Brevet FR2792113A1 — publié le 20001013

I Procédé de réalisation d'un circuit intégré comportant une tranchée d'isolation latérale accolée à une zone active d'un transistor, et circuit intégré correspondant. L'invention concerne la fabrication des circuits intégrés, et plus particulièrement la réalisation des tranchées d'isolation latérales accolées à une zone active d'un transistor afin de réduire l'effet parasite de coin d'un tel transistor. Actuellement, la réalisation d'un transistor à effet de champ à grille isolée (transistor MOS) dont la zone active est accolée à une tranchée d'isolation latérale (Shallow Trench Isolation en langue anglaise) conduit à l'obtention d'une dépression ou cavité locale, située au bord de la zone active, entre celle-ci et le matériau isolant (oxyde) de la tranchée. Cette cavité a pour conséquence la présence de polysilicium (matériau formant la grille du transistor) autour du coin arrondi de la zone active, ce qui se traduit par la présence d'un transistor parasite au coin de la zone active. Et, cet effet de coin parasite, se traduit par une tension de seuil du transistor globalement réalisé, inhomogène dans toute la zone active car plus élevée au centre de celle-ci qu'au bord. Ceci provoque donc une augmentation des courants de fuite du transistor global. L'invention vise à apporter une solution à ce problème. Un but de l'invention est de minimiser voire de supprimer totalement l'effet de coin parasite résultant de la réalisation d'une tranchée d'isolation latérale accolée à une zone active d'un transistor. L'invention propose donc, d'une façon générale, un procédé de réalisation d'un circuit intégré comportant une tranchée d'isolation latérale accolée à une zone active d'un transistor. La réalisation de la tranchée comprend la formation sur le substrat d'un empilement de couches comportant une couche dite couche d'arrêt (de par notamment sa fonction d'arrêt lors d'un polissage mécanochimique ultérieur). Cette couche d'arrêt est par exemple formée de nitrure de silicium. Le procédé comprend également une phase de formation d'un bloc de matériau isolant (typiquement constitué d'un ou plusieurs oxydes) dans la tranchée, cette phase de formation comportant une gravure dudit empilement, une gravure de la tranchée et un remplissage de la tranchée par un matériau isolant (typiquement constitué d'un ou plusieurs oxydes). Le procédé comprend encore une phase de finition comportant, préalablement à la formation d'un oxyde de grille sur la zone active du transistor, des étapes de desoxydation superficielles réduisant la taille du bloc de matériau isolant formé dans la tranchée. Selon une caractéristique générale de l'invention, la gravure dudit empilement comporte également une gravure latérale de la couche d'arrêt par rapport au pourtour de l'ouverture de ladite tranchée sur une distance latérale de gravure. Cette distance est choisie compte tenu de la taille de ladite réduction de taille opérée dans la phase de finition, de façon à obtenir dans ladite tranchée, après formation de l'oxyde de grille, un bloc de matériau isolant dont le profil est dépourvu de dépression par rapport au niveau de l'oxyde de grille, ou bien présente par rapport à ce niveau, une dépression localisée dont la profondeur est inférieure à 10 nanomètres (100 ). Les étapes de désoxydation superficielle faisant partie de la phase de finition, sont des étapes classiques bien connues de l'homme du métier et dont les caractéristiques sont parfaitement connues et prédéterminées dans le procédé complet de réalisation du circuit intégré. L'homme du métier saura donc sans difficulté choisir la distance de gravure latérale de la couche de masquage, de façon à obtenir en final le profil recherché. La minimisation de la profondeur de la cavité locale présente au coin de la zone active, voire la suppression totale de cette cavité, permet donc de minimiser, voire de supprimer complètement l'effet de coin parasite. Par ailleurs, la suppression de toute dépression locale peut s'accompagner d'un débordement du bloc de matériau isolant de la tranchée au-dessus de la zone active. Cependant, il est préférable, afin d'optimiser encore les performances du transistor globales, que ce bloc de matériau isolant de la tranchée ne s'étende pas trop au-dessus de la zone active. Aussi, selon un mode préférentiel de mise en oeuvre de l'invention, la distance de la gravure latérale est choisie compte tenu de ladite réduction de taille opérée dans la phase de finition, de façon à obtenir dans ladite tranchée, après formation de l'oxyde de grille, un bloc de matériau isolant dont le profil ne déborde pas sur la zone active ou déborde sur la zone active d'une distance de débordement inférieure à 15 nanomètres (150 ). Même si l'homme du métier peut aisément ajuster la distance de la gravure latérale de façon à obtenir les effets selon l'invention recherchés, il a été observé qu'il était préférable que la distance de ladite gravure latérale soit au moins égale à 10 nanomètres. En effet, une distance de gravure latérale inférieure à 10 nanomètres n'apporterait pas d'amélioration significative quant à la diminution de l'effet parasite de coin, par rapport à l'art antérieur, et pourrait même conduire à l'obtention de cavité locale de profondeur supérieure à 10 nanomètres. De même, il a été observé que la distance de ladite gravure latérale devait être préférentiellement inférieure ou égale à 40 nanomètres, de façon à éviter d'obtenir en final un débordement trop important du matériau isolant de la tranchée sur la zone active. Bien qu'il serait possible d'effectuer simultanément ou quasi simultanément la gravure verticale et la gravure latérale de la couche de nitrure (couche d'arrêt) en effectuant par exemple une gravure isotrope spécifique de cette couche de nitrure, ou en jouant légèrement sur les paramètres de la gravure, il est préférable actuellement d'effectuer la gravure latérale de la couche d'arrêt après la gravure de la tranchée et avant remplissage de cette dernière. Plus précisément, selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on dépose sur la couche d'arrêt, une couche supérieure en un matériau différent de celui de la couche d'arrêt (par exemple en oxyde TEOS). La gravure dudit empilement et de la tranchée comporte une gravure anisotrope en utilisant un masque de résine disposé sur la couche supérieure de l'empilement et dont l'ouverture correspond à l'ouverture de la tranchée. Et on grave latéralement les flancs de la couche d'arrêt préalablement gravée, de façon isotrope, en utilisant ladite couche supérieure (en oxyde TEOS) préalablement gravée comme masque (dur). Par ailleurs, il est préférable de retirer ladite couche supérieure, ayant servi de masque pour la gravure latérale, avant remplissage de la tranchée par le matériau isolant. En effet, ceci permet d'éviter un mauvais remplissage local se caractérisant par des poches exemptes de matériau isolant ("voids" en langue anglaise), dépendant des méthodes de remplissage utilisées. L'invention a également pour objet un circuit intégré, comprenant une tranchée d'isolation latérale accolée à une zone active d'un transistor recouverte d'un oxyde de grille. Selon une caractéristique générale de l'invention, ladite tranchée comporte un bloc de matériau isolant dont le profil est dépourvu de dépression par rapport au niveau de l'oxyde de grille, ou présente par rapport à cedit niveau une dépression localisée dont la profondeur est inférieure à 10 nanomètres. Selon un mode de réalisation de l'invention, le profil du bloc de matériau isolant ne déborde pas sur la zone active ou déborde sur la zone active d'une distance de débordement inférieure à 15 nanomètres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre très schématiquement une portion d'un circuit intégré selon l'art antérieur, présentant un effet de coin parasite; - les figures 2 à 10 illustrent très schématiquement différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et - la figure 11 illustre très schématiquement une portion d'un circuit intégré selon l'invention, ayant abouti à une minimisation voire à une suppression de l'effet de coin. Sur la figure 1, la référence ZA désigne la zone active d'un transistor à effet de champ à grille isolée (transistor MOS) recouverte d'un oxyde de grille OXG disposé sous une couche de polysilicium PLS destinée à former la grille du transistor. La zone active ZA est séparée du reste du circuit intégré par une tranchée d'isolation latérale remplie d'un matériau isolant MI. Comme on peut le voir sur la figure 1, le profil P du bloc de matériau isolant MI présente localement une dépression DPR par rapport au niveau de l'oxyde de grille OXG. De ce fait, du polysilicium vient entourer le coin arrondi de la zone active ZA créant ainsi, lors du fonctionnement du transistor, un transistor parasite de coin. La tension de seuil de ce transistor de coin est inférieure à la tension de seuil mesurée au centre de la zone active et le courant de fuite (Ioff) du transistor global s'en trouve augmenté. L'invention vise à minimiser voire à supprimer un tel effet de coin parasite, en proposant le procédé selon l'invention dont un mode de mise en oeuvre va maintenant être décrit en se référant plus particulièrement aux figures 2 à 1 l. Sur la figure 2, la référence 1 désigne un substrat, par exemple en silicium de type P. ayant typiquement une épaisseur de l'ordre de 3 microns. On forme sur la surface supérieure du substrat 1 une couche sacrificielle d'oxyde ou couche tampon 2, typiquement par croissance de dioxyde de silicium. L'épaisseur d'une telle couche, communément appelée par l'homme du métier "padox", est typiquement de l'ordre de 50 à 200 À. On dépose ensuite, sur la couche tampon 2, une couche 3, que l'on dénomme ici "couche d'arrêt" en raison de sa fonction ultérieure dont on reviendra plus en détail ci-après. Cette couche d'arrêt est typiquement obtenue par un dépôt chimique en phase vapeur (dépôt CVD) et est par exemple formée de nitrure de silicium Si3N4. L'épaisseur d'une telle couche est de l'ordre de 1000 À à 2000 A. On dépose ensuite sur la couche d'arrêt 3, une couche supérieure 4 formée dans l'exemple décrit d'oxyde tétraorthosilicate d'éthyle (TEOS en langue anglaise) et ayant par exemple une épaisseur de l'ordre de 200 . Comme on le verra plus en détail ci-après, cette couche supérieure servira de masque pour une gravure latérale de la couche d'arrêt en nitrure de silicium 3. Le dépôt de cette couche 4 est effectué de façon classique, par exemple par un dépôt CVD. On dépose ensuite, de façon connue en soi, un bloc de résine 5 que l'on grave localement également de façon connue en soi, de façon à définir les caractéristiques du pourtour de l'ouverture de la future tranchée (l'ouverture 6 du bloc de résine correspond à l'ouverture de la tranchée). On effectue ensuite (figure 3) une série de gravures anisotropes sèches par plasma au sein d'un même équipement de gravure connu en soi. On grave donc successivement, en utilisant le masque de résine, la couche supérieure 4 puis la couche d'arrêt 3, puis la couche d'oxyde 2 et enfin la tranchée 7. Bien entendu, les caractéristiques chimiques des gravures successives sont modifiées d'une façon connue en soi au fur et à mesure des couches gravées. On retire ensuite la résine de l'empilement illustré sur la figure 3. Celui-ci se compose donc de deux portions 40 de la couche supérieure 4 localement gravée, de deux portions 30 de la couche d'arrêt 3 localement gravée et de deux portions 20 de la couche d'oxyde 2 localement gravée. On procède ensuite (figure 4) à une gravure latérale des flancs de chaque portion 30 de la couche d'arrêt sur une distance latérale de gravure d. Cette gravure latérale est obtenue par exemple en effectuant une gravure humide isotrope dans un bain de H3PO4. Lors de cette gravure isotrope, les deux portions 40 de la couche supérieure 4 préalablement gravée, sont utilisées comme masque de gravure. Il convient de noter ici qu'on choisit le matériau de la couche supérieure 4, de façon à ce que la sélectivité de la gravure de la couche d'arrêt soit élevée par rapport au matériau composant la couche supérieure 4. On obtient donc sur la figure 4 deux portions 31 de couche d'arrêt latéralement gravée par rapport au pourtour de l'ouverture de la tranchée. La distance latérale de gravure d est de préférence au moins égale à 100 et au plus égale à 400 A, par exemple égale à 250 À. A titre indicatif, la largeur de l'ouverture de la tranchée est de l'ordre de 0,4 micron pour une technologie de 0,18 micron. On procède ensuite à un nettoyage des parois de la tranchée ainsi qu'à une désoxydation dans un bain d'acide fluorhydrique de façon à consommer un partie de l'oxyde 20 afin, comme on le verra plus en détail ci- après, d'améliorer l'arrondi des coins de la zone active pour minimiser encore l'effet parasite de coin. Cette étape de désoxydation permet également simultanément, sans adjonction d'une autre étape particulière, de retirer la couche de masque dur 40. Il convient de noter ici que l'étape de désoxydation conduit à un retrait d'une partie de l'oxyde 20 sous la couche de nitrure 31, comme illustré plus particulièrement sur la figure 5 par la référence 21. On procède ensuite (figure 6) à une oxydation des parois de la tranchée, notamment en réalisant une croissance thermique de dioxyde de silicium 8. Cette étape d'oxydation a pour but non seulement de contrôler les états de surface des flancs de la tranchée, mais également d'arrondir les coins de la cavité comme expliqué ci-avant. En outre, l'homme du métier aura remarqué que la gravure latérale de la couche de nitrure selon l'invention permet une meilleure exposition des coins de la zone active et par conséquent améliore l'arrondi des coins durant cette étape 1 5 d'oxydation. On procède ensuite (figure 7) au remplissage de la tranchée par un matériau isolant. Plus précisément, ce matériau isolant est composé ici tout d'abord de dioxyde de silicium 9 déposé de façon anisotropique par plasma haute densité dans une chambre à plasma, de façon connue en soi, sur une épaisseur typiquement de l'ordre de 4000 à 5500 A. Cet oxyde est moins dense que du dioxyde de silicium obtenu par croissance. On dépose ensuite dans un four, par un dépôt conforme effectué de façon connue en soi, du tétraorthosilicate d'éthyle (TEOS), référencé , sur une épaisseur typiquement de l'ordre de 3000 A à 5000 A. Après un recuit de densification, on forme un bloc de résine 1 1 sur la surface supérieure du matériau isolant 10 et l'on effectue (figure 8) une gravure du matériau isolant en utilisant le bloc de résine comme masque. On obtient alors la configuration illustrée très schématiquement sur la figure 8, sur laquelle, après gravure, le bloc d'oxyde TEOS comporte deux pointes 100 et 101. Il convient de noter ici qu'en raison de la gravure latérale de la couche d'arrêt (3, 30), on obtient une distance plus importante entre les deux portions restantes 31 de la couche d'arrêt, ce qui conduit, en raison du dépôt conforme de l'oxyde 10, à l'obtention d'un bloc d'oxyde global moins important, ce qui facilite le polissage mécano-chimique qui est effectué à l'étape suivante avec arrêt sur la couche de nitrure 31 de façon à obtenir la configuration illustrée sur la figure 9. Sur cette figure 9, la référence MI désigne le bloc de matériau isolant présent dans la tranchée après polissage mécano-chimique. Par ailleurs, le retrait de la couche 40 de TEOS lors de la desoxydation avant remplissage par le matériau isolant de la tranchée, permet un remplissage homogène sans cavités ("voids"). Après retrait de la couche d'arrêt 31 par une gravure connue en soi, on obtient la configuration illustrée sur la figure 10. L'homme du métier remarque alors que le bloc de matériau isolant MI recouvre les coins des zones actives adjacentes, ce qui, comme on va le voir maintenant plus en détail, va contribuer en final à limiter, voire à supprimer, la dépression locale à l'origine de l'effet de coin parasite. Plus précisément, après l'étape de retrait de la couche de nitrure, il est habituel d'effectuer des phases de désoxydation et d'oxydation que l'on va maintenant décrire plus en détail. A partir de la configuration illustrée sur la figure 10, on procède à une première désoxydation conduisant au retrait de la couche d'oxyde 21 (padox). Puis, on procède à une oxydation du bloc semi- conducteur conduisant à la formation, notamment sur les zones actives, d'une couche d'oxyde sacrificielle d'une épaisseur typiquement de 100 A (communément désignée par l'homme du métier sous la dénomination "Sacox"). Cette oxydation précède les diverses implantations de dopants. On procède ensuite à une deuxième désoxydation pour retirer cette couche d'oxyde sacrificielle avant de former sur les zones actives la couche d'oxyde de grille ayant typiquement une épaisseur de l'ordre de 35 À. On obtient alors la configuration illustrée très schématiquement sur la figure 11. Sur cette figure 1l 1, la référence OXG désigne l'oxyde de grille et la référence MI désigne le bloc de matériau isolant présent dans la tranchée après cette phase de finition. Les étapes de désoxydation ayant eu lieu pendant cette phase de finition, ont consommé une partie du bloc isolant MI illustrée sur la figure 10, conduisant alors à l'obtention sur les flancs du bloc MI d'un profil P. Sur cette figure 1l 1, on remarque que le profil P ne présente pas de dépression, c'est-à-dire de cavité, s'étendant sous le niveau NV de l'oxyde de grille (illustré en tiretés sur la figure 11). Le matériau isolant du bloc émis ne déborde également pas sur la zone active. De ce fait, le dépôt de polysilicium formant le matériau de grille ne conduira pas à l'obtention de polysilicium autour du coin arrondi de la zone active, ce qui supprime l'effet de coin parasite. D'une façon générale, la distance de gravure latérale d (figure 4) est ajustée compte tenu des consommations d'oxyde dans les désoxydations du padox et du sacox effectuées dans la phase de finition, pour obtenir la configuration illustrée sur la figure 11. Il est également possible, de tolérer en fin de phase de finition, que le profil P présente une légère dépression localisée au niveau du coin de la zone active, dont la profondeur par rapport au niveau NV de l'oxyde de grille n'excède pas 100 . De même, il est possible de tolérer à l'issue de la phase de finition, que le profil P du bloc de matériau isolant MI déborde légèrement sur la zone active ZA, tout en n'excédant pas de préférence une distance de débordement de 15 nanomètres, afin de ne pas trop détériorer les autres performances du transistor. O REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un circuit intégré comportant une tranchée d'isolation latérale accolée à une zone active d'un transistor, comprenant la formation sur le substrat (1) d'un empilement de couches comportant une couche d'arrêt (3), une phase de formation d'un bloc de matériau isolant (MI) dans la tranchée comportant une gravure dudit empilement, une gravure de ladite tranchée dans le substrat, un remplissage de ladite tranchée par un matériau isolant, et une phase de finition comportant, préalablement à la formation d'un oxyde de grille (OXG) sur la zone active du transistor, des étapes de désoxydations superficielles réduisant la taille du bloc de matériau isolant (MI) formé dans la tranchée, caractérisé par le fait que la gravure dudit empilement comporte également une gravure latérale de la couche d'arrêt (3) par rapport au pourtour de l'ouverture de ladite tranchée (7) sur une distance latérale (d) choisie compte tenu de ladite réduction de taille opérée dans la phase de finition de façon à obtenir dans ladite tranchée, après formation de l'oxyde de grille, un bloc de matériau isolant (MI) dont le profil (e) est dépourvu de dépression par rapport au niveau de l'oxyde de grille, ou présente par rapport à ce niveau une dépression localisée dont la profondeur est inférieure à 10 nanomètres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la distance latérale de gravure (d) est choisie compte tenu de ladite réduction de taille opérée dans la phase de finition de façon à obtenir dans ladite tranchée, après formation de l'oxyde de grille, un bloc de matériau isolant (MI) dont le profil ne déborde pas sur la zone active ou déborde sur la zone active d'une distance de débordement inférieure à 15 nanomètres. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la distance latérale (d) de ladite gravure est au moins égale à 10 nanomètres. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la distance latérale ((d) de ladite gravure est inférieure ou égale à 40 nanomètres. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la gravure latérale de la couche d'arrêt (3) est Il effectuée après la gravure de la tranchée (7) et avant remplissage de la tranchée. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on dépose sur la couche d'arrêt (3), une couche supérieure (4) en un matériau différent de celui de la couche d'arrêt, par le fait que la gravure dudit empilement et de la tranchée comporte une gravure anisotrope en utilisant un masque de résine (5) disposé sur la couche supérieure de l'empilement et dont l'ouverture (6) correspond à l'ouverture de la tranchée, et par le fait qu'on grave latéralement les flancs de la couche d'arrêt préalablement gravée, de façon isotrope en utilisant ladite couche supérieure préalablement gravée (40) comme masque. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'on retire ladite couche supérieure (40) avant remplissage de la tranchée. 8. Circuit intégré, comprenant une tranchée d'isolation latérale accolée à une zone active d'un transistor recouverte d'un oxyde de grille, caractérisé par le fait que ladite tranchée comporte un bloc de matériau isolant (MI) dont le profil (P) est dépourvu de dépression par rapport au niveau de l'oxyde de grille (OXG), ou présente par rapport à ce niveau (NV) une dépression localisée dont la profondeur est inférieure à 10 nanomètres. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le profil (P) du bloc de matériau isolant (MI) ne déborde pas sur la zone active ou déborde sur la zone active d'une distance de débordement inférieure à 15 nanomètres.