Brevet FR2562326A1 — publié le 19851004

Procédé de fabrication de zones d'isolation électri- que des composants d'un circuit intégré. La présente invention a pour objet un pro- cédé de fabrication de zones d'isolation électrique des composants d'un circuit intégré. Ce procédé peut être utilisé dans le domai- ne de la microélectronique chaque fois qu'il est né- cessaire d'isoler électriquement les uns des autres des composants (transistors, diodes, etc...) réali- sés sur un support conducteur. Il s'applique donc plus particulièrement aux circuits intégrés utili- sant le silicium comme substrat, tels que les cir- cuits intégrés MOS ou bipolaires. La recherche d'une forte densité d'inté- gration dans ce type de circuits intégrés nécessite d'utiliser une technique d'isolement particulière par diélectrique entre les différents compo- sants. On connaît actuellement trois grandes familles de techniques d'isolement par diélectrique. Dans la première famille, l'isolement en- tre les composants est réalisé à la surface du cir- cuit intégré par la réalisation de zones d'isolation obtenues par le dépôt d'un matériau isolant, gé- néralement de l'oxyde de silicium. Cette technique présente des performances d'isolement médiocres compte tenu de la qualité de l'oxyde déposé. De plus, elle entraîne la formation de marches élevées sur la plaquette de circuit intégré à l'endroit des zones d'isolation, ce qui est gênant pour obtenir une forte densité d'intégration. Par ailleurs, afin d'éviter la formation d'un canal conducteur parasite sous les zones d'iso- lation, il est nécessaire de doper localement les ré- gions sous-jacentes correspondantes. Or, dans cette technique d'isolement, le dopage ne peut nullement être réalisé avec le même masque que celui servant à définir les zones d'isolation; cette technique est donc une technique non autopositionnée. En conséquen- ce, cette technologie est aujourd'hui pratiquement abandonnée pour la fabrication de circuits intégrés utilisant le silicium comme substrat. Dans la deuxième famille, l'isolement entre les composants est réalisé au moyen d'un oxyde de silicium obtenu par oxydation localisée du subs- trat en silicium, à travers un masque. Ce masque sert aussi, avant oxydation du substrat, à délimiter les zones du substrat dans lesquelles on réalise un dopa- ge permettant d'éliminer la possibilité de formation d'un canal parasite sous les régions oxydées. Cette technique est donc une technique autopositionnée. Cette technologie connue sous le nom de technologie LOCOS (oxydation localisée) représente, aujourd'hui, la technique d'isolement standard dans les circuits intégrés utilisant le silicium comme substrat. Cependant, cette technologie requiert la fabrication de zones d'isolement de 4 à 7 lm de lar- ge, ce qui limite considérablement la densité d'inté- gration. Par ailleurs, dans les variantes les plus modernes de cette technique d'isolement, il n'est possible de réaliser des isolements que sur une pro- fondeur de 1 gm. En outre, l'obtention d'un isolement à une telle profondeur n'est possible qu'en réalisant une oxydation thermique à haute température, ce qui n'est pas sans inconvénient. Dans la dernière famille, on réalise l'iso- lement entre les composants en ouvrant des tranchées dans le substrat, tranchées que l'on vient ensuite remplir par un matériau isolant. Ce remplissage se fait par dépôt de l'isolant sur toute la surface du circuit intégré suivi d'un enlèvement de l'excé- dent d'isolant déposé hors des tranchées. L'excédent d'isolant peut être enlevé soit par gravure (chimique ou plasma), soit par la technique de "lift-off" en terminologie anglo-saxonne. Cette technique d'isole- ment a notamment été décrite dans un article IEDM de 1982, pages 237 à 240, intitulé "Deep Trench Isolated CMOS Devices". Cette technique de tranchées permet d'at- teindre de grandes profondeurs d'isolation (plu- sieurs im) avec un encombrement latéral ne dépassant pas le micromètre. En revanche, cette technique ne résout pas le problème clé de formation de canaux parasites sous les zones d'isolation et sur les bords des tranchées. La présente invention a justement pour objet un procédé de fabrication de zones d'isolation électrique des composants d'un circuit intégré per- mettant de remédier aux inconvénients cités précédem- ment. Ce procédé, basé sur la réalisation de tran- chées et d'une oxydation localisée, permet d'éviter la formation de canaux parasites sous les zones d'isolation et sur les bords des tranchées tout en conservant les principaux avantages des techniques correspondantes. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de zones d'isolation permettant d'isoler électriquement entre eux les com- posants d'un circuit intégré réalisés sur un substrat en silicium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: - réalisation d'un masque sur le substrat pour défi- nir les emplacements des zones d'isolation à réali- ser, - dopage des régions du substrat non masquées, - oxydation thermique desdites régions du substrat, - réalisation d'une tranchée dans chaque région oxy- dée du substrat, et dans les régions du substrat situées au-dessous desdites régions oxydées, - oxydation thermique des bords des tranchées, - remplissage des tranchées par un diélectrique iso- lant, et - élimination du masque. Dans ce procédé, les tranchées remplies d'isolant permettent d'obtenir des isolations en pro- fondeur, alors que l'oxydation thermique localisée des régions du substrat non masquées permet de réali- ser un isolement à la surface du substrat en sili- cium, comme le procédé LOCOS de l'art antérieur. Cet- te isolation en surface est notamment due à l'autopo- sitionnement (même masque) de l'oxydation localisée et du dopage des régions non masquées du substrat. Au cas o de l'isolant se trouverait hors des tranchées, celui-ci devra être, conformément à l'invention, éliminé notamment par gravure. Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention, le dopage des régions du substrat non masquées est réalisé par implantation ionique. Selon un autre mode préféré de mise en oeu- vre du procédé de l'invention, le remplissage des tranchées est réalisé par dépôt par exemple par la technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). De façon avantageuse, le diélectrique isolant est de l'oxyde de silicium ou du silicium polycristallin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre explicatif et non limitatif en référence aux figures annexées selon lesquelles: - les figures 1 à 5 représentent schémati- quement, en coupe longitudinale, les différentes éta- pes du procédé, conformément à l'invention. Pour simplifier les figures, on n'a repré- senté qu'une seule zone d'isolation. En se référant à la figure 1, la première étape du procédé selon l'invention consiste à réali- ser, sur un substrat en silicium monocristallin 2, par exemple de type p, d'orientation 100 et de con- ductivité comprise entre 20 et 40Sa.cm, un masque 4, par exemple en nitrure de silicium (Si3N4) de 2000 A d'épaisseur. Ce masque 4 permet de définir les empla- cements des zones d'isolation à réaliser, c'est-à- dire qu'il permet de masquer toute la surface du substrat, excepté aux endroits o les zones d'isola- tion sont prévues. L'étape suivante du procédé consiste à réa- liser, à travers le masque 4, un dopage du substrat 2 aux endroits o les zones d'isolation sont prévues. Les régions dopées du substrat 2 portent la référence 6. Ce dopage peut être réalisé par une implantation ionique schématisée par les flèches, par exemple à l'aide d'ions de bore à une énergie de 50 KeV et à 13 2 une dose de 1013 atomes par cm2. Ce dopage permet d'éliminer la possibilité de formation d'un canal pa- rasite au niveau des zones d'isolation à réaliser. Après ce dopage, on réalise une oxydation thermique localisée du substrat, c'est-à-dire une oxydation des régions du substrat dopées 6 à travers le masque 4. Cette oxydation peut être réalisée à 1000 C pendant une heure et sur une épaisseur de o 3000 A. Elle permet la formation comme représenté sur la figure 2, de régions isolantes telles que 8 en oxyde de silicium, ainsi qu'une redistribution du do- page sous ces régions isolantes 8. Ces régions 8 per- mettent d'assurer une isolation en surface des compo- sants du circuit intégré. L'étape suivante du procédé consiste à réa- liser, comme représenté sur la figure 3, des tran- chées 10 dans les régions oxydées 8 du substrat, ain- si que dans les régions du substrat situées en-des- sous desdites régions oxydées. Ces tranchées 10, pré- sentant une largeur et une profondeur de l'ordre du micromètre, peuvent être obtenues en gravant, par exemple à l'aide d'un plasma, les zones oxydées 8 et le substrat sous-jacent à travers le masque 4. Cette gravure peut notamment être réalisée à l'aide d'un mélange de tétrachlorure de carbone (CC14) et d'oxy- gène. Après cette gravure, on oxyde thermique- ment, par exemple à une température de 950"C pendant une heure, les bords des tranchées 10. Cette oxyda- tion permet d'obtenir un film d'oxyde 12, comme re- présenté sur la figure 4, ayant une épaisseur de o 1000 A. Ensuite, on remplit les tranchées 10 par un diélectrique isolant 14, comme par exemple de l'oxyde de silicium ou du silicium polycristallin non dopé. Ce remplissage des tranchées peut être réalisé par dépôt notamment par la technique de dépôt chimique en phase vapeur à une température de l'ordre de 600 C. Les tranchées 10 remplies d'isolant permettent d'as- surer une bonne isolation latérale et en profondeur entre les différents composants du circuit intégré. Ensuite, comme représenté sur la figure 5, on élimine l'excédent d'isolant 14 se trouvant hors des tranchées 10 par exemple par un procédé dit de planarisation. Ce procédé consiste à déposer une cou- che de résine, telle que celles couramment utilisées en photolithogravure, sur l'isolant 14 et à attaquer la résine et l'isolant à l'aide d'une gravure ionique réactive, par exemple à l'aide d'un mélange de tri- fluorure de carbone (CHF3) et de 10% en volume d'oxy- gène avec une puissance d'excitation de 100 W. Ensui- te, on enlève le masque de nitrure de silicium 4 ou d'oxyde de silicium, par exemple par une gravure chi- mique. La gravure du masque, lorsqu'il est réalisé en Si3N4, peut notamment être réalisée à chaud à l'aide de l'acide phosphorique (H3PO4). L'emploi d'un même masque 4 pour réaliser les différentes étapes d'oxydation et de dopage du procédé permet un auto-positionnement des zones d'isolation 18 et des régions dopées 6 du substrat. Cet auto-positionnement permet de limiter l'encom- brement des zones d'isolation, ce qui est très impor- tant pour les circuits intégrés de haute densité d'intégration. Les zones d'isolation 18, permettant d'isoler électriquement les différents composants d'un circuit intégré, sont constituées par le reste des régions oxydées 8 du substrat, après gravure, le mince film d'oxyde 12, réalisé sur le bord de tran- chée 10, et l'isolant 14 remplissant lesdites tran- chées. Le procédé selon l'invention permet d'ob- tenir des zones d'isolation 18 ayant des encombre- ments latéraux ne dépassant pas le micromètre, mais ayant une profondeur de plusieurs micromètres. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de zones d'isola- tion (18) permettant d'isoler électriquement entre eux les composants d'un circuit intégré réalisés sur un substrat en silicium (2), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: - réalisation d'un masque (4) sur le substrat (2) pour définir les emplacements des zones d'isolation (18) à réaliser, - dopage des régions (6) du substrat non masquées, - oxydation thermique desdites régions du substrat, réalisation d'une tranchée (10) dans chaque région oxydée (8) du substrat, et dans les régions du substrat situées au-dessous desdites régions oxy- dées, - oxydation thermique des bords des tranchées (10), - remplissage des tranchées (10) par un diélectrique (14) isolant, et - élimination du masque (4). 2. Procédé de fabrication selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'on élimine l'iso- lant (14) excédent se trouvant hors des tran - chées (10). 3. Procédé de fabrication selon l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dopage est réalisé par implantation ionique. 4. Procédé de fabrication selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le remplissage des tranchées (10) est réalisé par dépôt. 5. Procédé de fabrication selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diélectrique isolant (14) est de l'oxyde de silicium ou de silicium polycristallin. 6. Procédé de fabrication selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on réalise les tranchées (10) par gravure. 7. Procédé de fabrication selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que l'on élimine le diélectrique isolant (14) excédent par gravure.