Brevet FR3099964A1 — publié le 20210219

Description Titre de l'invention : Procédé de réalisation d'une électrode dans un substrat de base et dispositif électronique [0001] La présente invention concerne le domaine de la microélectronique. [0002] Lors de la fabrication de composants électroniques intégrés, par exemple de composants CMOS, on réalise des électrodes dans des tranchées d'un substrat de base. En particulier, ces électrodes sont associées à d'autres électrodes, par l'intermédiaire d'une couche diélectrique, de sorte à réaliser entre elles un couplage capacitif. [0003] Généralement, les tranchées sont remplies d'un silicium amorphe qui, dans une étape ultérieure, est recuit de sorte à obtenir une oxydation et une cristallisation du silicium amorphe, qui ainsi devient conducteur de l'électricité. [0004] Néanmoins, la cristallisation est souvent incomplète et engendre l'apparition de micro ou nano bulles dans la matière cristallisée devenue conductrice et de micro ou nano cratères en surface. Ces défauts, qui sont présents notamment dans l'épaisseur de l'électrode adjacente à la couche diélectrique précitée, induisent une réduction de la tension dite de claquage et une tenue en tension réduite dans le temps. [0005] Selon un mode de réalisation, il est proposé un procédé de réalisation d'une électrode dans un substrat de hase, qui comprend les étapes suivantes : [0006] réaliser au moins une tranchée dans le substrat de hase, depuis une face frontale de ce dernier, [0007] remplir la tranchée d'une matière amorphe, [0008] réaliser une implantation de particules dans la partie de la matière de remplissage située du côté de la face frontale du substrat de base, et [0009] réaliser un traitement thermique de recuit d'oxydation et de cristallisation de la matière de remplissage, de sorte à former, dans la tranchée, une électrode conductrice de l'électricité. [0010] Ainsi, grâce à l'implantation ionique, il se produit, dans l'épaisseur implantée, une modification de l'oxydation et de la cristallisation de la matière amorphe et une modification de la texture des grains de la matière cristallisée, s'opposant à la formation de micro ou nano bulles et de micro ou nano cratères de surface, de sorte que l'état de surface de l'électrode et l'interface avec une couche accolée à l'électrode sont améliorés et que la tension dite de claquage et la tenue en tension dans le temps sont accrues. [0011] La tranchée peut être réalisée par gravure. [0012] La matière amorphe peut être déposée par un dépôt CVD (Dépôt Chimique en Phase Vapeur) ou un dépôt ALD (dépôt de couches atomiques). 2 [0013] L'implantation de particules peut être réalisée sous l'effet d'un plasma d'implantation ionique. [0014] La matière amorphe peut être du silicium amorphe et l'électrode est du poly silicium ou silicium cristallisé. [0015] Le procédé peut comprendre l'étape suivante : avant l'étape d'implantation de particules, enlever par polissage mécano-chimique la couche de matière de remplissage déposée au-dessus de la face frontale du substrat de hase. [0016] Le procédé peut comprendre, avant l'étape de remplissage, l'étape suivante : réaliser une couche diélectrique intermédiaire sur les parois de la tranchée. [0017] Le procédé peut comprendre l'étape suivante : avant l'étape d'implantation de particules, enlever par polissage mécano-chimique la couche diélectrique déposée au-dessus de la face frontale du substrat de hase en même temps que la couche diélectrique intermédiaire. [0018] La couche diélectrique peut être en oxyde de [0019] La face frontale du substrat de hase Le procédé peut comprendre préalablement re- couverte d'une couche provisoire formant un masque au travers duquel est réalisée par gravure la tranchée. [0020] Le procédé peut comprendre l'étape suivante : après le traitement thermique, enlever la couche provisoire. [0021] Le procédé peut comprendre : réaliser une étape de gravure chimique sélective de la partie avant du remplissage dont la profondeur correspond à l'épaisseur de la couche provisoire. [0022] La couche provisoire peut être du nitrure de silicium. [0023] Le procédé peut comprendre une étape ultérieure de dépôt d'une couche diélectrique frontale au-dessus de la face frontale du substrat de base, cette couche diélectrique frontale recouvrant l'électrode formée. [0024] Le procédé peut comprendre une étape ultérieure de dépôt d'une couche locale conductrice de l'électricité au-dessus de la couche diélectrique frontale, cette couche locale étant située au-dessus de l'électrode. [0025] Il est également proposé un dispositif électronique qui comprend : [0026] un substrat de base présentant une face frontale et dans lequel est aménagée, depuis cette face frontale, une tranchée ; et [0027] une électrode conductrice de l'électricité aménagée dans la tranchée, [0028] dans lequel la partie de l'électrode, située du côté de la face frontale du substrat de base, comprend des implants ou inclusions de particules. [0029] Le dispositif peut comprendre une couche diélectrique intermédiaire qui recouvre les parois de la tranchée ; la couche diélectrique intermédiaire étant interposée entre les parois de la tranchée et l'électrode. 3 [0030] Le dispositif peut comprendre une couche diélectrique frontale au-dessus de la face frontale du substrat de base, recouvrant l'électrode. [0031] Le dispositif peut comprendre une couche locale conductrice de l'électricité au- dessus de la couche diélectrique frontale, située au-dessus de l'électrode. [0032] Un dispositif électronique incluant une électrode intégrée et des modes de fabrication de cc dispositif électronique vont maintenant être décrits à titre d'exemples de réalisation, illustré par le dessin dans lequel : [0033] [fig.1] représente une coupe d'un dispositif électronique. [0034] [fig.2], [0035] [fig.3], [0036] [fig.4], [0037] [fig.5], [0038] [fig.6], [0039] [fig.7], [0040] [fig.8], [0041] [fig.9] et [0042] [fig.10] représentent des étapes de fabrication du dispositif électronique de la figure 1. [0043] Un dispositif électronique intégré 1, illustré sur la figure 1, comprend un substrat de hase 2, par exemple en silicium, qui présente une surface frontale 3 et dans lequel est aménagée au moins une tranchée 4 ouverte du côté de la face frontale 3. [0044] Le dispositif électronique intégré 1 comprend une électrode intégrée 5, par exemple en poly silicium, aménagée dans la tranchée 4 du substrat de base 2. [0045] Le dispositif électronique intégré 1 comprend une couche diélectrique intermédiaire 6, par exemple en oxyde de silicium, interposée entre les parois de la tranchée 4 et l'électrode 5. Il existe en conséquence un couplage capacitif entre l'électrode 5 et le substrat de base 2. [0046] La face frontale 7 de l'électrode 5 et le bord d'extrémité 8 de la couche diélectrique intermédiaire 6 s'étendent dans le plan de la face frontale 3 du substrat de base 2. [0047] Selon une variante de réalisation, le dispositif électronique intégré 1 comprend une couche diélectrique frontale 9, par exemple en oxyde de silicium, qui recouvre, localement autour de la tranchée 4, la face frontale 3 du substrat de base 2 et qui recouvre la face frontale 7 de l'électrode 5 et le bord d'extrémité 8 de la couche diélectrique intermédiaire 6. [0048] Le dispositif électronique intégré 1 comprend en outre une couche locale conductrice avant 10 qui s'étend localement au-dessus de la couche diélectrique frontale 9, dans la région au-dessus de l'électrode 5. Cette couche locale conductrice avant 10 est par exemple en poly silicium dopé (As, P, B ou autre) ou en métal (TiN, TaN, TiAlN, W, Al ou autre). [0049] Tl existe en conséquence un couplage capacitif entre l'électrode 5 et la couche locale conductrice avant 10. [0050] La structure décrite ci-dessus peut avantageusement constituer une partie, par exemple un contact électrique, d'un composant électronique intégré CMOS. [0051] Le dispositif électronique intégré 1 est fabriqué de la manière suivante. [0052] Comme illustré sur la figure 2, on dispose d'un substrat de base 2 dont la face avant 3 est recouverte d'une couche provisoire 11, formant une barrière, par exemple de nitrure de silicium, dans laquelle on a réalisé, par une attaque chimique locale au travers d'un masque, une ouverture 12 dans la couche provisoire 11. [0053] Puis, comme illustré sur la figure 3, on réalise une étape de gravure chimique sélective du substrat de hase 2 au travers de l'ouverture 12 de la couche provisoire 11 de sorte à obtenir la tranchée 4. [0054] Puis, comme illustré sur la figure 4, on réalise, par un procédé de dépôt CVD (Dépôt Chimique en Phase Vapeur) ou un dépôt ALD (dépôt de couches atomiques), une étape de dépôt 13 d'une matière diélectrique, par exemple en oxyde de silicium, de sorte à obtenir la couche diélectrique 6 sur toute la paroi de la tranchée 4. Cc dépôt 13 induit la formation d'une couche avant 14 au-dessus de la couche provisoire 1 1 , qui recouvre aussi les flancs de l'ouverture 12. [0055] Puis, comme illustré sur la figure 5, on réalise, par un procédé CVD (Dépôt Chimique en Phase Vapeur), une étape de dépôt 15 d'une matière amorphe, par exemple de silicium amorphe, de sorte à former un remplissage 5a de la tranchée 4, la couche diélectrique 6 étant ainsi interposée entre le substrat de base 2 et ce remplissage Sa. Ce dépôt 15 induit la formation d'une couche avant 16 au-dessus de la couche avant 14. [0056] Puis, comme illustré sur la figure 6, on réalise une étape de polissage mécano- chimique (CMP) jusqu'à la couche provisoire 11, de sorte à enlever la couche avant 16 et la couche avant 14. Le remplissage 5a présente alors une face avant 17 dans le plan de la face avant de la couche provisoire 11. [0057] Puis, comme illustré sur la figure 7, on réalise une étape de gravure chimique sélective de la partie avant du remplissage Sa, de sorte que ce remplissage Sa présente une face avant 18 en retrait, cette face avant en retrait 18 étant approximativement dans le plan de la face avant 3 du substrat de base 2 ou en retrait par rapport à cette face avant 3. Ainsi, la profondeur de la gravure chimique correspond à l'épaisseur de la couche provisoire 11. [0058] Puis, comme illustré sur la figure 8, on réalise, sous l'effet d'un plasma d'implantation ionique 19, une étape d'implantation de particules 20 dans toute une épaisseur avant 21 du remplissage 5a située du côté de la face frontale 3 du substrat de hase 2, entre la couche périphérique diélectrique 6, par la face frontale en retrait 18. [0059] La couche provisoire 11 et la couche diélectrique 6 constituent des barrières à l'implantation dans le substrat de base 2. [0060] Le remplissage 5a étant en silicium amorphe, les particules implantées 20 sont avan- tageusement des particules de fluor. [0061] Puis, comme illustré suc la figure 9, on réalise, dans un four, une étape de traitement thermique 22 de recuit d'oxydation et de cristallisation de la matière du remplissage 5a, de sorte à obtenir, dans la tranchée 4, l'électrode 5 conductrice de l'électricité, en silicium cristallisé ou poly silicium, séparée du substrat de hase 2 par la couche diélectrique 6. [0062] Grâce à l'implantation ionique antérieure de particules de fluor dans le silicium amorphe, il se produit, dans l'épaisseur avant implantée 21 du remplissage 5a, une modification de l'oxydation et de la cristallisation de la matière amorphe, par rapport au reste du remplissage 5a, et une modification de la texture des grains de la matière cristallisée, s'opposant à la formation de micro ou nano bulles et de micro ou nano cratères de surface, de sorte que l'état de la surface 18 de l'électrode 5, jusqu'à ses bords adjacents à la couche diélectrique 6, est amélioré. [0063] Après quoi, comme illustré sur la figure 10, on réalise une étape d'attaque chimique sélective de sorte à enlever la couche provisoire 11. La face avant 18, précédemment en retrait, forme alors la face frontale 7 de l'électrode 5. [0064] Puis, dans des étapes ultérieures, on dépose la couche diélectrique 9 et la couche conductrice 10, de sorte à obtenir le dispositif 1 de la figure 1. [0065] Grâce à l'état amélioré de la surface 18 de l'électrode 5, l'interface 7 entre l'électrode 5 et la couche diélectrique 9, adjacentes, est améliorée de sorte que la tension dite de claquage et la tenue en tension dans le temps sont accrues. [0066] Selon une variante de réalisation, l'étape d'implantation ionique 19 de la figure 8 pourrait être réalisée avant l'étape de gravure chimique sélective de la partie avant du remplissage 5a de la figure 7. [0067] Selon une variante de réalisation, l'électrode 5 pourrait être connectée à une ligne de connexion électrique traversant le substrat de base 2, isolée électriquement et atteignant la partie en profondeur de l'électrode 5 opposée à sa face frontale 7. [0068] Bien entendu, le dispositif électronique 1 peut comprendre plusieurs tranchées 4, par exemple parallèles, pourvues respectivement d'électrodes 5 séparées du substrat de base 2 par des couches diélectriques 6. Les étapes de fabrication décrites précédemment sont alors réalisées simultanément pour l'obtention d'un tel dispositif électrique. 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] REVENDICATIONSProcédé de réalisation d'une électrode dans un substrat de hase, comprenant les étapes suivantes : réaliser au moins une tranchée (4) dans le substrat de hase (2), depuis une face frontale (3) de ce dernier, remplir la tranchée d'une matière amorphe (5a), réaliser une implantation de particules (20) dans la partie de la matière de remplissage située du côté de la face frontale du substrat de base, réaliser un traitement thermique de recuit d'oxydation et de cristallisation de la matière de remplissage, de sorte à former, dans la tranchée, une électrode (5) conductrice de l'électricité. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la tranchée est réalisée par gravure. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la matière amorphe est déposée par un dépôt CVD (Dépôt Chimique en Phase Vapeur) ou un dépôt ALD (dépôt de couches atomiques). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'implantation de particules (20) est réalisée sous l'effet d'un plasma d'implantation ionique. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière amorphe est du silicium amorphe et l'électrode est du poly silicium ou silicium cristallisé. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant l'étape suivante : avant l'étape d'implantation de particules (20), enlever par polissage mécano-chimique la couche (16) de matière de remplissage déposée au-dessus de la face frontale du substrat de base. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant l'étape de remplissage, l'étape suivante : réaliser une couche diélectrique intermédiaire (6) sur les parois de la tranchée. Procédé selon la revendication 8, comprenant l'étape suivante : avant l'étape d'implantation de particules (20), enlever par polissage mécano-chimique la couche diélectrique (14) déposée au-dessus de la face frontale du substrat de base en même temps que la couche diélectrique intermédiaire. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel la couche diélectrique est en oxyde de silicium. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, clans 7 [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] [Revendication 15] [Revendication 16] [Revendication 17] [Revendication 18] [Revendication 19] lequel la face frontale du substrat de base est préalablement recouverte d'une couche provisoire (11) formant un masque au travers duquel est réalisée par gravure la tranchée. Procédé selon la revendication 10, comprenant l'étape suivante : après le traitement thermique, enlever la couche provisoire. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, comprenant : réaliser une étape de gravure chimique sélective de la partie avant du remplissage (5a) dont la profondeur correspond à l'épaisseur de la couche provisoire (11). Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel la couche provisoire (11) est du nitrure de silicium. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape ultérieure de dépôt d'une couche diélectrique frontale (9) au-dessus de la face frontale du substrat de hase, cette couche diélectrique frontale recouvrant l'électrode formée (5). Procédé selon la revendication 14, comprenant une étape ultérieure de dépôt d'une couche locale (10) conductrice de l'électricité au-dessus de la couche diélectrique frontale, cette couche locale étant située au-dessus de l'électrode. Dispositif électronique comprend : un substrat de base (2) présentant une face frontale (3) et dans lequel est aménagée, depuis cette face frontale, une tranchée (4) ; et une électrode conductrice de l'électricité (5) aménagée dans la tranchée, dans lequel la partie de l'électrode, située du côté de la face frontale (3) du substrat de base, comprend des implants ou inclusions de particules (20). Dispositif selon la revendication 16, comprenant une couche diélectrique intermédiaire (6) qui recouvre les parois de la tranchée ; la couche diélectrique intermédiaire étant interposée entre les parois de la tranchée et l'électrode. Dispositif selon l'une des revendications 16 et 17, comprenant une couche diélectrique frontale (9) au-dessus de la face frontale du substrat de base, recouvrant l'électrode. Dispositif selon la revendication 18, comprenant une couche locale conductrice de l'électricité (10) au-dessus de la couche diélectrique frontale, située au-dessus de l'électrode.