Brevet FR2595507A1 — publié le 19870911

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un élément de mémoire à semi-conducteur utilisant un condensateur en "tranchée" ou "sillon", et plus particulière- ment un procédé pour former aisément un condensateur en "tranchée". La densité d'implantation des mémoires vives dynamiques (DRAM) et des mémoires à semi-conducteurs à métal et oxyde (MOS) a augmenté au fil des ans, et on passe du temps des mémoires de 64 à 256 kbits à celui des mémoires de 1 Mbit ou 1 Gbit. Une cellule de mémoire capacitive classique est constituée d'un condensateur destiné à stocker une' charge de signal et d'un transistor MOS destiné à extraire la charge du signal pour la lecture. Pour obtenir une densité d'implantation plus grande, le condensateur qui occupe la plus grande partie de la surface de la cellule doit être réalisé de façon à être compact, car la microgravure du transistor MOS présente des limitations. Diverses techniques ont été proposées pour réduire la dimension du condensateur dans la cellule de mémoire. Si la dimension du condensateur est simplement réduite dans un plan à deux dimensions, la quantité de charge du signal est réduite. Pour compenser ceci, on doit réduire l'épaisseur de la couche isolante placée entre les électrodes ou on doit utiliser une matière ayant une cons- tante diélectrique plus élevée que celle du SiO2. Une cellule de mémoire du type à condensateur en tranchée est proposée pour réduire l'étendue plane du condensateur sans faire appel à la matière spéciale indiquée ci-dessus. La figure 1 du dessin annexé et décrit ci-après est une coupe transversale schématique montrant la structure fondamentale d'une cellule de mémoire du type à condensa- teur en tranchée classique. En référence à la figure 1, la cellule de mémoire comprend un condensateur à tranchée ou en tranchée destiné à stocker une charge de signal, et un transistor MOS destiné à extraire la charge de signal du condensateur à tranchée pour la lecture. Le condensateur est formé de la manière suivante: Una tranchée ou sillon profond 2 est formé dans un substrat 1 de silicium par attaque ionique réactive ou analogue. Un film 3 d'oxyde est formé sur la surface de la paroi intérieure de la tranchée 2. Du silicium poly- cristallin est déposé de façon à recouvrir la totalité de la surface y compris la tranchée 2. Le film de silicium polycristallin est attaqué en retour jusqu'à ce que la surface du substrat 1 soit à découvert. Dans cet état, il ne reste du silicium polycristallin 4 que dans la tranchée 2. Le substrat 1 est opposé au silicium polycristallin 4 à travers le film d'oxyde 3 de façon à constituer ainsi un condensateur à tranchée. Il estdifficile de détecter un temps final d'atta- que dans le processus de rétro-attaque ou d'attaque en retour du silicium polycristallin déposé sur la surface du substrat, à l'exclusion de la tranchée 2. Par conséquent, le procédé de fabrication ne peut pas être simplifié ou facilité. L'invention a pour objet de résoudre les problèmes classiques décrits cidessus, et elle a aussi pour objet de proposer un procédé de fabrication d'un élément de mémoire à semi-conducteurs comprenant les étapes qui consistent: à former une tranchée dans un susbstrat semi- conducteur; à former un film d'oxyde dans le fond et sur une paroi latérale de la tranchée ainsi que sur une surface du substrat; à former un film de silicium ou un film de sili- cium contenant de l'azote uniquement sur le film d'oxyde au fond de la tranchée; et à faire croître sélectivement du silicium poly- cristallin uniquement sur le film de silicium ou sur le film de silicium contenant de l'azote, afin de former ainsi un condensateur à tranchée. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une coupe schématique montrant la structure de base d'une cellule de mémoire classique du type à condensateur à tranchée; et les figures 2A à 2E sont des coupes schématiques permettant d'expliquer les étapes de fabrication d'une cellule de mémoire à semi-conducteur selon l'invention. Les figures 2A à 2E sont des coupes schématiques permettant d'expliquer les étapes de fabrication d'un élément de mémoire à semi-conducteurs selon l'invention. Comme montré sur les figures 2A et 2B, une tranchée 2 d'une profondeur de plusieurs micromètres est formée dans un substrat 1 de silicium par attaque ionique réactive, et un film 3 d'oxyde, constitué de SiO2 ou analogue, est formé sur la surface de la paroi intérieure de la tranchée 2 et sur la surface du substrat 1. Ensuite, un film déposé sélectivement (par exemple un film de nitrure de silicium, un film de silicium poly- cristallin ou un film de silicium amorphe) est formé sur la surface du film d'oxyde 3 qui correspond à une partie de la surface de la paroi intérieure de la tranchée 2 et à la partie de la surface du substrat. La formation du film déposé sélectivement s'effectue par croissance épitaxiale sous basse pression, résonance cyclotronique d'électrons ou dépôt chimique en phase vapeur sous plasma ou par photo- déposition. Le film déposé sélectivement est attaqué sélecti- vement par un procédé de décollement, d'attaque ionique réactive ou analogue afin que le film 5 ne reste que dans le fond de la tranchée 2 comme montré sur la figure 2C. Le film 5 déposé sélectivement peut également être formé de la manière suivante. En utilisant comme masque un dessin de vernis photosensible, on implante des ions silicium ou azote dans le film d'oxyde 3 au fond de la tranchée 2, à une faible tension d'accélération, afin de dénaturer la surface du film d'oxyde 3 au fond de la tranchée et de former ainsi une couche de surface dénaturée. Dans ce cas, on peut utiliser une épitaxie par faisceau ionique pour former une couche de surface dénaturée sans utiliser de masque, afin d'obtenir le film 5 à déposition sélective. Du silicium polycristallin 6 est déposé sélecti- vement dans la tranchée 2 par un procédé de déposition chimique en phase vapeur, en utilisant des conditions de déposition qui permettent de ne déposer du silicium poly- cristallin que dans la tranchée (figure 2D). Ensuite, comme montré sur la figure 2E, on forme un film 7 d'oxyde. Enfin, une électrode 8 est formée pour préparer un conden- sateur à tranchée. Le silicium polycristallin 6 peut être déposé uniquement sur le film 5 à déposition sélective, mais il n'est pas déposé sur le film 3 d'oxyde se trouvant sur la surface du substrat 1. Par conséquent, à la différence du procédé classique, on peut supprimer l'étape de rétro-attaque. L'épaisseur du silicium polycristallin 6 peut être déterminée arbitrairement par un choix approprié de la vitesse de dépo- sition. Une déposition sélective de silicium polycristallin 6 uniquement dans la tranchée 2 sera décrite en détail ci- dessous. On place dans une chambre de réaction le substrat 1 portant le film 5 obtenu par déposition de silicium ou d'un nitrure de silicium, sur le film d'oxyde 3, au fond de la tranchée 2. On établit dans la chambre de réaction un vide prédéterminé. Le substrat 1 est maintenu à une tempéra- ture prédéterminée, par exemple 900 à 1000 C. Du SiH2Cl2 gazeux, du SiCl4 gazeux, du SiH4 gazeux ou un mélange de ces gaz est utilisé comme source de gaz pour la chambre de réaction, sous une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique afin que soit déposé sélectivement le silicium polycristallin 6 uniquement sur le film 5 à déposi- tion sélective. Dans ce cas, si un gaz porteur tel que HC1, H2 ou un mélange de ces derniers est fourni à la chambre de réaction, on peut améliorer l'efficacité de la déposition et/ou la qualité du film. Par exemple, lorsque l'on utilise SiH2C12, HC1 et H2 gazeux, des débits d'écoulement opti- maux de ces gaz sont avantageusement de 0,1 à 1,0 litre/minute 1,0 à 2,0 litres/minute et 100 à 200 litres/minute, respecti- vement. Ces valeurs varient en association avec d'autres conditions de déposition. Les conditions optimales doivent être déterminées pour chaque cycle de déposition. Une vitesse optimale de déposition est déterminée en fonction des caractéristiques souhaitées pour un élément et elle est avantageusement comprise entre 0,03 et 0,08 Lm/minute. Un exemple de formation d'un élément de mémoire à semi-conducteurs utilisant un condensateur à tranchée sera à présent décrit. Comme montré sur la figure 2A, des tranchées 2 (une seule tranchée étant illustrée), chacune d'une profon- deur de 5 hm et d'une largeur de 3 gm, ont été formées dans une tranche (substrat) I1 de silicium de 15 cm par attaque ionique réactive. En utilisant un appareil de formation de films obtenu par modification d'un appareil de déposition chimique en phase vapeur à résonance cyclotronique d'électrons disponible dans le commerce, on a formé un film 3 d'oxyde constitué de SiO2, de 100 nm d'épaisseur, sur la surface de la paroi intérieure de chaque tranchée 2 et sur la surface du substrat 1 de silicium en utilisant du SiH4 et du N20 gazeux (figure 2B). Ensuite, on a formé sélectivement un film 5 à déposition sélective, constitué de Si3N4, d'une épaisseur de 50 nm, sur le film 3 d'oxyde constitué de SiO2, au fond de la tranchée 2, en utilisant du SiH4 et du NH3 gazeux. Puis on a chauffé à environ 950 C le substrat 1. Dans cet état, l'appareil a été alimenté en SiH2Cl2, HCl et H2 gazeux, constituant respectivement des gaz de source et - p o r t eu r, à des débits d'écoulement de 0,5 litre/minute, 1,35 litre/minute et 150 litres/minute, sous une pression correspondant à la pression atmosphérique, afin que du silicium polycristallin 6 soit déposé sélectivement uniquement dans la tranchée 2 (figure 2D). Conformément aux techniques de formation d'éléments connues dans le domaine de la fabrication des semi- conducteurs, un film isolant 7 d'oxyde, constitué de SiO2, et une électrode 8 d'Al ont par suite été formés. Comme décrit en détail ci-dessus, le procédé de fabrication d'un élément de mémoire à semi-conducteurs selon cette forme de réalisation de l'invention peut simplifier notablement les étapes de fabrication et permet d'éliminer l'étape de rétro-attaque en déposant du silicium poly- cristallin uniquement sur la couche de silicium ou sur la couche de silicium contenant de l'azote, formée dans le fond de la tranchée. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS S. Procédé de fabrication d'un élément de mémoire à semi-conducteurs, caractérisé en ce qu'il consiste: à former une tranchée (2) dans un substrat semi- conducteur (1); à former un film (3) d'oxyde dans le fond et sur une paroi latérale de la tranchée, ainsi que sur une surface du substrat; à former un film (5) à déposition sélective unique- ment sur le film d'oxyde dans le fond de la tranchée, le film à déposition sélective étant un élément choisi entre un film de silicium et un film de silicium contenant de l'azote; et à faire croître sélectivement du silicium poly-- cristallin (6) uniquement sur le film à déposition sélective afin de former un condensateur à tranchée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film à déposition sélective comprend un film de silicium polycristallin ou un film de silicium amorphe. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film à déposition sélective comprend un film de nitrure de silicium. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film à déposition sélective comprend une couche de surface dénaturée obtenue par implantation d'ions silicium dans une surface du film d'oxyde du fond. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film à déposition sélective comprend une couche de surface dénaturée obtenue par implantation d'ions azote dans une surface du film d'oxyde du fond.