Brevet FR2977071A1 — publié le 20121228

B11-0551FR 1 Procédé de dopage contrôlé d'un substrat semi-conducteur L'invention concerne les circuits intégrés et plus précisément le dopage de substrats semi-conducteurs. 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 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 suivie d'une implantation permet 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 contrôlé d'un substrat semi-conducteur comprenant : - une formation sur ledit substrat d'une couche initiale de résine, - une formation au sein de la couche initiale de résine d'un motif tridimensionnel en résine ayant localement des épaisseurs choisies, - une implantation de dopants au sein du substrat à travers le motif tridimensionnel en résine avec une énergie d'implantation choisie, les épaisseurs locales du motif en résine et l'énergie d'implantation étant choisies en fonction d'une perméabilité désirée aux dopants implantés de façon à obtenir un profil tridimensionnel contrôlé de dopants dans le substrat. Ainsi, en utilisant des épaisseurs différentes et contrôlées de résine, on peut former un motif tridimensionnel. Certaines parties du motif tridimensionnel en résine seront suffisamment peu épaisses pour être perméables aux dopants. Ainsi, l'épaisseur restante de résine déterminera le profil d'implantation sous-jacent. On peut donc obtenir, en ajustant les épaisseurs locales du motif et l'énergie d'implantation associée au type de dopants et au substrat utilisés, des profils d'implantation différents au sein d'un même substrat, et ce sans utiliser de multiples étapes d'implantation à travers différents masques. Certaines zones peuvent avoir un profil d'implantation profond, par exemple des zones non recouvertes de résine ou recouvertes d'une faible épaisseur de résine, et certaines zones peuvent avoir un profil d'implantation peu profond, par exemple des zones recouvertes d'une épaisseur de résine plus épaisse. On pourra également former des gradients d'implantation, notamment en formant des pentes au sein de la résine. La résine peut être une résine progressive. Les résines photosensibles non progressives ont généralement une épaisseur sensiblement inchangée après avoir reçu une dose d'insolation inférieure à un seuil, et une épaisseur nulle après avoir reçu une dose d'insolation dépassant ce seuil. Les résines à amplification chimique utilisées pour la fabrication de technologies CMOS avancées sont des résines non progressives. Les résines photosensibles progressives différent de ces résines en ce que l'épaisseur de ces résines après la révélation est une fonction sensiblement linéaire de la dose d'insolation reçue. Ainsi, une dose d'insolation intermédiaire, de l'ordre du seuil pour une résine photosensible progressive, laissera une épaisseur de résine après révélation intermédiaire. La formation dudit motif tridimensionnel peut comprendre une étape de photolithographie à faisceau d'électron. En faisant par exemple varier l'intensité du faisceau d'électrons, on peut contrôler l'épaisseur de la résine progressive après par exemple une étape de révélation. En variante, la formation dudit motif tridimensionnel peut comprendre une étape de photolithographie à travers un masque à niveaux de gris. Les masques à niveaux de gris comprennent de manière classique différentes zones, chaque zone étant recouverte d'une pluralité de points ayant une densité propre à chaque zone. Ces points peuvent bloquer le rayonnement utilisé pour insoler la résine, et chaque zone laisse passer une dose d'insolation différente. Après révélation, on peut obtenir plusieurs épaisseurs de résine progressive. Selon une autre variante, la formation dudit motif tridimensionnel peut comprendre un masque à décalage de phase. On pourra utiliser des phénomènes d'interférences pour modifier la dose d'insolation au sein de certaines zones. Selon une autre variante, la formation dudit motif tridimensionnel peut comprendre une pluralité d'insolations de la résine à travers différents masques. On utilise ainsi qu'une seule couche de résine mais plusieurs masques, puis une unique étape d'implantation. Selon une autre variante, le procédé comprend préalablement à la formation de la couche initiale de résine une formation d'une couche inférieure de traitement sur le substrat de silicium et/ou postérieurement à la formation de la couche initiale de résine une formation d'une couche supérieure de traitement sur le substrat recouvert de ladite couche initiale. Ces couches de traitement peuvent être des couches antireflets, couramment désignées sous les acronymes anglo-saxons « BARC » (« Bottom Anti Reflective Coating ») et « TARC » (« Top Anti Reflective Coating »), elles permettent de modifier l'épaisseur finale des couches de résine progressives, par exemple en modifiant les parois des motifs de résine pour les rendre tridimensionnels. Les parois peuvent devenir inclinées vers l'intérieur ou vers l'extérieur des motifs de résine. On peut utiliser d'autres couches de traitement La formation dudit motif tridimensionnel peut également comprendre une étape de lithographie par nano-impression. En utilisant un moule dans lequel un motif tridimensionnel est déjà formé, on peut former dans la couche de résine initiale un motif tridimensionnel. La formation dudit motif tridimensionnel peut également comprendre une étape de photolithographie et une étape de recuit. Les paramètres du recuit étant avantageusement choisis afin de modifier la structure de la résine. Ainsi, après l'étape de photolithographie, il est possible de faire fondre la résine de manière à obtenir un motif tridimensionnel. On peut également mettre en oeuvre plusieurs étapes de recuit, après la formation de la couche initiale de résine (« Post Apply Bake »), après l'insolation de la résine (« Post Exposure Bake »), ou encore après le développement de la résine. Ces recuits peuvent modifier les parois du motif tridimensionnel, par exemple en inclinant les parois vers l'extérieur ou vers l'intérieur du motif. 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 selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un substrat semi-conducteur SUB, par exemple un substrat de silicium. Le substrat SUB est recouvert d'une couche initiale de résine RES, par exemple une résine progressive. La couche de résine RES peut être formée lors d'une étape d'enduction centrifuge. L'épaisseur initiale EI de la couche de résine initiale RES est suffisante pour empêcher l'implantation de dopants dans le substrat SUB. On notera que des étapes de recuit peuvent être mises en oeuvre de manière classique. Un motif tridimensionnel MT est ensuite formé au sein de la couche de résine RES. Ce motif tridimensionnel de résine comporte une pluralité de zones correspondant à des épaisseurs de résines différentes. Le motif tridimensionnel MT comporte ainsi des zones dans lesquelles l'épaisseur de résine est inchangée (épaisseur EI), des zones dans lesquelles l'épaisseur de résine est intermédiaire (épaisseur EM), par exemple la moitié de l'épaisseur initiale EI, des zones dans lesquelles l'épaisseur de résine forme une pente PR, et des zones dans lesquelles l'épaisseur de résine est nulle. L'épaisseur intermédiaire EM et les épaisseurs de la résine au sein des pentes de résine PR sont choisies pour obtenir une perméabilité désirée vis-à-vis d'une implantation de dopants à une énergie d'implantation donnée. Le motif tridimensionnel MT peut être formé en utilisant une résine progressive et une étape de photolithographie à faisceau d'électrons, ou une étape de photolithographie à travers un masque à niveaux de gris, ou une étape de photolithographie à travers un masque à décalage de phase, ou une pluralité d'étapes d'insolation de la résine à travers différents masques, ou encore des couches antireflets. Sur la figure 3, on a représenté le substrat SUB recouvert par le motif tridimensionnel MT, après une étape d'implantation de dopants, par exemple des atomes de bore ou de phosphore. Les parties du substrat SUB recouvertes d'une épaisseur de résine suffisamment épaisse, par exemple l'épaisseur EI, ont bloqué la totalité des dopants et le substrat SUB n'est pas atteint par des dopants dans ces parties. Les parties du substrat SUB non recouvertes de résine ont été implantées, avec un profil d'implantation d'une profondeur élevée PO. Les parties du substrat SUB recouvertes d'une épaisseur intermédiaire de résine, par exemple l'épaisseur EM, ont bloqué partiellement les dopants, et on obtient un profil d'implantation ayant une profondeur PM. Les parties du substrat SUB recouvertes d'une pente de résine PR ont également été implantées, au moins pour les parties d'épaisseur suffisamment faible. On obtient ainsi un profil d'implantation PP. On obtient avec une unique étape d'implantation, différentes profondeurs et profils d'implantation au sein du substrat semi- conducteur situé sous le motif tridimensionnel MT. Ces profils d'implantation forment un profil tridimensionnel contrôlé de dopants PTD dans le substrat. Sur la figure 4, on a représenté une variante de l'invention dans laquelle l'étape d'implantation est une étape d'implantation profonde, par exemple une étape d'implantation dans laquelle l'énergie d'implantation est élevée afin d'obtenir un autre profil tridimensionnel contrôlé de dopants PTD dans le substrat. On obtient ainsi une pluralité de profils d'implantation au sein du substrat SUB. Les zones du substrat situées sous une épaisseur de résine épaisse, par exemple l'épaisseur EI, n'ont pas été implantées, et les zones non recouvertes ou recouvertes d'une épaisseur intermédiaire ont été implantées. Au sein des parties du substrat SUB qui n'ont pas été recouvertes de résine, les dopants ne sont présents qu'à partir d'une profondeur P01, et ont un profil d'implantation d'une profondeur PO2. Au sein des parties du substrat SUB qui ont été recouvertes par une épaisseur intermédiaire de résine EM, les dopants sont présents dés la surface sur substrat SUB et leur profil d'implantation a une profondeur PMI. Au sein des parties recouvertes de pentes de résine PR, les dopants sont présents selon un premier profil PPl et ont un profil d'implantation d'une profondeur PP2. On peut ainsi obtenir des profils d'implantation dans lesquels les dopants sont totalement enfouis dans le substrat semi-conducteur ou disposés en surface du substrat, en ne mettant en oeuvre qu'une étape d'implantation. Lorsqu'on utilise une résine progressive pour la formation du motif tridimensionnel, on peut par exemple utiliser la résine progressive vendue sous la dénomination SPR955 par la société Dow Chemical. On peut également utiliser d'autres résines du type « I-line » bien connu de l'homme du métier. Par ailleurs, d'une façon générale, l'homme du métier saura ajuster les valeurs des épaisseurs locales du motif tridimensionnel ainsi que l'énergie d'implantation de façon à obtenir le profil désiré d'implantation au sein du substrat. On peut également contrôler le profil d'implantation obtenu au moyen d'un procédé bien connu de l'homme du métier de spectrométrie de masse à ionisation secondaire (« SIMS : Secondary Ion Mass Spectrometry » en langue anglaise. A titre d'exemple, en utilisant la résine vendue sous le nom de « TOUR P6159 EL 27CP » par la société japonaise « TOKYO OGHA KOGYO CO. LTD », ayant localement une épaisseur de 200 nanométre, du phosphore comme dopant, un substrat de silicium ayant une orientation de type « 100 », une énergie d'implantation de 230 kilo-électron-volts et une dose de l'ordre de 1013 atomes par centimètres carré, on obtiendra localement dans le substrat un pic de dopants à une profondeur de l'ordre de 0,2 micromètres. Pour une même résine ayant localement une épaisseur de 500 nanométres, on obtiendra localement dans le substrat un pic de dopants à une profondeur de l'ordre de 0,1 micromètres. REVENDICATIONS1. Procédé de dopage contrôlé d'un substrat semi-conducteur (SUB) comprenant : - une formation sur ledit substrat (SUB) d'une couche initiale de résine (RES), - une formation au sein de la couche initiale de résine d'un motif tridimensionnel (MT) en résine ayant localement des épaisseurs choisies, - une implantation de dopants au sein du substrat (SUB) à travers le motif tridimensionnel en résine avec une énergie d'implantation choisie, les épaisseurs locales du motif en résine et l'énergie d'implantation étant choisies en fonction d'une perméabilité désirée aux dopants implantés de façon à obtenir un profil tridimensionnel contrôlé de dopants (PTD) dans le substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la résine (RES) est une résine progressive. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la formation dudit motif tridimensionnel comprend une étape de photolithographie à faisceau d'électrons. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la formation dudit motif tridimensionnel comprend une étape de photolithographie à travers un masque à niveaux de gris. 5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la formation dudit motif tridimensionnel comprend une étape de photolithographie à travers un masque à décalage de phase. 6. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la formation dudit motif tridimensionnel comprend une pluralité d'insolations de la résine à travers différents masques. 7. Procédé selon la revendication 2, comprenant préalablement à la formation de la couche initiale de résine, une formation d'une couche inférieure de traitement sur le substrat de silicium et/ou postérieurement à la formation de la couche initiale de résine uneformation d'une couche supérieure de traitement sur le substrat recouvert de ladite couche initiale. 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation dudit motif tridimensionnel comprend une étape de lithographie par 5 nano-impression. 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation dudit motif tridimensionnel comprend une étape de photolithographie et une étape de recuit.