Brevet FR2775830A1 — publié le 19990910

PROCEDE D'ATTAQUE DE NITRURE DE SILICIUM L'invention concerne un procédé d'attaque dans un circuit inté- gré, et elle concerne plus particulièrement un procédé d'attaque de la couche de nitrure de silicium de recouvrement (SiN de recouvrement) sur une grille en silicium polycristallin, ou d'une couche de nitrure de silicium de masque pour la fabrication d'une isolation par tranchée de faible pro- fondeur visant à améliorer le biais de la dimension critique. En se référant à la figure 1, on voit une grille en silicium poly- cristallin classique. Sur un substrat semiconducteur 100, une grille en silicium polycristallin comprend une couche d'oxyde de grille 101, une couche de silicium polycristallin 102, une couche de siliciure de métal 103, par exemple du siliciure de tungstène (WSi) du fait de la conducti- vité très médiocre du silicium polycristallin, et une couche de nitrure de silicium de recouvrement 104. La couche de nitrure de silicium de recou- vrement 104 est formée pour éviter l'endommagement de la grille en sili- cium polycristallin au cours du processus suivant, par exemple un en- dommagement occasionné pendant la formation d'une région de source/drain ou d'une fenêtre auto-alignée. De plus, avec la formation de la couche de nitrure de silicium de recouvrement, I'effet d'étranglement occasionné par un processus d'exposition ultérieur, pendant une opéra- tion de photolithographie, est évité. Dans un processus classique de dé- finition de motif dans la couche de nitrure de silicium, on forme tout d'abord une couche de nitrure de silicium. En utilisant un photomasque, on forme une couche de résine photosensible sur la couche de nitrure de silicium. On enlève ensuite la couche de nitrure de silicium à nu, par at- taque par plasma anisotrope. Dans le procédé classique, on utilise des polymères du type fluorométhane (CFx), par exemple une composition trifluorométhane (CHF3)/tétrafluorométhane (CF4)/argon (Ar). Les débits du trifluorométhane et du tétrafluorométhane sont d'environ 30 cm3/min à cm3/min, et le débit de l'argon est d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min. On notera que ces débits, ainsi que tous ceux qui sont mention- nés dans la suite de la description et dans les revendications sont expri- mes par des valeurs ramenées aux conditions normales. Du fait que les particules du polymère consistant en fluorométhane sont très grandes, la surface attaquée est très grossière et déchiquetée. Un biais de dimen- sion critique de valeur élevée est donc produit. Dans le processus sui- vant, par exemple dans la photolithographie suivante, un défaut d'ali- gnement important, ou une erreur pendant l'exposition, se produit aisé- ment à cause d'un biais de dimension critique de valeur élevée, ce qui fait que la fiabilité du dispositif est diminuée, et la qualité de production est dégradée. D'autre part, un problème similaire apparaît lorsqu'on forme une isolation par tranchée de faible profondeur. En se référant à la figure 2a, on note qu'on forme une couche de nitrure de silicium de masque 201 sur un substrat semiconducteur 200. On forme une couche de résine photo- sensible 202 sur la couche de nitrure de silicium de masque 201. En utili- sant des opérations de photolithographie et d'attaque, on définit la cou- che de résine photosensible 202 comme représenté en 202a sur la figure 2a. En se référant à la figure 2b, on note qu'on attaque la couche de nitrure de silicium 201 à nu, en utilisant l'attaque par plasma aniso- trope. Dans le procédé classique, on utilise des polymères du type fluo- rométhane (CFx), par exemple une composition trifluorométhane (CHF3)/ tétrafluorométhane (CF4)/argon (Ar). Les débits du trifluorométhane et du tétrafluorométhane (ramenés aux conditions normales) sont d'environ 30 cm3/min à 70 cm3/min, et le débit de l'argon (ramené aux conditions nor- males) est d'environ 400 cm3/min a 800 cm3/min. Du fait que les particu- les du polymère du type fluorométhane sont très grandes, la surface at- taquée est très grossière et déchiquetée. Un biais de dimension critique de valeur élevée est donc produit. La couche de nitrure de silicium ré- sultante 201a est représentée sur la figure. De plus, pendant l'attaque, une couche de fluorure est formée. La formation du fluorure occasionne une difficulté dans la formation d'une couche d'oxyde de grille dans le processus suivant. En utilisant un procédé classique, on enlève une par- tie du substrat semiconducteur 200, de façon à former une tranchée à l'intérieur du substrat 200. En remplissant la tranchée avec un matériau isolant, par exemple un oxyde, on forme une isolation par tranchée de faible profondeur. Un but de l'invention est donc de procurer un procédé d'attaque d'une couche de nitrure de silicium. En utilisant une matière réactive d'attaque différente, le biais de la dimension critique est diminué. Par conséquent, la fiabilité de dispositifs est augmentée et la qualité de pro- duction est améliorée. Un autre but de l'invention est donc de procurer un procédé d'attaque d'une couche de nitrure de silicium. En utilisant une matière réactive d'attaque différente, la couche de nitrure de silicium est atta- quée sans formation d'une couche de fluorure, grâce à quoi la formation d'une couche d'oxyde de grille n'est pas affectée. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un procé- dé d'attaque d'une couche de nitrure de silicium. Pendant la formation d'une couche de nitrure de silicium de recouvrement sur une grille en sili- cium polycristallin, une couche mince de polymère est formée simultané- ment sur la couche de nitrure de silicium de recouvrement. La hauteur de la grille en silicium polycristallin est augmentée, de façon qu'une inter- connexion, par exemple un bouchon de métal, soit formée avec une plus grande profondeur dans le processus de métallisation ultérieur. Avec une plus grande profondeur, I'aire de surface est augmentée, et par consé- quent la capacité de l'interconnexion est augmentée. On obtient donc une vitesse de fonctionnement plus élevée. Pour atteindre ces buts et avantages, et conformément à l'objet de l'invention, telle qu'elle est mise en oeuvre et décrite ici de façon gé- nérale, l'invention porte sur un procédé d'attaque d'une couche de nitrure de silicium. Sur un substrat semiconducteur sur lequel sont formées une couche de nitrure de silicium et une couche de résine photosensible sur la couche de nitrure de silicium, on enlève la couche de nitrure de sili- cium par attaque par plasma anisotrope, en utilisant à titre de masque la couche de résine photosensible. On utilise à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote. Le tétrafluorométhane avec un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min est utilisé pour enlever la couche de nitrure de silicium à nu. L'argon avec un debit d'environ 400 cm3/min a 800 cm3/min est utilisé pour le bombarde- ment par des particules. L'azote avec un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min est utilisé pour former une couche de polymère mince et dure sur la couche de nitrure de silicium. Pour atteindre ces buts et avantages, et conformément à l'objet de l'invention, telle qu'elle est mise en oeuvre et décrite ici de façon gé- nérale, I'invention porte sur un procédé de fabrication d'une grille en sili- cium polycristallin. On fournit un substrat semiconducteur ayant une cou- che d'oxyde de grille, une couche de silicium polycristallin sur la couche d'oxyde de grille, une couche de siliciure de métal sur la couche de sili- cium polycristallin, une couche de nitrure de silicium sur la couche de silicium polycristallin, et une couche de résine photosensible recouvrant une partie de la couche de nitrure de silicium. En utilisant l'attaque par plasma anisotrope, on enlève la couche de nitrure de silicium à nu. On utilise à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétrafluoromé- thane, d'argon et d'azote. Le tétrafluorométhane avec un débit d'environ cm3/min à 80 cm3/min est utilisé pour enlever la couche de nitrure de silicium à nu. L'argon avec un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min est utilisé pour le bombardement par des particules. L'azote avec un dé- bit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min est utilisé pour former une couche de polymère mince et dure sur la couche de nitrure de silicium. Pour atteindre ces buts et avantages, et conformément à l'objet de l'invention, telle qu'elle est mise en oeuvre et décrite ici de façon gé- nérale, I'invention porte sur un procédé de fabrication d'une isolation par tranchée de faible profondeur. On fournit un substrat semiconducteur sur lequel sont formées une couche de nitrure de silicium et une couche de résine photosensible recouvrant une partie de la couche de nitrure de silicium. On enlève la couche de nitrure de silicium à nu par attaque par plasma anisotrope, jusqu'à ce que le substrat semiconducteur soit mis à nu. On utilise à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétra- fluorométhane, d'argon et d'azote. Le tétrafluorométhane avec un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min est utilisé pour enlever la couche de nitrure de silicium à nu. L'argon avec un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min est utilisé pour le bombardement par des particules. L'azote avec un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min est utilisé pour former une couche de polymère mince et dure sur la couche de nitrure de sili- cium. On enlève la couche de résine photosensible. On enlève une partie du substrat semiconducteur à nu, pour former une tranchée. On remplit la tranchée avec un matériau isolant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexes, dans lesquels: La figure 1 montre un processus de fabrication classique d'une grille en silicium polycristallin; Les figures 2a et 2b montrent un procédé classique de fabrica- tion d'une isolation par tranchée de faible profondeur; Les figures 3a et 3b montrent un procédé de fabrication d'une grille en silicium polycristallin dans un mode de réalisation préféré con- forme à l'invention; et Les figures 4a à 4c montrent un procédé de fabrication d'une isolation par tranchée de faible profondeur dans un mode de réalisation préféré conforme à l'invention. En se référant aux figures 3a à 3b, on voit une illustration d'un procédé de fabrication d'une grille en silicium polycristallin dans le pre- mier mode de réalisation préféré conforme à l'invention. En se référant à la figure 3a, on note qu'on fournit un substrat semiconducteur 300 ayant une structure d'isolation 301, par exemple une couche d'oxyde de champ, une couche d'oxyde de grille 302 sur celle-ci, une première couche de silicium polycristallin 303 et 303a respectivement sur la couche d'oxyde de grille 302 et sur la structure d'isolation 301, et une couche de siliciure de métal, par exemple une couche de siliciure de tungstène, 304 et 304a, respectivement sur la couche de silicium poly- cristallin 303 et 303a. En se référant à la figure 3b, on note qu'on forme une couche de nitrure de silicium sur le substrat semiconducteur 300. On définit une couche de résine photosensible (non représentée) et on l'aligne avec la couche de silicium polycristallin 303 et 303a sur la couche de nitrure de silicium, pour recouvrir une partie de la couche de nitrure de silicium. On enlève la couche de nitrure de silicium à nu, par attaque par plasma ani- sotrope. On utilise à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote. Le tétrafluorométhane avec un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min est utilisé pour enlever la couche de nitrure de silicium à nu. L'argon avec un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min est utilisé pour le bombardement par des parti- cules. L'azote avec un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min est utili- sé pour former une couche de polymère mince et dure sur la couche de nitrure de silicium. Comme le montre la figure, après l'enlèvement de la couche de résine photosensible, une couche de nitrure de silicium de re- couvrement 305, 305a et une couche de polymère 306, 306a sont for- mées séquentiellement sur la couche de siliciure de métal 304 et 304a. Le processus d'attaque ci-dessus améliore effectivement le biais de la dimension critique de la couche de nitrure de silicium. En ou- tre, une couche de polymère mince et dure est formée sur la couche de nitrure de silicium. Dans le processus de métallisation qui est effectué à la suite pour former une interconnexion, par exemple un bouchon de métal, la profondeur de l'interconnexion est augmentée, ce qui fait que I'aire de surface est augmentée. Par conséquent, la capacité est aug- mentée et la vitesse de fonctionnement du dispositif est augmentée. Les figures 4a à 4c montrent un procédé de fabrication d'une isolation par tranchée de faible profondeur dans le second mode de réa- lisation conforme à l'invention. En se référant à la figure 4a, on note qu'on fournit un substrat semiconducteur 400 sur lequel sont formées une couche de nitrure de silicium 401 et une couche de résine photosensible 402 recouvrant une partie de la couche de nitrure de silicium. Le substrat semiconducteur 400 recouvert par la couche de nitrure de silicium 401 à nu est une zone prédéterminée pour former une isolation par tranchée de faible profon- deur. En se référant à la figure 4b, on note qu'on enlève la couche de nitrure de silicium à nu, par attaque par plasma anisotrope, jusqu'à ce que le substrat semiconducteur soit mis à nu. On utilise à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote. Le tétrafluorométhane avec un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min est utilisé pour enlever la couche de nitrure de silicium à nu. L'argon avec un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min est utilisé pour le bombardement par des particules. L'azote avec un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min est utilisé pour former une couche de polymère mince et dure sur la couche de nitrure de silicium. Avec la matière réac- tive d'attaque ci-dessus, la formation d'une couche de fluorure est évitée, ce qui fait que la formation d'un oxyde de grille dans le processus qui suit n'est pas affectée. On enlève ensuite la couche de résine photosen- sible 402, et la structure résultante est celle qui est représentée sur la figure. En se référant à la figure 4c, on note qu'en utilisant un procédé classique, on enlève une partie du substrat semiconducteur 400 a nu, pour former une tranchée. En remplissant la tranchée avec un matériau isolant, par exemple de l'oxyde, on forme une isolation par tranchée de faible profondeur 403. Une caractéristique de l'invention est donc de procurer un pro- cédé d'attaque avec une mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote à titre de matière réactive d'attaque. Le tétrafluorométhane avec un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min est utilisé pour enlever la couche de nitrure de silicium à nu. L'argon avec un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min est utilisé pour le bombardement par des parti- cules. L'azote avec un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min est utili- sé pour former une couche de polymère mince et dure sur la couche de nitrure de silicium. En utilisant la fonction de la matière réactive d'atta- que, on améliore effectivement le biais de la dimension critique de la couche de nitrure de silicium. Lorsqu'on fabrique une grille en silicium polycristallin, on forme une couche mince de polymère sur la couche de nitrure de silicium de recouvrement pour augmenter la profondeur d'une interconnexion qui sera formée par la suite. La capacité de l'intercon- nexion est donc augmentée, et par conséquent la vitesse de fonctionne- ment du dispositif est augmentée. D'autre part, pendant la formation d'une isolation par tranchée de faible profondeur, I'utilisation de la ma- tière réactive d'attaque de l'invention empêche la formation d'une couche de fluorure. Par conséquent, la formation d'une couche d'oxyde de grille dans le processus qui suit n'est pas affectée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être ap- portées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Procédé d'attaque d'une couche de nitrure de silicium, dans lequel on fournit un substrat semiconducteur (400) comprenant une cou- che de nitrure de silicium (401) sur le substrat et une couche de résine photosensible (402) recouvrant une partie de la couche de nitrure de silicium, caractérisé en ce qu'on enlève la couche de nitrure de silicium (401) à nu en utilisant un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote, à titre de matière réactive d'attaque. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tétrafluorométhane a un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min; I'argon a un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min; et l'azote a un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction du tétrafluorométhane est d'enlever la couche de nitrure de sili- cium (401) à nu; la fonction de l'argon est le bombardement par des par- ticules; et la fonction de l'azote est de former une couche mince de poly- mère sur la couche de nitrure de silicium (401). 4. Procédé d'attaque d'une couche de nitrure de silicium, dans lequel on fournit un substrat semiconducteur (400) comprenant une cou- che de nitrure de silicium (401) sur le substrat et une couche de résine photosensible (402) recouvrant une partie de la couche de nitrure de sili- cium, caractérisé en ce qu'on enlève la couche de nitrure de silicium (401) à nu en utilisant à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote, dans lequel: le tétrafluoro- méthane destiné à enlever la couche de nitrure de silicium (401) à nu a un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min; I'argon destiné au bombar- dement par des particules a un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min; et l'azote destiné à former une couche mince de polymère sur la couche de nitrure de silicium (401) a un débit d'environ 20 cm3/min à cm3/min. 5. Procédé de fabrication d'une grille en silicium polycristallin, dans lequel on fournit un substrat semiconducteur (300) ayant une cou- che d'oxyde de grille (302), une couche de silicium polycristallin (303, 303a) et une couche de siliciure de métal (304, 304a) définies sur la couche d'oxyde de grille (302), une couche de nitrure de silicium (305, 305a) sur la couche de siliciure de métal (304, 304a), et une couche de résine photosensible recouvrant une partie de la couche de nitrure de silicium (305, 305a), caractérisé en ce qu'on enlève la couche de nitrure de sili- cium à nu en utilisant un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote, à titre de matière réactive d'attaque; et on enlève la couche de résine photosensible. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la formation d'une couche de polymère (306, 306a) sur la couche de nitrure de silicium (305, 305a). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tétrafluorométhane a un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min; I'argon a un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min; et l'azote a un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fonction du tétrafluorométhane est d'enlever la couche de nitrure de sili- cium a nu; la fonction de l'argon est le bombardement par des particules; et la fonction de l'azote est de former une couche mince de polymère (306, 306a) sur la couche de nitrure de silicium (305, 305a). 9. Procédé de fabrication d'une grille en silicium polycristallin, dans lequel on fournit un substrat semiconducteur (300) ayant une cou- che d'oxyde de grille (302), une couche de silicium polycristallin (303, 303a) et une couche de siliciure de métal (304, 304a) définies sur la cou- che d'oxyde de grille (302), une couche de nitrure de silicium (305, 305a) sur la couche de siliciure de métal (304, 304a), et une couche de résine photosensible recouvrant une partie de la couche de nitrure de silicium (305, 305a), caractérisé en ce qu'on enlève la couche de nitrure de sili- cium à nu par attaque par plasma anisotrope avec à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote; on forme une couche mince de polymère (306, 306a) sur la couche de nitrure de silicium (305, 305a); et on enlève la couche de résine photo- sensible; et en ce que le tétrafluorométhane pour enlever la couche de nitrure de silicium à nu a un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min; I'argon pour le bombardement par des particules a un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min; et l'azote pour la formation d'une couche mince de polymère (306, 306a) sur la couche de nitrure de silicium (305, 305a) a un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min. 10. Procédé de formation d'une isolation par tranchée de faible profondeur, dans lequel on fournit un substrat semiconducteur (400) ayant une couche de nitrure de silicium (401) et une couche de résine photosensible (402) recouvrant une partie de la couche de nitrure de sili- cium, caractérisé en ce qu'on enlève la couche de nitrure de silicium (401) à nu en utilisant à titre de matière réactive d'attaque un mélange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote, jusqu'à ce que le substrat se- miconducteur (400) soit mis à nu; on enlève la couche de résine photo- sensible (402); on enlève une partie du substrat semiconducteur (400) à nu, pour former une tranchée (403); et on remplit la tranchée (403) avec un matériau isolant. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 5 ou 10, caractérisé en ce qu'on enlève la couche de nitrure de silicium (401) à nu en par attaque par plasma anisotrope. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tétrafluorométhane a un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min; I'argon a un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min; et l'azote a un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la fonction du tétrafluorométhane est d'enlever la couche de nitrure de sili- cium (401) à nu; la fonction de l'argon est le bombardement par des par- ticules; et la fonction de l'azote est de former une couche mince de poly- mère sur la couche de nitrure de silicium (401). 14. Procédé de formation d'une isolation par tranchée de faible profondeur, dans lequel on fournit un substrat semiconducteur (400) ayant une couche de nitrure de silicium (401) et une couche de résine photosensible (402) recouvrant une partie de la couche de nitrure de sili- cium, caractérisé en ce qu'on enlève la couche de nitrure de silicium (401) à nu en utilisant une attaque par plasma anisotrope avec un mé- lange de tétrafluorométhane, d'argon et d'azote à titre de matière réac- tive d'attaque, jusqu'à ce que le substrat semiconducteur (400) soit mis à nu; on enlève la couche de résine photosensible (402); on enlève une partie du substrat semiconducteur (400) à nu, pour former une tranchée (403); et on remplit la tranchée (403) avec un matériau isolant; et en ce que le tétrafluorométhane pour enlever la couche de nitrure de silicium (401) à nu a un débit d'environ 40 cm3/min à 80 cm3/min; I'argon pour le bombardement par des particules a un débit d'environ 400 cm3/min à 800 cm3/min; et l'azote pour former une couche mince de polymère sur la couche de nitrure de silicium (401) a un débit d'environ 20 cm3/min à 60 cm3/min.