Brevet FR3052911A1 — publié le 20171222

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne en général les transistors à effet de champs (FET) et plus particulièrement la réalisation des espaceurs de grille des transistors de type métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET). ÉTAT DE LA TECHNIQUE La figure la est une vue en coupe d'un exemple de transistor 100 en cours de réalisation. On y retrouve les zones de source et de drain 110, globalement désignées zones source/drain, puisqu'elles sont très généralement parfaitement symétriques et peuvent jouer les deux rôles en fonction des polarisations électriques qui sont appliquées au transistor. La grille est classiquement constituée d'un empilement de couches 120 dont une grande partie est le plus souvent constituée de silicium polycristallin 123. La formation des zones de source et drain se fait typiquement par implantation ionique 105 de dopants dans les zones 110, la grille 120 servant de masque, empêchant ainsi le dopage de la zone du transistor MOSFET dans laquelle, en fonction des tensions appliquées sur la grille, va pouvoir se développer le canal 130 de conduction entre source et drain. Sur cet exemple illustré le substrat 140 est de type silicium sur isolant, (SOI). Il comprend une fine couche superficielle de silicium monocristallin 146 reposant sur une couche continue d'oxyde de silicium 144, dit oxyde enterré ou encore BOX, acronyme de l'anglais « buried oxide layer ». La solidité et la rigidité mécanique de l'ensemble sont assurées par la couche 142 qui constitue le corps du substrat SOI, souvent qualifié du vocable anglais de « bulk ». Les espaceurs 150, typiquement faits de nitrure de silicium (SiN), vont permettre en particulier la mise en oeuvre d'une technique dite de « Source et Drain surélevés ». Pour pouvoir maintenir de faibles résistances électriques d'accès aux électrodes de source et de drain, en dépit de la réduction de taille des transistors, il a fallu en effet augmenter leur section. Ceci est obtenu par épitaxie sélective des zones source/drain 110. Au cours de cette opération on va faire croître 112 localement la couche initiale de silicium monocristallin 146. Il faut alors protéger les zones de grilles pour empêcher la croissance de se faire également à partir du silicium polycristallin 123 de la grille. C'est, entre autres, le rôle des espaceurs que d'assurer cette fonction. Ils assurent également un rôle de préservation de la grille lors de la siliciuration des contacts (non représentée) qui est ensuite effectuée dans le même but afin de diminuer la résistance série d'accès aux électrodes du transistor. 3052911 2 La formation des espaceurs 150 est devenue une étape cruciale de formation des transistors qui atteignent désormais des dimensions qui se mesurent couramment en nanomètres (nm = 10-9 mètres) et qui sont globalement de tailles décananométriques. La réalisation des espaceurs se fait sans faire intervenir aucune 5 opération de photogravure. Ils sont auto alignés sur la grille 120 à partir du dépôt d'une couche uniforme de nitrure de silicium 152 (SiN) qui subit ensuite une gravure très fortement anisotrope. Cette gravure du SiN attaque préférentiellement les surfaces horizontales, c'est-à-dire toutes les surfaces qui sont parallèles au plan du substrat SOI. Elle ne laisse en place, imparfaitement, que les parties verticales de la couche 10 152, celles sensiblement perpendiculaires au plan du substrat, afin d'obtenir en pratique les motifs 150 dont la forme idéale serait bien souvent rectangulaire. Avec les solutions connues, la réduction de taille des transistors rend très délicate l'obtention d'espaceurs jouant pleinement leur rôle d'isolation et n'induisant pas de défauts dans la réalisation de transistors à partir de substrats SOI. En effet, il a 15 été constaté que plusieurs types de défaut tels que ceux mentionnés ci-dessous apparaissent lors de la gravure des espaceurs en utilisant l'un ou l'autre des procédés connus de gravure anisotrope. Les figures lb, lc et ld illustrent chacune un type de défaut observé. 20 On utilise notamment un type de gravure qui est dite « sèche » et qui se met en oeuvre à l'aide d'un procédé qui est le plus souvent désigné par son acronyme RIE, de l'anglais « reactive-ion eching », c'est-à-dire : « gravure ionique réactive ». Il s'agit d'un procédé de gravure dans lequel on forme, dans une enceinte confinée, un plasma qui réagit physiquement et chimiquement avec la surface de la tranche à graver. Dans le 25 cas de la gravure d'une couche de nitrure de silicium, qui est comme on l'a vu un matériau usuel pour la réalisation des espaceurs, le gaz réactif est typiquement le fluorure de méthyle (CH3F) que l'on fait réagir avec le matériau à graver en introduisant également du dioxygène (02). On forme ainsi un plasma de gravure basé sur la chimie du fluor et souvent désigné par ses constituants : CH3F/02/He. 30 L'avantage de ce type de gravure est qu'elle est assez anisotrope et permet de contrôler suffisamment le profil des espaceurs 150 même si l'on ne peut pas obtenir en pratique la forme rectangulaire idéale. L'inconvénient de ce type de gravure est que la sélectivité d'attaque du silicium sous-jacent est cependant limitée. La sélectivité, c'est-à-dire le rapport des vitesses de gravure entre le nitrure de silicium et le silicium est de 35 l'ordre de 10 et peut atteindre 15 au maximum en fonction des conditions de formation du plasma (le nitrure est gravé 10 à 15 fois plus vite que le silicium). 3052911 3 On utilise aussi des gravures dites « humides » à base d'acide phosphorique (H3PO4) qui ne permettent pas de contrôler le profil des espaceurs puisque la gravure est essentiellement isotrope dans ce cas. On notera ici que ce type de gravure est aussi qualifié de « nettoyage humide » traduction de l'anglais « wet clean ». 5 La figure lb illustre un premier problème qui est en relation avec la sélectivité insuffisante d'attaque qui existe lors d'une gravure sèche de type CH3F/02/He entre le nitrure de silicium et le silicium de la couche superficielle 146. Le résultat est qu'une fraction significative de la mince couche superficielle de silicium monocristallin 146 du substrat SOI peut être alors partiellement consommée 147 lors de la gravure 10 anisotrope du nitrure. Comme précédemment mentionné, la couche superficielle 146 est choisie pour être de faible épaisseur afin d'améliorer les caractéristiques électriques des transistors. Elle est typiquement inférieure à 10 nm. L'épaisseur restante 145 peut être très faible. Dans ces conditions l'implantation ionique 105 pour former les zones de source et de drain 110 qui va suivre est susceptible d'être très 15 dommageable pour le silicium monocristallin restant. L'énergie d'implantation des dopants peut être suffisante pour provoquer une amorphisation complète 149 du silicium monocristallin ce qui va alors notamment compromettre l'étape de croissance épitaxiale 112 suivante destinée à former les source/drain surélevés. Une croissance à partir d'une couche de silicium partiellement ou totalement rendue amorphe va créer 20 de nombreux défauts dans la couche formée par épitaxie. La figure lc illustre un autre problème où il n'y a pas consommation significative du silicium de la couche superficielle 146 mais il y a formation de « pieds » 154 au bas des motifs de nitrure de silicium restants sur les flancs de la grille après gravure. La conséquence est que la transition 114 des jonctions qui sont formées après dopage 25 par implantation ionique 105 des zones de source et drain 110, avec la zone du canal 130, est beaucoup moins abrupte que lorsque les espaceurs n'ont pas de pieds comme représenté dans les figures précédentes. La présence de pieds 154 affecte les caractéristiques électriques des transistors. On remarquera ici que la formation ou non de pieds au bas des espaceurs et la consommation ou non de silicium de la couche 30 superficielle de silicium 146 du substrat SOI, décrite dans la figure précédente, sont des paramètres de réglage antagonistes de la gravure qui nécessitent qu'un compromis puisse être trouvé pour lequel, idéalement, on ne forme pas de pieds et on n'attaque pas significativement la couche superficielle de silicium. La figure ld illustre un troisième problème qui se produit quand la gravure 35 produit une érosion trop importante des espaceurs dans les parties hautes des grilles et met à nu le silicium polycristallin 123 dans ces zones 156. La conséquence est que 3052911 4 la croissance épitaxiale 112 ultérieure pour former les source/drain surélevés va aussi se produire à ces endroits, ainsi qu'une siliciuration de contacts parasites, ce qui risque de provoquer des courts circuits entre électrodes. En effet, la gravure des espaceurs demande que le temps de gravure soit ajusté pour graver, par exemple, 150% de 5 l'épaisseur de nitrure déposé. C'est-à-dire que l'on pratique une surgravure de 50% dans cet exemple afin de tenir compte de la non-uniformité du dépôt, ou de l'opération de gravure elle-même, au niveau d'une tranche. Ainsi, dans certaines parties de la tranche on pourra constater qu'il y a une surgravure trop prononcée qui met à nu les zones de grille 156. Ce type de défaut est aussi qualifié de « facettage ». 10 D'autres solutions ont été proposées dans les documents US2014/0273292 et, FR12/62962. Ces solutions prévoient une étape de modification par implantation d'une couche de nitrure de silicium pour la modifier de part et d'autre de la grille, suivie d'une étape de retrait de la couche de nitrure de silicium modifiée. 15 Dans la solution FR12/62962 l'étape de retrait de la couche de nitrure modifiée peut être réalisée par un nettoyage humide à base d'acide fluorhydrique (HF). L'inconvénient est que le nettoyage humide à base de HF ne permet pas un retrait sélectif de la couche de nitrure modifiée vis-à-vis de la couche de nitrure non-modifiée. La sélectivité à la couche de nitrure non modifié est, par exemple, de 7 (pour une 20 concentration de HF de 1%). Par ailleurs l'acide fluorhydrique est un composé chimique dont l'une des principales propriétés est de graver l'oxyde de silicium, donc cette méthode est intrinsèquement non-sélective à la couche d'oxyde de silicium formant le masque dur ainsi que les tranchées d'isolation (en anglais acronyme STI pour « shallow trench 25 isolation »). La sélectivité de cette couche d'oxyde au HF est, par exemple, de 1 (pour une concentration de HF de 1%). La présente invention a pour objet de proposer un procédé de formation d'espaceurs qui supprimerait ou limiterait au moins certains des défauts dans la 30 réalisation de transistors, tels que la consommation ou l'altération du matériau semi- conducteur (i.e. Si, SiGe) de la couche active sous-jacente à la couche à graver, la formation de « pieds » au bas des motifs sur les flancs de la grille d'un transistor, la consommation d'un masque dur ou d'une tranchée d'isolation à base d'oxyde. 3052911 5 Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. 5 RÉSUMÉ DE L'INVENTION Pour atteindre cet objectif, un aspect de la présente invention concerne un procédé de formation d'espaceurs d'une grille d'un transistor à effet de champ, la grille comprenant des flancs et un sommet et étant située au-dessus d'une couche en un matériau semi-conducteur, le procédé comprenant une étape de formation d'une 10 couche diélectrique recouvrant la grille du transistor, le procédé comprenant : après l'étape de formation de la couche diélectrique, au moins une étape de modification de ladite couche diélectrique par implantation d'ions au moins dans des portions de la couche diélectrique qui sont situées sur un sommet de la grille et de part et d'autre de la grille et qui sont 15 perpendiculaires aux flancs de la grille en conservant des portions de la couche diélectrique recouvrant les flancs de la grille non-modifiées ou non-modifiées sur toute leur épaisseur; les ions étant des ions à base d'hydrogène (H) et/ou à base d'hélium (He); au moins une étape de retrait de la couche diélectrique modifiée à l'aide 20 d'une gravure sélective de ladite couche diélectrique modifiée vis-à-vis de la couche en un matériau semi-conducteur et vis-à-vis de la couche diélectrique non modifiée. L'étape de retrait de la couche diélectrique modifiée comprend une gravure humide à base d'une solution comprenant de l'acide fluorhydrique (HF) diluée à x% en 25 masse, avec x REVENDICATIONS1. Procédé de formation d'espaceurs (150) d'une grille (120) d'un transistor à effet de champ (100), la grille (120) comprenant des flancs (125) et un sommet (126) et étant située au-dessus d'une couche (146) en un matériau semi-conducteur, le procédé comprenant une étape (410) de formation d'une couche diélectrique (152) recouvrant la grille du transistor, le procédé comprenant : après l'étape de formation de la couche diélectrique (152), au moins une étape de modification (430) de ladite couche diélectrique (152) par implantation d'ions au moins dans des portions de la couche diélectrique (152) qui sont situées sur un sommet (126) de la grille et de part et d'autre de la grille (120) et qui sont perpendiculaires aux flancs (125) de la grille (120) en conservant des portions de la couche diélectrique (152) recouvrant les flancs (125) de la grille (120) non-modifiées ou non-modifiées sur toute leur épaisseur; les ions étant des ions à base d'hydrogène (H) et/ou à base d'hélium (He); au moins une étape de retrait (440) de la couche diélectrique modifiée à l'aide d'une gravure sélective de ladite couche diélectrique modifiée vis-à-vis de la couche (146) en un matériau semi-conducteur et vis-à-vis de la couche diélectrique (152) non modifiée ; caractérisé en ce que l'étape de retrait (440) de la couche diélectrique modifiée comprend une gravure humide à base d'une solution comprenant de l'acide fluorhydrique (HF) diluée à x% en masse, avec x0.2 et présentant un pH inférieur ou égal à 1.5.. 2. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le pH est inférieur ou égal à 1.3, de préférence inférieur ou égal à 1 et de préférence strictement inférieur à 1. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel x0.15 et de préférence x0.1. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel x est sensiblement égal à 0.1. 3052911 27 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la solution est obtenue par ajout d'au moins l'un parmi : acide chlorhydrique (HCI), acide sulfurique H2SO4, acide nitrique HNO3. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 5 comprenant, avant l'étape de retrait (440) une étape de formation d'un masque (124) situé sur le sommet (126) de la grille (120), ledit masque étant à base d'oxyde de silicium SiOy y étant un entier supérieur ou égal à 1, et de préférence à base de dioxyde de silicium (SiO2). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 10 comprenant, avant l'étape de retrait (440) une étape de formation d'une tranchée d'isolation (117) s'étendant à travers la couche (146) en un matériau semi-conducteur, ladite tranchée d'isolation (117) étant à base d'oxyde de silicium SiOy, y étant un entier supérieur ou égal à 1, et de préférence à base de dioxyde de silicium (SiO2). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans 15 lequel la couche diélectrique (152) est une couche de nitrure, de préférence une couche de nitrure de silicium (SiN). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel la couche diélectrique (152) est une couche à base de silicium (Si) et dans lequel, le matériau de la couche diélectrique (152) est de préférence pris parmi : le SiC, le SiCN, 20 le SiCBN. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une unique étape de modification (430) effectuée de sorte à modifier la couche diélectrique (152) dans toute son épaisseur sur toutes les surfaces parallèles au plan d'un substrat sur lequel repose la grille (120) et à ne pas modifier la couche 25 diélectrique (152) dans toute son épaisseur sur les surfaces perpendiculaires à ce plan. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de modification (430) de ladite couche diélectrique (152) par implantation d'ions comprend la mise en présence de la couche diélectrique (152) avec un plasma 30 créant une implantation anisotrope d'ions selon une direction privilégiée parallèle à des flancs (125) de la grille (120). 3052911 28 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ions sont des ions à base d'hydrogène (H) et/ou à base d'hélium (He). 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plasma est obtenu par injection dans un réacteur de gaz notamment pris 5 parmi l'hélium (He), l'hydrogène (H2) et l'ammoniac (NH3) le débit d'injection de ces gaz étant respectivement de 50 à 500 sccm, 10 à 500sccm, 10 à 500 sccm. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'étape de modification (430) de la couche diélectrique (152) est réalisée avec une puissance de polarisation ou puissance de source comprise entre 20V (volt) et 10 500V, avec une pression comprise entre 5 mTorr (milliTorr) et 100 mTorr, à une température comprise entre 10°C et 100°C, pendant une durée de quelques secondes à quelques centaines de secondes. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le transistor est un transistor de type FDS01 ou de type FinFET. 15