Brevet FR2537341A1 — publié le 19840608

-1- "Procédé permettant de réaliser un dispositif semiconducteur et dis- positif semiconducteur réalisé selon ce procédé" L'invention concerne un procédé permettant de réaliser un dispositif semiconducteur présentant des régions semiconductrices isolées de façon diélectrique, selon lequel on part d'un corps semi- conducteur dont une surface principale est recouverte d'un masque de décapage qui laisse découvertes des parties de la surface principale, parties qui sont soumises à un traitement de décapage anisotrope et un enlèvement de matériau permet de former un enfoncement, dont le fond et les parois latérales sont recouverts d'une couche d'oxyde et une couche y superposée en matériau inhibiteur d'oxydation, qui est enlevée ultérieurement du fond de l'enfoncement, après quoi le dispo- sitif est soumis à un traitement d'oxydation sélective de façon à remplir l'enfoncement d'oxyde. De plus, l'invention concerne un dispositif semiconducteur réalisé selon un tel procédé. Un procédé du genre mentionné dans le préambule est connu de l'article "A Bird's Beak Free Local Oxidation Technology Feasible for VLSI Circuits Fabrication" de K Y Chiu, J L Moll et J Manoliu, paru dans IEEE Transactions on Electron Devices, Vol ED 29, No 4, avril 1982, pages 536 à 540. Des rainures présentant des parois latérales pratiquement perpendiculaires sont réalisées par décapage dans la surface semicon- ductrice découverte (dans ce cas du silicium) Les parois et le fond d'une telle rainure sont recouverts d'une couche en nitrure d'oxyde qui est ensuite enlevée par décapage à l'endroit du fond, après quoi le dispositif est soumis à une oxydation locale De ce fait, les rai- nures sont au moins partiellement remplies d'oxyde, alors que la pré- sence du nitrure sur la paroi ne réduit pas la surface effective des régions semiconductrices actives. Un autre procédé pour isoler ainsi des régions semiconduc- trices actives par isolation relative de l'oxyde est connu du brevet britannique No 1 437 112 (PHB 32 366) Toutefois, les rainures dont les parois sont ultérieurement recouvertes de nitrure s'obtiennent -2- par décapage isotrope, ce qui entraîne des pertes de la surface semi- conductrice active par suite de décapage marginal et, de ce fait, une perte en densité d'intégration. Dans le procédé selon ledit article de Chiu et collabora- teurs, une telle perte en surface semiconductrice est évitée, il est vrai, mais après l'oxydation locale, la surface obtenue n'est pas plane Ainsi, comme étape additionnelle, de l'oxyde est déposé à par- tir de la phase de vapeur pour remplir des cavités m&me à une pres- sion basse, après quoi cet oxyde est partiellement enlevé par décapa- ge. Dans ce procédé, il peut se poser en outre un problème lorsqu'on veut réaliser des régions d'interruption de canal entre les régions semiconductrices actives Ces régions d'interruption de canal sont réalisées par exemple par une implantation de bore avant l'ap- plication de la couche en nitrure dioxyde, le premier masque inhibi- teur d'oxydation faisant également office de masque d'implantation. Les ions implantés se trouvent ainsi près du fond de l'enfoncement. Toutefois, lors du traitement thermique suivant, il se produit une diffusion, de sorte que ces régions d'interruption de canal peuvent s'agrandir jusque dans la région semiconductrice active et affecter ainsi le fonctionnement des transistors qui y sont réalisés. L'invention vise à fournir un procédé pour la réalisation d'un dispositif semiconducteur qui est notablement simplifié, compa- rativement à celui décrit dans le susdit article. Elle est basée sur l'idée de faire monter la couche en ma- tériau inhibiteur d'oxydation recouvrant les parois latérales d'une façon simple avec l'oxyde se formant dans l'enfoncement en permettant aux substances oxydantes de s'infiltrer bien que dans une faible mesure dans la couche en oxyde mince recouverte de cette couche inhibitrice d'oxydation. Un procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce qu' avant le traitement d'oxydation, une partie de la couche d'oxyde est enlevée par décapage marginal des parois de l'enfoncement au-dessous d'un bord de la couche en matériau inhibiteur d'oxydation, près du fond de l'enfoncement. Du fait que les parois latérales de l'enfoncement sont recouvertes d'une substance inhibitrice d'oxydation, par exemple du 253734, -3- nitrure de silicium, ces parois sont à peu près complètement proté- gées contre l'oxydation, alors que les moyens oxydants peuvent s'in- filtrer suffisamment au-dessous de cette couche inhibitrice d'oxyda- tion pour l'éliminer pour ainsi dire avec l'oxyde en-formation D'au- tre part, la largeur de l'oxyde définitif ne devient pas ou guère supérieure à la largeur des enfoncements initiaux, de sorte que cette largeur est entièrement déterminée par les dimensions du masque par lequel sont définis ces enfoncements. Les enfoncements en question peuvent présenter des parois droites Elles s'obtiennent par application des enfoncements par dé- capage ionique ou décapage au plasma. Une forme de réalisation préférentielle d'un procédé con- forme à l'invention qui est notablement appropriée lorsqu'il s'agit d'appliquer des interrupteurs de canal au-dessous des bandes électro- -isolantes, est caractérisée en ce que la surface principale est une face ( 100 > Lorsque le corps semiconducteur est un corps en silicium et l'agent de décapage contient de l'hydroxyde de potassium pour le traitement de décapage anisotrope, ce traitement de décapage fournit un enfoncement présentant des parois inclinées Il en résulte l'avan- tage qu'une implantation pour des régions d'interruption de canal peut être réalisée de façon que le corps semiconducteur ne soit con- taminé qu'à l'endroit du fond de l'enfoncement Au cours d'un trai- tement thermique suivant, les impuretés implantées s'infiltrent moins dans la région semiconductrice active, et notamment, ne réduisent pas ou guère la surface effective pour la réalisation de composants. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente un dispositif semiconducteur réalisé à l'aide d'un procédé conforme à l'invention. Les figures 2 à 7 montrent le dispositif selon la figure 1 pendant plusieurs stades de sa réalisation et La figure 8 montre un détail de la figure 7, alors que les figures 9 et 10 montrent des stades intermédiaires d'un autre procédé conforme à l'invention. Les figures sont représentées schematiquement à échelle, et pour la clarté de dessin, notamment les dimensions dans la direction 25373 L 41 -4- de l'épaisseur dans la section transversale sont fortement exa- gérées. D'une façon générale, les zones semiconductrices de même type de conduction sont hachurées dans la même direction; dans les diverses formes de réalisation, les parties correspondantes sont en général désignées par les mêmes chiffres de référence. Le dispositif semiconducteur 1 de la figure 1 comporte un corps semiconducteur, dans ce cas, en silicium de type p présentant une surface principale 3 La surface principale 3 de ce corps semi- conducteur 2 est munie de régions actives 4 qui sont séparées par un diélectrique 5 qui est constitué par exemple par une couche en oxyde de silicium épaisse Les régions actives 4 sur la figure 1 sont re- couvertes d'une couche 6, 7, constituée par une couche 6 en oxyde de silicium et une couche 7 en nitrure de silicium Cette couche double 6, 7 est enlevée de la surface 3 pour le traitement ultérieur du corps semiconducteur 2, tout comme les parties en nitrure saillantes 9 situées sur l'oxyde épais 5 Ainsi, le dispositif semiconducteur acquiert une surface principale pratiquement plane 3, ce qui est avantageux pour le traitement ultérieur, comme par exemple l'appli- cation d'une configuration de métallisation. Dans le présent exemple, le corps semiconducteur 1 est en outre muni d'interrupteurs de canal 8, également de type p mais présentant une concentration d'impuretés plus élevées en accepteurs que le corps semiconducteur 2 Ces interrupteurs de canal 8 servent par exemple à empêcher une formation de canal parasite entre deux régions semiconductrices actives juxtaposées 4, par exemple lorsque ces régions de type N contiennent des transistors à effet de champ du genre MOS, dont les zones d'alimentation et d&évacuation confinent de façon directe à l'oxyde épais 5. Le dispositif semiconducteur selon la figure 1 peut être réaliséède la façon suivante. On part d'un corps semiconducteur 2, par exemple un sub- strat en silicium de type p présentant une' résistivité comprise entre 25 ohms cm et une épaisseur de 500 micromètres Sur une surface* principale 3, qui est dans cet exemple une face /100 >, est formée par croissance une première couche en oxyde mince d'une épaisseur d'envi- -5- ron 20 manomètres par oxydation thermique Sur la couche d'oxyde 6 est ensuite déposée une couche 7 en nitrure de silicium d'une épais- seur d'environ 120 nanomètres, par exemple à partir de la phase de vapeur sous une pression basse, voir la figure 2. Le tout est ensuite recouvert d'une couche de photorésis- tance 10 qui est mise dans la configuration requise par voie photoli- thographique Cette configuration servant de masque permet d'enlever localement d'une façon généralement connue la couche en nitrure 7 et la couche d'oxyde 6, de façon à découvrir la surface en silicium 3 à l'endroit des ouvertures 20 dans la couche de photorésistance 10 (voir la figure 3). Après l'enlèvement de la couche de photorésistance 10, la surface en silicium découverte 3 est soumise à un traitement thermi- que anisotrope chimique humide à l'endroit des ouvertures 20, la cou- che double 6, 7 servant de masqueo Pour le décapage, on utilise par exemple une solution aqueuse à 20 %o d'hydroxyde de potassium Ce trai- tement de décapage anisotrope se déroule de façon que dans les enfon- cements 11 qui se forment des facettes soient découvertes le long des parois 13 , de sorte que, vu en section (voir la figure 4), le fond 12 d'un tel enfoncement 11 soit plus étroit que les ouvertures dans la couche de photorésistance initiale 10 les avantages en seront décrits en détail ci-après. Ledit traitement de décapage s'effectue jusqu' à une profon- deur d'environ 0,65 micromètre Ensuite, une couche 14 en oxyde de silicium d'environ 40 nanomètres est formée par croissance d'une façon connue en général sur le fond 12 et la paroi 13 de l'enfonce- ment 11, après quoi une couche 15 en nitrure de silicium d'environ nanomètres est appliquée sur toute la surface (voir la figure 5). Ia couche 15 en nitrure de silicium est ensuite enlevée en majeure partie par un traitement de décapage anisotrope, par exemple par contact de la couche avec les composants d'un plasma, formé dans un mélange gazeux contenant du chlore ou du tétrachlorure de carbone. Le résultat du traitement de décapage anisotrope (décapage au plasma ou-décapage ionique) est que des parties de ladite couche 15 recou- vrant le fond 12 de l'enfoncement 11 ou de la surface principale sont enlevées, alors que des parties 9 de la couche de nitrure 15 subsis- -6- tent par suite de la plus grande épaisseur effective sur les parois latétrales 13 de l'enfoncement 11. Après ce traitement de décapage, le dispositif de cet exem- ple est soumis à une implamtation avec des ions bore, ce qui est in- diqué schématiquement sur la figure 6 à l'aide des flèches 16 Cette implantation s'effectue à une énergie telle que les impuretés 17 sur le fond 12 de l'enfoncement 11 s'infiltrent à travers l'oxyde 14 dans le corps semiconducteur, alors que partout ailleurs, les parties en nitrure 9 et la couche double 6, 7 font office de masque Au cours d'une étape suivante, la couche d'oxyde 14 est enlevée par décapage dans une solution tamponée d'acide fluorhydrique Evidemment, cette étape de décapage peut également s'effectuer avant l'étape d'implan- tation de la figure 6 Ainsi, on a obtenu la structure selon la fi- gure 7. Conformément à l'invention, le décapage servant à enlever la couche d'oxyde mince 14 est effectué de façon qu'une partie de l'oxyde située audessous des parties en nitrure 9 est enlevée par décapage marginal sur une distance d'environ 300 nanomètres, de sorte qu'il se forme une cavité 18 au-dessous du nitrure près du fond 12 de l'enfoncement 11 Pour expliquer ceci, une partie de la figure 7 est représentée à échelle exagérée sur la figure 8. Ensuite, le dispositif selon la figure 7 est soumis à un traitement d'oxydation local La couche double 6, 7 en oxyde et en nitrure fait office d'un masque inhibiteur d'oxydation sur la surface principale 13, alors que la couche double 14, 9 en oxyde et en nitru- re sur les parois 13 de l'enfoncement 11 remplit la même fonction. Toutefois, du fait que le milieu oxydant (par exemple un mélange d'eau et d'oxygène) peut s'infiltrer dans une plus ou moins grande mesure par l'intermédiaire de la cavité 18 dans l'oxyde mince 14, les parties en nitrure 9 sont soulevées pour ainsi dire pendant le trai- tement d'oxydation De ce fait, les parois 13 sont simultanément ex- posées à l'oxydation, mais le tout de façon qu'un choix approprié de l'épaisseur de la couche d'oxyde 14 (par exemple une épaisseur com- prise entre 20 et 200 nanomètres) et du degré de décapage marginal (entre 0,2 et 1,5 /um) permettent d'obtenir pour une certaine pro- fondeur de l'enfoncement 11, une structure définitive comme représen- tée sur la figure 1, cas dans lequel les dimensions des régions semi- 2537/34 -7-. conductrices actives 4 à la surface principale 3 sont uniquement déterminées par celles du masque avec lequel furent déterminées les ouvertures 20 dans la couche de photorésistance 10 La couche double 6, 7 ainsi que les parties en nitrure 9 dans le dispositif selon la -figure 1 peuvent être enlevées de façon connue avant les autres trai- tements du processus (comme implantations, diffusions etc). Dans une variante d'un procédé conforme à l'invention, l'enfoncement 11 est appliqué par décapage au plasma ou décapage io- nique, les parois 13 étant perpendiculaires au fond 12 Après la réa- lisation de l'enfoncement 11, le tout est recouvert d'une couche min- ce 14 en oxyde de silicium et d'une couche 15 en nitrure de silicium (voir la figure 9) Après enlèvement en majeure partie de la couche en nitrure 15, abstraction faite des parties en nitrure 9 sur les parois 13, l'oxyde mince 14 est enlevé par décapage de façon qu'à l'endroit du fond 12 de l'enfoncement 11, il se forme à nouveau des cavités 18, grâce auxquelles le milieu oxydant peut atteindre l'oxyde mince 14 Au besoin, le fond 12 peut subir un faible traitement de décapage avant le traitement d'oxydation, de sorte que les substances oxydantes peuvent s'infiltrer plus facilement dans les cavités 18; cela est indiqué schématiquement sur la figure 10 à l'aide de la li- gne pointillée 19 Du reste, les chiffres de référence ont la même signification que sur les autres figures. Evidemment, l'invention n'est pas limitée aux exemples donnés ci-dessus, mais de nombreuses variantes sont possibles sans sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que l'implantation d'ions, comme représentée sur la figure 6 n'est pas toujours inévitable De plus, comme on a l'a déjà mentionné cidessus, l'implantation peut s'effectuer après enlèvement de l'oxyde mince 14 ou immédiatement après le décapage de l'enfoncement, par exemple pour acquérir une tension de seuil unifor- me dans le cas des transistors MOS De plus, il est possible de choi- sir plusieurs autres matériaux semiconducteurs et agents de décapage etc. * 35 -8- REVENDICATIONS: 1 Procédé permettant de réaliser un dispositif semiconducteur présentant des régions semiconductrices isolées de façon diélectri- que, selon lequel on part d'un corps semiconducteur ( 2) dont une sur- face principale ( 3) est recouverte d'un masque de décapage ( 10) qui laisse découvertes des parties ( 20) de la surface principale, parties qui sont soumises à un traitement de décapage anisotrope et un enlé- vement de matériau permet de former un enfoncement ( 11), dont le fond ( 12) et les parois latérales ( 13) sont recouverts d'une couche d'oxy- de ( 14) et une couche superposée ( 15) en matériau inhibiteur d'oxyda- tion, qui est enlevée ultérieurement du fond de l'enfoncement, après quoi le dispositif est soumis à un traitement d'oxydation sélective de façon à remplir l'enfoncement d'oxyde, caractérisé en ce qu'avant le traitement d'oxydation, une partie de la couche d'oxyde ( 14) est enlevée par décapage marginal des parois de l'enfoncement au-dessous d'un bord ( 9) de la couche ( 15) en matériau inhibiteur d'oxydation, près du fond ( 12) de l'enfoncement 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce ce que la couche d'oxyde ( 14) présente une épaisseur comprise entre 20 et nanomètres. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche d'oxyde ( 14) est soumis à un décapage marginal sur une distance d'au moins 200 nanomètres et d'au maximum 1, 5 micromètre. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la surface principale ( 3) est une face 4100 >. Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que le corps semiconducteur ( 2) est constitué par du silicium et l'agent de décapage pour le traitement de décapage aniso- trope est de l'hydroxyde de potassium. 6 Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que la couche inhibitrice d'oxydation ( 15) est enlevée du fond par contact avec des composants d'un plasma. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'après l'enlèvement de la couche inhibitrice d'oxydation de -9l'enfoncement ( 11), l'enfoncement est enfoncé davantage par un second enlèvement de matériau avant que le dispositif ne soit soumis au traitement d'oxydation sélective. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le second enlèvement de matériau s'effectue par contact du matériau à enlever avec des composants d'un plasma. 9 Procédé selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé en ce que le corps semiconducteur ( 2) est muni d'impuretés ( 17) à l'endroit du fond ( 12) de l'enfoncement ( 11) par une implanta- tion d'ions. Dispositif semiconducteur rséalisé par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.