Brevet FR2671910A1 — publié le 19920724

i PROCEDE POUR FORMER UNE REGION D'ISOLATION D'ELEMENTS DANS UN DISPOSITIF A SEMICONDUCTEURS La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs, et particulièrement à un procédé pour former une région d'isolation d'éléments dans un dispositif à semiconducteurs. Lors de la fabrication d'un dispositif à semiconducteurs, un processus pour isoler de manière électrique les éléments respectifs disposés dans le dispositif à semiconducteurs est obligatoirement nécessaire pour permettre un fonctionnement exempt d'erreur du dispositif à semiconducteurs A cette fin, une technique connue de formation d'une couche d'oxyde de champ entre les éléments par une oxydation locale a été proposée comme un moyen pour former une telle région d'isolation d'éléments dans le dispositif à semiconducteurs. La figure 1 est une vue en coupe transversale montrant une région d'isolation d'éléments connue dans laquelle une couche d'oxyde de champ 8 est formée en tant que région d'isolation d'éléments en utilisant un processus connu d'oxydation locale du silicium (LOCOS). Avec la technique LOCOS, une couche de nitrure 6 est formée sur un substrat 2 d'un premier type de conductivité, et ensuite, la partie de la couche de nitrure formée sur une région d'isolation d'éléments souhaitée est retirée. Puis, en exécutant un processus d'oxydation, la couche d'oxyde de champ 8 d'une certaine épaisseur est formée localement seulement sur la région o une partie du substrat 2 est mise à nu, de manière à former, telle qu'elle est montrée, la région d'isolation d'éléments. En utilisant le processus d'isolation tel qu'il a été exposé ci-dessus, la couche d'oxyde de champ 8 est formée seulement sur la région o le substrat n'est pas recouvert par la couche de nitrure, tandis que la couche d'oxyde de champ 8 n'est pas formée sur les autres régions du substrat qui sont recouvertes par la couche de nitrure, en faisant ainsi croître la couche d'oxyde de champ d'une certaine épaisseur sur le substrat Cependant, une telle expansion excessive de la couche d'oxyde de champ 8 provoquera la plupart du temps une contrainte trop importante dans la zone limite entre la couche de nitrure 6 et le substrat de silicium 2 de sorte que des défauts 12 des éléments peuvent être provoqués Ces défauts conduisent inévitablement à la dégradation de l'isolation dans le dispositif à semiconducteurs. Comme technique pour éliminer le défaut ci-dessus, une couche d'oxyde tampon 4 est formée sur le substrat 2 avant le dépôt du nitrure Ainsi, la couche d'oxyde tampon 4 sert de tampon entre la couche de nitrure 6 et le substrat de silicium 2 lorsque la couche d'oxyde de champ 8 est formée, de sorte que la contrainte dans le substrat peut être réduite de manière considérable Cependant, puisque la couche d'oxyde tampon 4 est prévue pour s'expanser à partir de la région d'isolation dans la région de l'élément pendant l'oxydation locale, la taille de la région d'isolation est augmentée pour produire par ce moyen un phénomène dit de bec d'oiseau C'est-à-dire que des particules d'oxygène atteignent le dessous de la couche de nitrure 6 à travers la couche d'oxyde tampon 4, de sorte que la couche d'oxyde croît en prenant la forme d'un bec d'oiseau, en soulevant la couche de nitrure 6 Ce dont il résulte que, la contrainte existe encore en raison de l'expansion de la superficie de la région d'isolation et que l'expansion de volume de la couche d'oxyde au dessous de la couche de nitrure provoque le défaut du dispositif, qui à son tour engendre beaucoup de défauts créant beaucoup de difficultés pour réduire la taille des dispositifs à semiconducteurs dans le domaine submicromique. Une autre technique pour résoudre les problèmes précédents a été proposée, qui consiste à insérer une couche de silicium polycrystallin (appelée dans la suite couche de polysilicium) entre la couche d'oxyde tampon et la couche de nitrure et ensuite à l'oxyder De cette façon, la contrainte sur le substrat et le phénomène de bec d'oiseau peuvent être réduits de manière considérable par l'oxydation de la couche de polysilicium sans provoquer de défauts directs sur la surface du substrat Cependant, avec une telle technique il est presque toujours impossible d'éviter le phénomène de bec d'oiseau résultant de l'oxydation de la couche de polysilicium. C'est par conséquent un objectif de la présente invention que de créer un procédé pour former une région d'isolation d'éléments améliorée capable de réduire l'apparition du phénomène du bec d'oiseau et de réduire une contrainte excessive sur un substrat. Selon l'un de ses aspects, la présente invention propose à cet effet qu'une couche d'oxyde tampon et une couche de nitrure soient formées de manière successive sur un substrat, et que la partie de la couche de nitrure formée seulement sur une région d'isolation d'éléments prédéterminée soit retirée de manière sélective Puis, une couche de polysilicium qui est plus épaisse que la couche de nitrure est formée sur le substrat, et les faces des couches de nitrure et de polysilicium sont aplanies par un polissage Ensuite, le polysilicium formé sur la région d'isolation d'éléments se trouvant entre les couches de nitrure, est oxydée de manière à former la région d'isolation d'éléments. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale montrant une région d'isolation d'éléments classique; la figure 2 est une vue en coupe transversale montrant une région d'isolation d'éléments selon la présente invention; les figures 3 A à 3 E représentent le procédé pour former la région d'isolation d'éléments selon la présente invention; la figure 4 est une vue en coupe transversale montrant un autre mode de réalisation de la région d'isolation d'éléments selon la présente invention; et les figures 5 A à 5 E représentent un procédé pour former un autre mode de réalisation de la région d'isolation d'éléments selon la présente invention. En se référant à la figure 2, une couche d'oxyde tampon 16 est formée sur un substrat de silicium 14 d'un premier type de conductivité dans lequel une région d'implantation ionique d'arrêt de canal 26 du premier type de conductivité est formée Une couche d'oxyde d'isolation 24, expansée par l'oxydation du polysilicium 22, est formée sur la surface de la région d'implantation ionique d'arrêt de canal 26. A la figure 3 A, la couche d'oxyde tampon 16 de 10 nm à nm et une couche de nitrure 18 de 100 nm à 300 nm sont formées sur le substrat de silicium 14 par, respectivement, une oxydation et un dépôt chimique en phase gazeuse. A la figure 3 B, la couche de nitrure formée sur une région d'isolation prédéterminée est retirée de manière sélective par une photolithographie, et ensuite des ions d'impureté du premier type de conductivité sont implantés sur le substrat 14 afin d'améliorer l'effet d'isolation. A la figure 3 C, une couche de polysilicium 20 qui est plus épaisse que la couche de nitrure 18 est formée sur le substrat 14 par dépôt chimique en phase gazeuse. A la figure 3 D, un processus d'aplanissement est effectué par un polissage chimique jusqu'à ce que la surface de la couche de nitrure 18 soit mise à nu. A la figure 3 E, le polysilicium 22 demeurant entre les parois latérales intérieures des couches de nitrure 18 est oxydé par une oxydation humide de manière à former la couche d'oxyde d'isolation 24 Dans ce cas, la région d'implantation ionique d'arrêt de canal 26, dont la concentration est plus grande que celle du substrat 14, est formée sous la couche d'oxyde d'isolation 24, par diffusion, sur une profondeur prédéterminée, d'ions d'impureté implantés dans le substrat 14 pendant le processus de la figure 3 B Puis la couche de nitrure 18 est retirée par gravure humide de façon à terminer le processus de formation de la région d'isolation d'éléments. Selon la présente invention, la couche d'isolation est formée par la couche d'oxyde qui est formée entre les parois latérales intérieures des couches de nitrure sans l'apparition de défauts directs sur la surface du substrat. Un autre mode de réalisation conforme à la présente invention est décrit ci-dessous. En se référant à la figure 4, une couche d'oxyde tampon 30 est formée sur un substrat de silicium 28 d'un premier type de conductivité dans lequel une région d'implantation ionique d'arrêt de canal 46 du premier type de conductivité est formée Une couche d'oxyde d'isolation 44, est formée sur la surface de la région d'implantation ionique d'arrêt de canal 46 par l'oxydation d'une couche de polysilicium 42, la couche d'oxyde d'isolation 44 ayant une première largeur similaire à la largeur de la région d'arrêt d'implantation d'ions de canal 46 et une seconde largeur plus petite que la première largeur. A la figure 5 A, la couche d'oxyde tampon 30 de 10 nm à nm d'épaisseur est formée sur le substrat de silicium 28 du premier type de conductivité par l'oxydation, et ensuite une première couche de polysilicium 32 de 50 nm à 200 nm et la couche de nitrure 36 de 100 nm à 300 nm sont formées successivement sur la couche d'oxyde tampon 30 par dépôt chimique en phase gazeuse. A la figure 5 B, la couche de nitrure 36 formée sur une région d'isolation prédéterminée est retirée de manière sélective par une photolithographie, et ensuite des ions d'impureté du premier type de conductivité sont implantés sur le substrat 28 afin d'améliorer l'effet d'isolation. A la figure 5 C, une couche de polysilicium 40 qui est plus épaisse que la couche de nitrure 36 est formée sur le substrat 28 par dépôt chimique en phase gazeuse. A la figure 5 D, le processus d'aplanissement est effectué par un polissage chimique jusqu'à ce que la surface de la couche de nitrure 36 soit mise à nu. A la figure 5 E, le polysilicium 42 demeurant entre les parois latérales intérieures des couches de nitrure 36 est oxydé par une oxydation humide de manière à former la couche d'oxyde d'isolation 44 Dans ce cas, la région d'implantation ionique ions d'arrêt de canal 46, dont la concentration est plus grande que celle du substrat, est formée sous la couche d'oxyde d'isolation 44, par diffusion, sur une profondeur prédéterminée, d'ions d'impureté implantés dans le substrat 28 pendant le processus de la figure 5 B Puis la couche de nitrure 36 et le polysilicium 32 sont retirés de manière séquentielle de façon à terminer le processus de formation de la région d'isolation d'éléments. Dans le mode de réalisation selon la présente invention décrit au moyen des figures 5 A à 5 E, la contrainte sur le substrat peut être réduite de manière considérable par l'insertion du polysilicium 32 entre la couche d'oxyde tampon 30 et la couche de nitrure 36 lors de la formation de la couche d'oxyde d'isolation 44. En outre, dans le mode de réalisation ci-dessus, la seconde couche de polysilicium 40 est formée sur le substrat 28 après le processus de la figure 5 B, et ensuite le processus d'aplanissement est exécuté La seconde couche de polysilicium 42, cependant, peut être déposée de manière sélective sur la surface de la première couche de polysilicium 32 formée sur la région d'isolation de sorte que le processus d'aplanissement peut n'être pas nécessaire. Comme cela a été décrit ci- dessus, la couche d'oxyde tampon 30 est formée sur la surface du substrat semiconducteur 28, et ensuite les couches de polysilicium et de nitrure 32, 36 sont formées de manière séquentielle, ou bien la couche de nitrure 36 est formée seule Puis, la couche de nitrure 36 formée sur la région d'isolation d'éléments est retirée de manière sélective, et la couche. de polysilicium 32, dont l'épaisseur est similaire à celle de la couche de nitrure, est formée entre les parois latérales intérieures des couches de nitrure 36 Ensuite, la couche d'oxyde d'isolation 44 peut être formée en oxydant la couche de polysilicium sans faire apparaître de défauts directs sur la surface du substrat. Par conséquent, la présente invention procure l'avantage que le phénomène de bec d'oiseau de la région d'isolation est minimisé. En outre, la présente invention procure un autre avantage en ce que la contrainte sur le substrat et les défauts dans le dispositif sont minimisés en raison du fait que l'oxydation du substrat ne se produit pas. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit et du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de formation d'une région d'isolation inter-éléments ( 24, 44) dans un dispositif à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: (a) formation d'une première et d'une seconde couche d'isolation ( 16, 18; 30, 36) sur toute la surface supérieure d'un substrat semiconducteur ( 14; 28) d'un premier type de conductivité; (b) enlèvement d'une partie de la seconde couche d'isolation ( 18; 36) formée sur une partie de surface donnée de ladite première couche d'isolation ( 16; 30); (c) dépôt d'une première couche de silicium polycrystallin ( 20; 40) sur toute la surface supérieure du substrat et ensuite, exécution d'un processus d'aplanissement jusqu'à ce que la surface supérieure de ladite seconde couche d'isolation ( 18; 36) soit mise à nu; (d) oxydation de la première couche de silicium polycrystallin ( 20; 40) entre les parties de la seconde couche d'isolation ( 18; 36) mises à nu pour produire par ce moyen ladite région d'isolation inter-éléménts ( 24, 44); et (e) enlèvement de la seconde couche d'isolation ( 18; 36) restante. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première couche d'isolation ( 16; 30) est une couche d'oxyde. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite première couche d'isolation ( 16; 30) a une épaisseur de 10 nm à 50 nm. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde couche d'isolation ( 18; 36) est une couche de nitrure. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite seconde couche d'isolation ( 18; 36) a une épaisseur de 100 nm à 300 nm. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite région d'isolation inter-éléments ( 24, 44) est sensiblement déterminée en fonction de l'épaisseur de ladite seconde couche d'isolation ( 18; 36). 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit processus d'aplanissement est effectué par un polissage mécanique. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape d'implantation d'ions d'impureté du premier type de conductivité dans ledit substrat ( 14; 28) à la suite de ladite étape (b), pour, par ce moyen, former une région d'arrêt de canal ( 26, 46). 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de formation supplémentaire d'une seconde couche de silicium polycrystallin ( 32) entre ladite première couche d'isolation ( 30) et ladite seconde couche d'isolation ( 36). Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite seconde couche de silicium polycrystallin ( 32) est d'environ 50 nm à 200 nm d'épaisseur. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite première couche de silicium polycrystallin ( 40) est déposée de manière sélective sur ladite seconde couche de silicium polycrystallin ( 32) mise à nu après enlèvement de ladite partie de la seconde couche d'isolation ( 36).