Brevet FR2631741A1 — publié le 19891124

La présente invention concerne un procédé permettant de fabriquer des dispositifs à semiconducteur. Plus précisément, elle se rapporte å la fabrication, avec une densité d'intégration élevée, de transistors bipolaires, de transistors MOS de type n, de transistors MOS de type p, etc., sur une unique puce de circuit intégré, au moyen d'un procédé de croissance épitaxiale sélective. Pour la fabrication de dispositifs à semiconducteur, on construit de nombreuses espèces d'éléments de circuit sur un substrat de silicium en formant sur le substrat diverses couches et configurations, le circuit demandant d'autant plus de couches et de configurations qu'il est complexe. On peut augmenter le nombre des dispositifs fabriqués sur le substrat en délimitant de manière sûre le plus grand nombre de régions constituant des dispositifs efficaces relativement aux isolations entre les régions servant de fossés de séparation. Toutefois, l'isolation classique du type LOCOS Coxydation locale du silicium) servant à séparer les dispositifs provoque une réduction inhérente des régions efficaces. Plus spécialement, La figure 1A illustre une isolation LOCOS dans laquelle on commence par former une mince couche d'oxyde 32 sur un substrat de silicium 31, après quoi on dépose sur La couche d'oxyde 32 une couche de nitrure 33. Ensuite, on dépose un agent photosensible de type réserve 34 sur la couche de nitrure 33, que l'on grave alors partiellement par un processus de gravure photolithographique afin de former une ouverture 38 là où une isolation doit être faite. Ensuite, on implante à un niveau élevé de concentration des ions d'impureté du même type de conductivité q~e le substrat de silicium 31 de manière à former une région implantée 35, après quoi on retire L'agent photosensible 34. On soumet la structure à un processus d'oxydation dans un four chaud et celle-ci croit rapidement au niveau de la région où la couche de nitrure 33 faisant fonction de masque épais d'oxyde de champ n'est pas présente, si bien qu'on forme une couche d'oxyde de champ 36 jusqu a ce qu'une oxydation latérale se produise aux extrémités de la couche de nitrure 33, formant une configuration en bec d'oiseau 39, comme représenté sur la figure 1B, ce qui dégrade la densité d'intégration des dispositifs. Pendant le processus d'oxydation, l'activation des ions d'impureté implantés a également lieu et ceux-ci diffusent pour former une région d'arrêt de canal 37. Ensuite, on retire par gravure la couche de nitrure 33 avec une partie sélective de la couche d'oxyde 32 afin de produire la structure de la figure 1C. Ainsi, les régions efficaces 30a et 30b qui seront plus tard appelées à former des dispositifs à semiconducteur (par exemple des transistors MOS de type p et de type n) sont isolées l'une de l'autre par la couche d'oxyde de champ 36 et la région d'arrêt de canal. Toutefois, ce processus d'oxydation sélective implique une extension du bec d'oiseau 39 pendant la croissance de la couche d'oxyde de champ 36 et une diffusion latérale de la région d'arrêt de canal 37, ce qui réduit les régions efficaces 30a et 30b. Plus spécialement, dans un processus de fabrication de dispositifs de la classe du mégabit, ou d'une classe supérieure, il faut employer une technique intervenant dans un ordre de dimension inférieur au micron, si bien que l'oxydation sélective ne convient plus pour l'isolation de ces dispositifs. Le but de la présente invention est donc de produire un procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur qui, parce qu'il résout le problème, posé par la technique antérieure, de la réduction des dispositifs efficaces, autorise la fabrication avec une densité de dispositifs plus élevée. On peut réaliser le but ci-dessus énonCé en produisant une couche d'oxyde pur pour t'isolation des dispositifs et en faisant sélectivement croitre une couche épitaxiale pour former des zones destinées à être des régions de dispositifs efficaces, afin d'empêcher la réduction des régions des dispositifs grâce à l'obtention de la plus petite distance possible dtisolation latérale entre les dispositifs. Le procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur selon l'invention se distingue par les opérations suivantes (a) produire une couche d'oxyde sur un substrat de silicium et déposer un premier agent photosensible de type réserve sur ladite couche d'oxyde afin de former une c#onfiguration de fenêtres par un processus de gravure photolithographique ; (b) déposer un deuxième agent photosensible après avoir enlevé le premier agent photosensible restant afin de former une couche n+ enterrée par photolithographie ; (c) implanter une impureté pentavalente, telle que l'arsenic, afin de produire des ' régions contenant des ions implantés, et former une région n+ par oxydation thermique et diffusion ; et (d) retirer une couche d'oxyde se trouvant sur les sections de ladite région n+ et faire croitre une couche épitaxiale de type p. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise å donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels : les figures 1A à 1C illustrent le processus de fabrication de dispositifs à semiconducteur selon la technique antérieure ; les figures 2A à 2E illustrent un mode de réalisation du procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur selon l'invention ; et la figure 3 est une vue en section droite des dispositifs à semiconducteur formés sur une puce de -circuit intégré selon l'invention. Sur les figures 2A à 2E, est illustré un mode de réalisation du procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur selon l'invention, plus spécialement un processus de fabrication de dispositifs 8iCMOS. Comme représenté sur la figure 2A, un substrat 1 de silicium monocristallin de type p, qui est du silicium cristallographiquement orienté suivant et possède une résistivité de l'ordre de 0,2 à 3 ohm.cm, comporte une surface sur laquelle a été formée par oxydation une couche d'oxyde 2 d'une épaisseur d'environ 1,5 um. On dépose un premier agent photosensible de type réserve 3 sur la couche d'oxyde 2, puis on la retire par un processus de gravure photolithographique en laissant des fenêtres 4 qui sont destinées à la formation de dispositifs à semiconducteur. Le premier agent photosensible 3 fait fonction de masque pour la production des fenêtres 4. Dans l'opération suivante, telle que représentée sur la figure 2B, on dépose un deuxième agent photosensible 5 sur toute la structure et on la développe photolithographiquement de nouveau pour former des fenêtres 6 à 9 destinées à une future couche n+ enterrée de maniere à laisser une partie 5 du deuxième agent photosensible.Ensuite, on implante dans la structure une impureté pentavalente, telle que l'arsenic, à une dose d'environ 1 x 1015 ions/cm2 et avec une énergie d'implantation de 80 keV au moyen d'un système d'implantation d'ions de manière à produire des régions d'implantation ionique n+ 10 à 13. Au cours de la troisième opération, représentée sur la figure 2C, on retire le deuxième agent photosensible 5 qui a été utilise comme masque lors de la précédente opération d'implantation d'ions d'impureté, et on forme une région n+ 14 par activation des ions implantés à l'aide d'une oxydation thermique et d'une diffusion. Ensuite, on retire par gravure, comme représenté sur la figure 2D, la couche d'oxyde formée sur les sections 15 à 20 via une oxydation thermique. On fait croitre sur les régions 15 à 20, jusqu'à une épaisseur de 1,5 pm, une couche épitaxiale de type p 21 ayant une résistivité de l'ordre de 5 ohm.cm afin de produire la structure de la figure 2E, que l'on soumettra ensuite au processus ultérieur bien connu de fabrication de transistors MOS de type p, de transistors MOS de type n, de transistors bipolaires, etc. Les dispositifs à semiconducteur achevés sont tels que représentés sur la figure 3. Selon l'invention, on forme d'abord une couche d'isolation par photogravure afin de séparer les uns des autres divers dispositifs à semiconducteur, après quoi on fait croître une couche épitaxiale, si bien qu'on empêche l'oxydation latérale de La couche d'isolation conduisant à la formation d'un bec d'oiseau. Comme on peut le voir sur les figures 2A à 2E et sur la figure 3, les distances latérales des couches d'oxyde gravées 2 sont maintenues uniformes pendant tout le processus de fabrication, Si bien qu'on peut maintenir fixes les zones efficaces destinées à former les dispositifs qui se trouvent entre les couches d'oxyde 2, sans qu'il n'y ait aucune perte pour ces zones. Comme décrit ci-dessus, l'invention résout le problème de la réduction des zones destinées à former des dispositifs efficaces, qui apparaissaient dans la fabrication de dispositifs à semiconducteur de la technique antérieure, en utilisant une couche d'oxyde pur pour les isolations des dispositifs et en faisant sélectivement croître une couche épitaxiale qui autorise la fabrication, à un ordre de dimension inférieure au micron, de dispositifs à semiconducteur d'une densité élevée. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement Limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes (a) produire une couche d'oxyde (2) sur un substrat de silicium (1) et déposer un premier agent photosensible de type réserve (3) sur ladite couche d'oxyde afin de former une configuration de fenêtres (4) par un processus de gravure photolithographique ; (b) déposer un deuxième agent photosensible (5) après avoir enlevé le premier agent photosensible afin de former une couche n+ enterrée par photolithographie ; (c) implanter une impureté pentavalente, telle que l'arsenic, afin de produire des régions (10 à 13) contenant des ions implantés et former une région n+ (14) par oxydation thermique et diffusion ; et (d) retirer une couche d'oxyde se trouvant sur les sections (15 à 20) et faire croître une couche êpitaxiale de type p (21). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites opérations de fabrication produisent des isolations latérales entre les dispositifs à semiconducteur qui comprennent des transistors MOS de type p et de type n et des transistors bipolaires consécutivement formés sur ladite couche épitaxiale (21) par le processus général de fabrication des dispositifs à semiconducteur.