Espaceurs
ALD en microélectronique - Applications, équipements et productivité

Un espaceur est un élément important de la structure d’un transistor CMOS. Il sert à protéger les flancs des transistors lors de la fabrication des sources et des drains et de la fabrication des zones de contact entre le silicium et le premier niveau métallique. Il est fabriqué en deux phases : une première correspondant à un dépôt d’un film de nitrure de silicium, puis une gravure anisotrope sans masque permettant de ne laisser le film que sur les parois des transistors, comme représenté à la figure 11. Les espaceurs doivent être résistants aux procédés de gravure en phase gazeuse et en phase liquide, aux traitements oxydants utilisés par exemple pour le retrait des résines, et parfois aux phases gazeuses des procédés d’épitaxie utilisés pour surélever les sources et les drains. On cherche donc à obtenir un matériau dense, sans trous et sans amincissement local, stœchiométrique, c’est-à-dire le plus proche possible du composé Si₃N₄, avec un minimum de liaisons pendantes, tout en encapsulant de manière uniforme l’empilement de grille. De plus, dans le cas de transistors à empilement HKMG en intégration traditionnelle, la température de dépôt doit être la plus faible possible pour ne pas dégrader l’empilement de grille. Seul un dépôt PEALD peut répondre à toutes ces contraintes et a donc été introduit pour les dernières générations de circuits. Le procédé majoritairement utilisé dans les unités de production est effectué dans des tubes contenant jusqu’à 100 plaquettes de silicium, avec le précurseur dichlorosilane (DCS), combiné à un plasma d’ammoniac. La température de dépôt est comprise entre 500 °C et 650 °C.

Un couplage capacitif parasite est présent entre la grille et les sources et les drains, séparés par l’espaceurs. Pour limiter ce couplage, une solution consiste à remplacer le Si₃N₄ par le matériau SiBCN, ce qui permet de passer d’une constante diélectrique de 6 à 5 environ. Du trichlorure de bore BCl₃ et du méthane sont rajoutés au DCS pour obtenir le SiBCN, et le contrôle des pressions partielles des différentes espèces permet d’optimiser empiriquement le compromis constante diélectrique/étanchéité.