Brevet FR2493601A1 — publié le 19820507

"Procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur." L'invention concerne un procédé de réalisation d'un dis- positif semiconducteur, suivant lequel on soumet une couche de nitrure de silicium élaborée sur un substrat, à une atta- que chimique consistant à mettre la couche en contact avec des composants d'un plasma qui est formé dans un mélange ga-- zeux contenant un composé fluorique et un composé d'oxygène. Dans ces conditions, on peut mettre la couche de nitrure de silicium en contact seulement avec des composants électrique- ment non chargés du plasma - comme par exemple dans les réac- teurs à tunnel usuels - mais aussi avec un mélange de compo- sants électriquement chargés et non chargés du plasma - comme par exemple dans les réacteurs planaires usuels. Un tel procédé convient particulièrement par exemple pour la fabrication d'un dispositif semiconducteur o l'on part d'un substrat de silicium muni d'une couche de SiO2 re- couverte d'une couche de Si3N4 et o on élimine le Si3 i4 loca- lement sur la couche de SiO2. Le masque de Si3N4 ainsi formé peut être utilisé tant comme masque d'oxydation que comme masque d'implantation ionique. Au cours de la formation du masque de Si3N4, la couche de Sio2 sert à éviter l'endommage- ment du substrat de Si sous-jacent, qui risque d'être très fortement attaqué par les composants du plasma. Voilà pourquoi il y a lieu de choisir l'épaisseur de la couche de SiO2 de façon à obtenir une protection efficace du substrat. Dans la pratique, cette épaisseur est déterminée entre autres par le rapport des vitesses auxquelles il est possible d'éliminer le Si3N4 et le Si02. La couche de SiO2 peut être d'autant plus mince que la vitesse d'élimination du Si3N4 est supérieure à celle du SiO2. Le brevet américain NO 3 795 557 préconise un procédé du genre décrit dans le préambule, suivant lequel, pour attaquer la couche de nitrure de silicium, on met celle-ci en contact avec un mélange de composants électriquement chargés et non chargés d'un plasma qui est formé dans un mélange gazeux con- tenant Ou CF4 comme composé fluorique et 8,5 % en volume de 02 comme composé d'oxygène. Ce procédé connu permet d'élimi- ner le Si 3N4 environ deux fois plus vite que le SiO2. Un inconvénient du procédé connu décrit ci-dessus est que la vitesse d'élimination du Si3N4 n'est que légèrement su- périeure à celle du SiO2. Voilà pourquoi cette couche de SiO2 doit être relativement épaisse dans les cas o par la mise en oeuvre de ce procédé, il y a lieu de former par attaque chimique un masque dans une couche de Si3NI élaborée sur un substrat de Si recouvert d'une couche protectrice de SiOu2 Ce- ci fait que dans la pratique, le procédé connu ne convient pas par exemple pour la formation d'un masque d'oxydation de Si3N4 lors de la réalisation d'oxyde de champ dans des pro- cessus LOCOS. L'invention vise entre autres à remédier audit inconvé- nient, et à cet effet un procédé conforme à l'invention et du genre décrit dans le préambule est remarquable en ce que le mélange gazeux est additionné de 1 à 15 % en volume d'un composé gazeux qui contient un halogène autre que le fluor. L'addition d'une faible quantité d'un composé contenant un halogène autre que le fluor permet d'attaquer le Si3N4 au moins cinq fois plus vite que le SiO2. Voilà pourquoi cette couche de SiO2 peut être relativement mince dans les cas o par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, on forme par attaque chimique un masque dans une couche de Si 3N4 élaborée sur un substrat de Si muni d'une couche protectrice de SiO2. Ceci fait que dans la pratique, le procédé conforme à l'invention convient par exemple pour la formation d'un masque d'oxydation de Si3N4 lors de la réalisation d'oxyde de champ dans des processus LOCOS. On suppose que l'halogène autre que le fluor est adsorbé d'une manière sélective à la surface de SiO2 de façon à y former une couche de protection contre les composants réactifs formés dans le plasma. Dans un mode de réalisation préférentiel du procédé conforme à l'invention, le mélange gazeux o est formé le plasma, contient du CF4 comme composé fluorique et est addi- tionné du gaz non corrosif et non toxique CF2C12 Une addi- tion de 1 à 4 % en volume de ce gaz au mélange gazeux per- met d'obtenir la plus grande différence de vitesse d'at- taque cu Si3N4 et du SiO2, notamment si l'on additionne 3 à 10 % en volume de 02 comme composé d'oxygène. Alors le Si3N4 s'élimine cinq fois plus vite que le SiO2. Dans un autre mode de réalisation préférentiel du pro- cédé conforme à l'invention, lb mélange gazeux o est formé le plasma contient du CF4 comme composé fluorique et est additionné du gaz non corrosif et non toxique CF3Br. L'ad- dition de 2 à 8 % en volume de ce gaz au mélange gazeux permet d'atteindre la plus grande différence de vitesses d'attaque du Si3N4 et du SiO2, notamment si l'on addition- ne 3 à 10 % en volume de 02 comme composé d'oxygène. Alors le Si3N4 s'élimine environ dix fois plus vite que le SiO2. Si le mélange gazeux o est formé-le plasma d'atta- que, contient du CF4 comme composé fluorique, 20 à 40 % en volume de No comme composé d'oxygène et 1 à 3 % en volume de CF3Br, le Si3N4 s'élimine même à peu près douze fois plus vite que le SiO2. La description suivante, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre comment l'invention se réalise. Les figures 1 à 4 représentent schématiquement diffé- rentes étapes successives de réalisation d'un dispositif semiconducteur, selon le procédé conforme à l'invention. Les figures 5 et 6 représentent des vitesses auxquelles des couches de Si3N4 et de SiO2 se trouvant sur un subs- trat de Si sont éliminées à l'aide de composants de plas- mas formés dans des mélanges de CF4/02 additionnés de quantités variables de CF2Cl2 ou de CF3Br. Les figures 1 à 4 représentent schématiquement dif- férentes étapes successives de réalisation d'une configu- ration d'oxyde de champ, pour laquelle on part d'un subs- trat 1 de Si de type N muni d'une couche 2 de Sio2 d'une épaisseur de 20 à 100 nm, sur laquelle on a formé une couche 3 de Si 3N4 d'une épaisseur de 100 à 150 nm. De ma- nière usuelle, on recouvre la couche 3 de Si 3N4 locale- ment d'une couche de laque 4, après quoi on soumet les endroits non recouverts à une attaque chimique en les met- tant en contact avec des composants d'un plasma qui est formé dans un mélange gazeux contenant un composé fluori- que et un composé d'oxygène. Conformément à l'invention, on ajoute au mélange gazeux 1 à 15 % en volume d'un composé gazeux contenant un halogène autre que le fluor. Cela per- met d'éliminer le Si3N4 au moins cinq fois plus vite que le SiO2, de sorte que la couche protectrice 2 de Sio2 peut être relativement mince. Ceci fait que dans la pratique, ce procédé convient pour la formation d'un masque dans le ca- dre de la réalisation d'oxyde de champ dans la couche 3 de Si3N4. Après élimination locale de la couche 3 de Si 3N4 et après élimination de la couche de laque 4, on peut procéder, par l'implantation usuelle B, à l'élaboration de régions 5 de type P qui peuvent servir de "zones d'interruption de canal" entre différents composants électroniques. Dans ces conditions, le masque formé dans la couche 3 de Si3N4 sert de masque d'implantation (figure 2). Ensuite, de manière usuelle, on forme par oxydation des régions 6 de SiO2 d'une épaisseur voisine de 1000 nm (figure 3). Ces régions 6 de SiO2 - dites aussi régions d'oxyde de champ - servent con- jointement avec les régions 5 de Si de type P sous-jacentes à séparer les uns des autres différents composants électro- niques à former sur le substrat 1 de Si. Lors de la réali- sation des régions d'oxyde de champ 6, le masque formé dans la couche 3 de Si3N4 sert de masque d'oxydation. Fina- lement, on élimine de manière usuelle les parties restan- tes de la couche 3 de Si 3N4 et de la couche 2 de SiO2 (fi- gure 4). Sur les parties ainsi obtenues, c'est-à-dire les parties 7 du substrat 1 de Si qui sont enfermées par des régions d'oxyde de champ 6 et dont on n'a représenté qu'une seule pour la clarté du dessin, mais qui sur un substrat, peuvent être élaborées en de très grandes quan- tités - on peut réaliser maintenant des composants électro- niques tels que des transistors à effet de champ. Dans les exemples de réalisation décrits dans la suite de cet expose, on a placé dans un réacteur d'attaque chimi- que au plasma des plaques de Si d'un diamètre voisin de 75 mm qui étaient recouvertes d'environ 500 nm de Si3N4 déposé sur une couche intermédiaire d'environ 400 nm de Sf02, pour les mettre en contact, à une température de substrat voisine de 125 C, avec des composants non chargés d'un plasma engendré dans le réacteur à une fréquence de 13,56 MHz, pour une puissance de l'ordre de 150 Wattset un débit gazeux de 100 à 300 SCC/mn. EXEMPLE I La figure 5 représente les vitesses auxquelles le Si3N4 et le SiO2 sont éliminés par les composants d'un plas- ma qui est formé dans un mélange gazeux ayant une pression totale voisine de 100 Pa et constitué par du CF4 et 5 % en volume de 02 en fonction des quantités de CF2C12 addition- nées à ce mélange gazeux. Sans addition de CF2Cl2, le Si3N4 s'élimine environ deux fois plus vite que le SiO2, alors que pour une faible addition de CF2Cl2 (1 à 4 % en volume), ce rapport est de l'ordre de cinq. Toutefois, si l'on ad- ditionne de plus grande quantités de CF2Cl2 ( X 5 % en vo- lume), ce rapport diminue alors qu'en outre les vitesses d'attaque du Si3N4 diminuent à de faibles valeurs. On peut s'attendre à des résultats similaires, si au lieu de CF2Cl2, on additionne d'autres composés de Cl au mélange gazeux de CF4 et de 02, tels que le C12, le CC14, CFC13, HC1, etc., mais on donne la préférence au CF2Cl2 à cause de sa mania- bilité et de sa faible corrosivité. EXEMPLE II La figure 6 représente les vitesses auxquelles le Si3N4 et le SiO2 sont éliminés par les composants d'un plasma qui est formé dans un mélange gazeux ayant une pression totale voisine de 65 Pa et constitué par du CF4 et 5 % en 3Y volume de 02 en fonction des quantités de CF3Br, adc'4ny, environ deux fois plus vite que le i T, t À. environ deux fois plus vite que le SiO2 alor que pour une faible addition de CF3Br (2 à 8 % de volume), ce rapport est de l'ordre de dix. Toutefois si l'on addi- tionne de plus grandes quantités de CF3Br (> 10 % en volu- me), le rapport des vitesses d'attaque décroît, alors qu'en outre les vitesses d'attaque du Si3N4 diminuent à des va- leurs basses. On peut s'attendre à des résultats similaires, si au lieu de CF3Br, on additionne d'autres composés de Br au mélange de CF4 et de 02, tels que le CF2Br2, le HBr, Br2, BrF3, BrF5, etc., mais on donne la préférence au CF3Br à cause de sa maniabilité, sa non-toxicité et sa faible cor- rosivité. EXEMPLE III Il est possible de réaliser un autre perfectionnement par rapport à l'exemple II en additionnant au lieu de 02 du NO comme composé d'oxygène au mélange gazeux o est for- mé le plasma. Dans des composants d'un plasma formé dans un mélange gazeux contenant 30 % en volume de NO, 7,5 % en volume de CF3Br et 62,5 % en volume de CF4, le Si3N4 s'éli- mine douze fois plus vite que le SiO2. REVENDICATIONS 1.- Procédé de réalisation d'un dispositif semiconduc- teur, suivant lequel on soumet une couche de nitrure de si- licium élaborée sur un substrat, à une attaque chimique consistant à mettre la couche en contact avec des compo- sants d'un plasma qui est formé dans un mélange gazeux contenant un composé fluorique et un composé d'oxygène, caractérisé en ce que le mélange gazeux est additionné de 1 à 15 % en volume d'un composant gazeux contenant un ha- logène autre que le fluor. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux o est formé le plasma contient du CF4 comme composé fluorique et du CF2ci2comme composé halogéné autre que le fluor. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange gazeux o est formé le plasma con- tient 1 à 4 % en volume de CF2ci2* 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux o est formé le plasma contient du CF4 comme composé fluorique et du CF3Br comme composé halogéné autre que le fluor. 5.- Procédé selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que le mélange gazeux o est formé le plasma con- tient 2 à 8 % en volume de CF3Br. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mélange gazeux o est for- mé le plasma contient 3 à 10 % en volume de 2 comme composé d'oxygène. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mélange gazeux o est for- mé le plasma contient 20 à 40 % en volume de NO comme composé d'oxygène.