BARNOLA, Sébastien (217 Rue Charles Rivoire, Villard-Bonnot, F-38190, FR)
MORAND, Yves (16 Rue Amédée Morel, Grenoble, F-38000, FR)
STMICROELECTRONICS (GRENOBLE 2) SAS (12 R Jules Horowitz, Grenoble, F-38000, FR)
POIROUX, Thierry (4 Rue Saint Vincent, Voiron, F-38500, FR)
BARNOLA, Sébastien (217 Rue Charles Rivoire, Villard-Bonnot, F-38190, FR)
MORAND, Yves (16 Rue Amédée Morel, Grenoble, F-38000, FR)
| REVENDICATIONS Procédé de réalisation d'un circuit intégré à la surface d'un substrat (200, 401 ), comportant les étapes suivantes: (a) Réalisation d'une première couche (201 , 426) comportant des zones actives (202, 402) et des zones d'isolation (203, 403) à la surface du substrat ; (b) Réalisation de zones de grilles (205, 406) à la surface de la première couche (201 , 426), les zones de grilles (205, 406) présentant des surfaces supérieures sensiblement au même niveau ; (c) Réalisation d'espaceurs isolants (21 1 , 408) qui entourent chacune des zones de grille (205, 406), les espaceurs isolants (21 1 , 408) présentant des surfaces supérieures au même niveau que les surfaces supérieures des zones de grille (205, 406); (d) Réalisation d'une couche en matériau diélectrique (213, 409) entre les espaceurs isolants (21 1 , 408), la couche en matériau diélectrique (213, 409) présentant une surface supérieure au même niveau que les surfaces supérieures des zones de grilles (205, 406) réalisées lors de l'étape (b); (e) Gravure partielle de chaque zone de grille (205, 406) de façon à abaisser la surface supérieure d'une première partie (221 , 415) de chaque zone de grille, une deuxième partie (222, 416) de chaque zone de grille conservant le niveau de sa surface supérieure, la deuxième partie (416) de chaque zone de grille formant un contact de grille; (f) Dépôt d'une couche d'isolation (223, 418) en matériau diélectrique sur les premières parties (221 , 415) des zones de grilles. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes : - (g) Gravure sélective de la couche en matériau diélectrique (21 3, 409) de façon à creuser des tranchées (21 6, 421 ) dans la couche en matériau diélectrique (21 3, 409), les tranchées (21 6, 421 ) étant situées au dessus des zones actives (202, 402) ; - (h) Remplissage des tranchées (21 6, 421 ) avec un matériau conducteur de façon à réaliser des contacts sur zones actives (21 9, 420). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes (g) et (h) sont réalisées avant les étapes (e) et (f). Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les étapes (e) et (f) sont réalisées avant les étapes (g) et (h). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones actives (202, 402) et les zones d'isolation (203, 403) s'étendent suivant une direction longitudinale (Y), les zones de grilles (205, 406) réalisées à l'étape (b) s'étendant suivant une direction transversale (X) perpendiculaire à la direction longitudinale (Y). 6. Procédé la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape (e) comporte les étapes suivantes : Dépôt d'un deuxième masque de protection (220, 41 3) qui définit des lignes de protection s'étendant suivant la direction longitudinale (Y), les lignes de protection (Y) protégeant les deuxième parties (222, 41 6) des zones de grille (205, 406); Gravure partielle des zones de grilles (205, 406) à travers le deuxième masque de protection (220, 41 3) de façon à abaisser la hauteur des premières parties (221 , 41 5) des zones de grille qui ne sont pas protégées par les lignes de protection, Retrait du deuxième masque de protection (220, 41 3). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 lorsqu'elles dépendent de l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les tranchées (21 6, 421 ) réalisées lors de l'étape (g) comportent chacune deux parois latérales s'étendant suivant la direction longitudinale (Y), chaque contact sur zones actives (21 9, 420) étant délimité d'une part par les parois latérales d'une des tranchées et d'autre part par les espaceurs isolants. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (d) comporte les étapes suivantes : Dépôt d'une couche en matériau diélectrique ; - Polissage de la couche en matériau diélectrique de façon à ce que sa surface supérieure soit au même niveau que les surfaces supérieures des zones de grille. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de réalisation d'électrodes sur les zones actives (202, 402). 1 0. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface supérieure de la couche d'isolation (223, 41 8) est au même niveau que la surface supérieure de la couche en matériau diélectrique (21 3, 409). 1 1 . Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'isolation (223, 41 8) est réalisée dans un matériau diélectrique différent du matériau diélectrique dans lequel la couche en matériau diélectrique (21 3, 409) est réalisée. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones de grilles (205, 406) réalisées lors de l'étape (b) sont réalisés dans un empilement sacrificiel, et en ce que le procédé comporte en outre, suite à l'étape (d), une étape de remplacement de l'empilement sacrificiel par un empilement de grille définitif. |
L'évolution des circuits intégrés pousse à une diminution constante des dimensions de ces circuits intégrés, et à une augmentation de leur densité. Actuellement, les techniques de « double patterning » ou de « spacer patterning » permettent de réaliser des circuits intégrés de pas deux fois plus faible que ceux réalisés par des techniques de lithographie classique. Ces techniques de type « double patterning » et « spacer patterning » sont par exemple décrites dans les documents intitulés "Double-patterning requirements for optical lithography and prospects for optical extension without double patterning", A.J. Hazelton et al, J. Micro/Nanolith., MEMS MOEMS 8, 2009 et "22nm half-pitch patterning by CVD spacer self alignment double patterning (SADP)", C. Bencher et al., Proc. SPIE 6924, 2008.
Toutefois, la réduction des dimensions des circuits intégrés s'accompagne de spécifications d'alignement niveau à niveau de plus en plus difficiles à atteindre. Cette spécification d'alignement est extrêmement difficile à tenir lorsque les zones de grille et les contacts sont réalisés par « double patterning » ou « spacer patterning ». En effet, dans ces techniques, différents masques sont positionnés puis retirés pour réaliser les différents niveaux du circuit intégré (contact sur zones actives, zones de grille, contact de grille...). Le dépositionnement des différents masques entraînent des imprécisions sur les positions relatives, notamment entre les contacts et les zones de grille.
L'état de la technique connaît différents procédés permettant d'améliorer la précision des positions relatives entre les contacts et les zones de grille. Ainsi, le document US2010/0015789 décrit un procédé de réalisation de circuits intégrés dans lequel les zones de grilles sont partiellement gravées puis protégées par un matériau isolant à proximité des zones de contact sur active. L'ouverture des trous de contacts sur zone active est tolérante au dépositionnement de la lithographie contact par rapport aux grilles, puisque la gravure contact s'arrête dans le matériau isolant situé au-dessus des grilles. Néanmoins, comme dans une architecture conventionnelle, pour définir deux contacts isolés électriquement l'un de l'autre sur des zones actives situées de part et d'autre d'une zone de grille, deux trous de contacts séparés doivent être définis en lithographie.
Le document US2009/0155995 décrit un procédé de réalisation de circuits intégrés dans lequel les contacts sur zone active sont affleurant à un empilement comprenant un empilement de grille de mémoires non-volatiles surmonté d'un masque dur isolant. Le procédé décrit ne permet pas de réaliser des contacts sur grilles de façon auto-alignée par rapport aux grilles. En outre, ce procédé n'est pas compatible avec une approche de type « gâte last ».
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé de réalisation d'un circuit intégré.
Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de réalisation d'un circuit intégré dans lequel les contacts sur zones actives et les contacts sur grille sont parfaitement alignés par rapport aux grilles.
Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de réalisation qui permette de réaliser des circuits intégrés de nœuds technologiques inférieurs à 22 nm. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de réalisation de circuits intégrés permettant une approche de type « gâte first » ou de type « gâte last ».
Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé qui permet de réaliser tous types de transistors.
Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention un procédé de réalisation d'un circuit intégré à la surface d'un substrat, le procédé comportant les étapes suivantes :
- (a) Réalisation d'une première couche comportant des zones actives et des zones d'isolation à la surface du substrat ;
(b) Réalisation de zones de grilles à la surface de la première couche, les zones de grilles présentant des surfaces supérieures sensiblement au même niveau ;
- (c) Réalisation d'espaceurs isolants qui entourent chacune des zones de grille, les espaceurs isolants présentant des surfaces supérieures au même niveau que les surfaces supérieures des zones de grille ;
(d) Réalisation d'une couche en matériau diélectrique entre les espaceurs isolants, la couche en matériau diélectrique présentant une surface supérieure au même niveau que les surfaces supérieures des zones de grilles réalisées lors de l'étape (b);
(e) Gravure partielle de chaque zone de grille de façon à abaisser la surface supérieure d'une première partie de chaque zone de grille, une deuxième partie de chaque zone de grille conservant le niveau de sa surface supérieure, la deuxième partie de chaque zone de grille formant un contact de grille;
(f) Dépôt d'une couche d'isolation en matériau diélectrique sur les premières parties des zones de grilles.
Le procédé selon l'invention est donc particulièrement remarquable en ce que les zones de grille réalisées lors de l'étape (b), les espaceurs isolants, la couche en matériau diélectrique réalisée lors de l'étape (c), et les contacts de grille présentent des surfaces supérieures qui sont toutes sensiblement au même niveau, c'est-à-dire que ces surfaces sont alignées, ou encore qu'elles sont toutes situées à la même hauteur. De cette façon, les contacts de grille sont directement réalisés à partir des zones de grille réalisées lors de l'étape (b) et donc ces contacts de grille sont auto-alignés sur les zones de grille.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte en outre une étape de planarisation de la couche d'isolation en matériau diélectrique de façon à ce qu'elle présente une surface supérieure alignée avec la surface supérieure de la couche en matériau diélectrique.
Le procédé selon l'invention comporte en outre de préférence les étapes suivantes :
- (g) Gravure sélective de la couche en matériau diélectrique de façon à creuser des tranchées dans la couche en matériau diélectrique, les tranchées étant situées au dessus des zones actives ;
- (h) Remplissage des tranchées avec un matériau conducteur de façon à réaliser des contacts sur zones actives.
Selon l'invention, les contacts sur zones actives présentent donc des surfaces supérieures qui sont sensiblement au même niveau que les surfaces supérieures de zones de grille réalisées lors de l'étape (b).
Avantageusement, les tranchées s'étendent suivant une direction qui est sécante à la direction suivant laquelle s'étendent les zones de grilles et au moins une partie des espaceurs isolants.
Les contacts sur zones actives sont donc définis d'une part par les tranchées creusées dans la couche en matériau diélectrique, et d'autre part par la partie des espaceurs isolants qui s'étendent suivant une direction sécante à la direction des tranchées. De cette façon, les contacts sur zones actives sont autoalignés par rapport aux zones de grilles. En effet, l'épaisseur des espaceurs isolants qui entourent les zones de grille est contrôlable très précisément. Par conséquent, la position des contacts sur zones actives est définie de manière très précise par rapport aux zones de grille.
Selon différents modes de réalisation :
- les étapes (g) et (h) peuvent être réalisées avant les étapes (e) et (f) ou alors,
- les étapes (e) et (f) peuvent être réalisées avant les étapes (g) et (h).
Les zones actives et les zones d'isolation s'étendent de préférence suivant une direction longitudinale, et les zones de grilles réalisées à l'étape (b) s'étendant de préférence suivant une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale. Au moins une partie des espaceurs isolants s'étendent également de préférence suivant la direction transversale.
Avantageusement, les tranchées réalisées lors de l'étape (g) comportent chacune deux parois latérales qui s'étendant suivant la direction longitudinale. Chaque contact sur zones actives est délimité d'une part par les parois latérales d'une des tranchées et d'autre part par deux des espaceurs isolants qui s'étendent suivant la direction transversale et qui traversent ladite tranchée. Les contacts sur zones actives réalisées lors de l'étape (h) présentent donc en vue de dessus, une section de forme rectangulaire ou carrée.
Avantageusement, l'étape (b) comprend :
- une étape de dépôt d'un empilement de grille à la surface de la première couche, l'empilement de grille présentant une surface supérieure située à une hauteur égale à la hauteur qu'auront les surfaces supérieures des contacts de grille et des contacts sur zones actives ;
- une étape de définition des zones de grille dans l'empilement de grille par gravure. Le procédé selon l'invention peut être utilisé aussi bien dans le cadre d'une approche « gâte first » que dans le cadre d'une approche « gâte last ». Dans le cas d'une approche de type « gâte first », les zones de grille réalisées lors de l'étape (b) sont directement réalisées dans l'empilement de grille qui constituera les zones de grille dans le circuit intégré final. L'empilement de grille choisi pour réaliser les zones de grille lors de l'étape (b) est par exemple constitué :
- d'un matériau diélectrique high-k ;
- de nitrure de titane ;
- d'un polysilicium dopé.
Les matériaux high-k ou matériau diélectrique à forte constante diélectrique peuvent être définis comme des matériaux ayant une constante diélectrique k strictement supérieure à 3.9. En l'espèce, le matériau high-k qui peut être utilisé ici est par exemple du Hf0 2 qui présente une constante diélectrique proche de 20- 25.
Dans le cas d'une approche de type « gâte last », les zones de grilles réalisées lors de l'étape (b) sont réalisées dans un empilement sacrificiel, et le procédé comporte en outre, suite à l'étape (d), une étape de remplacement de l'empilement sacrificiel par un empilement de grille définitif. L'empilement sacrificiel utilisé lors de l'étape (b) peut par exemple être constitué :
- d'un oxyde, qui servira de couche d'arrêt lors de la gravure des zones de grille ;
- d'un matériau de fausse grille, qui est par exemple du polysilicium.
Dans le cas d'une approche de type « gâte last », suite au dépôt de la couche en matériau diélectrique lors de l'étape (d), l'empilement sacrificiel est éliminé par gravure, puis un nouvel empilement de grille est déposé entre les espaceurs isolants. Ce nouvel empilement de grille peut par exemple être constitué :
- d'un matériau diélectrique high-k ;
- de nitrure de titane ; et d'un polysilicium dopé.
Avantageusement, l'étape (c) comporte les étapes suivantes :
- dépôt d'une couche uniforme à la surface de la première couche et des zones de grille qui la recouvrent ;
- Gravure des parties horizontales de la couche uniforme, pour ne garder que les parties verticales de la couche uniforme. Les parties uniformes de la couche uniforme épousent les parois latérales des zones de grille et constituent les espaceurs isolants.
Les espaceurs isolants protègent toutes les parois latérales des zones de grille. Lorsque les zones de grille présentent uniquement deux parois latérales qui s'étendent suivant la direction transversale, tous les espaceurs isolants s'étendent suivant la direction transversale. Lorsque les zones de grille comportent en outre des parois latérales qui s'étendent suivant la direction longitudinale, certains espaceurs isolants s'étendent également suivant la direction longitudinale.
La couche uniforme déposée lors de l'étape (c) est de préférence une couche en matériau diélectrique. Cette couche est par exemple constituée de nitrure, ou ce peut être une bicouche oxyde/nitrure.
Avantageusement, l'étape (d) comporte les étapes suivantes :
Dépôt d'une couche en matériau diélectrique ;
Polissage de la couche en matériau diélectrique de façon à ce que sa surface supérieure soit au même niveau que les surfaces supérieures des zones de grille.
La couche en matériau diélectrique peut par exemple être constituée de silice. Avantageusement, l'étape (e) comporte les étapes suivantes Dépôt d'un deuxième masque de protection qui définit des lignes de protection s'étendant suivant la direction longitudinale, les lignes de protection protégeant les deuxièmes parties des zones de grille ;
Gravure partielle des zones de grilles à travers le deuxième masque de protection de façon à abaisser la hauteur des premières parties des zones de grille qui ne sont pas protégées par les lignes de protection,
Retrait du deuxième masque de protection.
L'étape de gravure partielle de l'empilement est une étape de gravure sélective du matériau qui constitue les zones de grilles. Lors de cette étape de gravure, la couche en matériau diélectrique, le masque de protection, les espaceurs isolants ne sont pas modifiés par la gravure partielle.
La gravure partielle des zones de grille de façon à abaisser la hauteur des zones de grille peut être réalisée :
soit en contrôlant le temps pendant lequel on grave les zones de grille. Dans ce cas, la gravure partielle est stoppée lorsque l'on a enlevé la quantité souhaitée des zones de grilles ;
soit, lorsque les zones de grille sont constituées par un empilement de plusieurs couches différentes, en gravant de manière sélective la ou les couches supérieures de cet empilement de grille.
Ainsi, selon l'invention, les zones de grille sont d'abord réalisées lors de l'étape (b) avec une hauteur aussi importante que celle des contacts sur grille et des contacts sur zones actives, puis la hauteur de certaines parties de ces zones de grille est abaissée, tandis que d'autres parties des zones de grille conservent leur hauteur initiale de façon à former les contacts de grille.
Les parties des zones de grille dont la hauteur a été abaissée sont ensuite recouvertes par une couche d'isolation, qui permet d'éviter les court-circuits. La surface supérieure de la couche d'isolation est de préférence au même niveau que la surface supérieure de la couche en matériau diélectrique. Avantageusement, la couche d'isolation est réalisée dans un matériau différent du matériau dans lequel la couche en matériau diélectrique est réalisée. De cette façon, lors de l'étape de gravure des tranchées dans la couche en matériau diélectrique, la couche d'isolation située sur certaines parties des zones de grille reste intacte.
Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte en outre une étape de réalisation d'électrodes sur les zones actives.
Avantageusement, cette étape de réalisation d'électrodes sur les zones actives a lieu entre les étapes (c) et (d).
Avantageusement, cette étape de réalisation d'électrodes sur les zones actives comporte :
- une étape de lithographie permettant de définir les électrodes ;
- une étape de dopage des zones actives par implantation d'espèces chimiques dans les zones actives,
- une étape d'activation des étapes d'activation des espèces implantées dans les zones actives par recuit et
- une étape de siliciuration.
L'invention concerne également un circuit intégré réalisé par le procédé selon l'invention, et plus particulièrement un circuit intégré présentant des nœuds technologiques inférieurs à 22 nm tels que définis par l'ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductor) réalisé par le procédé selon l'invention, et de manière plus préférentielle encore un circuit intégré présentant des nœuds technologiques inférieurs de 1 1 nm réalisé par le procédé selon l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
- les figures 1 a et 1 b, représentent, respectivement en vue de dessus et vue de côté, la première étape d'un procédé selon l'invention permettant de fabriquer un circuit intégré de type plan de mémoire non volatile présentant un nœud technologique de 1 1 nm ;
les figures 2a, 2b, 2c, 2d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la deuxième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 3a, 3b, 3c, 3d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, une première sous étape de la deuxième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 4a, 4b, 4c, 4d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, une deuxième sous étape de la deuxième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 5a, 5b, 5c, 5d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la troisième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 6a, 6b, 6c, 6d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la quatrième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 7a, 7b, 7c, 7d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la cinquième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 8a, 8b, 8c, 8d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la sixième étape du procédé de la figure 1 ;
- les figures 9a, 9b, 9c, 9d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la septième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 10a, 10b, 10c, 10d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la huitième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d, représentent, respectivement en vue de dessus, vue de côté et coupe, la neuvième étape du procédé de la figure 1 ;
les figures 12a, 12b, 12c, 12d, représentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la première étape d'un procédé selon l'invention permettant de fabriquer une mémoire statique (SRAM) présentant un nœud technologique de 1 1 nm ;
- les figures 13a, 13b, 13c, 13d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la deuxième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 14a, 14b, 14c, 14d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la troisième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 15a, 15b, 15c, 15d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la troisième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 16a, 16b, 16c, 16d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la quatrième étape du procédé de la figure 1 2a ;
- les figures 17a, 17b, 17c, 17d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la cinquième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 18a, 18b, 18c, 18d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la sixième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 19a, 19b, 19c, 19d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la septième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 20a, 20b, 20c, 20d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la huitième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 21 a, 21 b, 21 c, 21 d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la neuvième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 22a, 22b, 22c, 22d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la dixième étape du procédé de la figure 12a ;
- les figures 23a, 23b, 23c, 23d présentent, respectivement en vue de dessus et coupe, la onzième étape du procédé de la figure 12a.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION
Les figures 1 a à 1 1 d représentent schématiquement les étapes d'un procédé selon l'invention dans le cadre de la réalisation d'un circuit intégré de type plan de mémoire non volatile présentant un nœud technologique de 1 1 nm. En effet, bien que le procédé selon l'invention soit utilisable pour réaliser des circuits intégrés de toutes dimensions, le procédé selon l'invention est particulièrement bien adapté pour réaliser ces circuits intégrés présentant des nœuds technologiques inférieurs à 22 nm, et en particulier inférieurs ou égaux à 1 1 nm.
La première étape 101 du procédé, représentée sur les figures 1 a et 1 b, consiste à réaliser une première couche 201 sur un substrat 200. La première couche 201 comporte plusieurs zones actives 202 séparées entre elles par des zones d'isolation 203. Ces zones actives 202 sont de préférence réalisées en silicium monocristallin. Les zones d'isolation 203 sont formées d'un matériau diélectrique, qui est par exemple un oxyde de silicium. Les zones actives 202 et les zones d'isolation 203 forment chacune une ligne qui s'étend suivant une direction longitudinale. La direction longitudinale est parallèle à l'axe Y. Les méthodes de fabrication d'une telle première couche 201 sont connues de l'art antérieur. On pourra par exemple réaliser une telle première couche 201 à partir d'un substrat de type SOI (ou silicium sur isolant) ou à partir d'un substrat de silicium de type « bulk ». Lorsque l'on réalise la première couche 201 à partir d'un substrat de silicium, on peut par exemple utiliser les étapes suivantes :
- on dépose une couche d'oxyde à la surface du substrat. Cette couche d'oxyde servira par la suite de couche piédestal d'interface entre les zones de grille et le substrat;
- on dépose une couche de nitrure sur la couche d'oxyde ;
- on grave les couche d'oxyde et de nitrure, ainsi que la surface supérieure du substrat en silicium de façon à définir des tranchées qui séparent les zones actives 202. Ces zones actives sont constituées par la surface supérieure du substrat en silicium. Cette étape de gravure peut être réalisée par lithographie classique, par double patterning ou par spacer patterning ;
- on remplit les tranchées avec un oxyde de façon à réaliser les zones d'isolation 203. La surface supérieure des zones d'isolation est ensuite planarisée, par exemple par polissage mécano-chimique ;
- on élimine ensuite la couche de nitrure.
Le résultat obtenu à l'issue de cette étape est représenté sur les figures 1 a et 1 b. La deuxième étape 102, représentée sur les figures 2a à 2c, consiste à réaliser une deuxième couche 204 sur la première couche 201 qui comporte plusieurs zones de grille 205. Chacune de ces zones de grille 205 forme une ligne qui s'étend suivant une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale. La direction transversale est parallèle à l'axe X. Le procédé selon l'invention est particulièrement remarquable en ce que chaque zone de grille présente une surface supérieure située à une hauteur H1 qui est égale à la hauteur à laquelle seront situées les surfaces supérieures de chacun des contacts du circuit intégré. Par « hauteur H1 », on entend ici une dimension suivant l'axe Z. La hauteur H1 est prise entre la surface supérieure du substrat 200 et une surface supérieure 209 des zones de grilles. Par conséquent, le procédé selon l'invention est particulièrement remarquable en ce que les zones de grille 205, obtenues à l'issue de cette étape, sont plus hautes que les zones de grille obtenues habituellement à l'issue de cette étape 102. Les zones de grilles peuvent être réalisées de différentes manières, notamment en fonction des dimensions du circuit intégré voulues. En effet, lorsque l'on réalise des circuits intégrés conformes à des nœuds technologiques assez élevés (par exemple conformes à un nœud technologique supérieur à 32 nm), les zones de grille peuvent être réalisées par photolithographie classique. Dans ce cas, un empilement de grille est déposé sur la première couche 201 . Un masque qui définit la forme des zones de grille est ensuite déposé au dessus de cet empilement de grille, et l'empilement de grille est ensuite insolé à travers le masque. Les parties de l'empilement de grille insolées sont ensuite éliminées à l'aide d'un solvant adapté.
Lorsque le circuit intégré que l'on cherche à réaliser avec le procédé selon l'invention est conforme à un nœud technologique faible (par exemple à un nœud technologique inférieur à 32 nm), les zones de grille peuvent être réalisées par des techniques de double exposition (ou « double patterning » en anglais) ou de « spacer patterning ». La technique de double exposition est connue de l'homme du métier et par exemple décrite dans la publication intitulée « 22 nm Half pitch patterning by CVD Spacer Self Alignment Double patterning » par Christopher Bencher et al, Proc. SPIE 6924, 2008 ou dans la publication intitulée "Double- patterning requirements for optical lithography and prospects for optical extension without double patterning", A.J. Hazelton et al, J. Micro/Nanolith., MEMS MOEMS 8, 2009.
Cette technique de double exposition consiste à effectuer deux étapes de photolithographie pour réaliser un seul niveau. En effet, selon cette méthode, on effectue d'abord une première étape de photolithographie de manière à définir un motif sur deux, puis on effectue une deuxième étape de photolithographie de manière à définir les motifs restants. Cette technique permet de réaliser des motifs avec une résolution deux fois plus grande qu'avec les techniques de lithographies classiques.
Lorsque l'on utilise la lithographie double exposition pour réaliser les zones de grilles, on dépose un empilement de grille sur la première couche 201 , puis on définit les zones de grille dans cet empilement de grille en deux étapes :
- Lors d'une première étape, on dépose sur l'empilement de grille un premier masque qui définit une zone de grille sur deux, puis on insole l'empilement de grille de manière à définir une zone de grille sur deux.
- Lors d'une deuxième étape, on dépose sur l'empilement de grille un deuxième masque qui définit les zones de grille restantes, puis on insole à nouveau l'empilement de grille de manière à définir les zones de grille restantes.
On élimine ensuite les parties de l'empilement de grille insolées grâce à un solvant adapté de manière à ne garder à la surface de la première couche 201 que les parties de l'empilement de grille qui forment les zones de grilles. La technique de double exposition ou « double patterning » permet donc de définir des zones de grille avec une résolution deux fois plus grande qu'avec une technique de lithographie classique.
Pour réaliser des zones de grille dans des circuits intégrés conformes à de faibles nœuds technologiques, on peut également utiliser une technique de lithographie par espaceurs ou « spacer patterning » en anglais. Cette technique de « spacer patterning », connue de l'homme du métier, est expliquée plus en détail, par exemple dans la publication intitulée « SAPD : the best option for <32 nm NAND flash, Issue two 2007, Nanoship technology journal ». La réalisation des zones de grille par une technique de « spacer patterning » va être expliquée plus en détail en référence aux figures 3a à 4d. Lors d'une première étape 102a, représentée sur les figures 3a à 3d, on dépose un empilement de grille 206 de manière uniforme sur la première couche 201 .
Lors d'une deuxième étape 102b, représentée sur les figures 4a à 4d, on dépose un premier masque de protection 207 à la surface de l'empilement de grille. Ce premier masque de protection 207 comporte des motifs qui forment des lignes qui s'étendent suivant la direction transversale et qui sont donc parallèles à l'axe X. Le premier masque de protection 207 comporte deux fois moins de lignes que de zones de grille à réaliser. Chaque motif du masque de protection 207 présente une largeur l 2 07 suivant l'axe Y égale à la distance que l'on veut obtenir entre deux zones de grilles 205 consécutives. Le premier masque de protection 207 peut être réalisé en résine ou en masque dur, par exemple en SiN.
Les étapes de réalisation de ce premier masque de protection 207 sont connues de l'art antérieur. On peut par exemple déposer une couche uniforme de résine ou de masque dur sur l'empilement de grille 206, puis on peut définir les motifs du premier masque de protection 207, par exemple par lithographie (optique ou électronique). On réalise ensuite des espaceurs de protection 208 de part et d'autre de chaque motif du premier masque de protection 207. Cette étape est représentée sur les figures 4a à 4d. Les techniques de réalisation des espaceurs de protection 208 sont également connues de l'art antérieur, par exemple du document « SAPD : the best option for >32 nm NAND flash », Issue Two 2007, Nanochip Technology Journal. On peut par exemple réaliser les espaceurs de protection 208 à l'aide des étapes suivantes :
- On dépose une couche homogène de masque dur sur le premier masque de protection 207 ;
- On grave de manière anisotrope la couche homogène de manière à ne conserver que les parties verticales de la couche homogène, qui forment les espaceurs de protection 208.
Les espaceurs de protection 208 sont de préférence réalisés dans un matériau isolant, par exemple dans un oxyde ou un nitrure. Les espaceurs de protection 208 forment alors un masque dur qui va permettre de graver l'empilement de grille 206 pour former les zones de grille 205.
On élimine ensuite de manière sélective le premier masque de protection 207, par exemple par gravure sélective, puis on grave de manière sélective l'empilement de grille 206 de manière à éliminer toutes les parties de l'empilement de grille qui ne sont pas couvertes par les espaceurs de protection 208. Cette étape de gravure est effectuée, par exemple par plasma anisotrope, et elle est arrêtée avant d'atteindre la première couche 201 , de manière à ne pas endommager la première couche 201 .
On grave ensuite les espaceurs de protection 208 de manière à les éliminer.
A l'issue de cette étape 102b, on obtient donc une première couche 201 surmontée par une deuxième couche 204. La deuxième couche 204 est composée de zones de grille 205 qui forment, selon ce mode de réalisation, des lignes qui s'étendent suivant la direction transversale, et qui sont donc parallèles à l'axe X. Dans ce mode de réalisation, chaque zone de grille 205 présente donc une surface supérieure 209 plane et une surface inférieure 210 qui épouse la forme de la surface supérieure des zones actives 202 et de la surface supérieure des zones d'isolation 203. Chaque zone de grille comporte deux parois latérales 212 qui s'étendent suivant la direction transversale.
Le procédé selon l'invention est adapté aussi bien à une approche de type « gâte first » qu'à une approche de type « gâte last ».
Dans une approche de type « gâte first », chaque zone de grille 205 est directement réalisée dans l'empilement de grille qui constituera les zones de grille 205 dans le circuit intégré final. Par exemple, si l'on veut que les zones de grille 205 du circuit intégré final soient constituées :
- D'une couche de matériau diélectrique high-k ;
- D'une couche de nitrure de titane et
- D'une couche de polysilicium dopé,
alors l'empilement de grille déposé lors de l'étape 102 est directement constitué de ces matériaux.
Si l'on choisit au contraire d'utiliser une approche de type « gâte last », les zones de grille 205 seront réalisées, à l'issue de l'étape 102, dans un empilement sacrificiel. Dans ce cas, l'empilement de grille 206 déposé lors de l'étape 102 sera constitué de cet empilement sacrificiel. L'empilement sacrificiel peut par exemple être constitué :
- d'une couche d'oxyde qui servira de couche d'arrêt lors de la gravure des zones de grille 205, et qui permettra de ne pas endommager la première couche 201 , et
- d'un matériau de fausse grille qui sera par exemple du polysilicium.
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape 103 de réalisation d'espaceurs isolants 21 1 de chaque côté de chaque zone de grille 205. Cette étape est représentée sur les figures 5a à 5b. Plus précisément, chaque zone de grille 205 possède deux parois latérales 212 et chaque paroi latérale 212 de chaque zone de grille 205 est entièrement recouverte par un espaceur isolant 21 1 . Dans ce mode de réalisation, les espaceurs isolants 21 1 s'étendent donc tous suivant la direction transversale. Chaque espaceur isolant 21 1 est formé d'un matériau diélectrique, qui peut par exemple être un nitrure ou une bicouche oxyde/nitrure. Tous les espaceurs isolants 21 1 peuvent être constitués du même matériau, ou alors ils peuvent être réalisés dans des matériaux différents.
Les procédés permettant de réaliser les espaceurs isolants 21 1 sont connus de l'art antérieur. On peut par exemple réaliser les espaceurs isolants 21 1 de la manière suivante :
- On dépose une couche de matériau isolant constitutif des espaceurs isolants 21 1 (par exemple du nitrure ou une bicouche nitrure-oxyde) sur l'ensemble des zones de grille 205 et sur la première couche 201 ;
- On grave de manière anisotrope la couche de matériau isolant de manière à conserver les parties verticales de la couche de matériau isolant et à supprimer les parties horizontales de la couche en matériau isolant. Les parties verticales de la couche en matériau isolant forment alors les espaceurs isolants 21 1 de part et d'autre de chaque zone de grille.
On peut ensuite planariser la surface supérieure des espaceurs isolants 21 1 de manière à ce qu'elles soient alignées avec les surfaces supérieures des zones de grille. Cette étape peut par exemple être effectuée par polissage mécano- chimique.
Les espaceurs isolants 21 1 permettront d'isoler les zones de grilles des contacts sur zones actives qui seront réalisés par la suite.
Le procédé peut, à ce stade, éventuellement comporter des étapes additionnelles, comme par exemple des étapes de dopage des zones actives ou des étapes d'épitaxie permettant de réépaissir les zones actives. Ces étapes sont conformes à celles habituellement utilisées dans les procédés de l'art antérieur pour augmenter les performances des transistors réalisés.
Les zones actives 202 sont ensuite de préférence siliciurées de manière à diminuer la résistance de ces zones. La siliciuration est connue de l'art antérieur. Elle correspond à la métallisation des zones actives 202 par réaction chimique entre le silicium constitutif des zones actives 202 et un métal (par exemple du nickel) de façon à former des zones de faible résistivité.
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape 104, représentée sur les figures 6a à 6d, de dépôt d'une couche de matériau diélectrique 213. Le matériau diélectrique utilisé pour former la couche en matériau diélectrique peut par exemple être de la silice Si0 2 .
Cette étape 104 comporte tout d'abord une étape de dépôt d'une couche de matériau 213 diélectrique de façon à ce qu'elle recouvre toutes les zones de grille 205, puis une étape de polissage mécano-chimique (ou « Chemical-Mecanical Polishing » en anglais) de façon à ce que la surface supérieure 214 de la couche de matériau diélectrique soit alignée avec la surface supérieure 215 des zones de grille 205. A l'issue de cette étape, l'espace entre les espaceurs isolants 21 1 est entièrement rempli par la couche en matériau diélectrique. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement remarquable par rapport aux procédés de l'art antérieur car, à l'issue de cette étape 104, la surface supérieure 214 de la couche de matériau diélectrique est au même niveau que la surface supérieure des zones de grille, tandis que dans les procédés de l'art antérieur, les zones de grille étaient moins hautes que la couche de matériau diélectrique. Lorsque l'on a choisi une approche de type « gâte last », c'est-à-dire que l'on a réalisé des zones de grilles 205 dans un empilement sacrificiel lors de l'étape 102, on remplace, à ce stade, l'empilement sacrificiel qui constitue provisoirement les zones de grilles 205 par l'empilement final qui formera les zones de grilles dans le circuit intégré final. Pour cela, le procédé selon l'invention comporte tout d'abord une étape de gravure sélective de l'empilement sacrificiel des zones de grille réalisées lors de l'étape 102, puis une étape de dépôt de l'empilement de grille final dans l'espace laissé libre entre les espaceurs isolants 21 1 .
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape 105 de réalisation de tranchées 216 dans la couche en matériau diélectrique 213 de façon à rendre accessible les zones actives 202 depuis une surface supérieure 214 de la couche en matériau diélectrique (figures 7a à 7d). Ces tranchées 216 s'étendent suivant la direction longitudinale, c'est-à-dire qu'elles sont perpendiculaires aux zones de grille 205 et aux espaceurs isolants 21 1 .
La réalisation de ces tranchées 216 peut être obtenue à l'aide de techniques connues de l'art antérieur. On peut par exemple utiliser une technique de « spacer patterning » pour réaliser ces tranchées 216, c'est-à-dire qu'on dépose une première série de masque qui s'étendent suivant la direction Y et on réalise de part et d'autre de chaque masque des espaceurs protecteurs qui s'étendent également suivant la direction Y, mais qui présentent une densité deux fois plus importante que celle des masques. On grave ensuite les masques de manière à ne conserver sur la surface de la couche en matériau diélectrique 213 que les espaceurs protecteurs. Les espaceurs protecteurs servent alors de masques et ils protègent la partie de la couche en matériau diélectrique 213 qui sera conservée. La partie de la couche en matériau diélectrique qui n'est pas protégée par les espaceurs protecteurs est alors éliminée, par exemple par gravure plasma anisotrope. La partie de la couche en matériau diélectrique qui est enlevée à l'issue de cette étape correspond aux parties de la couche en matériau diélectrique qui se trouvaient au dessus des zones actives. Ainsi, à l'issue de cette étape 105, la couche en matériau diélectrique est percée de tranchées 216 qui relient les zones actives 202 à la surface supérieure 214 de la couche en matériau diélectrique 213. Lors de cette étape 105, les zones de grilles 205 et les espaceurs isolants restent intacts, puisqu'on choisit une gravure qui est sélective, et qui n'attaque que la couche en matériau diélectrique 213.
Comme on peut le voir en vue de dessus sur la figure 6b, chaque tranchée 216 est séparée en plusieurs cavités 217 par les espaceurs isolants 21 1 qui traversent cette tranchées 216. Chaque cavité 217 présente une section rectangulaire suivant l'axe Z. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement avantageux en ce que les cavités 217 définies lors de l'étape 105 sont autoalignées par rapport aux zones de grille 205 et aux espaceurs isolants 21 1 , puisque ce sont les espaceurs isolants 21 1 qui définissent les parois de ces cavités 217 suivant l'axe Y. En outre, les cavités 217 sont définies suivant l'axe X par les parois latérales des tranchées. Or la position de ces parois latérales peut être déterminée avec une très grande précision (de l'ordre du nanomètre) lors de la gravure des tranchées. Le procédé selon l'invention permet donc de réaliser des cavités 217 qui sont positionnées très précisément, et notamment qui sont positionnées très précisément par rapport aux zones de grille. Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape 106, représentée sur les figures 8a à 8d, de remplissage des cavités 217 avec un ou plusieurs matériau(x) constitutif(s) des contacts 218 sur zones actives. Ces contacts sur zones actives permettent de relier électriquement les zones actives 202 avec des composants situés à l'extérieur du circuit intégré. Le(s) matériau(x) constitutif(s) des contacts 218 sur zones actives peut être n'importe quel(s) métal(s) habituellement utilisé(s) pour réaliser les contacts de source et de drain dans les transistors de l'art antérieur. Ainsi, les contacts 218 sur zones actives peuvent par exemple être constitués de l'empilement suivant :
- Une couche de titane ou de nitrure de titane ;
- Un métal, qui peut être par exemple du tungstène ou du cuivre.
L'étape de remplissage des cavités 217 est réalisée par :
- dépôt d'une couche du ou des matériau(x) constitutif(s) des contacts 218 sur zones actives puis
- planarisation de la couche, par exemple par polissage mécano-chimique, avec arrêt au niveau de la surface supérieure 215 des zones de grilles 205. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement remarquable en ce que la surface supérieure des contacts sur zones actives 219 est alignée avec la surface supérieure des zones de grilles 205 réalisées lors de l'étape 102.
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape de définition des contacts sur grille. Cette étape de définition des contacts de grille aurait également pu être effectuée avant l'étape de formation des contacts sur zone active.
Le procédé selon l'invention est particulièrement remarquable en ce que certaines parties des zones de grille 205 réalisées lors de l'étape 102 sont utilisées pour former les contacts de grille. Le procédé selon l'invention comporte donc une étape 107, représentée sur les figures 9a à 9d, de dépôt d'un deuxième masque de protection 220. Ce deuxième masque de protection 220 est tel que une première partie 221 de chaque zone de grille 205 n'est pas couverte par le masque de protection 220, tandis qu'une deuxième partie 222 de chaque zone de grille est protégée par le masque de protection 220. Dans ce mode de réalisation, le deuxième masque de protection 220 forme une ligne de protection qui s'étend suivant la direction longitudinale, et qui est donc parallèle à l'axe Y. La deuxième partie 222 de chaque zone de grille protégée par le masque de protection 220 forme un plot situé au milieu de chaque zone de grille 205. La première partie 221 de chaque zone de grille 205 qui n'est pas couverte par le deuxième masque de protection est constituée des deux zones parallélépipédiques de chaque zone de grille 205 qui se trouvent de part et d'autre de ce plot.
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape de gravure sélective 108, représentée sur les figures 10a à 10d, des premières parties 221 des zones de grilles 205 qui ne sont pas protégées par le deuxième masque de protection 220.
Ces premières parties des zones de grilles 205 sont gravées de façon à diminuer leur hauteur. La surface supérieure de la première partie de chaque zone de grilles 205 passe donc d'une hauteur H1 à une hauteur H2 qui est inférieure à H1 . Les premières parties 221 des zones de grille 205 constitueront dans la suite les zones de grille définitives du circuit intégré.
Par contre, les surfaces supérieures des deuxièmes parties des zones de grille, qui sont protégées par le deuxième masque de protection 220, conservent une hauteur H1 égale à la hauteur H1 de la surface supérieure de la couche en matériau diélectrique 213 et à la hauteur H1 de la surface supérieure des contacts sur zones actives 219. Ces deuxièmes parties 222 des zones de grille forment les contacts de grille. Ces contacts de grille 222 sont donc autoalignés sur les zones de grille 221 puisqu'ils sont tous formés à partir des zones de grille 205.
Les espaceurs isolants 21 1 qui protègent les parois latérales de chacune des zones de grille 205 conservent eux tous la même hauteur H1 lors de cette étape 108. Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape 109, représentée sur les figures 1 1 a à 1 1 d, d'élimination du deuxième masque de protection 220 par gravure sélective, puis une étape de dépôt d'une couche d'isolation en matériau diélectrique 223 sur les premières parties des zones de grilles 221 dont la hauteur a été diminuée, de façon à combler l'espace laissé vide entre la surface supérieure de chaque première partie des zones de grille et la surface supérieure des espaceurs isolants 21 1 .
La couche d'isolation en matériau diélectrique 223 est ensuite planarisée de façon à ce que sa surface supérieure 224 soit alignée avec la surface supérieure de la couche en matériau diélectrique 213 et avec les surfaces supérieures des contacts sur zones actives 219 et des contacts de grille 222. La couche d'isolation en matériau diélectrique 223 rempli donc l'espace qui était occupé au préalable par les zones de grille depuis la hauteur H2 jusqu'à la hauteur H1 .
La couche d'isolation en matériau diélectrique 223 peut être réalisée en tout matériau isolant, par exemple en silice Si0 2 ou en nitrure.
A l'issue de cette étape, les contacts de grille 222 sont donc constitués par les parties des zones de grille dont la hauteur n'a pas été rabaissée, tandis que les zones de grille définitives sont constituées par les parties 223 des zones de grilles 205 dont la hauteur a été rabaissée pour atteindre une hauteur H2 qui est celle que les zones de grille présentent habituellement dans les transistors de l'art antérieur.
Les figures 12a à 22d représentent un procédé selon un autre mode de réalisation de l'invention qui permet de réaliser un circuit intégré de type mémoire statique (ou SRAM : acronyme anglais pour « Static Random Access Memory ») conforme à un nœud technologique de 1 1 nm.
Ce procédé comporte une première étape 301 de réalisation de zones actives 402 sur un substrat 401 (figures 12a à 12d). Ces zones actives 402 sont séparées les unes des autres par des zones d'isolation 403, également déposées sur le substrat 401 . Ces zones actives et ces zones d'isolation forment une première couche 404. Partant d'un substrat de silicium, les étapes permettant de réaliser les zones actives 402 et les zones d'isolation 403 sont par exemple les suivantes :
- on dépose une couche d'oxyde sur le substrat ;
- on dépose une couche de nitrure sur la couche d'oxyde ;
- on définit à travers ces couches d'oxyde et de nitrure, ainsi que dans la surface supérieure du substrat des tranchées qui présentent la forme des zones d'isolation. La délimitation des zones de gravure peut être réalisée par exemple par lithographie conventionnelle, par « double patterning » ou par « spacer patterning » ;
- on remplit ces tranchées avec le ou les matériaux des matériaux constitutifs des zones d'isolation ;
- on planarise la surface supérieure des zones d'isolation, par exemple par polissage mécano-chimique ;
- on retire la couche de nitrure.
Les zones actives 402 et les zones d'isolation 403 forment une première couche
404 à la surface du substrat. Le procédé comporte ensuite une étape 302 de dépôt d'un empilement de grille
405 sur la première couche 404. Cette étape est représentée sur les figures 13a à 13d. Cet empilement de grille 405 présente une surface supérieure 400 disposée à une hauteur H3 qui est égale à la hauteur qu'auront les contacts sur zones actives et les contacts de grille qui seront réalisés par la suite. Cet empilement de grille est déposé uniformément sur la première couche 404, de sorte qu'il recouvre de manière uniforme toute la première couche 404. Dans le cas où le sommet des zones 402 et 403 présentent des altitudes différentes, une étapes de planarisation de l'empilement de grille 405 peut être réalisée, par exemple par polissage mécano-chimique, afin d'obtenir une surface supérieure 400 de cet empilement plane. Le procédé selon l'invention est adapté à une approche de type « gâte first », comme à une approche de type « gâte last ».
Lorsqu'une approche de type « gâte first » est utilisée, l'empilement de grille 405 qui est déposé est l'empilement qui constituera les zones de grille finales. Les matériaux choisis pour l'empilement de grille 405 peuvent donc dans ce cas être les suivants :
- un matériau diélectrique de type high-k,
- du nitrure de titane et
- un matériau conducteur, qui est par exemple un polysilicium dopé ou un métal.
Lorsqu'une approche de type « gâte last » est utilisée, l'empilement de grille 405 déposé lors de l'étape 302 est un empilement sacrificiel qui sera remplacé par la suite par l'empilement de grille final. L'empilement sacrificiel choisi peut par exemple être constitué d'une couche d'oxyde qui servira de couche d'arrêt à la gravure des zones de grilles et d'une couche de fausse grille, qui est par exemple de polysilicium ou un métal.
Bien entendu, ces matériaux ne sont donnés qu'à titre indicatif et tout autre matériau habituellement choisi pour réaliser l'empilement de grille pourrait être utilisé ici.
Le procédé comporte ensuite une étape 303 de définition des zones de grilles 406 dans l'empilement de grille 405. Cette étape est représentée sur les figures 14a à 14b. Pour cela, différentes techniques peuvent être utilisées en fonction de la taille des nœuds technologiques à réaliser. On peut par exemple utiliser la lithographie classique, optique ou électronique, ou des techniques de « spacer patterning » ou de « double patterning ».
Les zones de grilles 406 réalisées lors de l'étape 303 présentent des surfaces supérieures qui sont situées à la même hauteur H4 que celle à laquelle seront situées les surfaces supérieures des contacts de grille et des contacts sur zones actives.
Les zones de grilles 406 forment des lignes qui s'étendent suivant la direction transversale, parallèle à l'axe X. Chaque zone de grille comporte deux parois latérales 407a qui s'étendent suivant la direction longitudinale et deux parois latérales 407b qui s'étendent suivant la direction transversale.
Le procédé comporte ensuite une étape 304 de réalisation d'espaceurs isolants 408 qui entourent les parois latérales de chaque zone de grille 405. Cette étape est représentée sur les figures 14a à 14d. Les étapes utilisées pour réaliser ces espaceurs isolants 408 sont connues de l'art antérieur.
On peut par exemple déposer une première couche en matériau isolant, par exemple du nitrure, puis faire une gravure anisotrope de manière à définir une première partie des espaceurs isolants 408 qui entourent les zones de grille. Le procédé selon l'invention peut ensuite comporter une étape de lithographie, d'implantation et d'activation des extensions et des poches. Ces extensions et ces poches sont des zones dopées qui forment la transition entre les électrodes sur zones actives et le canal du transistor.
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape de dépôt d'une deuxième couche en matériau isolant, par exemple une bicouche oxyde/nitrure, puis une étape de gravure anisotrope de manière à réaliser la deuxième partie des espaceurs isolants 408. Les espaceurs isolants ainsi définis entourent complètement les zones de grille et présentent des surfaces supérieures qui sont alignées avec les surfaces supérieures des zones de grille.
Le procédé selon l'invention peut ensuite comporter une étape de dopage des zones actives, ainsi qu'une étape au cours de laquelle les zones actives sont réépaissies. Les zones actives 402 sont ensuite de préférence siliciurées de manière à diminuer la résistance de ces zones. La siliciuration est connue de l'art antérieur. Elle correspond à la métallisation des zones actives 402 par réaction chimique entre le silicium constitutif des zones actives 402 et un métal (par exemple du nickel) de façon à former des zones de faible résistivité. La siliciuration des zones actives 402 peut également être réalisée par la suite.
Le procédé comporte ensuite une étape 305, représentée sur les figures 15a à 15d, de dépôt d'une couche en matériau diélectrique 409 de manière à remplir l'espace entre les espaceurs isolants 408a et 408b. La couche en matériau diélectrique 409 peut par exemple être réalisée en silice Si0 2 .
La surface supérieure 410 de cette couche en matériau diélectrique 409 est ensuite planarisée, par exemple par polissage mécano-chimique, de façon à ce que la surface supérieure 410 de la couche en matériau diélectrique soit au même niveau que la surface supérieure 41 1 des zones de grilles 406.
Lorsqu'une approche de type « gâte last » a été choisie, le procédé comporte, à ce stade, une étape de remplacement de l'empilement sacrificiel qui constituait provisoirement les zones de grille par l'empilement définitif qui constituera les zones de grille finales.
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape de réalisation des contacts de grille, qui est représentée sur les figures 17a à 19d.
Pour cela, le procédé comporte une étape 306 au cours de laquelle une première partie 415 de chaque zone de grille 406 reste à découvert, tandis qu'une seconde partie 416 de chaque zone de grille est recouverte par un deuxième masque de protection 413. Le deuxième masque de protection 41 3 comprend plusieurs motifs 414 qui forment chacun une ligne qui s'étend suivant la direction longitudinale parallèle à l'axe Y. Ces motifs 414 croisent chacun plusieurs des zones de grilles 406. Les deuxièmes parties 416 qui sont recouvertes par le deuxième masque de protection 413 forment chacune des plots de section rectangulaire suivant l'axe Z.
Le procédé comporte ensuite une étape 307, représentée sur les figures 18a à 18d, de gravure des premières parties 415 des zones de grille 406 qui ne sont pas protégées par le masque de protection 413 de façon à abaisser la hauteur de leurs surfaces supérieures 417. Les premières parties 415 des zones de grille non protégées par le masque protecteur présentent, suite à cette étape 307, des surfaces supérieures qui sont à une hauteur H5 qui est inférieure à la hauteur des surfaces supérieures H4 qu'avaient les zones de grille 406 préalablement à l'étape 307. Pour cela, les zones de grille 415 non protégées par le deuxième masque de protection sont par exemple gravées partiellement. L'étape de gravure partielle des zones de grille peut être contrôlée grâce au temps de gravure ou ce peut être la gravure de la couche supérieure de l'empilement de grille qui constitue les zones de grille. Cette étape de gravure partielle est sélective par rapport aux autres matériaux en présence, c'est-à-dire que seules les deuxièmes parties des zones de grille sont gravées partiellement. Au cours de cette étape, les espaceurs isolants, la couche en matériau diélectrique, le masque de protection, les deuxièmes parties 416 des zones de grille conservent des surfaces supérieures à une hauteur H4.
Une fois que la gravure des premières parties 415 des zones de grille est effectuée, le deuxième masque de protection 413 est éliminé par gravure. On obtient alors des zones de grilles 406 qui présentent chacune au moins:
- une première partie 415 dont la surface supérieure est à un niveau plus bas que la surface supérieure des autres éléments du circuit intégré. Cette première partie 415 jouera par la suite le rôle de zone de grille définitive ;
- une deuxième partie 416 en forme de plot de section rectangulaire, qui présente une surface supérieure au même niveau que les surfaces supérieures des autres éléments du circuit intégré. Cette deuxième partie 416 formera le contact de grille. Ainsi, l'invention est particulièrement remarquable en ce que les contacts de grille 416 et les zones de grille définitives 415 sont formées à partir des zones de grille 406 et donc les contacts de grilles 416 et les zones de grille définitives 415 sont automatiquement alignés. En outre, selon l'invention, les contacts de grilles 416 forment des lignes et non pas de trous, au contraire des procédés de l'art antérieur.
Le procédé comporte ensuite une étape de dépôt d'une couche d'isolation 418 sur les premières parties 415 des zones de grille 406 de façon à combler l'espace des zones de grille qui a été libéré lors de l'étape 307. Pour cela, la couche d'isolation 418 est déposée, puis sa surface supérieure 419 est polie, par exemple par polissage mécano-chimique, de façon à ce qu'elle soit au même niveau que les surfaces supérieures de la couche en matériau diélectrique 409, des espaceurs isolants 408 et des contacts de grille 416. Cette couche d'isolation 418 est de préférence réalisée dans un matériau diélectrique qui est différent du matériau diélectrique de la couche en matériau diélectrique 409. Cette couche d'isolation 418 est par exemple réalisée en nitrure ou dans une bicouche oxyde/nitrure lorsque la couche en matériau diélectrique 409 est réalisée en silice. Cette couche d'isolation 418 permet d'isoler les zones de grille définitives 415. Les contacts de grille 416 traversent de la couche d'isolation.
Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape de réalisation de contacts sur zones actives 420 à travers la couche en matériau diélectrique 409 de façon à permettre la liaison électrique entre les zones actives et des composants à l'extérieur du circuit intégré.
Pour cela, le procédé comporte tout d'abord une étape de réalisation de tranchées 421 dans la couche en matériau diélectrique 409. Cette étape est représentée sur les figures 20a à 21 d. Pour creuser ces tranchées 421 , on peut par exemple déposer un masque 422 sur la couche en matériau diélectrique 409 lors d'une étape 309. Ce masque 422 définit la forme des tranchées 420 à creuser. Ce masque 422 définit des lignes qui s'étendent suivant la direction longitudinale parallèle à l'axe X.
Lors d'une étape 310, représentée sur les figures 21 a à 21 d, on grave la couche en matériau diélectrique 409 de façon à ce que la surface supérieure des zones actives 402 soit accessible à travers la couche en matériau diélectrique 409 grâce aux tranchées 421 . Cette étape de gravure est sélective, c'est-à-dire que seule une partie de la couche en matériau diélectrique est enlevée. Les espaceurs isolants, la couche d'isolation, les zones de grille restent intacts au cours de cette étape.
Le masque 422 est ensuite éliminé par gravure sélective.
Les tranchées 421 pourraient être réalisées par d'autres méthodes, par exemple par « spacer patterning » ou par « double patterning ».
Le résultat obtenu à l'issu de cette étape est représenté sur les figures 21 a à 21 d.
Chaque tranchée 421 est traversée par les zones de grille 406 entourées par les espaceurs isolants 408 qui s'étendent suivant la direction transversale. Ainsi, les parois latérales 423 des tranchées 421 , qui s'étendent suivant la direction longitudinale, et les parois latérales 424 des espaceurs 408, qui s'étendent suivant la direction transversale, définissent des cavités 425 de section rectangulaire suivant l'axe Z. Ces cavités 425 sont autoalignées sur les zones de grille 406 et les espaceurs isolants 408, puisque ce sont les espaceurs isolants 408 qui définissent deux des parois des cavités 425. Le procédé comporte ensuite une étape 31 1 , représentée sur les figures 22a à 22d, de remplissage des cavités 425 avec un ou plusieurs matériaux constitutifs des contacts sur zones actives 420. Les contacts sur zones actives 420 permettent de relier électriquement les zones actives 402 avec une source de courant située à l'extérieur du circuit intégré. Les cavités 425 peuvent par exemple être remplies avec une couche de titane ou de nitrure de titane, puis une couche de tungstène ou de cuivre. La surface supérieure des couches déposées dans les cavités 425 est ensuite planarisée, par exemple par polissage mécano-chimique, de façon à ce que la surface supérieure des contacts sur zones actives 420 soit au même niveau que la surface supérieure des contacts de grille, et que la surface supérieure de la couche en matériau diélectrique. Les procédés selon l'invention permettent donc d'obtenir des circuits intégrés qui comportent des transistors pourvus notamment de zones actives, de zones de grille et de contacts sur zones actives et de contacts de grille dans lesquels les contacts sur zones actives et de grille sont parfaitement alignés avec les zones de grille, et ce même lorsque les circuits intégrés réalisés sont conformes à des nœuds technologiques inférieurs ou égaux à 22 nm.
Naturellement, les étapes décrites en référence aux figures ne sont données qu'à titre illustratif et des variantes pourraient être envisagées. En particulier, les matériaux donnés ci-dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et d'autres matériaux pourraient être utilisés par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, les géométries de circuits imprimés décrites ci-dessus ne sont décrites qu'à titre illustratif, et d'autres géométries pourraient être réalisées avec le procédé selon l'invention, sans sortir du cadre de l'invention.
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