Brevet FR2529714A1 — publié le 19840106

- La présente invention a pour objet un procé- dé de réalisation de l'oxyde de champ d'un circuit intégré Elle s'applique en particulier dans le domai- ne de la fabrication des circuits intégrés MOS. L'un des principaux procédés de réalisation de l'oxyde de champ connus est celui généralement ap- pelé "Procédé LOCOS" Sur les figures 1 à 4, on a représenté les différentes étapes de ce procédé LOCOS. La première étape de ce procédé consiste, comme représenté sur la figure 1, à faire croître thermiquement sur un substrat en silicium 2, par exem- ple de type P, une couche d'oxyde de silicium 4, de faible épaisseur, c'est-à-dire de l'ordre de 0,07 mi- cron, puis à déposer une couche de nitrure de silicium 6 sur la couche d'oxyde 4, présentant généralement une épaisseur voisine de 0,08 micron Après réalisation d'un masque de résine 8 sur la région 6 a de la couche de nitrure de silicium 6, située au-dessus de la ré- gion du substrat dans laquelle sera réalisé ultérieu- rement le composant élémentaire du circuit intégré, par exemple sur la région centrale de la couche de nitrure de silicium comme représenté sur la figure 1, on réalise une gravure de la couche de nitrure de si- licium 6 par exemple par une attaque par plasma La structure ainsi obtenue est représentée sur la figure 2. Après gravure de la couche de nitrure de si- licium 6, on implante, à travers la couche d'oxyde 4, des ions donnant un dopage du même type que celui du substrat Cette implantation d'ions permet d'obtenir, dans le substrat 2, deux régions latérales 10 et 12, par exemple de type P+ dans le cas d'un substrat de type P et d'une implantation d'ions de bore Cette implantation est effectuée avec une dose de 2 1012 atomes/cm et à une énergie de 140 ke V, par exemple. On élimine ensuite le masque de résine 8. L'étape suivante consiste à réaliser l'oxyde de champ par une oxydation thermique du silicium, les zones ac- tives ou l'on veut réaliser les composants élémentai- res étant masquées par la région 6 a de la couche de nitrure de silicium 6 au cours de cette oxydation On obtient ainsi deux régions latérales 14 et 16 de sili- ce présentant une épaisseur généralement comprise en- tre 0,6 et 0,8 micron. Ce procédé se termine en éliminant la région 6 a de la couche de nitrure de silicium 6 et la région de la couche d'oxyde 4, située au-dessus de la région du substrat 2 dans laquelle sera réalisé ultérieure- ment le composant Cette élimination se fait par exem- ple par une attaque chimique La structure ainsi obte- nue est représentée sur la figure 4. Ce procédé de réalisation de l'oxyde de champ d'un circuit intégré présente un certain nombre d'inconvénients - En particulier, l'étape d'oxydation thermi- que de façon à obtenir les régions 14 et 16 en silice est une étape longue et fastidieuse En effet, cette oxydation thermique est réalisée à une température re- lativement peu élevée, de l'ordre de 900 WC, et ce, pendant environ 10 heures. De plus, ce traitement thermique prolongé conduit à une diffusion des ions implantés dans les régions 10 et 12 du substrat Cette redistribution des ions, nécessite des implantations à assez forte dose. Ce procédé de réalisation de l'oxyde de champ présente de plus, l'inconvénient majeur de limi- ter la densité d'intégration des circuits intégrés En effet, l'oxyde de champ, réalisé par ce procédé, pré- sente une importante extension latérale, référencée L sur la figure 4. La présente invention a justement pour objet un procédé de réalisation de l'oxyde de champ d'un circuit intégré permettant de remédier à ces diffé- rents inconvénients Ce procédé-permet en particulier d'éviter un traitement thermique prolongé, de diminuer la dose des ions à implanter-et, d'augmenter la densi- té d'intégration des circuits intégrés. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de réalisation de l'oxyde de champ d'un circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: a) réalisation d'un masque de résine sur une premiè- re région d'un substrat semiconducteur dopé dans la- quelle sera réalisé le composant actif du circuit in- tégré, b) réalisation d'une première gravure sur une hau- teur h, d'une deuxième région du substrat semiconduc- teur dopé, dans laquelle on va réaliser l'oxyde de champ, c) implantation d'ions dans ladite deuxième région du substrat restante, donnant un dopage du même type que celui du substrat, d) dépôt d'une couche d'isolant sur l'ensemble du substrat, e) dépôt d'une couche de résine sur la couche d'iso- lant, et f) réalisation d'une deuxième gravure simultanée de la couche de résine et de la couche d'isolant jusqu'à l'élimination totale de la région de la couche d'oxy- de, située au-dessus de la première région du substrat dans laquelle sera réalisé Jecompoeantactif du circuit intégré. De préférence, ladite deuxième gravure de la couche de résine et de la couche d'oxyde est réalisée avec des vitesses d'attaque identiques pour la résine et l'isolant Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, cette deuxième gravure est faite par gravure ionique réactive à l'aide d'un mélange gazeux contenant du trifluorométhane (CHF 3) et de l'oxygène dans des proportions adéquates On peut également utiliser d'autres gaz-tels qu'un mélange de tétrafluorure de carbone (CF 4) et d'oxygène, ou bien de l'hexafluorure de suufre (SP 6). Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on dépose au début du procédé une couche protectrice que l'on commence par graver avec le masque défini dans l'étape a. La présence de cette couche protectrice, réalisée notamment en nitrure de silicium, permet de protéger la surface du substrat semiconducteur des différentes gravures évitant ainsi la formation de dé- fauts dans les zones actives du substrat et la conta- mination de celui-ci. Selon un autre mode préféré de mise en oeu- vre du procédé de l'invention, l'étape de gravure b) est réalisée par un procédé de gravure anisotrope tel- le par exemple une gravure ionique réactive Une telle gravure anisotrope permet un meilleur contrôle des di- mensions des zones actives, et donc une densité d'in- tégration accrue. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on réalise une gravure en pente de la première région du substrat ( 20) au cours de l'éta- pe b) Selon un procédé de mise en oeuvre avanta- geux de l'invention, on réalise une gravure en pente à l'aide d'un profil en pente du masque de résine réali- sé au cours de l'étape a, et d'une gravure ionique réactive anisotrope. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on réalise après l'étape c et avant l'é- tape d, une oxydation thermique du substrat par exem- ple sur une épaisseur de l'ordre de 0,05 à 0,1 Ium Une telle couche d'oxyde thermique permet en effet d'assu- rer une interface de bonne qualité entre le substrat et la couche d'isolant déposée par la suite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limita tif, en référence aux figures annexées, dans lesquel- les: les figures 1 à 4, déjà décrites, représentent sché- matiquement, les différentes étapes d'un procédé de réalisation de l'oxyde de champ selon l'art anté- rieur, et les figures 5 à 10 représentent, schématiquement, les différentes étapes du procédé de réalisation de l'oxyde de champ conformément à l'invention. En se référant à la figure 5, la première étape du procédé, selon l'invention, consiste à dépo- ser sur un substrat semiconducteur dopé 20, par exem- ple en silicium de type P, une couche protectrice 22, réalisée par exemple en nitrure de silicium Cette couche protectrice 22 permet d'éviter toute contamina- tion ultérieure du substrat 20 lors des différentes étapes du procédé selon l'invention Cette couche pro- tectrice 22, déposée par exemple par la technique de dépôt chimique en phase vapeur, à basse pression ou non, présente par exemple une épaisseur de 0,1 micron. On réalise ensuite selon les procédés clas- siques de la microlithographie un masque de résine 24, sur la couche protectrice 22 de façon à ne mas- -I quer que la région 22 a de cette couche 22, située sur la région 20 a du substrat semiconducteur 20, dans la- quelle sera réalisé ultérieurement le composant ac- tif, puis on réalise une gravure anisatrope de la couche protectrice 22 par exemple au moyen d'une gra- vure ionique réactive par SF 6 fre) Cette gravure permet d'éliminer les régions 22 b de la couche protectrice 22, situées au-dessus des régions 20 b du substrat semiconducteur 20, dans les- quelles on va réaliser l'oxyde de champ selon l'in- vention La structure obtenue, après cette gravure, est représentée sur la figure 6. Après gravure de la couche protectrice 22, on réalise, une gravure de préférence anisotrope des régions 20 b du substrat sur une hauteur h d'environ 0,8 micron Cette gravure se fait par exemple par gravure ionique réactive par SF 6. Afin d'obtenir un profil incliné, on peut soumettre la couche de résine 24, avant de graver la couche protectrice et le substrat, à un traitement thermique, c'est-à-dire à un chauffage de l'ordre de 1201 C, ou bien à l'action d'un plasma d'oxygène de façon à effectuer une légère attaque de la résine Ce traitement thermique, ou cette légère attaque permet d'obtenir un profil incliné du masque de résine 24, entraînant, lors de la gravure anisotrope du subs- trat, un profil incliné de la région 20 a du substrat. La pente de ce profil sera fonction de la pente du profil du masque de résine 24 et des vitesses d'at- taque respectives de la résine et du substrat au cours de la gravure de ce dernier. L'étape suivante du procédé selon l'inven- tion consiste, en utilisant toujours le même masque 24, disposé sur la région 22 a de la couche protectri- ce 22, à implanter des ions, dans ce qui reste des régions 20 b du substrat, ces ions donnant un dopage du même type que celui du substrat Dans le cas d'un substrat en silicium de type P, cette implantation peut être réalisée avec des ions de bore à une éner- gie de 50 ke V et à une dose de i 012 atomes/cm Cette implantation permet d'obtenir des régions latérales 28 et 30 par exemple de type P+. L'utilisation d'un profil incliné pour la région 20 a du substrat conduit, lors de l'implantation ionique, à la formation sur les flancs de la région a d'une région 29,implantée, par exemple de type P+ comme représenté sur la figure 7 Lors de la fabrica- tion d'un transistor MOS, l'existence de cette région implantée permet d'éviter la création d'un canal para- site sur les flancs du transistor. Après cette implantation ionique et l'éli- mination du masque de résine 24, on réalise une oxyda- tion thermique du substrat (non représentée) sur une épaisseur de 0,05 jim par exemple Une telle oxydation pourra être réalisée à 9000 C pendant 1 heure On dépo- se ensuite, comme représenté sur la figure 8, sur l'ensemble du substrat 20 et sur la région 22 a de la couche de nitrure de silicium restante, par exemple par la technique de dépôt chimique en phase vapeur, à basse pression ou non, une couche d'isolant 32, réali- sée par exemple en silice Cette couche d'isolant 32 présente par exemple une épaisseur de 1 micron Le fait de réaliser cette couche de silice 32 par dépôt et non par oxydation thermique permet d'utiliser, lors de l'implantation ionique, une quantité moins impor- tante d'ions que celle utilisée lors des procédés de réalisation de l'oxyde de champ de l'art antérieur, étant donné que la diffusion des ions dans le substrat est totalement évitée Par ailleurs, cela permet d'é- liminer totalement les extensions latérales de l'oxyde et par conséquent d'augmenter la densité d'intégration des circuits intégrés. L'étape suivante du procédé consiste à re- couvrir la couche d'oxyde 32 d'une couche de résine 34 Cette couche de résine 34 qui peut être réalisée en une résine telle que les résines couramment utili- sées en photolithographie présente par exemple une épaisseur de 1,5 v m Après dép 8 t, la couche de résine 34 peut être soumise à un traitement thermique, par exemple à un chauffage à une température de 2000 C pen- dant 1/2 heure, afin d'obtenir un bon étalement de cette couche de résine et donc une surface plane 36, comme représenté sur la figure 8. On réalise ensuite une gravure simultané- ment de la couche de résine 34 et de la couche d'oxyde 32 avec des vitesses d'attaque identiques pour la ré- sine et l'oxyde jusqu'a élimination totale de la ré- gion 32 a de la couche d'oxyde 32, située au-dessus de la région 20 a du substrat; le contrôle de fin de gra- vure se fait par tout moyen connu La structure obte- nue est représentée sur la figure 9 Cette gravure peut être réalisée par exemple par un mélange de tri ou tétrafluorométhane (CHF 3, CF 4) et d'oxygène; les composés fluorés servant à la gravure de l'oxyde et l'oxygène à la gravure de la résine Pour cette gravu- re on peut aussi utiliser de l'hexafluorure de soufre (SF 6). La dernière étape du procédé selon l'inven- tion consiste à éliminer la région 22 a de la couche de nitrure de silicium restante, par exemple en gravant ladite région au moyen d'une gravure chimique La structure finale obtenue est représentée sur la figure 10. REVENDICATIONS 1 Procédé de réalisation de l'oxyde de champ d'un circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: a) réalisation d'un masque de résine ( 24) sur une première région ( 20 a) d'un substrat 20 semi- conducteur dopé dans laquelle sera réalisé le compo- sant actif du circuit intégré, b) réalisation d'une première gravure sur une hauteur h, d'une deuxième région ( 20 b) du substrat ( 20) semiconducteur dopé, dans laquelle on va réaliser l'oxyde de champ, c) implantation d'ions dans ladite deu- xième région ( 20 b) du substrat ( 20) restante, donnant un dopage du même type que celui du substrat ( 20), d) dépôt d'une couche d'isolant ( 32) sur l'ensemble du substrat ( 20), e) dépôt d'une couche de résine ( 34) sur la couche d'isolant ( 32), et f) réalisation d'une deuxième gravure si- multanée de la couche de résine ( 34) et de la couche d'isolant ( 32) jusqu'à élimination totale de la région ( 32 a) de la couche d'isolant, située au-dessus de la première région ( 20 a) du substrat ( 20) dans laquelle sera réalisé le composant actif du circuit intégré. 2 Procédé de réalisation selon la revendi- cation 1, caractérisé ence que l'on réalise ladite deuxième gravure avec des vitesses d'attaque identi- ques pour la résine ( 34) et l'isolant ( 32). 3 Procédé de réalisation selon l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite deuxième gravure est une gravure ionique réactive, dans un mélange gazeux, contenant soit du trifluorométhane et de l'oxygène, soit du tétrafluoru- re de carbone CF 4 et de l'oxrygène, soit de l'hexafluo- rure de soufre S Fs 6 4 Procédé de réalisation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on interpose entre le masque de résine ( 24) et le substrat ( 20) une couche protectrice ( 22) et en ce que l'on réalise, avant d'effectuer l'étape b, une troi sième gravure d'une première région ( 22 b) de la couche protectrice ( 22), cette première région ( 22 b) étant située audessus de la deuxième région ( 20 b) du substrat ( 20). Procédé de réalisation selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que ladite troisième gra- vure est une gravure ionique réactive. 6 Procédé de réalisation selon l'une quel- conque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, après avoir réalisé l'étape f, l'on réalise une quatrième gravure d'une deuxième région ( 22 a) de la couche protectrice ( 22), cette deuxième région ( 22 a) étant située au-dessus de la première région ( 20 a) du substrat ( 20). 7 Procédé de réalisation selon la revendi- cation 6, caractérisé en ce que ladite quatrième gra- vure est une gravure chimique. 8 Procédé de réalisation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on réalise une gravure en pente de la première ré- gion ( 20 a) du substrat ( 20) au cours de l'étape b. 9 Procédé de réalisation selon la revendi- cation 8, caractérisé en ce que l'on réalise une gra- vure en pente à l'aide d'un profil en pente du masque de résine ( 24), réalisé au cours de l'étape a, et d'une gravure ionique réactive anisotrope. Il- Procédé de réalisation selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce que, pour obtenir un profil en pente du masque de résine ( 24), on soumet cette résine ( 24) à un traitement thermique après son déve- loppement. 11 Procédé de réalisation selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce que, pour obtenir un pro- fil en pente du masque de résine ( 24) on soumet cette résine ( 24) à un plasma d'oxygène, après son dévelop- pement. 12 Procédé de réalisation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, après l'étape c et avant l'étape d, on réalise une oxydation thermique du substrat ( 20). 13 Procédé de réalisation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la couche d'isolant ( 32) est en silice. 14 Procédé de réalisation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la couche protectrice ( 22) est en nitrure de sili- cium.