Brevet FR2665981A1 — publié le 19920221

La présente invention concerne un procédé d'isolation de dispositif semi- conducteur qui peut minimiser une zone isolante en empêchant la formation du phénomène dit de bec d'oiseau. Depuis peu, au fur et à mesure que les dispositifs semi-conducteurs tendent vers un degré d'intégration élevé, la région isolante qui doit isoler électriquement des zones actives adjacentes doit être réduite à proportion de la réduction de la dimension de microplaquette En particulier, la dimension de la zone isolante est un facteur majeur pour déterminer la dimension d'un dispositif à mémoire et de nombreuses recherches ont été effectuées pour réduire la dimension de la couche isolante. On a de façon générale employé comme procédé d'isolation un procédé d'oxydation locale du silicium (LOCOS), un procédé de tranchée, un blindage de champ, etc, le procédé LOCOS étant largement utilisé pour former la zone isolante par une oxydation à température élevée après une formation de couches d'oxyde et de nitrure sur la surface d'un substrat en silicium et un enlèvement subséquent de la couche de nitrure à partir de la zone isolante. Cependant, il subsiste un problème d'isolation de zones actives étroites en raison du "bec d'oiseau" qui s'étend à partir de la zone isolante dans la zone active pendant l'oxydation à haute température En outre, la contrainte provoquée par l'oxydation peut entraîner une dislocation qui provoque ensuite un courant de fuite à une jonction P-N. Par conséquent, le procédé LOCOS n'est pas approprié à l'isolation de dispositifs submicrcmétriques. Par conséquent, les procédés d'isolation par tranchée et par blindage de champ ont été proposés pour ces dispositifs submicrométriques Le procédé d'isolation par tran- chée permet de réaliser une isolation parfaite des dispositifs submicroniques Cependant, on observe des problèmes tels que la détérioration des carac- téristiques de jonctions et de transistors I I faut des équipements spéciaux et des techniques spéciales pour supprimer le défaut de cristallisation provoqué par la gravure du substrat pendant la formation de tranchée. En revanche, l'isolation par blindage de champ présente des difficultés d'interconnexion puisqu'il faut appliquer une polarisation à une plaque de champ. En outre, la fuite de courant entre la plaque de champ et d'autres électrodes doit être éliminée de façon appropriée. Ainsi qu'il ressort de la description précédente, il est très difficile de réaliser de façon effective l'isolation Divers procédés proposés pour éviter les problèmes mentionnés ci-dessus ne sont pas applicables à des produits pratiques en raison de techniques et d'appareils spécifiques. La présente invention a pour but de réaliser un procédé d'isolation de dispositifs semi-conducteurs évitant le "bec d'oiseau". La présente invention a également pour but de réaliser un procédé d'isolation de dispositifs semi- conducteurs qui forme des zones isolantes submicrométriques en utilisant des techniques classiques sans détériorer les caractéristiques du dispositif. Selon la présente invention, il est proposé un procédé d'isolation d'un dispositif semi-conducteur comprenant les étapes consistant à: former une structure multicouche composée d'au moins une couche de silicium polycristallin, suivie d'une couche de nitrure, après avoir formé une couche d'oxyde sur un premier substrat semi-conducteur servant de conducteur; définir une zone active et une zone isolante en enlevant des parties prédéterminées de la multicouche à l'exception de la couche de silicium polycristallin; former un arrêt de canal dans la zone isolante par une implantation ionique de la première impureté conductrice sur toute la surface du substrat; enlever la multicouche sur la couche de nitrure et former une couche d'oxyde de recouvrement en oxydant la couche de silicium polycristallin sur une épaisseur prédéterminée; enlever les couches de nitrure et de silicium polycristallin sur la zone isolante et former une couche isolante en enlevant la couche d'oxyde de recouvrement et une couche d'oxyde sur la zone active; former une entretoise sur une paroi latérale de la zone isolante en déposant une couche d'oxyde sur toute la surface de la structure et la gravant entièrement à nouveau; former une couche d'oxyde de grille sur la substrat dans la zone active; former une électrode de grille sur la couche d'oxyde de grille; et former une deuxième zone de diffusion semi- conductrice respectivement sur les deux côtés de la zone de canal au- dessous de l'électrode de grille. Selon une modalité, la multicouche peut être composée de couches de silicium polycristallin, de nitrure et d'oxyde et, selon une autre modalité, le silicium polycristallin peut rester à la base de la couche d'oxyde de recouvrement: dans ce dernier cas, la couche isolante peut être formée en utilisant le silicium polycristallin comme couche de blocage d'impuretés. Ces buts, particularités et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres, ressortiront mieux de la description qui suit des modes de réalisation préférés, prise en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: La Fig 1 (A) à (D) représente des vues en coupe transversale schématique des étapes successives de fabrication afin d'expliquer un procédé d'isolation de dispositif semi-conducteur selon la présente invention; et la Fig 2 est une vue en coupe transversale schématique d'une électrode de grille comme représenté à la Fig 1 (D). On va maintenant décrire de façon détaillée la présente invention en se référant aux dessins annexés. La Fig 1 (A) à (D) représente un mode de réalisation du procédé d'isolation de dispositifs semi- conducteurs selon la présente invention Une structure multicouche est formée par dépôts successifs sur un substrat 1 en silicium de type p par le procédé classique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) comme représenté à la Fig 1 (A) La structure multicouche est formée d'une couche d'oxyde 3 de 300 à 400 nm, d'une couche de silicium polycristallin 5 de 100 à 200 nm, d'une couche de nitrure 7 de 100 à 200 nm, et d'une couche d'oxyde 9 de 300 à 400 nm. Une zone isolante est définie en enlevant une partie prédéterminée de la couche de nitrure 7 et de la couche d'oxyde 9 par le processus classique de photolithographie La zone isolante peut être définie dans une plage submicrométrique,c'est-à-dire jusqu'à la limite inférieure de la photolithographie, les parties restant non enlevées de la couche de nitrure et de la couche d'oxyde 9 devenant les zones actives. En se référant à la Fig t(B), un arrêt de canal 11 est formé sur la surface de substrat par implantation ionique d'une impureté de type p à une dose de 1 x 101 à 1 x 1013 cm 2 à 200 Ke V, la couche d'oxyde 9 sur la zone active servant de couche de blocage d'impuretés Ensuite, la couche d'oxyde 9 est enlevée, sur la zone active, par gravure humide Une couche 13 d'oxyde de recouvrement de 50 à 100 nm est formée par oxydation thermique de la couche de silicium polycristallin 5 sur la zone isolante exposée, la couche de nitrure 7 sur la zone active servant de couche de blocage d'oxydation La couche de silicium polycristallin 5 est oxydée sur une épaisseur prédéterminée A l'étape suivante, la couche de nitrure 7 est enlevée par gravure humide, la couche d'oxyde de revêtement 13 servant de couche de blocage de gravure. En se référant à la Fig 1 (C), les couches d'oxyde 3 et 13 de la surface de la structure sont enlevées simultanément par un procédé de gravure ionique réactive (ou RIE) Pendant la gravure, aussi bien de la couche d'oxyde 3 de la zone isolante que de la couche d'oxyde de recouvrement 13 de la zone active, la couche de silicium polycristallin 5 forme une couche d'oxyde isolante 15 servant de couche de protection Cette couche d'oxyde restante est utilisée comme couche isolante 15 Dans le processus décrit ci-dessus, le "bec d'oiseau" et la dislocation qui résulte de la croissance thermique de l'oxyde local peuvent être éliminés puisque la couche isolante 15 n'est pas formée par oxydation thermique De plus, l'impureté implantée ioniquement dans l'arrêt de canal se voit empêchée de diffuser dans le substrat 1. En se référant à la Fig 1 (D) une séparation 17 est formée sur une paroi latérale de la couche isolante par un processus d'enlèvement par gravure de la couche d'oxyde déposée sur la surface totale de la structure Une couche de silicium polycristallin 5 sur la couche isolante 15 est enlevée pendant le processus d'enlèvement par gravure et le processus d'oxydation ultérieur Ultérieurement, une couche d'oxyde de grille 19 est formée sur la surface exposée du substrat 1 et une électrode de grille 21 est formée sur une position prédéterminée de la couche d'oxyde de grille 19 Une zone de diffusion 23 est formée par l'implantation ionique d'une impureté du type N comme du phosphore ou de l'arsenic et elle est utilisée comme source et comme drain. La surface du substrat 1 au-dessous de l'électrode de grille 21 est utilisée comme zone de canal 25 pour relier électriquement les zones de diffusion La zone de diffusion 23 n'est pas recouverte par l'arrêt de canal 11, ce qui augmente la tension de rupture. La Fig 2 représente une vue en coupe transversale de l'électrode de grille 21 représentée à la Fig 1 (D). Les mêmes références numériques indiquent les mêmes éléments qu'à la Fig 1 (D) A la Fig 2, l'effet de canal étroit peut être évité de telle manière que la zone implantée en impuretés 11 utilisée comme arrêt de canal n'est pas diffusée dans la zone active de façon à empêcher la réduction de la largeur de la zone de canal puisque la couche isolante n'est pas formée par l'oxydation thermique La multicouche est formée des couches de nitrure et d'oxyde, mais d'autres compositions peuvent également être appliquées en restant à l'intérieur du vrai cadre de la présente invention, tant que les couches de nitrure et d'oxyde sont prévues en succession. Comme mentionné plus haut, la couche isolante n'est formée que par les processus de CVD et de photolithographie, de sorte que le bec d'oiseau et la dislocation dus à la contrainte peuvent être évités et que l'impureté de la zone d'implantation ionique utilisée comme arrêt de canal n'est pas diffusée dans la zone active De plus, la séparation formée sur la paroi latérale de la couche isolante empêche la zone de diffusion formée par l'implantation ionique de toucher l'arrêt de canal De cette manière, la présente invention offre un avantage considérable puisque l'oxydation thermique n'est pas employée dans le processus de formation de la couche isolante. Selon la présente invention, la limite de l'isolation peut être étendue dans la plage sub- micrométrique pour empêcher la formation du bec d'oiseau, et le courant de fuite provoqué par la5 dislocation résultant de la contrainte peut être évité. En outre, l'effet de canal étroit peut effectivement être évité puisque l'impureté provenant de la zone implantée ioniquement ne peut pas être diffusée dans la zone active Par conséquent, la tension de rupture peut10 être accrue puisque le contact entre les zones de diffusion et d'implantation ionique est empêché par La séparat Ion. L'invention n'est en aucune manière limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus Diverses variantes du mode de réalisation décrit, ainsi que d'autres modes de réalisation de l'invention, apparaîtront à l'homme de l'art en se référant à la description de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé d'isolation d'un dispositif semi- conducteur comprenant les étapes consistant à: former une structure multicouche composée d'au moins une couche de silicium polycristallin ( 5), suivie d'une couche de nitrure ( 7), après avoir formé une couche d'oxyde ( 3) sur un premier substrat semi-conducteur ( 1) de conduction; définir une zone active et une zone isolante en 1 o enlevant des parties prédéterminées de la structure multicouche à l'exception de la couche de silicium polycristallin ( 5); former un arrêt ( 11) de canal dans la zone isolante par une implantation ionique d 7 une première impureté conductrice sur toute la surface du substrat; enlever la structure multicouche sur la couche de nitrure ( 7) et former une couche d'oxyde de recouvrement ( 13) en oxydant la couche de silicium polycristallin ( 5) sur une épaisseur prédéterminée; enlever les couches de nitrure ( 7) et de silicium polycristallin ( 5) sur la zone isolante et former une couche isolante ( 15) en enlevant la couche d'oxyde ( 13) de recouvrement et une couche d'oxyde ( 3) sur la zone active; former une séparation ( 17) sur une paroi latérale de la zone isolante ( 15) en déposant une couche d'oxyde sur toute la surface de la structure et la gravant entièrement à nouveau; former une couche d'oxyde de grille ( 19) sur la substrat ( 1) dans la zone active; former une électrode de grille ( 21) sur la couche ( 19) d'oxyde de grille; et former une deuxième zone de diffusion conductrice ( 23) respectivement sur les deux côtés de la zone de canal au-dessous de l'électrode de grille ( 21). 2 Procédé selon la revendication 1,dans lequel la structure multicouche est composée de couches de silicium polycristallin ( 5), de nitrure ( 7) et d'oxyde ( 9). 3 Procédé selon la revendication 1, dans lequel le silicium polycristallin ( 5) reste à la base de la couche d'oxyde de recouvrement ( 13). 4 Procédé selon la revendication 3,dans lequel la couche isolante est formée en utilisant le silicium polycristallin ( 5) comme couche de blocage d'impuretés.