DE69510866T2 - Lokaloxidierung von Silizium mit Isolierungsverfahren durch maskierte Seitenflächen - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauteilen und insbesondere Verfahren zur Bauteilherstellung, bei der eine Siliziumdioxydschicht zwischen aktiven Bereichen eines Siliziumsubstrats ausgebildet ist.
Hintergrund der Erfindung
• Bei Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauteilen, z. B. von integrierten Schaltkreisen, wird die Oberfläche des Halbleitersubstrats oder Wafers typischerweise in Bereiche unterteilt, in denen aktive Bauteile und im Substrat eingebettete Verbindungen ausgebildet werden sollen, und in andere dielektrische Bereiche, welche diese aktiven Bereiche elektrisch voneinander trennen. Die dielektrischen Bereiche sind typischerweise aus Siliziumdioxyd und werden typischerweise als Feldoxyd bezeichnet. Viele Techniken für die Ausbildung von Feldoxyd sind vorgeschlagen worden. Eine gewöhnlich eingesetzte Technik ist die örtliche Oxydation von Silizium (localized oxidation of silicon, LOCOS). Bei der LOCOS-Technik werden die aktiven Bereiche des Siliziumsubstrats mit einer Siliziumnitridschicht maskiert, während die Feldoxydbereiche thermisch oxydiert werden, um einen dielektrischen Feldbereich zu bilden. Obwohl die LOCOS- Technik üblicherweise eingesetzt wird, gibt es Mängel bei der aktuellen Technik, die das Ergebnis oder die Leistung des Endprodukts herabsetzen.
• Ein Mangel wird gewöhnlich als das Vogelschnabelproblem bezeichnet, wobei sich das Feldoxyd unter die maskierende Nitridschicht erstreckt und etwas vom nutzbaren aktiven Bereich verbraucht. Weitere Probleme bei bekannten Feldoxyd- Bildungsprozessen umfassen durch Spannungen induzierte Versetzungen an den Rändern der aktiven Bereiche, und das Vorhandensein einer relativ unebenen Oberfläche in oder nahe bei dem vollständig ausgebildeten Feldoxyd. Die unebenen Aussparungen oder Nuten an den Rändern des aktiven Bereichs verschlechtern oftmals das nachfolgend ausgebildete Gate- Oxyd, wodurch Einschlüsse von Resten leitfähiger Schichten entstehen können, die Kurzschlußwege erzeugen. Obwohl die dem thermischen Oxydwachstum zugeordneten Probleme durch Abscheiden des Feldoxydes auf dem Substrat vermieden werden, ist es vorteilhaft, nicht die gesamte Dicke des Feldoxydes über der Substratoberfläche zu haben. Folglich werden verbesserte Verfahren zum thermischen Wachsen des Feldoxydes gesucht.
• Die Wichtigkeit, die oben genannten verschiedenen Mängel zu beheben, wird durch die ausgiebige technologische Entwicklungsarbeit, die auf diese Sache gerichtet ist, bewiesen, wie durch die relevante Patent- und technische Literatur dokumentiert wird. Die relevante technische Literatur umfaßt die folgenden Artikel: Oldham, et al., "Isolation Technology For Scaled MOS VLSI" IEDM 82, Seiten 216-219 (1982); Chiu, et al., "A Bird's Beak Free Local Oxidation Technology Feasible For VLSI Circuits Fabrication" IEEE Transactions on Electron Devices, Seiten 536-540 (April 1982); Chiu et al., "The Sloped-Wall SWAMI-A Defect-Free Zero Bird's Beak Local Oxidation Process For Scaled VLSI Technology" IEEE Transactions on Electron Devices, Seiten 1056-1511 (November 1983); Fang et al., "Defect Characteristics and Generation Mechanism In a Bird Beak Free Structure By Sidewall Masked Technique "Journal of Electrochemical Society, Seiten 190-196 (1983); Tsi et al., "A New Fully Recessed-Oxide (FUROX) Field Isolation Technology For Scaled VLSI Circuit Fabrication" IEEE Electron Device Letters, Seiten 124-126 (Februar 1986); Kahng et al., "A Method For Saving Planar Isolation Oxides Using Oxidation Protected Sidewalls" Journal of Electrochemical Society, Seiten 2468-2471 (November 1980); Chiu et al., "The SWAMI-A Defect Free And Near-Zero Bird'S Beak Local Oxidation Process And Its Application In VLSI Technology" IEDM 82, Seiten 224- 227 (1982); Inuishi et al., "Defect Free Process Of A Bird's Beak Reduces LOCOS" Abstract No. 273 in an unknown publication Seiten 40-410 (1985 oder später); Teng et al., "Optimization of Sidewall Masked Isolation Process" IEEE Journal of Solid-State Circuits, Seiten 44-51, (Februar 1985). Die Verschiedenartigkeit und Komplexität der verschiedenen technischen Vorschläge untermauern die Schwierigkeit und Wichtigkeit der Entwicklung eines kommerziell erhältlichen Verfahrens zum Isolieren aktiver Bereiche in einem Siliziumsubstrat während der Herstellung integrierter Schaltkreise.
• Andere Lösungen zum Beheben des Vogelschnabel-Problems werden in den US-Patentschriften 4,986,879; 4,923,563 und 5,248,350 von Lee und in der IBM-Technical Disclosure Bulletin Band 30 Nr. 3, August 1987, Seiten 1120-1121 vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren wird eine Siliziumnitridschicht an den Seitenwänden einer Rinne ausgebildet, die in einem Substrat mit darüberliegenden Maskierungsschichten ausgebildet ist. Die Seitenwände bilden die Feldoxydbereiche in dem Substrat. Lee und Kollegen fordern von der Siliziumnitridschicht, daß sie eine spezielle Dicke aufweist, so daß sie im Gesamten verbraucht wird, wenn das Oxyd aufwachsen gelassen wird.
• Es ist jedoch schwierig, die Dicke der Siliziumnitridschicht genau zu steuern, um sicherzustellen, daß sie im Gesamten im gleichen Zeitraum verbraucht wird, die das Aufwachsen des Feldoxyds benötigt. Wenn das Siliziumnitrid verbraucht ist, bevor die gewünschte Menge des Feldoxyds aufgewachsen ist, bleibt das Silizium, das seitlich benachbart zu den Seitenwänden angeordnet ist, während der verbleibenden Abschnitte des Oxydwachstums ungeschützt. Dann wird das Silizium in diesen benachbarten Bereichen oxydiert, wodurch die Größe des aktiven Bauteilbereichs reduziert wird. Wenn das Siliziumnitrid nicht vollständig verbraucht wird, wenn der gewünschte Betrag des Feldoxydes an dem Substrat aufgewachsen ist, muß die verbleibende Menge vor dem weiteren Verarbeiten entfernt werden. Demgemäß ist eine weitere Verbesserung des LOCOS-Verfahrens wünschenswert.
• Die US-A-4398992 beschreibt ein Verfahren zum örtlichen Oxydieren eines Halbleiters mittels herkömmlicher LSI- Techniken.
Zusammenfassung der Erfindung
• Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung werden zwischen den aktiven Bereichen in einem Halbleitersubstrat Feldoxidbereiche auf eine Weise ausgebildet, die in Anspruch 1 definiert ist. Beim vorliegenden Verfahren wächst das Feldoxyd an ausgewählten bestimmten Bereichen des Substrates durch Bilden einer Maske über den Bereichen des Substrates, an welchen das Feldoxyd nicht gewünscht ist, auf. Das Oxyd wird aufwachsen lassen und die Maske entfernt, ohne daß sich das Oxyd auf inakzeptable Weise in den Bereich des aktiven Bauteils erstreckt. Beim vorliegenden Verfahren werden die Rillen oder Nuten, die in dem Substrat an der Verbindung zwischen dem Feldoxyd und der Maske ausgebildet sind, mit einem isolierenden Material gefüllt, so daß diese Rinnen oder Nuten keine leitfähigen Reste einschließen.
• Beim vorliegenden Verfahren wird eine aus mehreren Materialschichten hergestellte Maske auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats, z. B. einem Siliziumwafer ausgebildet. Die Maske wird durch Aufwachsen einer ersten Siliziumdioxydschicht (Oxydflecken) auf der Substratoberfläche ausgebildet. Der Oxydflecken wächst thermisch unter Einsatz herkömmlicher Techniken auf eine Dicke von etwa 5 bis 100 nm auf. Eine erste Siliziumnitridschicht (Siliziumnitrid I) wird dann über dem Oxydflecken unter Einsatz herkömmlicher Techniken ausgebildet. Es ist vorteilhaft, wenn eine Polysilizium- Schicht über der Oxydfleckenschicht ausgebildet wird, bevor die Siliziumnitrid-I-Schicht darüber ausgebildet wird. Dann wird eine Siliziumdioxydschicht über der Siliziumnitrid-I- Schicht abgeschieden. Das Siliziumdioxyd wird unter Einsatz herkömmlicher Techniken, z. B. einer chemischen Dampfabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) oder eine Plasmaabscheidung abgeschieden. Derartige Techniken sind dem Fachmann bekannt. Siliziumdioxyd wird z. B. von einem mit Plasma angereicherten Tetraäthyl-Orthosilikat (TEOS) abgeschieden. Die abgeschiedene Oxydschicht weist eine Dicke von etwa 10 bis etwa 100 nm auf. Das Halbleitersubstrat mit den darauf befindlichen Schichten aus verschiedenen Materialien wird als Halbleiterstruktur bezeichnet.
• Dann wird ein Muster über der zuoberst abgeschiedenen Oxydschicht ausgebildet. Das Muster ist in einem gewöhnlichen Resistmaterial ausgebildet. Die für dieses bestimmte Verfahren geeigneten Resistmaterialien sind dem Fachmann bekannt. Das Muster wird in die nachfolgenden Schichten der Maske und in einen Teil des Halbleitersubstrats unter Einsatz herkömmlicher Ätztechniken übertragen. Als Ergebnis werden Gräben oder Rinnen durch die Maske in dem darunterliegenden Halbleitersubstrat gebildet. Es ist vorteilhaft, wenn die Ätzungen etwa 0,1 bis etwa 0,3 Mikrometer unterhalb des Übergangs zwischen der Oxydflecken-Schicht und dem Halbleitersubstrat voranschreitet.
• Das Muster wird unter Einsatz gewöhnlicher lithographischer Techniken gebildet und in die unten liegenden Schichten übertragen. Danach wird der Resist entfernt. Eine dünne Oxydschicht wächst dann am freigelegten Teil der Halbleiteroberfläche unter Einsatz eines herkömmlichen thermischen Oxydationsvorgangs auf. Die Dicke der Oxydschicht ist eine Frage der Gestaltung. Es ist vorteilhaft, wenn die Dicke etwa 5 nm bis etwa 50 nm beträgt.
• Eine zweite Deckschicht aus Siliziumnitrid (Siliziumnitrid II) wird dann auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur ausgebildet. Die Dicke der Siliziumnitrid-II-Schicht beträgt etwa 10 nm bis 300 nm. Die Siliziumnitridschicht wird dann wahlweise entfernt, so daß nur diese Abschnitte der Siliziumnitrid-II-Schicht an den Seitenwänden der Rinnen oder Gräben erhalten bleiben.
• Um wahlweise die Siliziumnitrid-II-Schicht nur an den Seitenwänden beizubehalten, wird zuerst ein Deckfilm aus Polysilizium auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur abgeschieden. Es ist vorteilhaft, wenn der Deckfilm aus Polysilizium zum Graben paßt, diesen aber nicht füllt. Deshalb beträgt die Dicke der Polysiliziumschicht weniger als die Hälfte der Breite des Grabens. Der Polysiliziumfilm wird dann unter Einsatz einer gewöhnlichen Ätztechnik anisotropisch geätzt, bis nur ein einziger Abschnitt des Polysiliziums an der Oberfläche der Abschnitt des Polysiliziums zurückbleibt, der zu den Seitenwänden benachbart ist. Die Oberfläche wird dann einer Nitridnaßätzung unterworfen, um die freigelegten Abschnitte der Siliziumnitrid-II-Schicht zu entfernen. Der Abschnitt der Siliziumnitrid-II-Schicht an den Seitenwänden wird nicht entfernt, da diese mit dem verbleibenden Polysilizium abgedeckt ist. Der Abschnitt der Polysilizium-Schicht, die an den Seitenwänden bleibt, wird dann unter Einsatz einer gewöhnlichen Naßätztechnik entfernt. Dann werden die auf der Oberseite der Halbleiterstruktur abgeschiedene Siliziumdioxydschicht und der freigelegte Abschnitt der Oxydschicht am Boden des Grabens entfernt. Um diese Entfernung zu bewirken, wird eine gewöhnliche Naßätztechnik eingesetzt.
• Danach wird Siliziumdioxyd thermisch an dem freigelegten Silizium vom Boden des Grabens thermisch aufwachsen lassen, um das Feldoxyd zu bilden. Es ist vorteilhaft, wenn das Feldoxyd eine Dicke von etwa 600 nm bis etwa 1000 nm hat. Die an den Seitenwänden verbleibenden Abschnitte der Siliziumnitrid-II-Schicht werden angehoben und gekrümmt, wenn das Oxyd thermisch aufwächst. Dieses Anheben und Krümmen der Nitridschicht bewirkt die Bildung von Nuten in der sich ergebenden Oxydschicht. Der verbleibende Abschnitt der Nitrid-II-Schicht, die Siliziumnitrid-I-Schichten, das Polysilizium (falls vorhanden) und der Oxydflecken werden dann entfernt.
• Eine Opferschicht aus Oxyd wird dann an den freigelegten Abschnitten des Siliziumsubstrats thermisch aufwachsen lassen. Es ist vorteilhaft, wenn diese Opferoxydschicht eine Dicke von etwa 15 nm bis etwa 60 nm hat. Eine Deckschicht aus Siliziumnitrid oder Siliziumdioxyd wird dann über der Substratoberfläche unter Einsatz einer chemischen Dampfabscheidung abgeschieden. Es ist vorteilhaft, wenn die Siliziumnitrid- oder -oxydschicht eine Dicke von etwa 100 nm bis etwa 300 nm aufweist. Es ist vorteilhaft, wenn die Schicht eine Siliziumnitridschicht ist. Die Schicht wird dann überätzt, um die Schicht von der Substratoberfläche zu entfernen. Die Nuten in dem Feldoxyd bleiben jedoch mit dem Siliziumnitrid oder dem Siliziumdioxyd gefüllt. Da diese Materialien Isolatoren sind, entsteht kein Kurzschluß zwischen Schaltkreisen, die an dem Substrat gebildet werden und mit der Nut verbunden sind.
Beschreibung der Zeichnungen
• Es zeigen:
• Fig. 1 bis 5 schematische Darstellungen eines integrierten Schaltkreissubstrats im Schnitt in verschiedenen Herstellungsstufen vor dem Aufwachsen des Feldoxyds,
• Fig. 6 schematisch eine integrierte Schaltkreiseinrichtung im Schnitt während des Aufwachsens des Feldoxyds,
• Fig. 7 bis 9 jeweils ausgewählte Schritte im Schnitt, die zur Bildung des Gate-Oxyds führen und umfassen.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
• Fig. 1 zeigt ein Siliziumsubstrat 10, eine Oxydfleckenschicht 12 (Siliziumdioxyd), die über dem Substrat 10 liegt, eine Polysilizium-I-Schicht 14, die über dem Oxydschicht-Flecken 12 liegt, eine Siliziumnitrid-I-Schicht 16, die über der Polysilizium-I-Schicht 14 liegt, eine zweite über der Siliziumnitrid-I-Schicht 16 liegende Siliziumdioxydschicht 17, die mit einem Photoresist 18 bemustert ist.
• Um die Struktur in Fig. 1 zu erzeugen, wird das Siliziumsubstrat 10 zuerst thermisch oxydiert, um einen Oxydschicht-Flecken 12 mit einer Nenndicke von etwa 5 nm bis etwa 100 nm zu bilden. Techniken für die thermische Oxydation von Silizium sind bekannt. Das Oxyd wird typischerweise bei einer Temperatur von etwa 800ºC bis etwa 1000ºC in einer Atmosphäre mit O&sub2; und H&sub2;O bzw. H&sub2; aufwachsen lassen.
• Die Polysilizium-I-Schicht 14 wird dann mit einer Nenndicke von 30 bis 150 nm über dem Oxydschicht-Flecken 12 durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren mit niedrigem Druck (low pressure chemical vapor deposition, LPCVD) oder dergleichen ausgebildet. Die Polysilizium-I-Schicht 14 ist optional, jedoch ist ihre Präsens vorteilhaft, da sie eine scharfe Kante (d. h. Vogelschnabel) zwischen den aktiven Bereichen und den Feldoxydbereichen in dem Substrat vor dem Bestrahlen für ein Überätzen während der nachfolgenden Prozedur verhindert. Die Siliziumnitrid-I-Schicht 16 wird vorzugsweise über der Polysilizium-I-Schicht 14 mit einer Nenndicke von 10 bis 250 nm mit LPCVD ausgebildet.
• Die zweite Siliziumdioxydschicht 17 wird dann über der Siliziumnitrid-I-Schicht 16 unter Einsatz eines Abscheidungsverfahrens mit LPCVD oder mit verstärktem Plasma abgeschieden. Die zweite Siliziumdioxydschicht wird z. B. unter Einsatz von durch Plasma verstärktes Tetraäthylorthosilikat (TEOS) abgeschieden. Diese Abscheidungstechniken sind dem Fachmann bekannt. Der Photoresist 18 wird dann abgeschieden und lithographisch mit Muster versehen, um ein Photoresist-(PR)-Maskenmuster zu erzeugen, welches die abgeschiedene Siliziumdioxydschicht 17 an einer Öffnung 20 freilegt. Die Öffnung 20 entspricht im wesentlichen dem Feldoxydbildungsbereich zwischen den aktiven Bereichen 22 in dem Substrat 10.
• Um die in Fig. 2 dargestellte Struktur zu erhalten, wird die Struktur in Fig. 1 anisotropisch geätzt, und zwar unter Einsatz eines herkömmlichen reaktiven Ionenätzverfahrens (reactive ion etching, RIE), um den unmaskierten Teil der abgeschiedenen Siliziumdioxydschicht 17, die entsprechenden Segmente der darunterliegenden Nitrid-I-Schicht 16, die darunter liegende Polysilizium-I-Schicht 14, den darunterliegenden Oxydschicht-Flecken 12 sowie einen Teil des entsprechenden Segments des darunter liegenden Substrats 10 zu entfernen. Es ist vorteilhaft, wenn eine Aussparung mit einer Tiefe von etwa 0,1 bis etwa 0,3 Mikrometer in dem Substrat ausgebildet wird. Die Öffnung 20, die durch selektives Ätzen durch die abgeschiedene Siliziumdioxydschicht 17 erzeugt worden ist, die Nitrid-I- Schicht 16, die Polysilizium-I-Schicht 14, der Oxydschicht- Flecken 12 und ein Teil des Substrats 10 definieren einen Bereich für das Aufwachsen des Feldoxyds, welches später im Verfahrensablauf auftritt.
• Die Öffnung 20 ist in Form eines Grabens durch die Mehrfachschichten des Materials ausgebildet. Die Öffnung 20 ist durch eine vertikale Seitenwandoberfläche 21 und eine daran anstoßende Bodenoberfläche 30 begrenzt. Die Seitenwandoberfläche 21 ist vorzugsweise senkrecht zur Bodenoberfläche 30 und zu den Schichten des Oxydfleckens 12, des Polysiliziums-I 14, des Nitrids-I 16 und der abgeschiedenen Siliziumdioxydschicht 17 angeordnet. Dann wird die Photoresistschicht 18 von der Strukturoberfläche unter Einsatz herkömmlicher Techniken entfernt.
• Eine Oxydschicht 26 wächst thermisch an dem freigelegten Teil des Substrats 10 am Boden der Öffnung 20 auf. Es ist vorteilhaft, wenn diese Schicht eine Dicke von etwa 5 nm bis etwa 50 nm hat. Diese Oxydschicht schützt das Silizium darunter während der nachfolgenden Bearbeitung. Falls gewünscht, wird ein Dotierungsmittel in ausgewählte Bereiche der in Fig. 2 dargestellten Struktur implantiert. Die Schritte zum selektiven Einleiten von Dotierungsstoffen werden in den US-Patenten 5,248,350; 4,923,563 und 4,986,879 von Lee beschrieben, wobei hierin auf diese Offenbarungen Bezug genommen wird. Die Schritte des wahlweise Einleiten von Dotierungsstoffen werden nicht im einzelnen in der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
• Wie in Fig. 3 gezeigt, wird eine zweite Siliziumnitrid- II-Schicht 28 durch ein LPCVD-Verfahren abgeschieden, um die Struktur gleichförmig zu bedecken. Die Dicke dieser Schicht ist größtenteils eine Frage der Gestaltung und hängt im einzelnen von der Größe der Öffnung 20 als auch anderen Gestaltungsbetrachtungen ab.
• Wenn z. B. die Breite der Öffnung 20 etwa 1000 nm beträgt, ist es vorteilhaft, wenn die Nitrid-II-Schicht eine Dicke von etwa 30 nm aufweist. Eine Polysilizium-II-Schicht 29 wird dann durch LPCVD abgeschieden. Nochmals sei erwähnt, daß die Dicke der Polysilizium-II-Schicht 29 größtenteils eine Frage der Gestaltungsweise ist, dafür sorgend, daß die Polysilizium-II-Schicht nicht vollständig die Öffnung 20 füllt. Es ist vorteilhaft, wenn die Polysilizium-II-Schicht 29 z. B. eine Dicke von etwa 50 nm bis etwa 400 nm für die vorstehend spezifizierte Öffnungsgröße aufweist.
• Die in Fig. 3 dargestellte Struktur wird dann Ätzbedingungen unterworfen, welche die Polysilizium-II- Schicht 29 vorzugsweise von den horizontalen Flächen entfernen. Ein gewöhnliches RIE-Verfahren wird für diese Zweck eingesetzt. Die verbleibenden Teile der Polysilizium- II-Schicht 29, die nachstehend als
• Polysilizium-Abstandsstücke 29 bezeichnet werden, werden in Fig. 4 dargestellt. Die Nitrid-II-Schicht 28 wird dann durch ein herkömmliches Nitridnaßätzverfahren (z. B. mit einem Ätzmittel aus Phosphorsäure) entfernt. Die abgeschiedene Oxydschicht 17 dient als Ätzgrenze für sowohl die Ätzungen für Polysilizium-II als auch Nitrid-II. Die sich ergebende Struktur wird in Fig. 5 dargestellt.
• Die Polysilizium-Abstandsstücke 29 werden dann unter Verwendung eines gewöhnlichen Naßätzmittels für Polysilizium (z. B. ein Naßätzmittel mit KOH) entfernt. Die Struktur wird dann einem Oxydnaßätzmittel (z. B. HF) ausgesetzt, um die abgeschiedene Oxydschicht 17 zu entfernen. Dies entfernt auch den freigelegten Teil der dünnen Oxydschicht 26 am Boden der Öffnung 20. Das Siliziumdioxyd 40 wird dann an den freigelegten Abschnitten des Siliziumsubstrats 10 unter Einsatz eines gewöhnlichen thermischen Oxydationsverfahrens aufwachsen lassen. Wie in Fig. 6 dargestellt, wird, wenn das Siliziumdioxyd 40 aufgewachsen ist, das Silizium in den Seitenwänden 21 der Öffnung 20 allmählich freigelegt, was zu einer Oxydation des Siliziums in seitlicher Richtung zusätzlich zur vertikalen Richtung führt. Da die Nitrid-II- Schicht 28 die Seitenwand während des Aufwachsens des Oxydes maskiert und ein Teil der Oxydschicht 26 unter der Nitrid-II- Schicht 28 verbleibt, werden in dem Feldoxyd Nuten 31 ausgebildet. Die Grenzen der diskreten Bereiche des Siliziumdioxyds 12, 26 und 40 vermengen sich während des Aufwachsens des Feldoxyds 40.
• Das freigelegte Substrat 10 und die Siliziumnitrid-II- Seitenwand 28 werden bis zu einem Ausmaß oxydiert, das ein Anheben und Krümmen der Siliziumnitrid-II-Seitenwand 28 bewirkt. Das Feldoxyd wächst in einer herkömmlichen Naßoxydationsumgebung aus H&sub2;O + OZ oder H&sub2; + O&sub2; bei einer Nenntemperatur von etwa 800ºC bis etwa 1000ºC bei einem Druck von etwa 1 Atm bis etwa 24 Atm für eine Nennzeit von etwa 10 Minuten bis etwa 2 Stunden auf. Das Feldoxyd wächst auch in einer trockenen Umgebung mit O&sub2; bei hoher Temperatur auf. Wenn das Feldoxydwachstum zu der in Fig. 6 gezeigten Struktur voranschreitet, ist die frühere Nitrid-II-Schicht 28 der Seitenwand vollständig angehoben und gekrümmt.
• Fig. 6 stellt ferner dar, daß das Anheben der Reste der Siliziumnitrid-II-Seitenwand zum Freilegen der relativ dicken Oxydflecken 12 und der Polysiliziumschicht 14 nahe dem Ende des Oxydationsschrittes führt. Der Oxydflecken 12 dient dann als Weg für den Abbau von Spannungen in Folge Volumenzunahme im Feldoxyd 40 in unmittelbarer Nähe der Ecken oder Flanken 42 des Siliziumsubstrats 42. Diese Ecken unterliegen andernfalls spannungsinduzierten Verschiebungen. Wenn das Feldoxyd weiterhin bis zu dem in Fig. 6 dargestellten Zustand wächst, ist es für den Reaktionsteilnehmer Sauerstoff einfacher, die Siliziumsubstratecken 42 zu erreichen und das Silizium an diesen Ecken zu oxydieren. Die hervorgehobene Oxydationsrate an diesen Ecken 42 bewirkt, daß diese einen relativ großen Radius und eine in Fig. 6 dargestellte glatte Kontur sowie reduzierte örtliche Spannungen aufweisen. Der relativ dicke Oxydschicht-Flecken 12 liefert einen Entspannungsweg für die Druckentlastung der örtlichen Spannungen, wobei der Weg die vertikal gerichtete Bewegung und Druckentlastung in dem Bereich 46 ergänzt. Die Oxydation des Substrats und das Anheben der Nitrid-II-Seitenwand 28 (Fig. 6) schreitet weiterhin voran, bis der oxydierte Teil des Substrats eine Dicke von etwa 600 bis 1000 nm erreicht. Es ist vorteilhaft, wenn das Feldoxyd eine Dicke von etwa 800 nm hat. Da das Feldoxyd thermisch aufwächst, findet etwa die Hälfte des Oxydwachstums unterhalb der Substratoberfläche und die andere Hälfte über der Substratoberfläche statt.
• Die Struktur wird dann einem Naßätzverfahren (z. B. mit einem HF-Ätzmittel) unterworfen, um das an der Oberfläche der Nitrid-I-Schicht 16 während des thermischen Oxydationsverfahrens ausgebildeten Oxynitrids zu entfernen. Danach wird die Struktur einer Nitridnaßätzung, z. B. unter Einsatz eines Phosporsäureätzmittels unterworfen, um die verbleibende Nitrid-I-Schicht 16 und die Seitenwand aus Nitrid-II-Schicht 28 zu entfernen. Die Polysilizium-I-Schicht 16 wird dann durch Naßätzen, z. B. unter Einsatz eines KOH- Ätzmittels entfernt. Dann wird der Oxydschicht-Flecken 12 durch ein Naßätzverfahren, z. B. durch Einsatz eines HF- Ätzmittels, entfernt. Ein derartiges Ätzen ist schwierig genau zu steuern und ein Überätzen des Feldoxyds kann leicht auftreten. Wenn die Ecken 42 während des Überätzens freiliegen, dann gibt es bei dem erzeugten Bauteil wahrscheinlich Zuverlässigkeitsprobleme. Wie in Fig. 6 dargestellt, sind die Ecken 42 jedoch in der Feldoxydschicht 40 wegen des seitlichen Aufwachsens des Feldoxyds in den Bereich über diese Kanten zurückgesetzt und werden nicht durch Überätzen freigelegt.
• Die Struktur, die sich ergibt, nachdem die Schichten 12, 14 und 16 entfernt worden sind, wird in Fig. 7 dargestellt. Es sind Nuten 33 in dem Feldoxyd 40 vorhanden. Wenn diese Nuten mit Polysilizium oder einem anderen Halbleiter-(oder Leiter)-Material während des nachfolgenden Verfahrens aufgefüllt sind, besteht die Möglichkeit, daß die Nuten, Kurzschlüsse zwischen den über diesen Nuten ausgebildeten Einrichtungen verursachen. Bei dem vorliegenden Verfahren werden die Nuten mit einem Isolationsmaterial gefüllt, um zu verhindern, daß die Nuten einen Kurzschluß erzeugen.
• Wie in Fig. 8 dargestellt, wird zuerst eine dünne Schutzoxydschicht 47 über den freiliegenden Abschnitten des Siliziumsubstrats 10 unter Einsatz eines thermischen Oxydationsverfahrens, welches vorstehend beschrieben worden ist, aufwachsen lassen. Danach wird eine Siliziumnitridschicht 48 über dem Substrat 10 und dem Feldoxyd 40 abgeschieden. Das Siliziumnitrid wird unter Einsatz eines herkömmlichen Verfahrens, z. B. des LPCVD- Verfahrens, abgeschieden. Es ist möglich, obwohl nicht beansprucht, anstelle von Siliziumnitrid Siliziumdioxyd abscheiden zu lassen. Jedoch wird Siliziumnitrid für die nachfolgende Verarbeitung bevorzugt.
• Es ist vorteilhaft, wenn die Dicke der Siliziumnitridschicht 48 wenigstens die Hälfte der Nutenbreite 33 aufweist. Wenn die Nuten z. B. 0,5 Mikrometer breit sind, ist die Siliziumnitridschicht wenigstens 0,25 Mikrometer dick. Das stellt sicher, daß die Nut mit dem Siliziumnitrid gefüllt ist. Wie in Fig. 9 dargestellt, wird die gesamte Siliziumnitridschicht 48 mit Ausnahme des Teils, der die Nuten füllt, entfernt. Die Siliziumnitridschicht 48 wird durch Einsatz eines Ätzmittels, z. B. Phosphorsäure, entfernt. Die dünne Oxydschicht 47 schützt die Siliziumsubstratoberfläche 10 während dieser Ätzung.
• Das Vorstehende ist eine Beschreibung einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann bemerkt, daß die Beschreibung auf viele Weisen modifiziert werden kann, die noch innerhalb des Schutzbereiches der beanspruchten Erfindung liegen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Bilden von Feldoxidbereichen zwischen aktiven Bereichen in einem Halbleitersubstrat, mit folgenden Schritten:

a) über einem Halbleitersubstrat (10), mit aktiven Bereichen (20) darin, wird ein Oxidschicht-Flecken gebildet;

b) über dem Oxidschicht-Flecken (12) wird eine erste Siliciumnitridschicht (16) gebildet;

c) über der ersten Siliciumnitridschicht (16) wird eine erste Siliciumdioxidschicht (17) mit einer Dicke von etwa 10 nm bis etwa 100 nm abgeschieden, wodurch eine Halbleitersubstratstruktur gebildet wird;

d) über der abgeschiedenen Siliciumdioxidschicht (17) wird eine Resist-Maske (18) gebildet, welche die Bereiche der Halbleitersubstratstruktur bedeckt, die den aktiven Bereichen (22) des Bauteils entsprechen, während die Bereiche der Halbleitersubstratstruktur unbedeckt bleiben, die den Feldoxidbereichen (20) in dem Halbleitersubstrat entsprechen;

e) durch die Schichten des abgeschiedenen Siliciumdioxids (17), des Siliciumnitrids (16) und des Oxidschicht-Fleckens (12) wird anisotropisch in die Bereiche der Halbleitersubstratstruktur, die nicht von der Maske bedeckt sind, und in das Substrat (10) geätzt, um Feldoxidbereiche (20) mit im wesentlichen vertikalen Seitenwänden (21) in der Halbleitersubstratstruktur zu bilden;

f) an der freigelegten Fläche des Substrates (10) im Feldoxidbereich (20) wird eine zweite Siliciumdioxidschicht (26) gebildet;

g) über der Oberfläche der Halbleitersubstratstruktur wird eine konforme zweite Siliciumnitridschicht (28) gebildet;

h) über der zweiten Siliciumnitridschicht (28) wird eine konforme polykristalline Siliciumschicht (29) gebildet, die eine Dicke aufweist, die geringer ist als die Hälfte der Breite des Feldoxidbereichs (20), die durch die im wesentlichen vertikalen Seitenwände (21) begrenzt wird;

i) an den Seitenwänden der Halbleitersubstratstruktur wird durch folgende Schritte eine Seitenwandmaske der zweiten Siliciumnitridschicht (28) gebildet:

die horizontal abgeschiedenen Abschnitte der polykristallinen Siliciumschicht (29) werden anisotropisch geätzt,

die freiliegenden Abschnitte der zweiten Siliciumnitridschicht (28) werden entfernt, wobei

die erste Siliciumdioxidschicht (17) und die am Boden der Feldoxidbereiche (20) gebildete zweite Siliciumdioxidschicht (26) zum Aufhalten der Ätzung dienen,

die verbleibenden Abschnitte der zu der polykristallinen Siliciumschicht (29) benachbarten Seitenwände (21) werden entfernt, und

die erste Siliciumdioxidschicht (17) und die am Boden der Feldoxidbereiche (20) abgeschiedene zweite Siliciumdioxidschicht (26) werden entfernt;

j) die freiliegenden Abschnitte des Halbleiters werden thermisch oxidiert, um im Feldoxidbereich (20) des Halbleitersubstrates (10) ein Feldoxid (40) anwachsen zu lassen, damit die Siliciumnitridseitenwandmaske (28) am Ende der Maske nahe der Siliciumsubstratoberflächen angehoben und gekrümmt wird, damit in dem Feldoxid (40) Nuten (33) ausgebildet werden;

k) die erste Nitridschicht (16) wird von dem Halbleitersubstrat (10) entfernt;

l) der Oxidschicht-Flecken (12) wird von dem Halbleitersubstrat (10) entfernt;

m) auf den aktiven Bereichen (22) des Substrates (10) wird eine dünne dritte Siliciumdioxidschicht (47) gebildet;

n) über der Oberfläche des Substrates (10) wird eine Siliciumnitridschicht (48) gebildet, wobei die Dicke der Siliciumnitridschicht (48) wenigstens die Hälfte der in dem Feldoxid (40) gebildeten Nut (33) beträgt; und

o) das Siliciumnitrid (48) wird an der Substratoberfläche entfernt, ohne daß das Siliciumnitrid (48) aus den Nuten (33) im Feldoxid (40) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Oxidschicht- Flecken (12) auf eine Dicke von etwa 5 bis etwa 10 nm thermisch anwachsen gelassen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Ausbilden einer polykristallinen Siliciumschicht (14) über dem Oxidschicht-Flecken (12) umfaßt, bevor die erste Siliciumnitridschicht (16) darüber abgeschieden worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die über die Oxidschicht-Flecken (12) liegende polykristalline Siliciumschicht (14) eine Dicke von etwa 30 nm bis etwa 150 nm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Schritt e) mit etwa 0,1 um bis etwa 0,3 um in das Substrat (10) geätzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die zweite Siliciumnitridschicht (28) eine Dicke aufweist, die im wesentlichen kleiner ist als die Hälfte des Abstandes zwischen den sich gegenüberliegenden im wesentlichen vertikalen Seitenwänden (21), welche den Feldoxidbereich (20) bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die über der zweiten Siliciumnitridschicht (28) abgeschiedene konforme polykristalline Siliciumschicht (29) eine Dicke aufweist, die im wesentlichen kleiner ist als die Hälfte des Abstandes zwischen den sich gegenüberliegenden im wesentlichen vertikalen Seitenwänden (21), welche den Feldoxidbereich (20) bilden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Feldoxid (40) auf eine Dicke von etwa 60 nm bis etwa 1000 nm anwachsen gelassen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die an den aktiven Bereichen (22) des Substrates (10) gebildete dünne dritte Siliciumdioxidschicht (47) eine Dicke von etwa 15 nm bis etwa 60 nm aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Dicke der in den Nuten (33) und über der Oberfläche des Substrates (10) gebildeten Siliciumnitridschicht (48) etwa 100 nm bis etwa 300 nm beträgt.