Brevet FR2598557A1 — publié le 19871113

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs, et elle porte plus particulièrement sur un procédé de fabrication d'une région d'isolation d'élément d'un dispositif à semiconduc5 teurs. Les figures 5(a) - 5(c) montrent un procédé de fabrication d'une région d'isolation d'élément du type "tranchée", d'un dispositif à semiconducteurs classique. Premièrement, comme le montre la figure 5(a) on 10 forme sélectivement une couche anti-attaque anisotrope 503 sur un substrat semiconducteur 500. On utilise la couche anti-attaque anisotrope 503 en tant que masque pour l'attaque. On attaque le substrat semiconducteur 500 pour former une partie en creux 501, d'une profondeur de 700 nm, par une 15 attaque anisotrope telle que l'attaque ionique réactive (ou RIE), utilisant CBrF3. La partie en creux 501 devient finalement une région d'isolation d'élément 502. Secondement, comme le montre 5(b), on enlève par attaque la couche antiattaque anisotrope 503. On dépose sur 20 le substrat semiconducteur 500 contenant la partie en creux 501 une couche isolante, telle qu'une couche d'oxyde de silicium 504, d'une épaisseur de 1 pm, en utilisant le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD). Troisièmement, comme le montre 5(c), on enlève la 25 couche d'oxyde de silicium 504, par attaque, de façon à mettre à nu la surface du substrat semiconducteur 500. Il en résulte que la couche d'oxyde de silicium 504 reste dans la partie en creux 501, et les couches d'oxyde de silicium restantes 505 et 506 forment des régions d'isolation d'élément. 30 La région d'isolation d'élément 502 a une faible étendue et la région d'isolation d'élément 507 a une grande étendue. Un dispositif à semiconducteurs classique soulève certaines difficultés, comme le montre la figure 5(c). Une région d'isolation d'élément étroite constitue une bonne région d'isolation d'élément, du fait que la couche d'oxyde de silicium est entièrement contenue dans une partie en creux. Cependant, lorsqu'une couche d'isolation de champ est nécessaire sur une grande étendue d'un substrat semiconducteur, une région d'isolation d'élément ne fonctionne pas de 5 façon satisfaisante du fait que la couche d'oxyde de silicium n'est pas complètement contenue dans une partie en creux. Le dispositif à semiconducteurs classique considéré ci- dessus présente donc des problèmes tels que l'augmentation de la capacité inter-couche entre une couche conductri10 ce et le substrat, et la rupture ainsi que la mise en courtcircuit d'un motif de connexion formé au cours de phases de traitement ultérieures. Certains dispositifs à semiconducteurs perfectionnés ont été décrits dans les demandes de brevet japonaises 15 publiées NO 55-78540, 56-94646 et 5694647, dans le but de résoudre les problèmes d'un dispositif à semiconducteurs classique. Cependant, avec ces techniques perfectionnées, il est impossible de former de façon reproductible une région d'isolation d'élément dans un dispositif à semiconducteurs 20 ayant des dimensions d'éléments inférieures au micron. L'invention résout ces problèmes et procure une région d'isolation d'élément souhaitable, indépendamment de l'étendue, de la configuration et de la largeur de la région d'isolation d'élément. L'invention procure un procédé perfectionné pour la fabrication d'un dispositif à semiconducteurs, dans lequel: on forme une partie en creux dans le substrat semiconducteur, par une attaque anisotrope, de façon à entourer un emplacement prédéterminé pour une région d'isolation d'élément, en utilisant en tant que masque une couche anti-attaque anisotrope; on loge une couche isolante dans la partie en creux; on forme une couche de masque anti-oxydation sur le substrat, sauf sur la région du substrat semiconducteur qui est entourée par la partie en creux on transforme en une couche d'oxyde sélective la région du substrat semiconducteur qui est entourée par la partie en creux, en oxydant sélectivement le substrat semiconducteur, et en utilisant comme masque la couche de masque anti-oxydation; et on forme la région d'isolation d'élément avec la partie en creux dans laquelle est logée la couche isolante, 10 et avec la couche d'oxyde sélective. L'invention procure plus spécialement un procédé perfectionné pour fabriquer un dispositif à semiconducteurs, dans lequel: on forme une partie en creux dans un substrat semiconducteur, par attaque anisotrope, de façon à entourer un emplacement prédéterminé pour une région d'isolation d'élément, en utilisant en tant que masque une couche antiattaque anisotrope; on forme une couche de masque anti-oxydation sur 20 le substrat semiconducteur et sur la partie en creux; on loge du silicium polycristallin dans la partie en creux de façon qu'une paroi latérale proche de la surface du substrat semiconducteur soit à nu; on oxyde le silicium polycristallin pour former 25 une couche d'oxyde de silicium; on enlève par attaque la couche de masque antioxydation sur la région de la surface du substrat semiconducteur qui est entourée par la partie en creux dans laquelle est logée la couche d'oxyde de silicium; on transforme en une couche d'oxyde sélective le substrat semiconducteur qui est entouré par la partie en creux, par le procédé d'oxydation sélective; et on forme la région d'isolation d'élément avec la partie en creux dans laquelle est logé l'oxyde de silicium 35 et avec la couche d'oxyde sélective. Conformément à l'invention, l'emplacement prédéterminé pour une région d'isolation d'élément est divisé en une région étroite et une région large. On forme préalablement une partie en creux dans la région étroite, et on loge une couche isolante dans la partie en creux. Ensuite, on oxyde sélectivement la région large, ce qui procure une couche d'isolation d'élément souhaitable, indépendamment de la largeur du motif. Ainsi, lorsqu'une grande largeur de région d'iso10 lation est nécessaire, on forme la partie en creux de façon qu'elle entoure l'emplacement prédéterminé pour une région d'isolation d'élément large, par le procédé d'attaque ionique réactive, etc. On loge une matière isolante dans la partie en creux. On forme un masque anti-oxydation sur le substrat semiconducteur, sauf dans la région entourée par la partie en creux, et on oxyde sélectivement le substrat semiconducteur. On obtient ainsi une région d'isolation large. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation donnés à 20 titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: Les figures l(a) à l(h) illustrent un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en plan d'un dispositif à semiconducteurs conforme à l'invention, selon la ligne A-A' de la figure l(h). Les figures 3(a) à 3(f) illustrent un autre procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs conforme 30 à l'invention. Les figures 4(a) à 4(c) illustrent encore un autre procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs conforme à l'invention. Les figures 5(a) à 5(c) illustrent un procédé de 35 fabrication d'un dispositif à semiconducteurs classique. Premièrement, comme le montre la figure l(a), on forme sélectivement une couche anti-attaque anisotrope 101 sur un substrat semiconducteur tel qu'un substrat en silicium de type P, portant la référence 100. Secondement, comme le montre la figure l(b) on utilise en tant que masque la couche anti-attaque anisotrope 101, et on forme une partie en creux 102 dans le substrat de silicium de type P, 100, par attaque anisotrope, en utilisant par exemple le procédé d'attaque ionique réactive (RIE). Plus précisément, on forme la partie en creux d'une épaisseur de 700 nm par le procédé d'attaque ionique réactive en utilisant le gaz CBrF3. Pour la fabrication de la région d'isolation large 110, on forme la partie en creux 102 de façon à entourer l'emplacement prédéterminé pour la 15 région d'isolation d'élément 110. Sur la figure 2, la partie en creux 201 correspond à la partie en creux 102. Troisièmement, comme le montre l(c), on implante du bore, selon les besoins, par implantation ionique dans la partie en creux 102, pour former des régions d'isolation 20 d'élément 110 et 111. La concentration de bore est de 3 x 1015 cm 2 avec une énergie de 30 keV. On forme ensuite une région d'arrêt 104. Quatrièmement, comme le montre la figure l(d), on dépose une couche d'oxyde de silicium 105, de 1 pm d'épais25 seur, par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), dans le substrat en silicium de type P 100, comportant la partie en creux 102. Cinquièmement, comme le montre l(e), on enlève la couche d'oxyde de silicium 105 par le procédé d'attaque ioni30 que réactive, en utilisant le gaz CF4 + CHF3, de façon que la couche d'oxyde de silicium 105 reste seulement dans la partie en creux 102. Le substrat en silicium de type P est mis à nu sauf dans la partie en creux 102. Une couche d'oxyde de silicium 106, constituant une matière isolante, est ainsi formée 35 dans la partie en creux 102 dans le substrat en silicium de type P, 100. Sixièmement, comme le montrent les figures l(f) et l(g), on soumet le substrat de silicium de type P. 100, à une oxydation thermique dans une atmosphère d'oxygène sec, à 10000C pendant environ 100 minutes, pour former une couche d'oxyde de silicium 107 ayant une épaisseur d'environ 80 nm. On peut conserver sur la surface du substrat de silicium de type P 100 la couche d'oxyde de silicium 107 d'une épaisseur d'environ 80 nm, en définissant de façon précise l'épaisseur 10 de la couche d'oxyde de silicium 105, représentée sur la figure l(d), et en définissant la durée d'attaque. On forme sur la couche d'oxyde de silicium 107 une couche de nitrure de silicium 108 ayant une épaisseur d'environ 150 nm, par une opération de croissance à partir d'une phase vapeur, comme par exemple par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur. Ensuite, pour enlever la couche de nitrure de silicium 108 de la région d'isolation d'élément large 110, on forme sélectivement une couche de matière de réserve photographique 109 sur la couche de nitrure de silicium 108. En utilisant la couche de matière de réserve photographique 109 comme masque, on enlève sélectivement la couche de nitrure de silicium 108 par attaque par plasma, en utilisant le gaz CF4. On enlève ensuite par attaque la couche de matière de réserve photographique 109. Septièmement, comme le montre la figure l(g), on utilise en tant que masque la couche de nitrure de silicium 108 restante, et on oxyde le substrat de silicium de type P dans une atmosphère d'oxygène humide, à 950 C et 800 kPa, pendant 1 heure. On forme ainsi une couche d'oxyde sélective 30 112, comme le montre la figure l(h). On enlève ensuite complètement la couche de nitrure de silicium 108, par attaque, ce qui forme les régions d'isolation d'élément 110 et 111. La figure l(h) correspond à la figure 2, de la manière suivante: Sur la figure 2, la référence 200 désigne un substrat de silicium de type P. La région hachurée 201 et la référence 203 représentent la partie en creux 102. Les références 202 et 204 désignent respectivement la région d'isolation d'élément de grande étendue 110 et la région d'isolation 5 d'élément de faible étendue 111. La référence 203 désigne la même partie que la référence 204. Les figures 3(a) à 3(f) illustrent un autre procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs conforme à l'invention. Premièrement, on forme un dispositif à semiconducteurs tel que celui représenté sur la figure 3(a), en suivant un processus identique à celui des figures l(a) à l(c). La référence 300 désigne un substrat de silicium de type P. La référence 301 désigne une couche anti-attaque anisotrope. La 15 référence 302 désigne une partie en creux. La référence 303 désigne des ions bore. La référence 304 désigne une région d'arrêt. Les références 313 et 314 désignent respectivement la région d'isolation d'élément ayant une grande étendue et la région d'isolation d'élément ayant une faible étendue. 20 Secondement, comme le montre la figure 3(b), on forme une couche de silicium 305 de 80 nm d'épaisseur sur le substrat de silicium de type P 300 comportant la partie en creux 302, en utilisant une atmosphère d'oxygène sec. Ensuite, on forme sur la couche d'oxyde de silicium 305, par 25 croissance à partir d'une phase vapeur, comme par exemple par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur, une couche de nitrure de silicium 306 d'environ 140 nm, qui fait fonction de couche de masque anti-oxydation. On forme en outre une couche de silicium polycristallin 307 d'environ 350 nm 30 d'épaisseur, par croissance à partir d'une phase vapeur, comme par exemple par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur. On revêt cette dernière couche d'une couche thermoplastique de matière de réserve photographique 308 de 2 um d'épaisseur. On lisse ensuite la surface de la couche de revêtement, par chauffage à environ 200 C pendant 5 minutes. Troisièmement, comme le montre la figure 3(c), on enlève la matière de réserve photographique 308 de la surface du silicium polycristallin 307, par attaque par plasma en utilisant de l'oxygène. On détecte la fin de l'attaque sur la surface du silicium polycristallin 307. Dans ce cas, la matière de réserve photographique 308 reste dans une région de la partie en creux 302 dans la région d'isolation d'élétment 313. Quatrièmement, comme le montre la figure 3(d), on 10 utilise en tant que masque la matière de réserve photographique 308 qui est restée dans la partie en creux 302, et on enlève la couche de silicium polycristallin 307 qui a été mise à nu sur le substrat de silicium de type P de type 300, par attaque par plasma en utilisant le gaz CF4, de façon que 15 le silicium polycristallin ne reste que dans la partie en creux. Il en résulte que le silicium polycristallin 309 ne reste que dans une région de la partie en creux 302. On enlève par attaque la matière de réserve photographique 308 restante. Cinquièmement, comme le montre 3(e), on forme un masque de matière de réserve photographique 310, sauf à l'emplacement prédéterminé pour une région d'isolation d'élément large 314. A titre d'exemple, on enlève sélectivement la couche de nitrure de silicium 306 par attaque par 25 plasma en utilisant le gaz CF4. Sixièmement, comme le montre la figure 3(f), après l'enlèvement de la matière de réserve photographique 310, on masque le substrat de silicium de type P 300 au moyen d'une couche de nitrure de silicium 306, faisant fonction de masque 30 anti-oxydation, et on effectue une oxydation dans une atmosphère d'oxygène humide à environ 9000C et 800 kPa, pendant 2 heures. Ceci a pour effet de former une couche d'oxyde sélective 311 et de transformer le silicium polycristallin 309 en une couche d'oxyde de silicium 312. On enlève par attaque la couche de nitrure de silicium 306 qui est à nu sur la surface du substrat de silicium de type P 300. Ceci a pour effet de former la région d'isolation d'élément étroite 313 et la région d'isolation d'élément large 314. Les figures 4(a) à 4(c) illustrent encore un autre procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs conforme à l'invention. Premièrement, la figure 4(a) montre la situation dans laquelle la matière de réserve photographique 308 est enlevée après le traitement de la figure 3(d). La référence 10 400 désigne le substrat de silicium de type P. La référence 401 désigne une région d'isolation d'élément étroite. La référence 402 désigne une partie en creux. La référence 403 désigne une région d'isolation d'élément large. La référence 404 désigne une région d'arrêt. La référence 405 désigne une 15 couche d'oxyde de silicium. La référence 406 désigne une couche de nitrure de silicium. On prépare la couche d'oxyde de silicium 409 par oxydation thermique du silicium polycristallin 309 représenté sur la figure 3(d), par exemple à 950 C et 800 kPa pendant 4 heures. Secondement, comme le montre la figure 4(b), on masque la couche de nitrure de silicium 406 formée sur le substrat de silicium de type P 400, au moyen d'un motif de matière de réserve photographique 407, et on l'enlève par attaque par plasma en utilisant le gaz CF4. Troisièmement, comme le montre la figure 4(c), on oxyde le substrat de silicium de type P 400 qui est à nu, dans une atmosphère d'oxygène humide, par exemple à 950 C et 800 kPa, pendant 1 heure. On forme ainsi une couche d'oxyde sélective 408. On enlève ensuite par attaque la couche de nitrure de silicium 406 qui se trouve sur la surface du substrat de silicium de type P 400. On obtient ainsi une région d'isolation d'élément étroite 401 et une région d'isolation d'élément large 403. Dans les modes de réalisation de l'invention qui 35 ont été décrits, on utilise un substrat de silicium de type P en tant que dispositif à semiconducteurs, mais on peut également utiliser un substrat de silicium de type N. Lorsqu'on utilise un substrat de silicium de type N, on peut implanter du phosphore ou de l'arsenic, par implantation ionique avec utilisation d'une couche d'arrêt. En outre, comme le montrent les figures 3(a) à 3(f), on utilise la matière de réserve photographique 308 dans un mode de réalisation de l'invention, et on loge la matière de réserve photographique 308 dans la partie en creux de la couche de silicium polycristallin 307. On peut remplacer la matière de réserve photographique 308 par une couche de verre boro-phosphosilicaté. On peut utiliser le procédé d'attaque ionique réactive employant un mélange de gaz tel que CF4 + H2 pour l'attaque du verre boro-phospho15 silicate. En outre, dans la région dite active, c'est-à-dire la région autre que la région d'isolation d'élément étroite et la région d'isolation d'élément large formées conformément à l'invention, on forme des transistors à effet de champ du type MOS ou des transistors du type bipolaire, par un procédé normal. On notera en outre que dans la description de l'invention, l'expression "région d'isolation d'élément large" désigne une région dont l'étendue entourée par la partie 25 en creux présente une largeur supérieure à plusieurs micromètres. Un dispositif à semiconducteurs conforme à l'invention comporte un substrat semiconducteur dans lequel on forme une partie en creux pour définir un emplacement prédé30 terminé d'une région d'isolation d'élément. On forme une région d'isolation d'élément étroite en logeant une matière isolante dans la partie en creux. On forme une région d'isolation d'élément large par le processus consistant à entourer cette région avec la partie en creux, à loger une matière isolante dans la partie en creux, et à oxyder sélectivement il le substrat semiconducteur. Un dispositif à semiconducteurs conforme à l'invention présente donc l'avantage qui consiste dans l'obtention sûre d'une bonne région d'isolation d'élément, indépendam5 ment de la largeur de la région d'isolation d'élément. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs, caractérisé en ce que; on forme une partie en creux dans un substrat semiconducteur, par une attaque ani5 sotrope, de façon à entourer un emplacement prédéterminé pour une région d'isolation d'élément, en utilisant comme masque une couche anti-attaque anisotrope; on loge une couche isolante dans la partie en creux; on forme une couche de masque anti-oxydation sur le substrat, sauf sur la 10 région du substrat semiconducteur qui est entourée par la partie en creux; on transforme en une couche d'oxyde sélective La région du substrat semiconducteur qui est entourée par la partie en creux, en oxydant sélectivement le substrat semiconducteur, en utilisant comme masque la cou15 che de masque anti-oxydation; et on forme la région d'isolation d'élément avec la partie en creux dans laquelle est logée la couche isolante, et avec la couche d'oxyde sélective. 2. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi20 conducteurs, caractérisé en ce que: on forme une partie en creux dans un substrat semiconducteur, par attaque anisotrope, de façon à entourer un emplacement prédéterminé pour une région d'isolation d'élément, en utilisant en tant que masque urne couche anti-attaque anisotrope; on forme une couche de mas25 que anti-oxydation sur le substrat semiconducteur et sur la partie en creux; on loge du silicium polycristallin dans la partie en creux, de façon qu'une paroi latérale proche de la surface du substrat semiconducteur soit à nu; on oxyde le silicium polycristallin pour former une couche d'oxyde de 30 silicium; on enlève par attaque la couche de masque antioxydation sur la région de la surface du substrat semiconducteur qui est entourée par la partie en creux dans laquelle est logée la couche d'oxyde de silicium; on transforme en une couche d'oxyde sélective la région du substrat 35 semiconducteur qui est entourée par la partie en creux, par le procédé d'oxydation sélective; et on forme la région d'isolation d'élément avec la partie en creux dans laquelle est logée la couche d'oxyde de silicium, et avec la couche d'oxyde sélective.