Brevet FR3032062A1 — publié le 20160729

FABRICATION D'UNE ZONE IMPLANTEE ET D'UNE REPRISE DE CONTACT PAR UN FAISCEAU D'IONS FOCALISE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte au domaine de la microélectronique de la nanoélectronique, des micro et nano-systèmes ainsi que de leur procédé de fabrication. Elle vise plus particulièrement celui de la réalisation d'une zone implantée et d'une reprise de contact dans une région semi-conductrice d'un substrat. Un procédé de réalisation de zones de contact dans une région semi- conductrice d'un substrat peut consister à former des trous borgnes dans une couche puis doper la région semi-conductrice à travers les trous borgnes, par exemple par implantation ionique ou par exposition à un faisceau d'ions focalisé. Le document WO 2009/022982 présente un tel type de procédé utilisant une gravure par faisceau d'ions focalisé suivi d'un dopage. Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé de réalisation de contacts dont le coût est réduit et le nombre d'étapes limité. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention prévoit, selon un aspect, un procédé de réalisation d'une zone de contact dans un support comprenant la formation d'au moins une tranchée ou d'un trou borgne doté(e) d'un fond et de parois latérales, le fond et les parois latérales étant situées au moins partiellement dans une région à base de matériau semi-conducteur d'un support par exposition du support à un faisceau d'ions focalisé. L'exposition au faisceau d'ions est prévue de sorte à graver au moins un trou borgne dans le support et concomitamment, autrement dit simultanément, à insérer des ions dans une zone du matériau semi-conducteur située contre et en contact avec le fond du trou ainsi que dans une ou plusieurs régions s'étendant contre et en contact avec les parois latérales du trou borgne, ladite zone formant une zone dopée par lesdits ions. 3032062 2 Pour mettre en oeuvre la gravure et la création simultanée ou concomitante de la zone dopée, les paramètres d'exposition sont adaptés. On adapte en particulier le courant de la source d'ions, la tension permettant d'accélérer les ions, et la durée d'exposition du support au faisceau. 5 Ainsi, l'invention utilise de façon surprenante un faisceau d'ions focalisé utilisé classiquement pour faire une gravure, pour effectuer simultanément à la fois la gravure du trou borgne et le dopage d'une zone disposée au niveau de ce trou borgne, en particulier à proximité et/ou contre ses parois latérales et son fond. Un seul équipement et un seul type de source est donc utilisé pour 10 effectuer ces deux opérations de gravure et d'implantation. Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de réalisation d'une zone de contact dans un support pour établir un contact électrique avec au moins une région du support à base de matériau semi-conducteur, ce procédé comprenant des étapes consistant à : 15 a) exposer le support à un faisceau d'ions focalisés pendant une durée, avec une tension d'accélération des ions et avec un courant du faisceau d'ions déterminés de sorte que le bombardement des ions sur le support conduit à la fois à la réalisation d'au moins un trou borgne délimité par des parois latérales et par un fond aboutissant dans une région à base de matériau semi-conducteur du support, et à la réalisation 20 concomitamment d'une implantation des ions au niveau des parois latérales et du fond dudit trou de sorte à définir une zone dopée par lesdits ions, b) effectuer un traitement thermique de manière à faire diffuser et activer les ions de ladite zone dopée dans le matériau semi-conducteur. La zone dopée s'étend dans une région comprenant les parois latérales 25 et ledit fond du trou, autrement dit qui s'étend dans les parois latérales et le fond. Ainsi, avec un tel procédé, les coûts de fabrication peuvent être réduits dans la mesure où un seul équipement est nécessaire pour l'étape a) en particulier un implanteur n'est pas nécessairement utilisé pour former la zone dopée. 3032062 3 Le nombre d'étapes peut également être réduit dans la mesure où la gravure du trou borgne et le dopage de la région semi-conductrice sont réalisés lors d'une même étape et en même temps. Le courant d'ions peut être compris entre 10 pA et 1 nA et 5 avantageusement de l'ordre de 100 pA. Une tension permettant l'accélération des ions comprise entre 10 kV et 100 kV, en particulier de l'ordre de 30 kV peut être également prévue. La durée d'exposition au faisceau d'ions peut être comprise entre plusieurs secondes et plusieurs minutes. 10 Avec de tels paramètres, on peut obtenir un trou dont la profondeur et la section sont comprises entre 10 nm et 100 iim. En modulant ladite durée d'exposition et/ou ledit courant et/ou ladite tension, on peut modifier les dimensions du trou réalisé et la dose implantée dans la zone dopée qui s'étend contre les parois et le fond du trou. En modulant ces paramètres, on 15 peut également adapter la localisation d'implantation et donc la disposition de la zone dopée. Le procédé peut comprendre en outre une étape de dépôt de matériau conducteur dans le trou borgne après l'étape a). Cette étape peut être réalisée avant ou après l'étape b) de traitement thermique d'activation des dopants. 20 Selon une possibilité de mise en oeuvre du procédé, on effectue ce dépôt de matériau conducteur à l'aide d'un faisceau d'ions focalisé. Dans ce cas, on peut avantageusement utiliser un équipement unique pour réaliser la gravure, le dopage et le dépôt du matériau conducteur dans le trou borgne. Selon une possibilité de mise en oeuvre du procédé dans lequel le 25 matériau semi-conducteur est un matériau dopé selon un dopage d'un type donné P ou N, les ions du faisceau peuvent être alors une espèce dopante d'un type opposé N ou P. Dans le cas où le matériau semi-conducteur est un matériau dopé, on peut également mettre en oeuvre le procédé pour renforcer le dopage du matériau semiconducteur au niveau des parois latérales et du fond du trou borgne en utilisant un 3032062 4 faisceau d'ions à l'étape a), les ions formant dans ce cas une espèce dopante de même type de conductivité que celle dudit matériau semi-conducteur dopé. Le trou borgne réalisé peut avoir une profondeur dans la région semiconductrice du support comprise entre 10 nm et 100 micromètres. 5 La zone dopée d'épaisseur supérieure à 1 nm dans une portion Située contre le fond ainsi que dans une portion située contre une paroi latérale du trou peut être obtenue. Cette épaisseur peut être en particulier comprise entre 1 nm et 500 nm. Une zone dopée ayant une concentrations d'ions d'au moins 1E15 atomes/cm3, en particulier comprise entre 1E17 at/cm3 et 1E24 at/cm3 peut être obtenue 10 après l'étape a). Typiquement, la concentration peut être de 1E18 at/cm3. Une telle concentration peut être obtenue aussi bien dans la portion en contact avec le fond que dans une autre portion en contact avec les parois latérales du trou. Les ions peuvent être choisis parmi des ions Ga, P, B, As , Al, In, Ti, N, Sb, 15 Bi. Selon une possibilité de mise en oeuvre particulière du procédé, la zone peut être dopée par des ions Ga+ dans une couche serai conductrice dopée de type N. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS __ta présente inyentign setrealieteuceffiprise à la lecture de la description 20 d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A-1C illustrent un exemple de procédé de réalisation d'une zone de contact dans une région semi-conductrice par gravure et dopage simultanés réalisés à l'aide d'une exposition à un faisceau d'ions focalisé (FIB) ; 25 - la figure 2 représente une structure dotée de plusieurs zones de contact distinctes réalisées à l'aide d'un procédé suivant l'invention ; - la figure 3 représente une structure dotée de zones de contact sur des faces opposées d'un substrat qui ont été réalisées à l'aide d'un procédé suivant l'invention ; 3032062 5 - la figure 4 illustre un exemple d'étape de gravure et dopage simultanés d'une couche semi-conductrice à l'aide d'une exposition à un faisceau d'ions focalisé (FIB), cette couche semi-conductrice étant revêtue d'une autre couche à base d'un matériau différent ; 5 Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. 10 Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. En outre, dans la description ci-après, des termes qui dépendent de l'orientation de la structure tels que « sur », « au fond », « supérieure », « latérale » 15 s'appliquent en considérant que la structure est orientée de la façon illustrée dans les figures. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de procédé de réalisation d'une zone de contact avec une région semi-conductrice d'un support va à présent être donné en liaison avec les figures 20 1A-1C. Le matériau de départ du procédé peut être un substrat comportant au moins couche semi-conductrice tel qu'un substrat de type semi-conducteur sur isolant, par exemple de type SOI (pour « Silicon On Insulator ») ou SiGe01 (pour « Silicon Germanium On Insulator »), qui comprend une couche de support 10 semi-conductrice 25 revêtue d'une couche isolante 11, la couche isolante 11 par exemple de type BOX (BOX pour « Burried Oxide ») étant elle-même revêtue d'une couche semi conductrice 12 superficielle. On réalise tout d'abord un trou borgne 20 ou une tranchée 20 dans la couche semi conductrice 12 superficielle à l'aide d'un faisceau 30 d'ions focalisés encore 3032062 6 appelé « FIB » (FIB étant l'acronyme de « Focused ion beam ») produit à l'aide d'une sonde ionique focalisée. Les ions du faisceau 30 peuvent être par exemple des ions Gallium (Ga+). Pendant la réalisation du trou borgne 20 on réalise dans le même temps 5 un dopage du matériau de la couche semi conductrice 12 à l'aide des ions de la source FIB, de sorte à créer une zone dopée 22 comprenant une portion 22a incluant les parois latérales 20a et une portion 22b incluant le fond 20b du trou borgne 20. Pour cela, des paramètres d'exposition tels que le courant de la source d'ions, la tension d'accélération, la durée d'exposition au faisceau, la dose d'ions implantés peuvent être ajustés. 10 Ces paramètres d'exposition peuvent être également adaptés en fonction de la concentration souhaitée de dopants dans le matériau semi-conducteur et de l'épaisseur el souhaitée de la zone dopée. Une zone dopée 22 ayant une concentration en ions comprise par exemple entre 1E17 atomes/cm3 et 1E24 at/cm3 peut être mise en oeuvre. 15 La zone dopée 22 peut avoir une épaisseur el comprise par exemple entre 1 nm et 1 um. L'exposition au faisceau d'ions peut être réalisée de sorte à former un trou borgne 20 de profondeur H comprise par exemple entre 10 nm et 100 um et avantageusement supérieure à 10 nm. Cette profondeur H peut être adaptée en fonction 20 de l'épaisseur de la couche 12 dans laquelle on souhaite réaliser le trou 20. Pour certaines applications, le trou borgne 20 peut avoir une profondeur H de l'ordre de plusieurs micromètres. Le trou borgne 20 peut être également prévu avec une largeur D qui peut être comprise entre plusieurs nanomètres et plusieurs dizaines de microns, par exemple de l'ordre de 50 nm. 25 Dans un cas, par exemple, où l'on souhaite fabriquer un trou borgne 20 de profondeur H comprise entre 10 nm et 100 um on peut utiliser par exemple un faisceau FIB d'ions Gallium produit à partir d'une source à l'aide d'un courant compris entre 1 pA et 1000 pA. Une tension d'accélération comprise entre 1 et 50 kV peut être également mis en oeuvre. La durée de gravure peut être de plusieurs secondes. La dose d'ions Ga+ implantée peut être alors supérieure à 1E22 atomes/cm2. 3032062 7 Dans le cas où la couche superficielle 12 est à base d'un matériau dopé selon un dopage d'un premier type, les ions du faisceau FIB peuvent être des éléments dopants d'un type opposé. Ainsi, lorsque l'on souhaite doper une couche semiconductrice 12 de type N, par exemple du Silicium dopé N, on peut utiliser des éléments 5 dopants de type P, tel que par exemple des ions Ga+. Inversement, si l'on souhaite doper une couche 12 à base d'un matériau dopé P, on peut utiliser des éléments dopants de type N. La simultanéité de la gravure et du dopage peut permettre d'éviter de réaliser ultérieurement une étape supplémentaire d'implantation ionique. 10 Ensuite, on réalise un recuit d'activation des dopants de la zone 22. Ce traitement thermique est prévu avec des paramètres définis, en particulier une durée et une température, autrement dit un budget thermique, suffisant pour permettre l'activation complète des dopants et leur diffusion de sorte à augmenter l'épaisseur de la zone dopée. Le budget thermique est de préférence toutefois limité de sorte à éviter un 15 changement d'état de l'espèce ionique dans la zone dopée 22 et de former un alliage. Dans le cas où l'on souhaite former plusieurs contacts séparés dans des trous borgnes distincts, une température trop élevée pourrait entrainer une diffusion trop importante des zones dopées et un chevauchement entre ces zones susceptible de créer un court-circuit. Pour réaliser l'activation, on peut soit réaliser un recuit à haute 20 température pendant une durée très courte ou bien effectuer un recuit à plus basse température mais avec une durée plus importante. Dans le cas d'une activation de dopants sous forme d'ions Ga+, on peut réaliser un recuit d'activation à une température qui peut être par exemple inférieure à 500°C pendant une durée comprise entre plusieurs dizaines de minutes et plusieurs heures. Selon un autre exemple, un recuit d'activation à 25 950°C durant 10 min peut être réalisé. Ensuite, il est possible de doter la zone de contact d'une zone conductrice 40 par dépôt d'un matériau conducteur 41, par exemple métallique dans le trou borgne 20. Le dépôt du matériau conducteur 41 peut être avantageusement 30 également réalisé par faisceau d'ions focalisé FIB. Cela permet d'utiliser un même 3032062 8 équipement que pour l'étape de réalisation concomitante du trou borgne et de la zone dopée précédemment décrite. Cela permet de réaliser un gain en termes de durée du procédé de fabrication. Le matériau conducteur 41 peut être un métal tel que le platine ou le tungstène. 5 La zone conductrice 40 peut s'étendre sur une face donnée du substrat à travers laquelle le trou borgne a été formé et permettre une connexion avec la couche semi-conductrice 12. On peut alors par exemple faire passer un courant dans cette couche semi-conductrice 12. Une étape de retrait du matériau conducteur 41 de la face donnée du 10 substrat peut être ensuite éventuellement réalisée. Sur la figure 2, une structure formée à l'aide d'un procédé décrit précédemment et comportant deux zones de contacts formées dans deux trous borgnes distincts est représentée. Les trous borgnes ont un espacement A qui peut varier suivant l'application et suivant la dose de dopants. Un espacement A par exemple compris entre 15 10 nm et plusieurs centaines de nm peut être prévu. Un procédé de réalisation de zones de contact tel que décrit précédemment peut s'adapter à d'autres types de supports que les substrats de type semi-conducteur sur isolant, par exemple à un substrat massif (« bulk » selon la terminologie anglo-saxonne). 20 Un procédé tel que décrit précédemment n'est pas limité à la formation de zones de contact en face avant d'un substrat et peut également s'appliquer à la réalisation de zones de contact en face arrière ou comme sur la structure de la figure 3, sur la face avant et sur la face arrière d'un substrat. Un autre exemple de réalisation illustré sur la figure 4 prévoit l'étape de 25 réalisation simultanée du trou borgne 20 et de la zone dopée 22 dans une couche semi- conductrice 120 qui est revêtue cette fois d'une autre couche 150. Cette autre couche 150 peut être par exemple isolante. La couche semi-conductrice 120 peut être elle-même disposée sur et en contact d'une couche 118 qui peut être également isolante. Un exemple de réalisation particulier de l'empilement de couches 118, 30 120, 150 prévoit une couche 118 à base par exemple de Si02 et d'épaisseur par exemple 3032062 9 de l'ordre de 400 nm, une couche 120 à base de Si dopé type N et d'épaisseur par exemple de l'ordre de 200 nm, une couche 150 par exemple de Si02 et d'épaisseur par exemple de l'ordre de 400 nm. Dans un tel empilement, on peut former un trou borgne 20 ou une 5 tranchée ayant une profondeur par exemple de l'ordre de 500 nm dont le fond est situé dans la couche semi-conductrice 120. La zone dopée 22 disposée dans le prolongement du fond du trou borgne peut avoir une épaisseur comprise par exemple entre 50 et 80 nm. Pour effectuer ce dopage et cette gravure sélective simultanée on peut 10 utiliser un faisceau d'ions focalisé FIB avec par exemple une source d'ions Gallium (Ga+) formant des dopants de type P. Le courant de la source d'ions peut être par exemple de l'ordre de 100 pA, tandis que la tension pour permettre l'accélération des ions peut être par exemple de l'ordre de 30kV. La durée d'exposition de l'empilement au faisceau d'ions peut être par exemple de plusieurs secondes. Une dose d'ions Ga+ implantée supérieure 15 par exemple à 1E22 atomes/cm2 peut être également prévue. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une zone de contact dans un support pour établir un contact électrique avec au moins une région du support à base de matériau semi-conducteur, ce procédé comprenant des étapes consistant à : a) exposer le support à un faisceau (30) d'ions focalisés pendant une durée, avec une tension d'accélération des ions et avec un courant du faisceau d'ions déterminés de sorte que le bombardement des ions sur le support conduit à la fois à la réalisation d'au moins un trou borgne (20) délimité par des parois latérales et par un fond aboutissant dans une région (12, 120) à base de matériau semi-conducteur du support, et à la réalisation concomitamment d'une implantation des ions dans les parois latérales et le fond dudit trou de sorte à définir une zone dopée par lesdits ions s'étendant dans lesdites parois latérales et ledit fond du trou, b) effectuer un traitement thermique de manière à faire diffuser et activer les ions de ladite zone dopée dans le matériau semi-conducteur. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la durée est comprise entre plusieurs secondes et plusieurs minutes, le courant compris entre 10 pA et 1 nA, et la tension comprise entre 10 kV et 100 kV. 3. Procédé selon l'un des revendications 1 ou 2, comprenant en outre une étape de dépôt de matériau conducteur (41) dans le trou borgne (20) après l'étape a) ou b). 4. Procédé selon la revendication 3, le dépôt de matériau conducteur (41) étant réalisé à l'aide d'un faisceau d'ions focalisé. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le matériau semi-conducteur est un matériau dopé selon un dopage d'un type donné P ou 3032062 11 N, les ions du faisceau formant une espèce dopante d'un autre type N ou P différent du type donné. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le trou 5 borgne a une profondeur dans le support comprise entre 10 nm et 100 micromètres. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la zone dopée a une épaisseur supérieure à 1 nm dans une portion située dans le fond du trou ainsi que dans une autre portion s'étendant dans les parois latérales du trou. 10 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la zone dopée a, à l'issue de l'étape a), une concentration d'ions d'au moins 1E15 at/cm3. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, les ions étant-choisis 15 parmi des ions Ga, P , B, As , Al, In, Ti, N, Sb, Bi.