur la surface d'une deuxième région du substrat (SUB) de plusieurs plots (PL) de dimensions fixes etrégulièrement espacés, les dimensions des plots de la deuxième région étant différentes des dimensions des plots de la première région et/ou l'espacement des plots de la deuxième région étant différent de celui des plots de la première région, - une implantation de dopants sur ladite surface de la deuxième région recouverte de plusieurs plots de façon à obtenir dans le substrat (SUB) une première zone de la deuxième région dopée de part et d'autre des plots, - un recuit du substrat semi-conducteur (SUB) de manière à obtenir une deuxième zone de la deuxième région dopée s'étendant sous la totalité et de part et d'autre des plots et ayant une concentration de dopants sensiblement homogène, la concentration de dopants de la deuxième zone de la deuxième région étant différente de la concentration de dopants de la première zone de la première région. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape de formation sur la surface d'une première région du substrat (SUB) de plusieurs plots et l'étape de formation sur la surface d'une deuxième région du substrat de plusieurs plots sont simultanées. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l'étape d'implantation de dopants sur la surface de la première région recouverte de plusieurs plots et l'étape d'implantation de dopants sur la surface de la deuxième région recouverte de plusieurs plots sont simultanées. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'étape de recuit du substrat de manière à obtenir ladite deuxième zone de la première région ayant une concentration de dopants sensiblement homogène et l'étape de recuit du substrat de manière à obtenir ladite deuxième zone de la deuxième région ayant une concentration de dopants sensiblement homogène sont simultanées. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant :- une formation sur la surface d'une région du substrat (SUB) de plusieurs plots (PL), les dimensions des plots et/ou leur espacement variant selon au moins une direction, - une implantation de dopants sur ladite surface de la région recouverte de plusieurs plots (PL) de façon à obtenir dans le substrat (SUB) une première zone dopée de part et d'autre des plots, - un recuit du substrat semi-conducteur (SUB) de manière à obtenir une deuxième zone dopée ayant une concentration de dopants variant selon au moins une direction.