Brevet FR2727245A1 — publié le 19960524

-- La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif à semi-conduc- teurs, et plus particulièrement à un procédé de formation d'un film d'oxyde de champ d'un dis- positif à semi-conducteurs de manière à isoler électriquement des éléments du dispositif dans le dispositif à semi-conducteurs. De manière générale, une technique LOCOS (oxydation locale du silicium) est très bien connue dans l'art comme procédé d'isolation de dispositif pour un dispositif à semi-conduc- o teurs. Pendant le procédé LOCOS, un bec d'oiseau est toujours généré. Le bec d'oiseau dé- signe la forme selon laquelle un matériau oxyde pénètre dans une région active d'un dispositif à semi-conducteurs. Du fait d'un tel bec d'oiseau, la largeur d'une région active dans le dispositif est substantiellement raccourcie en comparaison du motif d'un masque destiné à former un film d'oxyde de champ. L'apparition d'un tel bec d'oiseau exerce une influence très néfaste sur la fabrication de dispositifs ULSI (dispositifs intégrés à très grande échelle) nécessaires pour rin- tégration de 64 méga ou plus. Récemment, pour réduire la taille du bec d'oiseau, un procédé PBL (LOCOS amorti par polysilicium), qui utilise un polysilicium ayant la caractéristique d'une oxydation thermique supplémentaire rapide en comparaison d'un monocristal, a été développé. La figure 1 montre une structure partielle d'un dispositif à semiconducteurs qui est fa- briqué selon le procédé PBL susmentionné. Sur la figure 1, un numéro de référence 15 indique un polysilicium formé entre des régions d'oxyde de champ 19, 19 et situé sur un substrat en si- licium 11 avec un film d'oxyde de pastille 13 intercalé entre eux. Lorsqu'on réalise un procédé PBL, comme la vitesse d'oxydation du polysilicium 15 est plus rapide que celle du substrat en silicium 11, le polysilicium 15 sert de film protecteur destiné à empêcher la pénétration d'oxy- gène dans une région active du substrat en silicium 11, un agrandissement du bec d'oiseau pou- vant ainsi être empêché. Cependant, un film de nitrure 17 formé sur le polysilicium 15 est déformé sous l'effet d'une contrainte apparaissant pendant que se fait l'oxydation du polysilicium 15, et ainsi de l'oxygène pénètre à travers un interstice entre le film de nitrure déformé 17 et le polysilicium 15. En conséquence, un bec d'oiseau ayant une largeur BB est produit, comme le montre la fi- gure 1. La figure 2 montre une autre structure d'une partie d'un dispositif à semi-conducteurs qui est fabriqué selon un procédé PBL amélioré. De même, la structure de la figure 2 possède un polysilicium 25 entre des régions d'oxyde de champ 29, 29 et situé sur un substrat en silicium 21 avec un film d'oxyde de pastille 23 intercalé entre eux. Pour empêcher que de l'oxygène pé- nètre à travers un côté du polysilicium 25 et pour réduire la largeur du bec d'oiseau, après la formation d'un film de nitrure latéral 28, on procède à une oxydation. Cependant, comme dans le procédé PBL représenté sur la figure 1, comme il est impossible d'empêcher complètement que l'oxygène pénètre à travers l'interface entre le film de nitrure latéral 28 et le substrat 21, une contrainte apparaît sous le film de nitrure latéral 28 pendant l'oxydation. En conséquence, un interstice dans l'interface est large, et le bec d'oiseau est donc produit par l'oxydation qui suit, comme indiqué par BB sur la figure 2. Les figures 3A et 3B montrent la structure d'une partie d'un dispositif à semi-conducteurs qui est fabriqué par un procédé PBL développé très récemment, la figure 3A étant une vue en coupe de la structure partielle du dispositif à semi-conducteurs avant de procéder à l'oxydation thermique, et la figure 3B étant une vue en coupe de la structure partielle après avoir effectué une oxydation thermique. Comme le montrent les figures 3A et 3B, sur un substrat en silicium 31, des premier et deuxième films d'oxyde de pastille 33, 34 sont formés séquentiellement, puis le deuxième film d'oxyde de pastille 34 est surgravé en utilisant sur celui-ci un fil de nitrure 37 à motifs comme masque pour former une gorge latérale. Un polysilicium 35 est ensuite déposé au-dessus du film de nitrure 3 comprenant la gorge latérale et est oxydé thermiquement pour empêcher au film de nitrure 37 d'être déformé et empêcher l'oxygène de pénétrer a travers la gorge latérale pen- dant l'oxydation. Comme décrit ci-dessus, pour minimiser la taille du bec d'oiseau, des procédés ont été proposés dans l'art antérieur, mais une telle formation de bec d'oiseau ne peut pas être évitée par les procédés de l'art antérieur développés jusqu'ici. Un objectif de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un dispositif à semi-conducteurs dans lequel un film d'oxyde de champ peut être formé sans formation d'un bec d'oiseau. Selon un aspect de la présente invention, le procédé de fabrication d'un dispositif à semi- conducteurs comprend les étapes consistant à former séquentiellement un film d'oxyde de pas- tille, un film de polysilicium et une couche isolante sur un substrat en silicium, ladite couche isolante étant composée d'un premier film d'oxyde de silicium, d'un film de nitrure et d'un deu- xième film d'oxyde de silicium formés séquentiellement sur le film en polysilicium; définir des régions actives et inactives en utilisant un photomasque à motifs; éliminer la couche isolante uniquement sur la région active afin de mettre à nu une surface du film de polysilicium; former une paroi latérale sur les deux bords de la couche isolante sur la région active, ladite paroi laté- rale étant composée d'un film de nitrure; déposer un troisième film d'oxyde de silicium sur la surface du film de polysiliciumn; éliminer la paroi latérale et graver le substrat sur une profon- deur prédéterminée pour former une tranchée; remplir la tranchée avec un matériau isolant et le déposer jusqu'au deuxième film d'oxyde de silicium pour former un film isolant pour isoler; éliminer simultanément le deuxième film d'oxyde de silicium et le film d'oxyde de silicium et éliminer le film de polysilicium uniquement sur la région inactive; effectuer une oxydation ther- mique pour former un film d'oxyde de champ sur la région inactive; et éliminer séquentielle- ment la couche isolante et le film de polysilicium formés sur la région active. Dans le procédé, le procédé comprend de plus l'étape de déposer un film de polysilicium sur le film de nitrure et le film d'oxyde de pastille avant d'effectuer l'oxydation thermique. Dans ce procédé, la profondeur de la tranchée est fixée dans le domaine de 5 pmn ou moins, et sa largeur est fixée à 3 flm ou moins. Dans ce procédé, le matériau isolant remplissant la tranchée est choisi parmi un BPSG (verre de borophosphosilicate), le nitrure de silicium et un polyimide. Selon un autre aspect de la présente invention, le procédé comprend les étapes consistant à former séq&luentiellement un film d'oxyde de pastille, un premier film de polysiliciumin, un film d'oxyde de silicium, un film de nitrure et un deuxième film de polysilicium sur un substrat en silicium; définir des régions actives et inactives en utilisant un masque de tranchées et former une tranchée des deux côtés de la région active par gravure; remplir un matériau isolant dans la tranchée et le déposer sur le deuxième film de polysilicium pour former un film isolant pour iso- ler; polir le film isolant en utilisant le deuxième film de polysilicium comme première barrière de polissage; éliminer le deuxième film de polysilicium et polir le film isolant en utilisant le film de nitrure comme deuxième barrière de polissage; éliminer le film de nitrure et le film d'oxyde de silicium; déposer un film isolant protecteur uniquement sur la région active; éliminer le pre- mier film de polysilicium pour mettre à nu la surface du film d'oxyde de pastille; effectuer une oxydation thermique pour former un film d'oxyde de champ uniquement sur la région inactive; et éliminer les films formés sur le film d'oxyde de pastille de la région active. Dans ce procédé, la profondeur de la tranchée est fixée dans le domaine de 5 j.m ou moins, et sa largeur est fixée à 3 j m ou moins. Dans ce procédé, chaque épaisseur du deuxième film de polysilicium et du film de nitrumre est déterminée en fonction de la profondeur de la tranchée et du choix de la vitesse de polissage du film isolant destiné à isoler, et le premier film de polysilicium a une épaisseur d'environ 2000 À et le film &'oxyde de pastille a une épaisseur comprise entre 300 et 500 À. Dans ce procédé, le matériau d'isolation remplissant la tranchée est choisi parmi un BPSG (verre de borophosphosilicate), le nitrure de silicium et un polyimide. Selon le procédé d'isolation du dispositif de la présente invention, comme une région acti- ve est défminie en utilisant une tranchée superficielle remplie d'isolant avant d'effectuer l'oxyda- tion thermique, il ne pénètre pas d'oxygène dans la région active pendant l'oxydation ther- mique. De ce fait, un film d'oxyde de champ peut être formé sans formation d'un bec d'oiseau. Cette invention pourra être mieux comprise et son objectif apparaîtra aux hommes de l'art en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe montrant une structure partielle d'un dispositif à semi- conducteurs qui est fabriqué selon un procédé PBL de l'art antérieur; La figure 2 est une vue en coupe montrant une structure partielle d'un dispositif à semi- conducteurs qui est fabriqué selon un autre procédé PBL de l'art antérieur; Les figures 3A et 3B sont des vues en coupe montrant une structure partielle d'un disposi- tif à semi-conducteurs qui est fabriqué selon un autre procédé PBL de l'art antérieur, la figure 3A étant une vue en coupe de la structure partielle avant de procéder à une oxydation thermique et la figure 3B étant une vue en coupe de la structure partielle après avoir effectué une oxydation thermique; La figure 4 est une vue en coupe montrant la structure d'une partie d'un dispositif à semi- conducteurs qui est fabriqué selon un procédé d'isolation du dispositif de la présente invention; Les figures 5A à 5J sont des vues en coupe montrant le procédé d'isolation du dispositif selon un mode de réalisation de la présente invention; et Les figures 6A à 6H sont des vues en coupe montrant le procédé d'isolation du dispositif selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 montre la structure d'une partie d'un dispositif à semiconducteurs qui est fa- briqué selon le procédé d'isolation du dispositif de la présente invention, et les figures 5A à 5J montrent les étapes du procédé d'isolation du dispositif de la présente invention. Concernant la figure 5A, sur un substrat 51 en silicium, plusieurs films sont formés séquentiellement. Tout d'abord, un film 52 d'oxyde de pastille ayant une épaisseur de 300 À à 500 À est formé sur une surface principale du substrat en silicium 51 par oxydation, puis un film de polysilicium 53 ayant une épaisseur d'environ 2000 À est déposé sur le film 52 d'oxyde de pastille. Ensuite, sur le film de polysilicium 53, sont formés séquentiellement plusieurs films isolants, c'est-à-dire un premier film 54 d'oxyde de silicium, un film 55 de nitrure et un deuxiè- me film 56 d'oxyde de silicium. Sur la figure 5B, sur le deuxième film 56 d'oxyde de silicium, un film de vernis de masquage à motifs (non représenté) est formé pour définir des régions actives et inactives, puis un procédé de gravure bien connu est utilisé pour éliminer les films isolants 56, 55, 54 unique- ment sur la région inactive. Après dépôt d'un film de nitrure au-dessus, sur les deux bords des films isolants 54, 55, 56 formés sur la région active, une paroi latérale 57 est formée par gravu- re anisotrope. Puis un troisième film 58 d'oxyde de silicium est déposé sélectivement unique- ment sur une surface à nu du film 53 de polysilicium sur la région inactive. Concernant la figure SC, un procédé de formation de tranchée est effectué, une tranchée étant ainsi formée. Tout d'abord, après élimination de la paroi latérale 57, on procède à une gra- vure en utilisant le film 58 d'oxyde de silicium et le deuxième film 56 d'oxyde de silicium comme masque de gravure, une tranchée étant ainsi formée dans le substrat 50 en silicium à une profondeur prédéterminée. Dans ce mode de réalisation, la largeur de la tranchée est déterminée substantiellement par la largeur de la paroi latérale. De même, dans ce procédé de gravure, la profondeur de la tranchée peut être contrôlée avec précision, suffisamment pour empêcher que soit généré un bec d'oiseau au cours du processus suivant de formation d'oxyde de champ. La profondeur de la tranchée est de préférence fixée dans le domaine de 5 pm ou moins, et sa lar- geur est de préférence fixée à 3 im ou moins. Ensuite, un matériau isolant vient remplir la tranchée et accumulé jusqu'au deuxième film 56 d'oxyde de silicium, permettant ainsi l'obtention d'un film isolant 59, comme le montre la fi- gure 5D. Comme matériau isolant, un BPSG (verre de borophosphosilicate), le nitrure de sili- cium (Si3N4) ou un polyimide peuvent être utilisés. Comme montré sur la figure SE, les films 56, 58 d'oxyde de silicium sont éliminés simul- tanément par un procédé de gravure bien connu et, en même temps, le film isolant 59 est élimi- né partiellement, c'est-à-dire jusqu'à la même épaisseur que le film 56 d'oxyde de silicium. Dans ce procédé de gravure, le film 55 de nitrure est utilisé comme barrière de gravure. Le film 53 de polysilicium sur la région inactive est ensuite éliminé sélectivement cornme montré sur la figure 5F. Sur la figure 5G, un procédé d'oxydation thermique est effectué, par lequel un film d'oxy- de thermique est formé sur la région inactive. Comme la région active est enserrée par la tran- chée et le film 55 de nitrure au-dessus, l'oxygène ne s'introduit donc pas dans la région active. En conséquence, un film 50 d'oxyde de champ sans bec d'oiseau est formé dans la région inac- tive. De plus, pour utiliser une caractéristique d'oxydation rapide du polysilicium et éviter que le film 55 de nitrure se déforme, le procédé de la présente invention comprend additionnellement o l'étape consistant à déposer un film 55' de polysilicium sur la structure de la figure SF, comme le montre la figure SG-1, avant de procéder à l'oxydation thermique. Avec le dépôt supplémen- taire du film 55' de polysilicium, il est possible d'empêcher qu'une déformation du film 55 de nitrure survienne pendant l'oxydation thermique, comme le montre la figure 5G-2. Concernant les figures 5H à 5J, tous les films 55, 54, 53 qui restent sur le film 52 d'oxyde de pastille de la région active sont éliminés les uns après les autres, la région active est complè- tement isolée du film 50 d'oxyde de champ par le film isolant 59 remplissant la tranchée. Comme décrit ci-dessus, dans le procédé d'isolation du dispositif de ce mode de réalisa- tion, la région active est définie en utilisant le film isolant 59 remplissant la tranchée. Dans ce qui suit, le procédé d'isolation de dispositif selon un autre mode de réalisation de la présente invention va être décrit en se référant aux figures 6A à 6H. Concernant la figure 6A, sur un substrat 61 en silicium, plusieurs films sont formés les uns après les autres. Tout d'abord un film 62 d'oxyde de pastille ayant une épaisseur de 300 À à 500 A est formé sur une surface principale du substrat 61 en silicium par oxydation, puis un premier film 63 de polysilicium ayant une épaisseur d'environ 2000 À est déposé sur le film 62 d'oxyde de pastille. Ensuite, sur le film 63 de polysilicium, plusieurs films, à savoir un film 64 d'oxyde de silicium, un film 65 de nitrure et un deuxième film 66 de polysilicium, sont formés séquenfiellement. Le deuxième film 66 de polysilicium et le film 55 de nitrure sont tous deux utilisés comme barrière de polissage. L'épaisseur de chacun du deuxième 66 film de polysili- cium et du film 55 de nitrure est déterminée en tenant compte de la profondeur d'une tranchée et du choix d'une vitesse de polissage d'un film isolant destiné à isoler. Sur la figure 6B, un procédé de formation de tranchée est effectué, par lequel une tranchée est formée. D'abord, après avoir défini une région active en utilisant un masque d'isolation de tranchée (non représenté), on procède à une gravure sélective, par laquelle une tranchée est for- mée dans le substrat 60 en silicium. La profondeur de la tranchée est déterminée par l'épaisseur des films formés sur le substrat 60 et la profondeur d'une partie gravée du substrat 60 en sili- cium. De préférence, la profondeur de la tranchée est fixée dans le domaine de 5 pln ou moins, et sa largeur est fixée à 3}rm ou moins. Un matériau isolant vient ensuite remplir la tranchée et est déposé sur le deuxième film 66 de polysilicium, pour obtenir un film isolant 69 destiné à l'isolation, comme le montre la figure 6B. Ensuite, comme le montre la figure 6C, le film isolant 69 est poli selon un procédé de po- lissage chimico-mécanique jusqu'à ce qu'une surface du deuxième film 66 de polysilicium 66 soit mise a nu. Le deuxième film 66 de polysilicium est alors utilisé comme première barrière de polissage. Comme le montre la figure 6D, après avoir éliminé le deuxième film 66 de polysilicium par gravure sèche ou gravure humide, le film isolant 67 destiné à isoler est également poli selon le procédé de polissage, en utilisant le film 65 de nitrure comme deuxième barrière de polissage. Puis le film 65 de nitrure est également éliminé. Pour protéger la région active définie par la tranchée vis-à-vis d'une oxydation thermique ultérieure, un film de nitrure est déposé sur celle-ci et imprimé, ce qui fait qu'un film 65' de ni- trure à motifs est formé uniquement sur la région active, comme le montre la figure 6E. De même, on procède à une gravure pour éliminer le film 64 d'oxyde de silicium uniquement sur une région inactive. En conséquence, une surface du premier film 63 de polysilicium est mise à nu. Comme le montre la figure 6G, après élimination du premier film 63 de polysilicium ainsi mis à nu, on procède à une oxydation thermique, par laquelle un film d'oxyde thermique est formé sur la région inactive. De même, comme la région active est enserrée par la tranchée et le film 65' de nitrure au-dessus, l'oxygène ne s'introduit pas dans la région active pendant l'oxy- dation thermique, comme dans le premier mode de réalisation. En conséquence, un film 60 d'oxyde de champ sans bec d'oiseau est formé dans la région inactive. Concernant la figure 6H, tous les films 65', 64, 63 qui restent sur le film 62 d'oxyde de pastille de la région active sont éliminés les uns après les autres, les régions actives étant com- plètement isolées du film 60 d'oxyde de champ par le film isolant 67 rempli dans la tranchée. Comme décrit précédemment, selon le procédé d'isolation de dispositif de la présente in- vention, comme une région active est définie en utilisant une tranchée superficielle remplie d'isolant avant d'effectuer une oxydation thermique, l'oxygène ne pénètre pas dans la région active pendant l'oxydation thermique. Ainsi, un film d'oxyde de champ peut être formée sans formation d'un bec d'oiseau. De plus, pour augmenter l'intégration de circuits intégrés, il est nécessaire de minimiser la formation d'un bec d'oiseau. Le procédé selon la présente invention est applicable à la fabrica- tion de dispositifs à semi-conducteurs nécessaires pour l'intégration d'un giga ou plus. I va de soi que diverses autres modifications seront évidentes pour les hommes de l'art et pourront être apportées par eux sans s'écarter du domaine ni de l'esprit de la présente invention. En conséquence, on ne saurait considérer que l'étendue des revendications ci-dessous se limite à la description présentée ici, mais les revendications doivent plutôt être considérées comme en- globant toutes les caractéristiques de nouveauté brevetables qui résident dans la présente inven- tion, y compris toutes les caractéristiques qui seraient traitées comme équivalentes par les hommes de l'art à qui cette invention s'adresse. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi-conducteurs, le procédé comprenant les étapes consistant à: former séquentiellement un film d'oxyde de pastille, un film de polysilicium et une couche isolante sur un substrat en silicium, ladite couche isolante étant composée d'un premier film d'oxyde de silicium, d'un film de nitrure et d'un deuxième film d'oxyde de silicium formés séquentiellement sur le film en polysilicium; définir des régions actives et inactives en utilisant un photomasque à motifs; eéliminer la couche isolante uniquement sur la région active afin de mettre à nu une surface du film de polysilicium; former une paroi latérale sur les deux bords de la couche isolante sur la région active, ladite paroi latérale étant composée d'un film de nitrure; déposer un troisième film d'oxyde de silicium à la surface du film de polysilicium; éliminer la paroi latérale et graver le substrat sur une profondeur prédéterminée pour for- mer une tranchée; remplir la tranchée avec un matériau isolant et le déposer sur le deuxième film d'oxyde de silicium pour former un film isolant destiné à isoler; éliminer simultanément le deuxième film d'oxyde de silicium et le film d'oxyde de sili- cium, et éliminer le film de polysilicium uniquement sur la région inactive; effectuer une oxydation thermique pour former un film d'oxyde de champ sur la région in- active; et éliminer séquentiellement la couche isolante et le film de polysilicium formés sur la région active. 2. Procédé selon la Revendication 1, comprenant additionnellement l'étape consistant à dé- poser un film de polysilicium sur le film de nitrure et le film d'oxyde de pastille avant d'effec- tuer l'oxydation thermique. 3. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel la profondeur de la tranchée est fixée dans le domaine de 5 gm ou moins, et sa largeur est fixée à 3 PIm ou moins. 4. Procédé selon la Revendication 1, dans lequel le matériau isolant remplissant la tranchée est choisi parmi un BPSG (verre de borophosphosilicate), le nitrure de silicium et un polyimi- de. 5. Procédé de fabrication d'un dispositif à semi-conducteurs, le procédé comprenant les étapes consistant à former séquentiellement un film d'oxyde de pastille, un premier film de polysilicium, un film d'oxyde de silicium, un film de nitrure et un deuxième film de polysilicium sur un substrat en silicium; définir des régions actives et inactives en utilisant un masque de tranchées et former une tranchée des deux côtés de la région active par gravure; remplir la tranchée avec un matériau isolant et le déposer sur le deuxième film de polysili- cium pour former un film isolant pour isoler; polir le film isolant en utilisant le deuxième film de polysilicium comme première barrière de polissage; éliminer le deuxième film de polysilicium et polir le film isolant en utilisant le film de nitru- re comme deuxième barrière de polissage; éliminer le film de nitrure et le film d'oxyde de silicium; déposer un film isolant protecteur uniquement sur la région active; éliminer le premier film de polysilicium pour mettre à nu la surface du film d'oxyde de pas- tille; effectuer une oxydation thermique pour former un film d'oxyde de champ uniquement sur la région inactive; et éliminer les films formés sur le film d'oxyde de pastille de la région active. 6. Procédé selon la Revendication 5, dans lequel la profondeur de la tranchée est fixée dans le domaine de 5 pxm ou moins, et sa largeur est fixée à 3 [an ou moins. 7. Procédé selon la Revendication 5, chaque épaisseur du deuxième film de polysilicium et du film de nitrure étant déterminée en fonction de la profondeur de la tranchée et du choix de la vitesse de polissage du film isolant destiné à isoler, et le premier film de polysilicium ayant une épaisseur d'environ 2000 À et le film d'oxyde de pastille ayant une épaisseur comprise entre 300 et 500 À. 8. Procédé selon la Revendication 5, dans lequel le matériau d'isolation rempli dans la tranchée est choisi parmi un BPSG (verre de borophosphosilicate), le nitrure de silicium et un polyimide.