Brevet FR2669467A1 — publié le 19920522

PROCEDE DE FORMATION D'UNE COUCHE D'OXYDE DE CHAMP D'UN DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR. La présente invention se rapporte à un procédé d'isolation de dispositifs l'un de l'autre dans un dispositif à semi-conducteur, et plus particulièrement à un procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ capable d'empêcher l'expansion latérale due à l'oxydation locale du silicium et d'améliorer le recouvrement. Ces dernières années, en plus de la tendance à l'obtention de densités d'intégration plus élevées dans les dispositifs à semi-conducteur, des recherches et développements actifs dans le domaine des techniques d'isolation ont été faits en essayant d'obtenir la miniaturisation du dispositif Par conséquent, des zones d'isolation, occupant une partie considérable de la plaquette, doivent inévitablement être réduites afin de réduire proportionnellement le dispositif à semi- conducteur sur le dessin global de la plaquette. De manière conventionnelle, le procédé LOCOS (oxydation locale du silicium) a d'une façon générale été utilisé comme une des techniques d'isolation. Le processus conventionnel de formation d'une couche d'oxyde de champ par le procédé LOCOS est expliqué en se référant aux figures l A à ID Sur la figure IA, une couche d'oxyde de support 2 est formée sur un substrat de silicium 1, une couche de nitrure de silicium non oxydable 3 est ensuite formée dessus A la suite de cela, comme cela est représenté sur la figure 1 B, une photoréserve 4 est appliquée sur la couche de nitrure 3, et des zones d'arrêt de canal 7 sont formées par implantation ionique d'une impureté du même type conducteur que celui du substrat de silicium 1 Comme cela est représenté sur la figure l C, après retrait de la photoréserve 4, des couches d'oxyde de champ 5 sont formées par l'intermédiaire d'une oxydation afin de définir une zone d'isolation Enfin, la zone d'isolation, comme cela est représenté sur la figure 1 D, est formée en enlevant la couche de nitrure 3 et la couche d'oxyde de support 2. La caractéristique du procédé mentionné ci-dessus est que l'impureté est dopée afin de former la couche d'arrêt de canal sur la zone d'isolation par auto- alignement, lequel procédé est utilisé comme technique de production de masse de dispositifs à semi-conducteur communément conçus sur une grille de 1 Mm. Toutefois, le principal problème du procédé est qu'une partie d'une couche d'oxyde de champ appelée "bec" pénètre dans les zones actives depuis la zone d'isolation au cours de l'oxydation sélective, permettant une taille accrue de la zone d'isolation Bien que la réduction de la zone de bec puisse être obtenue en réalisant la couche d'oxyde de champ sous forme d'un film mince, la réalisation de la couche d'oxyde de champ sous forme d'un film mince limite la miniaturisation dans la zone sub-micronique. Par conséquent, des zones d'isolation qui réduisent la taille du bec ont été étudiées activement ces dernières années. Une approche des études est l'amélioration d'une couche d'oxyde sélective, et les procédés SWAMI (isolation par masque de paroi latérale) et SEPOX (oxydation polysilicium sélective) peuvent être cités comme procédés typiques pour l'amélioration Une autre approche consiste à former une rainure remplie avec un matériau isolant, et le procédé BOX (isolation par oxyde enterré) peut être cité comme procédé typique. Les figures 2 A à 2 D représentent le processus de formation d'une couche d'oxyde de champ fabriquée par le procédé SWAMI. Si l'on se réfère à la figure 2 A, après qu'une première couche d'oxyde de support 11 et une première couche de nitrure 12 de Si 3 N 4 aient été formées sur un substrat de silicium 10, la première couche de nitrure 12 et la première couche d'oxyde de support il sont sélectivement gravées Successivement, le substrat de silicium exposé 10 est gravé à une profondeur prédéterminée Ensuite, une impureté du même type conducteur que celui du substrat de silicium 10 est implantée de façon ionique dans le substrat de silicium exposé 10 en utilisant la couche de nitrure restante 12 comme un masque, formant ainsi une zone d'arrêt de canal 13 Comme cela est illustré sur la figure 2 B, un deuxième film d'oxyde de support 14 est amené à croître sur le substrat de silicium exposé 10, et une deuxième couche de nitrure 15 est ensuite déposée sur toute la surface de la structure résultante Une couche d'oxyde 16 est déposée dessus de manière épaisse Comme cela est illustré sur la figure 2 C, des éléments intercalaires 17 sont formés par gravure de manière anisotrope de la couche d'oxyde 16 et de la deuxième couche de nitrure 15 et de façon à exposer la première couche de nitrure 12 La zone de champ est oxydée en continu afin de former une couche d'oxyde de champ épaisse 18, comme cela est illustré sur la figure 2 D. Toutefois, dans le procédé SWAMI décrit ci- dessus, le processus de fabrication de l'élément intercalaire 17 formé de façon à empêcher la formation du bec de la couche d'oxyde de champ 18 est fastidieux De même, le substrat de silicium qui est gravé peut créer des défauts dans le substrat de silicium De plus, du fait que la zone d'arrêt de canal est dopée par impureté avant la formation de l'élément intercalaire, il est désavantageux dans la mesure o les parties de bord de la zone d'arrêt de canal peuvent se dilater dans la zone active avec pour résultat l'abaissement de la tension de claquage du dispositif Par conséquent, les impuretés ne peuvent être fortement dopées dans la zone d'arrêt de canal. Les figures 3 A à 3 D représentent le processus de formation d'une couche d'oxyde de champ fabriquée par le procédé conventionnel SEPOX. Si l'on se réfère à la figure 3 A, une couche d'oxyde 21 est amenée à croître par oxydation thermique sur un substrat semi-conducteur de silicium 20, et une couche de polysilicium 22 et une couche de nitrure 23 sont formées séquentiellement sur la couche d'oxyde de champ 21 Si l'on se réfère à la figure 3 B, la couche de nitrure 23 est gravée par gravure ionique réactive en utilisant une photoréserve 24 comme masque, formant ainsi un dessin A la suite de cela, une impureté ayant le même type conducteur que celui du substrat est implantée de façon ionique au travers de la couche de polysilicium 22 Si l'on se réfère à la figure 3 C, la photoréserve 24 est enlevée, et la couche de polysilicium exposée 22 est oxydée thermiquement afin de former des couches d'oxyde de champ 26 Si l'on se réfère à la figure 3 D, après que la couche de nitrure 23 ait été enlevée, la couche de polysilicium non oxydée 22 est gravée par gravure ionique réactive Si l'on se réfère à la figure 3 E, les pointes épargnées de polysilicium de la couche d'oxyde de champ 22 qui restent après l'étape précédente sont oxydées comme dans le procédé SWAMI, aplanissant ainsi la partie d'extrémité de la couche d'oxyde de champ. Toutefois, dans le procédé SEPOX décrit ci- dessus, du fait qu'une couche d'oxyde de champ est formée par oxydation thermique d'une couche de polysilicium formée sur un substrat de silicium, ceci s'avère désavantageux dans la mesure ou le recouvrement est dégradé De plus, du fait que la zone d'arrêt de canal est formée de façon à être auto-alignée avec la zone active, la tension de claquage de la couche d'arrêt de canal est abaissée Il en résulte que la couche d'arrêt de canal ne peut être fortement dopée, et que des problèmes tels que la pénétration apparaissent. C'est par conséquent un objet de la présente invention que de prévoir un procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semi-conducteur, grâce auquel la contrainte sur les bords d'une couche d'oxyde de champ est fortement réduite, et l'intrusion nuisible d'un bec dans une zone active peut être réduite. C'est un autre objet de la présente invention que de prévoir un procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semiconducteur, grâce auquel le recouvrement est amélioré. C'est encore un autre objet de la présente invention que de prévoir un procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semi-conducteur, grâce auquel des impuretés peuvent être fortement dopées dans une couche d'arrêt de canal. Afin d'atteindre ces objets ainsi que d'autres, un procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ selon la présente invention comporte les étapes: de croissance thermique d'une couche d'oxyde de support sur un substrat semi-conducteur, et de dépôt d'une couche de nitrure sur la couche d'oxyde de support; de retrait de la couche de nitrure sur une zone de champ afin de définir des zones actives; de formation d'éléments intercalaires sur les parois latérales de la couche de nitrure restante; de dopage de la zone de champ avec des impuretés en utilisant les éléments intercalaires comme un masque; de croissance d'une couche d'oxyde de champ en oxydant thermiquement la partie exposée sur le substrat dans la zone de champ; de retrait de la couche de nitrure restante; et de réduction du problème de recouvrement de la couche d'oxyde de champ par un processus de regravure. Dans une variante du procédé décrit ci-dessus de formation d'une couche d'oxyde de champ selon la présente invention, une couche de polysilicium est formée sur la couche d'oxyde de support, et est ensuite oxydée thermiquement afin de former la couche d'oxyde de champ. Par conséquent, comparé au procédé d'oxydation directe du substrat de silicium, la formation du bec peut être contrôlée de manière effective par oxydation thermique de la couche de polysilicium. La présente invention va être décrite au moyen d'une forme de réalisation en se référant aux dessins, dans lesquels: Les figures l A à 1 D représentent un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ par le procédé LOCOS conventionnel; Les figures 2 A à 2 D représentent un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ par le procédé SWAMI conventionnel; Les figures 3 A à 3 E représentent un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ par le procédé SEPOX conventionnel; Les figures 4 A à 4 I représentent une forme de réalisation d'un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ selon la présente invention; et Les figures 5 A à 5 I représentent une autre forme de réalisation d'un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ selon la présente invention. Les figures 4 A à 4 I représentent une forme de réalisation d'un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ selon la présente invention. La figure 4 A illustre un processus de formation d'une couche d'oxyde de support 31, d'une couche de polysilicium 32 et d'une couche de nitrure 33 La couche d'oxyde de support 31 ayant une épaisseur de environ 80 A à 1000 A est amenée à croitre par oxydation thermique sur un substrat de silicium 30 Ensuite, la couche de polysilicium 32 et la couche de nitrure 33 ayant une épaisseur de environ 1000 A à 4000 A sont formées séquentiellement par dépôt chimique en phase gaz (CVD) sur la couche d'oxyde de support 31. La figure 4 B illustre un processus de formation d'une ouverture, dans laquelle la couche de nitrure 33 est gravée sélectivement par un processus de photolithographie de façon à définir une zone afin d'isoler des dispositifs l'un de l'autre, la couche de nitrure 33 étant ainsi maintenue sur la zone active. La figure 4 C illustre un processus de formation d'éléments intercalaires 34 La couche de polysilicium est déposée par dépôt chimique en phase gaz sur la surface totale de la structure, et est ensuite gravée de manière anisotrope par un procédé de gravure à sec, formant ainsi les éléments intercalaires 34 sur les parois latérales de la couche de nitrure restante 33 La taille de l'élément intercalaire peut être ajustée ici au moyen de l'épaisseur de la couche de nitrure. La figure 4 D illustre un processus de formation d'une zone d'arrêt de canal 35 qui est formée par implantation ionique d'une impureté ayant le même type conducteur que celui du substrat en utilisant les éléments intercalaires 34 comme un masque. Comme cela a été décrit ci-dessus, si l'implantation ionique dans la zone de champ est réalisée après formation des éléments intercalaires 34, la densité de dopage sur les bords de la zone de champ est inférieure à ce qu'elle est sur la partie centrale de celle- ci, de telle sorte que la tension de claquage et la tension de seuil peuvent être augmentées De plus, du fait que l'implantation ionique à haute densité peut être réalisée, la pénétration peut être empêchée de manière effective. La figure 4 E illustre un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ 36 La couche d'oxyde de champ 36 est formée de manière épaisse par oxydation d'une partie du substrat de silicium 30 exposée entre les éléments intercalaires 34 Ici, lorsque les éléments intercalaires de silicium polycristallin 34 s'oxydent, l'effet de bec sur les bords de la zone de champ se produit difficilement La contrainte sur les bords due à la couche de nitrure est également fortement réduite. La figure 4 F illustre un processus de dépôt d'une couche d'isolation 37 sur toute la surface de la structure afin de permettre un aplanissement complet ultérieur du profil de la couche d'oxyde de champ. La figure 4 G illustre un processus de regravure. La couche d'isolation 37 est gravée de manière anisotrope par gravure ionique réactive (RIE), aplanissant ainsi la partie supérieure de la couche d'oxyde de champ 36. La figure 4 H illustre un processus de retrait séquentiel de la couche de nitrure 33 et de la couche de polysilicium 32. Ensuite, la couche d'oxyde de champ 36 est de nouveau légèrement gravée par un processus de regravure. 9 2669467 Enfin, un dessin d'isolation fortement aplani est obtenu, comme cela est illustré sur la figure 4 I. Les figures 5 A à 5 I représentent une autre forme de réalisation d'un processus de formation d'une couche d'oxyde de champ selon la présente invention. La figure 5 A illustre un processus de formation d'une couche d'oxyde de support 31 et d'une couche de nitrure 33 La couche d'oxyde de support 31 ayant une épaisseur de environ 80 À à 1000 A est amenée à croître par oxydation thermique sur un substrat de silicium 30 Une couche de nitrure 33 ayant une épaisseur de environ 1000 À à 4000 À est déposée successivement par dépôt chimique en phase gaz sur la couche d'oxyde de support 31. Les processus représentés sur les figures 5 B à 5 G sont identiques à ceux illustrés sur les figures 4 B à 4 G. La figure 5 H illustre un processus de retrait de la couche de nitrure 33, après réalisation du processus représenté sur la figure 5 G. Le processus représenté sur la figure 5 I est identique à celui illustré sur la figure 4 I. Comme cela est décrit ci-dessus, du fait qu'une zone de champ est oxydée après formation d'un élément intercalaire sur la paroi latérale d'une couche de nitrure, la taille du bec sur le bord de la zone de champ peut être réduite De même, du fait que les bords d'une couche d'oxyde de champ sont en contact avec un élément intercalaire réalisé en polysilicium poreux plutôt qu'avec une couche de nitrure qui possède une structure compacte dense, la contrainte sur les bords de la couche d'oxyde de champ peut être fortement réduite. De plus, du fait que l'implantation ionique sur la zone de champ est réalisée après que les éléments intercalaires soient formés et en les utilisant comme un masque, il est possible d'empêcher l'abaissement de la tension de claquage, et de toujours implanter des doses élevées d'ions dans la zone de champ Il en résulte que la présente invention est avantageuse dans la mesure o la pénétration est empêchée de manière effective, et que la tension de seuil est augmentée. là REVENDICATIONS. 1 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ ( 36) d'un dispositif à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes: de croissance thermique d'une couche d'oxyde de support ( 31) sur un substrat semi-conducteur ( 30), et de dépôt d'une couche de nitrure ( 33) sur la dite couche d'oxyde de support ( 31); de retrait de la dite couche de nitrure ( 33) sur une zone de champ afin de définir des zones actives; de formation d'éléments intercalaires ( 34) sur les parois latérales des parties restantes de la dite couche de nitrure ( 33); de dopage de la dite zone de champ avec des impuretés en utilisant les dits éléments intercalaires ( 34) comme un masque; de croissance d'une couche d'oxyde de champ ( 36) en oxydant thermiquement la partie exposée sur le dit substrat dans la dite zone de champ; de retrait de la dite couche de nitrure restante; et de réduction du problème de recouvrement de la dite couche d'oxyde de champ ( 36) par un processus de regravure. 2 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ ( 36) d'un dispositif à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes: de croissance thermique d'une couche d'oxyde de support ( 31) sur un substrat semiconducteur ( 30), et de dépôt d'une couche de nitrure ( 33) sur la dite couche d'oxyde de support ( 31); de retrait de la dite couche de nitrure ( 33) sur une zone de champ afin de définir des zones actives; de formation d'éléments intercalaires ( 34)sur les parois latérales des parties restantes de la dite couche de nitrure ( 33); de dopage de la dite zone de champ avec des impuretés en utilisant les dits éléments intercalaires ( 34) comme un masque; de croissance d'une couche d'oxyde de champ ( 36) en oxydant thermiquement la partie exposée sur le dit substrat dans la dite zone de champ; de dépôt d'une couche d'isolation ( 37) sur toute la surface de la structure résultante; d'aplanissement de la partie supérieure de la dite couche d'oxyde de champ ( 36) par gravure de manière anisotrope de la dite couche d'isolation ( 37); de retrait de la dite couche de nitrure restante ( 33); et de réduction du problème de recouvrement de la dite couche d'oxyde de champ ( 36) par gravure de manière anisotrope de toute la surface de la structure résultante. 3 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ ( 36) d'un dispositif à semi-conducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dit élément intercalaire ( 34) est réalisé en polysilicium. 4 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ ( 36) d'un dispositif à semi-conducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la taille du dit élément intercalaire ( 34) est ajustée au moyen de l'épaisseur de la dite couche de nitrure ( 33). Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ ( 36) d'un dispositif à semi-conducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la dite couche de nitrure ( 33) est de environ 1000 à 4000 . 6 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes: de croissance thermique d'une couche d'oxyde de support ( 31) sur un substrat semi-conducteur ( 30), et de dépôt séquentiel d'une couche de polysilicium ( 32) et d'une couche de nitrure ( 33) sur la dite couche d'oxyde de support ( 31); de retrait de la dite couche de nitrure ( 33) formée sur une zone de champ afin de définir des zones actives; de formation d'éléments intercalaires ( 34) sur les parois latérales des parties restantes de la dite couche de nitrure ( 33); de dopage de la dite zone de champ avec des impuretés en utilisant les dits éléments intercalaires ( 34) comme un masque; de croissance d'une couche d'oxyde de champ ( 36) en oxydant thermiquement la partie exposée sur le dit substrat dans la dite zone de champ; de retrait de la dite couche de nitrure ( 33) et de la dite couche de polysilicium ( 32) restantes; et de réduction du problème de recouvrement de la dite couche d'oxyde de champ ( 36) par un processus de regravure. 7 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes: de croissance thermique d'une couche d'oxyde de support ( 31) sur un substrat semi-conducteur ( 30), et de dépôt séquentiel d'une couche de polysilicium ( 32) et d'une couche de nitrure ( 33) sur la dite couche d'oxyde de support ( 31); de retrait de la dite couche de nitrure ( 33) formée sur une zone de champ afin de définir une zone active; de formation d'éléments intercalaires ( 34) sur les parois latérales des parties restantes de la dite couche de nitrure ( 33); de dopage d'une impureté dans la dite zone de champ en utilisant les dits éléments intercalaires ( 34) comme un masque; de croissance d'une couche d'oxyde de champ ( 36) en oxydant thermiquement la partie exposée sur le dit substrat dans la dite zone de champ; de dépôt d'une couche d'isolation ( 37) sur toute la surface de la structure résultante; d'aplanissement de la partie supérieure de la dite couche d'oxyde de champ ( 36) par gravure de manière anisotrope de la dite couche d'isolation ( 37); de retrait de la dite couche de nitrure ( 33) et de la dite couche de polysilicium ( 32) restantes; et de réduction du problème de recouvrement de la dite couche d'oxyde de champ ( 36) par gravure de manière anisotrope de toute la surface de la structure résultante. 8 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semi-conducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dit élément intercalaire ( 34) est réalisé en polysilicium. 9 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semi-conducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la taille du dit élément intercalaire ( 34) est ajustée au moyen de l'épaisseur de la dite couche de nitrure ( 33). 10 Procédé de formation d'une couche d'oxyde de champ d'un dispositif à semi-conducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de la dite couche de nitrure ( 33) est de environ 1000 à 4000 .