Brevet FR2981502A1 — publié le 20130419

B11-2090FR 1 Procédé de réalisation d'au moins une tranchée d'isolation profonde L'invention concerne les circuits intégrés et plus particulièrement les tranchées d'isolation profondes, bien connues de l'homme du métier sous l'acronyme anglo-saxon « DTI : Deep Trench Isolation », délimitant par exemple des zones photosensibles de pixels de dispositifs d'imagerie intégrés. Les dispositifs d'imagerie intégrés comprennent généralement pour chaque pixel, une zone photosensible comprenant un matériau semi-conducteur au sein desquelles des porteurs de charges libres sont obtenus lorsque la lumière traverse la zone photosensible. Ces porteurs de charges sont ensuite collectés pour chaque pixel. Il est donc nécessaire d'empêcher le passage des porteurs de charges obtenus d'une zone photosensible vers une autre zone photosensible, ce phénomène bien connu de l'homme du métier est couramment désigné sous le vocable anglo-saxon de « cross-talk ». Des tranchées DTI sont généralement réalisées pour délimiter les pixels. Afin de réaliser ces tranchées, il a été proposé d'implanter des atomes dopants pour délimiter les zones photosensibles, les atomes dopants créant une barrière d'énergie entre les zones photosensibles. Cette solution a pour inconvénients de ne pas former d'isolation optique entre les pixels (provoquant l'apparition d'un « cross-talk » optique), de former une isolation électrique trop faible dans les régions profondes, de former des tranchées larges, et de ne pas permettre la formation de tranchées ayant une profondeur supérieure par exemple à 2 micromètres. Lors de la fabrication de dispositif d'imagerie utilisant des technologies avancées, il est avantageux de former des tranchées d'isolation fines afin d'augmenter la densité de pixels. Il a également été proposé de former des cavités correspondant aux tranchées, puis de mettre en oeuvre des étapes d'implantation d'atomes dopants selon plusieurs angles d'incidence par rapport à la surface dans laquelle les cavités sont formées. On peut ainsi implanter des atomes dopants au voisinage des parois des cavités, et remplir ces cavités par un matériau isolant. Même si cette technique permet d'obtenir une isolation optique, l'implantation inclinée a pour inconvénient de ne pas permettre la formation de tranchées d'isolation suffisamment profondes, la passivation des parois au fond des cavités par les atomes dopants n'étant pas suffisamment efficace. Les tranchées d'isolation profondes induisent par ailleurs des défauts dans les structures cristallines qui sont susceptibles de générer des courants d'obscurité (« Dark Current » en langue anglaise). Selon un mode de mise en oeuvre, il est proposé de permettre la réalisation de tranchées d'isolation profondes ayant un facteur de forme élevé tout en limitant les inconvénients des solutions de l'état de la technique présentées ci-avant. Selon un aspect, il est proposé un procédé de réalisation d'au moins une tranchée d'isolation profonde au sein d'un support semiconducteur comprenant du silicium et ayant une face avant, ledit procédé comprenant : - une formation d'au moins une cavité dans le support semi- conducteur à partir de la face avant, - un dépôt conforme d'atomes dopants sur les parois de la cavité, comprenant par exemple un dépôt d'atomes dopants seuls ou un dépôt de silicium dopé, - une formation au voisinage des parois de la cavité d'une région de silicium dopé à partir desdits atomes dopants, - un remplissage de la cavité par un matériau de comblement, par exemple un matériau isolant ou du silicium dopé, de manière à former au moins une tranchée d'isolation profonde. La mise en oeuvre d'une étape de dépôt conforme d'atomes dopants permet d'obtenir une région dopée au voisinage des parois des cavités de manière plus aisée qu'au moyen d'une pluralité d'étapes d'implantation. On peut aussi former des tranchées d'isolation ayant un facteur de forme plus élevé en adaptant les paramètres de l'étape de dépôt. Le dépôt conforme d'atomes dopants peut comprendre un dépôt chimique en phase vapeur d'atomes dopants. On peut ainsi adapter les paramètres de l'étape de dépôt chimique en phase vapeur (espèces, pression, température...) afin d'obtenir un dépôt conforme de bonne qualité et ce même au fond de la cavité. Un nettoyage de la paroi de ladite au moins une cavité peut être mis en oeuvre préalablement au dépôt conforme d'atomes dopants. Le dépôt d'atomes dopants et la formation de ladite région de silicium dopé peuvent former une seule et même étape comportant un dépôt de silicium dopé. Les gaz de l'étape de dépôt chimique en phase vapeur peuvent comprendre un gaz précurseur de silicium et un gaz précurseur des atomes dopants. Le dépôt conforme d'atomes dopants peut comprendre une formation d'une couche de silicium dopé ne remplissant pas la cavité. En variante, le dépôt conforme d'atomes dopants et le remplissage de la cavité par un matériau de comblement peuvent former une seule et même étape comprenant un dépôt de silicium dopé. Dans une autre variante, la formation de la région de silicium dopé comprend une diffusion dans le silicium du support des atomes dopants déposés sur les parois de la cavité. Le remplissage de la cavité par un matériau de comblement peut comprendre un dépôt d'un matériau diélectrique. Ainsi, on obtient un remplissage par un matériau isolant d'une cavité comportant du silicium dopé au voisinage de ses parois. On pourra par exemple utiliser du dioxyde de silicium (SiO2) permettant d'obtenir une isolation électrique et optique (obtenue par le changement d'indice optique entre le silicium et le dioxyde de silicium). Ainsi, une seule étape de dépôt est mise en oeuvre afin de passiver les parois de la cavité, puis de combler la cavité. L'absence d'étapes d'implantation pour obtenir une tranchée comportant du silicium dopé permet notamment de ne pas endommager la structure cristalline du silicium. On limite ainsi l'apparition de défauts dans cette structure susceptibles de faire apparaitre des courants d'obscurité. Le dépôt conforme d'atomes dopants peut comprendre en outre un dépôt d'atomes de carbone. Les atomes de carbone peuvent limiter la diffusion de certains atomes dopants dans le support semiconducteur. La tranchée d'isolation peut délimiter une zone photosensible d'un pixel d'un dispositif imageur. 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, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b et 3c illustrent schématiquement différentes étapes de modes de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation de tranchées d'isolation profondes selon l' invention. Sur la figure 1, on a représenté une portion d'un support semiconducteur SC comportant du silicium. Le support semi conducteur SC peut être un substrat de silicium d'une plaque (« wafer » en langue anglaise) ne comportant que du silicium ou bien une plaque de silicium sur isolant bien connue de l'homme du métier sous l'acronyme anglo-saxon de « SOI : Silicon on Insulator ». Dans le cas d'une plaque SOI, le support SC peut comporter une région isolante enfouie qui n'a pas été représentée sur la figure. Le support SC comporte ici une face avant F et deux zones Z1 et Z2 du support SC sont destinées à former des zones photosensibles de pixels adjacents. Afin de former une tranchée d'isolation profonde séparant les zones photosensibles Z1 et Z2, on peut former une cavité CV depuis la face F débouchant au sein du support semi-conducteur SC ou au sein d'une région isolante enfouie d'une plaque SOI. La formation de cette cavité peut être obtenue par une gravure ionique et un masque dur M peut avoir été formé préalablement sur la face avant F du support SC. Le masque dur M comprend ici un empilement d'une première couche OX1 de dioxyde de silicium, d'une couche NI de nitrure de silicium (Si3N4) et d'une deuxième couche OX2 de dioxyde de silicium. La cavité CV peut avoir une profondeur de l'ordre de plusieurs micromètres, par exemple 5 ou 6 micromètres, et une largeur de l'ordre de la centaine de nanomètres. Dans le cas d'une plaque SOI, la profondeur p de la cavité est choisie de manière à obtenir une cavité débouchant dans la région isolante enfouie. On peut ensuite mettre en oeuvre une étape de nettoyage de la paroi de la cavité CV, par exemple un nettoyage bien connu de l'homme du métier sous le nom de « SC1 : Standard Cleaning 1 » suivi d'un nettoyage à l'acide fluorhydrique (HF). Sur la figure 2a, on a représenté une variante de l'invention dans laquelle on remplit totalement la cavité CV par du silicium dopé SD1. L'étape de dépôt peut être un dépôt conforme de silicium dopé, par exemple d'une épaisseur de l'ordre de 50 à 100 nanomètres suffisante pour combler la cavité. Les zones photosensibles Z1 et Z2 comprennent généralement du silicium peu dopé, c'est-à-dire « n- » ou « p- » selon une notation bien connue de l'homme du métier. Le silicium dopé SD1 est du silicium dopé « p+ » plus fortement dopé que le silicium des zones Z1 et Z2. Les atomes dopants contenus dans le silicium dopé SD1 peuvent par exemple comprendre du bore. A titre indicatif la concentration de dopants des zones Z1 et Z2 est par exemple de l'ordre de 1.1015 atomes par centimètres cubes, et la concentration des dopants de la région SD1 est par exemple de l'ordre de 1.1019 atomes par centimètres cubes. A titre d'exemple non limitatif, on pourra mettre en oeuvre un dépôt chimique en phase vapeur utilisant des gaz précurseurs de silicium (Silane SiH4, Dichlorosilane SiH2C12...), des gaz précurseurs du bore (B2H6) sous une température allant de 550 degrés Celsius jusque 800 degrés Celsius. On obtient ainsi un dépôt conforme de silicium dopé. On peut également mettre en oeuvre un recuit sous une température de l'ordre de 850 degrés Celsius avec un gaz de type dihydrogène (H2) qui permettra de réparer les éventuelles imperfections de la structure cristalline du support SC notamment dues à l'étape de formation de la cavité. On peut également modifier les paramètres de l'étape de dépôt chimique en phase vapeur afin d'obtenir un dépôt dit sélectif, c'est-à- dire dans lequel le dépôt est uniquement mis en oeuvre sur le silicium et non sur les autres matériaux, par exemples les matériaux du masque M. A cet effet, sous une température de l'ordre de 750 degrés Celsius, on peut utiliser un gaz précurseur de silicium de type SiH2C12 sous une pression de l'ordre de 50 millitorrs, un gaz précurseur du bore de type B2H6 sous une pression de l'ordre d'un microtorr, et du dihydrogène sous une pression de l'ordre de 20 torr. Ces paramètres permettent d'obtenir un dépôt conforme et sélectif de silicium dopé. Il est également possible de déposer une épaisseur de silicium dopé ne permettant pas de remplir la cavité CV. Ainsi, comme illustré sur la figure 2b, une couche de silicium dopé SD2, par exemple de l'ordre de 10 nanomètres, pourra être formée de manière conforme sur les parois de la cavité CV qui ne sera pas complètement remplie par le silicium dopé SD2. Les paramètres de dépôt chimique en phase vapeur présentés ci-avant permettent également d'obtenir la couche de silicium dopé SD2. Sur la figure 2c, on a représenté une autre variante de l'invention dans laquelle seuls des atomes dopants sont déposés sur les parois de la cavité. Cette technique est généralement désignée par l'homme du métier sous le vocable anglo-saxon de « vapour phase doping ». On peut mettre en oeuvre un tel dépôt au moyen d'une étape de dépôt chimique en phase vapeur utilisant un précurseur de bore, et un mélange comprenant un précurseur de silicium et du chlorure d'hydrogène (HC1) apte à graver le silicium déposé et à ne laisser subsister que des atomes dopants. A titre d'exemple non limitatif, on peut mettre en oeuvre un dépôt chimique en phase vapeur sous une température de l'ordre de 850 degrés Celsius, utilisant un précurseur de silicium de type dichlorosilane (SiH2C12) sous une pression de l'ordre de 40 millitorr, du chlorure d'hydrogène sous une pression de l'ordre de 100 millitorr, un précurseur de bore de type B2H6 sous une pression de l'ordre de 5 microtorr. On obtient ainsi un dépôt conforme d'atomes dopants sans dépôt de silicium. Il est également possible de ne pas utiliser de gaz précurseur de silicium et de chlorure d'hydrogène et uniquement un gaz précurseur de bore. Dans ce cas, le dépôt sera mis en oeuvre sous une température plus basse, par exemple en dessous de 650 degrés Celsius. Puis, comme illustré sur la figure 2c, les atomes dopants déposés diffusent dans le silicium du support SC à travers la paroi de la cavité CV et dopent ainsi la région SD3 disposée au voisinage de la cavité. On peut ensuite combler les cavités CV non remplies par un matériau de comblement et retirer le masque M (figures 3a, 3b et 3c). La cavité de la figure 3a a déjà été complètement comblée par du silicium dopé, il n'est donc pas nécessaire de mettre en oeuvre un remplissage de la cavité par un matériau isolant. On obtient alors une tranchée d'isolation TH comprenant du silicium dopé obtenu sans étapes d'implantation. Cette tranchée d'isolation TH a une profondeur pouvant atteindre par exemple 8 micromètres, la profondeur dépendant de l'application visée, en particulier la longueur d'onde de la lumière à détecter, de la dimension latérale du pixel, de la dimension latérale de la tranchée d'isolation ainsi que des paramètres de gravure. En outre, dans les étapes de dépôt d'atomes dopants décrites ci- avant, on peut utiliser un précurseur de carbone. Le carbone introduit peut doper les régions de silicium dopé, par exemple SD1, SD2 ou SD3, avec un niveau de dopage par exemple compris entre 0,1% et 1%. Le carbone introduit permet de diminuer la diffusion de certains atomes dopants, par exemple les atomes de bore, dans le silicium du support SC lors de recuits postérieurs à l'étape de dépôt. On peut utiliser à cet effet un précurseur de carbone tel que le monométhylsilane sous une pression inférieure à celle utilisé pour le précurseur de silicium (par exemple cent fois plus faible dans le cas du silane ou mille fois plus faible dans le cas du dichlorosilane). Les cavités des figures 3b et 3c peuvent être comblées par du dioxyde de silicium IS02 et IS03 afin d'obtenir respectivement des tranchées d'isolation TI2 et TI3. Ces tranchées d'isolation TI2 et TI3 comportent du silicium dopé au voisinage de leur paroi et un matériau isolant partiellement encapsulé dans le silicium dopé. On notera qu'après le comblement des cavités, une diffusion supplémentaire des atomes dopants déposés vers le silicium du support semi-conducteur SC peut apparaitre, par exemple après des étapes de recuit postérieures à l'étape de dépôt. Selon un aspect de l'invention, on obtient un profil de dopant plus stable en fonction de la profondeur, c'est-à-dire un profil de dopants d'avantage conforme, que celui obtenu par implantation ou par implantation incliné dans une cavité, ainsi, la tranchée est passivée même au fond de cette tranchée. On obtient ainsi une limitation du phénomène de cross-talk électrique ou optique, une limitation des courants d'obscurité et la possibilité de former des tranchées d'isolations d'avantage profondes.20 REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'au moins une tranchée d'isolation profonde (TI1, TI2, TI3) au sein d'un support semi-conducteur (SC) comprenant du silicium et ayant une face avant (F), ledit procédé comprenant : - une formation d'au moins une cavité (CV) dans le support semi-conducteur à partir de la face avant, - un dépôt conforme d'atomes dopants (SD1, SD2, SD3) sur les parois de la cavité, - une formation au voisinage des parois de la cavité d'une région de silicium dopé à partir desdits atomes dopants, - un remplissage de la cavité par un matériau de comblement de manière à former ladite au moins une tranchée d'isolation profonde. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le dépôt conforme d'atomes dopants comprend un dépôt chimique en phase vapeur d'atomes dopants. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant préalablement au dépôt conforme d'atomes dopants un nettoyage des parois de ladite au moins une cavité. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dépôt d'atomes dopants et la formation de ladite région de silicium dopé forment une seule et même étape comportant un dépôt de silicium dopé. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le dépôt conforme d'atomes dopants comprend une formation d'une couche de silicium dopé (SD2) ne remplissant pas la cavité. 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le dépôt conforme d'atomes dopants et le remplissage de la cavité par un matériau de comblement forment une seule et même étape comprenant un dépôt de silicium dopé (SD1). 7. Procédé selon les revendications 1 à 3, dans lequel la formation de la région de silicium dopé comprend une diffusion dansle silicium du support des atomes dopants déposés sur les parois de la cavité. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le remplissage de la cavité par un matériau de comblement comprend un dépôt d'un matériau diélectrique (IS02, IS03). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dépôt conforme d'atomes dopants comprend en outre un dépôt d'atomes de carbone. 10. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, à la délimitation d'une zone photosensible d'un pixel d'un dispositif d'imagerie intégré.