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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung einer Justiermarke
für die
Bildung eines Elementisolationsbereichs und auf ein Verfahren zur Bildung
einer Elementisolationsstruktur für ein Halbleiterbauelement
unter Verwendung der Justiermarke.
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Bei
der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden ein Muldenstrukturbildungsprozess und
ein Elementisolationsstrukturbildungsprozess in einem Halbleitersubstrat
durchgeführt.
Der Elementisolationsstrukturbildungsprozess ist allgemein als ein
Prozess definiert, bei dem eine Elementisolationsstruktur oder eine
Feldstruktur in einem Halbleitersubstrat gebildet werden, um aktive
Bereiche zu definieren. Typischerweise wird der Elementisolationsstrukturbildungsprozess
vor dem Muldenstrukturbildungsprozess durchgeführt.
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Der
Muldenstrukturbildungsprozess wird jedoch manchmal bei der Herstellung
bestimmter Typen von Halbleiterbauelementen, wie zum Beispiel Halbleiterbauelementen
mit Quadromuldenstrukturen wie Leistungsbauelementen, z.B. integrierten Flüssigkristallanzeigetreiberschalt kreisen
(ICs), vor dem Elementisolationsstrukturbildungsprozess durchgeführt.
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Die
vorstehend erwähnten
Leistungsbauelemente, wie z.B. Flüssigkristalltreiber-IC-Leistungsbauelemente,
erfordern einen Betrieb mit hoher Spannung (HV). Es ist jedoch schwierig,
einen Transistor für
hohe Spannung unter Verwendung einer typischen Zwillingsmuldenstruktur
zu bilden. So wird in diesen Leistungsbauelementen eine Quadromuldenstruktur
mit tiefen n-leitenden Mulden und p-leitenden Mulden verwendet,
die für
den Betrieb mit hoher Spannung ausgelegt sind.
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Bei
der Bildung einer typischen Zwillingsmuldenstruktur wird eine Elementisolationsstruktur
gebildet, die einen aktiven Bereich definiert, und dann wird eine
retrograde Mulde gebildet. Tiefe Mulden in einer Quadromuldenstruktur
erfordern jedoch eine Tiefe von einigen bis zu mehreren zehn Mikrometern
in einem Halbleitersubstrat. Außerdem
ist es aufgrund gewisser Beschränkungen
bezüglich
Implantationsvorrichtungen für
hochenergetische Ionen schwierig, tiefe Mulden unter Verwendung
eines Verfahrens zur Bildung retrograder Mulden zu bilden.
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Demgemäß wird in
bestimmten herkömmlichen
Halbleiterfertigungsprozessen eine Struktur mit tiefen Mulden mittels
Durchführen
eines Mulden-Drive-in-Prozesses hoher Temperatur während einer langen
Zeitspanne nach Durchführen
von Ionenimplantationsprozessen gebildet. Da der Mulden-Drive-in-Prozess
hoher Temperatur die Elementisolationsstruktur degradieren kann,
wenn er während
einer langen Zeitspanne durchgeführt
wird, wird ein Muldenstrukturbildungsprozess für ein Treiberbauelement für hohe Spannung
oder ein Leistungsbauelement vor dem Elementisolationsstrukturbildungsprozess
durchgeführt.
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Außerdem sollte
der aktive Bereich, der nachfolgend zu bilden ist, zu der in dem
Muldenstrukturbildungsprozess gebildeten Muldenstruktur justiert sein.
Zudem sollte auch eine Justiermarke, die den aktiven Bereich zu
der Muldenstruktur justiert, in dem Muldenstrukturbildungsprozess
auf dem Substrat gebildet werden. Im Allgemeinen erzeugen jedoch
Prozesse, die in dem Muldenstrukturbildungsprozess durchgeführt werden,
keine Stufe, und somit ist es schwierig, die Justiermarke in dem
Muldenstrukturbildungsprozess zu erzeugen.
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Somit
sollte außerdem
ein zusätzlicher
Justiermarkenbildungsschritt durchgeführt werden. Der zusätzliche
Justiermarkenbildungsschritt sollte vor dem Elementisolationsstrukturbildungsprozess durchgeführt werden,
um den aktiven Bereich zu der Muldenstruktur zu justieren. Der zusätzliche
Justiermarkenbildungsschritt kann ein zusätzlicher Photolithographieprozess
sein, ein zusätzlicher
Photolithographieprozess verwendet jedoch eine zusätzliche Photomaske,
wodurch die Fertigungskosten für
die Bildung des Halbleiterbauelements anwachsen.
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Daher
liegt der Erfindung als technisches Problem die Bereitstellung eines
Verfahrens zur Bildung einer Justiermarke, die den aktiven Bereich
zu der Muldenstruktur justiert, sowie eines zugehörigen Verfahrens
zur Bildung einer Elementisolationsstruktur zugrunde, die in der
Lage sind, die vorstehend erwähnten
Schwierigkeiten des Standes der Technik zu reduzieren oder zu eliminieren,
und insbesondere einen geringeren Fertigungsaufwand benötigen.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Justiermarkenbildungsverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eines Elementisolationsstrukturbildungsverfahrens
mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen
dargestellt, in denen:
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1 bis 11 Querschnittansichten
zur Veranschaulichung aufeinanderfolgender Schritte eines Verfahrens
zur Bildung einer Justiermarke für
die Bildung eines Elementisolationsbereichs bei der Bildung einer
Muldenstruktur eines Halbleiterbauelements sind,
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12 bis 18 Querschnittansichten
zur Veranschaulichung aufeinanderfolgender Schritte eines Verfahrens
zur Bildung einer Elementisolationsstruktur sind und
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19 eine
Draufsicht auf eine Justiermarke ist, die durch das Verfahren gemäß den 1 bis 11 gebildet
werden kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen vollständiger
beschrieben, in denen exemplarische Ausführungsformen der Erfindung
gezeigt sind.
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In
exemplarischen Ausführungsformen
der Erfindung wird eine Muldenstruktur mit tiefen Mulden gebildet,
zum Beispiel eine Quadromuldenstruktur, die in einem Bauelement
für hohe
Spannung verwendet wird. Danach wird eine Elementisolationsstruktur gebildet,
die einen aktiven Bereich definiert. Außerdem wird in exemplarischen
Ausführungsformen
der Erfindung während
eines Photolithographieprozesses ein Graben gebildet, um Muldenbereiche
in einem Muldenstrukturbildungsprozess zu definieren, und wird dann
als Justiermarke verwendet, um den aktiven Bereich zu der Muldenstruktur
zu justieren.
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Wenn
eine tiefe Muldenstruktur mit diffundierten Mulden gebildet wird,
kann im Allgemeinen kein nachfolgender Prozess zur Erzeugung einer
flachen Grabenisolation (STI) mit einer Justiermarke durchgeführt werden,
die eine Stufe aufweist. Mit den exemplarischen Ausführungsfor men
der Erfindung können
jedoch die Photolithographie- und Ätzprozesse verwendet werden,
um eine Muldenjustiermarke, die eine Mulde zu einer früher gebildeten
Mulde justiert, und eine Elementisolationsstrukturjustiermarke zu
bilden, wodurch ein aktiver Bereich zu der Muldenstruktur justiert
wird.
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Außerdem kann
bei den exemplarischen Ausführungsformen
die Muldenjustiermarke als eine Vertiefung in einer Ionenimplantationsmaske
gebildet werden, die Siliciumnitrid beinhaltet. Zudem wird die Elementisolationsstrukturjustiermarke
als ein Graben in einem Halbleitersubstrat gebildet, indem das Substrat
geätzt
wird, wenn die Ionenimplantationsmaske strukturiert wird. In einem
ersten Ätzprozess
wird zum Beispiel eine Schicht strukturiert, um die Ionenimplantationsmaske
und eine Muldenjustiermarke zu bilden, die eine Vertiefung in der
Ionenimplantationsmaske ist. Nachfolgend wird in einem zweiten Ätzprozess
ein Teil des Substrats geätzt,
der in der Vertiefung freiliegt, um die Elementisolationsstrukturjustiermarke
vom Grabentyp zu bilden.
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Der
Bereich, in dem der Graben gebildet wird, ist ein Bereich, der durch
die Photoresiststrukturen während
zweier Photolithographieprozesse des Muldenstrukturbildungsprozesses
freigelegt ist. Demgemäß wird der
Bereich, in dem der Graben zu bilden ist, in dem ersten Photolithographieprozess freigelegt,
und dann wird der freigelegte Substratbereich in dem zweiten Photolithographieprozess
selektiv geätzt.
Demzufolge kann der Graben in dem Substrat gebildet werden, und
der Graben kann eine Stufe zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Boden
des Grabens bereitstellen.
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Des
Weiteren sind bei exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung
keine zusätzliche
Photomaske und keine zusätzliche
Schicht erforderlich, um die Elementisolationsstrukturjustiermarke
zu bilden. Wenngleich die Position einer Justiermarke in einer herkömmlichen
Pho tomaske oder einem Retikel, die/das in dem Muldenstrukturbildungsprozess verwendet
wird, geändert
werden kann, um die Justiermarke in dem Substrat zu bilden, ist
die zusätzliche
Photomaske weiterhin nicht erforderlich. Da die Schicht zur Bildung
der Ionenimplantationsmaske auch als eine Schicht zur Bildung der
Muldenjustiermarke verwendet wird, ist des Weiteren keine zusätzliche
Schicht zur Bildung der Muldenjustiermarke erforderlich.
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Außerdem können die Ätzbedingungen
bei der Bildung des Grabens optimiert werden, der als die Elementisolationsstrukturjustiermarke
in dem Substrat beim Muldenstrukturbildungsprozess verwendet wird.
Die Optimierung der Ätzbedingungen kann
durch Ändern
der vorliegenden Trockenätzbedingungen
ausreichend erzielt werden. Durch Optimieren der Ätzbedingungen
ist außerdem
möglicherweise
kein zusätzlicher Ätzprozess
notwendig.
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Des
Weiteren kann in exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung
die Erzeugung einer Stufe in anderen Bereichen des Substrats als
einem Justiermarkenbereich (oder einem Anrissbereich) verhindert
werden. Während Ätzprozessen
sind zum Beispiel keine anderen Bereiche des Substrats als der Justiermarkenbereich
freigelegt, und somit können
diese Bereiche nicht geätzt
werden.
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Mit
Ausnahme des Justiermarkenbereichs (oder Anrissbereichs) beinhaltet
das Substrat keine Stufen, und somit werden nach dem Elementisolationsstrukturbildungsprozess
keine unerwünschten Stufen
in einem aktiven Bereich erzeugt. Wenn ein Elementisolationsstrukturbildungsprozess
unter Verwendung von STI- und CMP-Prozessen durchgeführt wird,
werden außerdem
die STI- und CMP-Prozesse auf einem im Wesentlichen flachen Substrat
durchgeführt.
Demgemäß können eine
CMP-Prozesstoleranz und die Planarität einer Hartmaske für STI erzielt
werden, und das Auftreten eines Nitridrückstands von einer bei der
Bildung von STI als Hartmaske verwendeten Nitridschicht kann verhindert werden.
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Die
Hartmaske, die bei der Bildung von STI verwendet wird, wird als
Polierstoppschicht verwendet, wenn nach dem Füllen einer Isolationsschicht
in einen Isolationsgraben ein CMP-Prozess durchgeführt wird.
Wenn die Hartmaske nur eine mäßige Planarität aufweist,
ist es schwierig, gleichmäßig einen Polierendpunkt
zu detektieren, und somit tritt in einigen Bereichen übermäßiges CMP
auf. In anderen Bereichen kann die Isolationsschicht auf der Hartmaske
verbleiben, und so kann die Entfernung der Hartmaske nach CMP verhindert
werden, so dass die Hartmaske möglicherweise
weiterhin verbleibt. Demgemäß wird die
CMP-Prozesstoleranz
zur Bildung von STI zu eng.
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Im
Gegensatz zu den herkömmlichen
Halbleiterprozessen kann mit den exemplarischen Ausführungsformen
der Erfindung eine ausreichende CMP-Prozesstoleranz sichergestellt
werden und/oder das Auftreten eines Nitridrückstands effektiv verhindert
werden, da keine Stufe in anderen Bereichen des Substrats als dem
Justiermarkenbereich erzeugt wird.
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Nunmehr
werden exemplarische Ausführungsformen
der Erfindung mit einer Muldenstruktur beschrieben, die ein p-leitendes
Substrat, eine n-leitende
Mulde (NW), eine p-leitende Mulde (PW) und eine p-leitende Taschenmulde
(PPW) beinhaltet. Das heißt,
es sind drei oder mehr Mulden vorhanden, die mittels eines Mulden-Drive-in-Prozesses
gebildet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern
kann stattdessen auch auf eine Muldenstruktur mit einer Mehrzahl
von Mulden angewendet werden, zum Beispiel drei oder mehr Mulden.
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Die
Muldenstrukturen in den Zeichnungen gemäß exemplarischen Ausführungsformen
der Erfindung sind Beispiele für
Muldenstrukturen, die Mulden mit einer Tiefe im Bereich von etwa
1,0μm bis etwa
12μm beinhalten,
die für
ein Bauelement für eine
hohe Spannung von etwa 15V bis etwa 120V ausgelegt sind, vorzugsweise
etwa 15V bis etwa 30V.
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Die 1 bis 11 veranschaulichen
ein Verfahren zur Bildung einer Justiermarke für die Bildung eines Elementisolationsbereichs
in einem Muldenstrukturbildungsprozess gemäß einer exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung. Bezugnehmend auf 1 wird eine
Kontaktstellenschicht 200 auf einem Halbleitersubstrat 100 gebildet,
wobei das Substrat zum Beispiel mit p-leitenden Störstellen
dotiert ist. Das Substrat 100 kann einen Justiermarkenbereich,
in dem eine Justiermarke zu bilden ist, und Elementbereiche beinhalten,
in denen Elemente zu bilden sind. Der Justiermarkenbereich wird
in einem Anrissbereich gebildet. Die Kontaktstellenschicht 200 kann
eine Siliciumoxidschicht aufweisen. Die Kontaktstellenschicht 200 kann
mit einer Dicke von etwa 20nm bis etwa 50nm, vorzugsweise etwa 30nm
bis etwa 40nm, unter Verwendung eines thermischen Oxidationsverfahrens
gebildet werden.
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Auf
dem gesamten Bereich des Substrats 100 wird eine erste
Ionenimplantation durchgeführt. Die
erste Ionenimplantation kann ein Prozess zum Implantieren von Störstellen
mit einer Leitfähigkeit sein,
die entgegengesetzt zu jener der zuvor in das Substrat 100 dotierten
Störstellen
ist. Zum Beispiel können
n-leitende Störstellen,
wie Phosphonationen (P+), in das Substrat 100 implantiert
werden. Die erste Ionenimplantation ist eine hochenergetische Ionenimplantation.
Das heißt,
P+-Ionen mit einer Dosis von etwa 1,5 × 1013Ionen/cm3 werden
bei etwa 2,0MeV für
die Implantation beschleunigt. Die erste Ionenimplantation kann
eine n-Mulden-Ionenimplantation (NW IIP) zur Bildung einer n-leitenden
Mulde (NW) sein. Die erste Ionenimplantation bildet eine erste Störstellenschicht,
in die P+-Ionen im gesamten oder im Wesentlichen
im gesamten Bereich des Substrats 100 implantiert sind.
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Bezugnehmend
auf 2 wird eine Ionenimplantationsmaskenschicht 310 auf
der Kontaktstellenschicht 200 gebildet. Eine Ionenimplantationsmaske
definiert Muldenbereiche, wenn eine Muldenstruktur mit einer Mehrzahl
von Mulden gebildet wird. Zum Beispiel kann die Ionenimplantationsmaske
einen p-Muldenbereich in einem n-Muldenbereich definieren. Die Ionenimplantationsmaske
kann durch Strukturieren der Ionenimplantationsmaskenschicht 310 gebildet
werden, die zum Beispiel aus Siliciumnitrid besteht. Die Ionenimplantationsmaskenschicht 310 kann
durch Aufbringen von Siliciumnitrid mit einer Dicke von etwa 100nm
gebildet werden. Die Dicke der Ionenimplantationsmaskenschicht 310 kann durch
Berücksichtigen
der Dicke der Kontaktstellenschicht 200 variiert werden,
was in einem nachfolgenden Prozess zur Bildung einer Justiermarke
vom Grabentyp ein Faktor ist.
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Bezugnehmend
auf 3 wird eine erste Photoresiststruktur 411 auf
der Ionenimplantationsmaskenschicht 310 gebildet. Die erste
Photoresiststruktur 411 wird in einem ersten Photolithographieprozess
gebildet. Zum Beispiel kann eine Photoresistschicht auf der Ionenimplantationsmaskenschicht 310 gebildet,
dann belichtet und entwickelt werden, um die erste Photoresiststruktur 411 zu
bilden. Die erste Photoresiststruktur 411 kann einen p-leitenden Muldenbereich
(PW-Bereich) freilegen, in dem eine PW zu bilden ist. Hierbei kann
die erste Photoresiststruktur 411 einen Teil des Justiermarkenbereichs des
Substrats 100 freilegen, um eine Muldenjustiermarke zu
bilden.
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Bezugnehmend
auf 4 wird der freigelegte Teil der Ionenimplantationsmaskenschicht 310 geätzt, um
die erste Ionenimplantationsmaske 311 zu bilden, wobei
die erste Photoresiststruktur 411 als Ätzmaske verwendet wird. Der Ätzprozess
ist ein Trockenätzprozess
mit einer Ätzselektivität zwischen Photoresist
und Siliciumnitrid, wobei die Kontaktstellenschicht 200 als Ätzstoppschicht
verwendet wird. Die erste Ionenimplantationsmaske 311 weist
eine Struktur auf, die der ersten Photore siststrukur 411 entspricht.
Demgemäß legt die
erste Ionenimplantationsmaske 311 die Kontaktstellenschicht 200 des PW-Bereichs
frei und weist eine Vertiefung 101 auf, in der die Kontaktstellenschicht 200 des
Justiermarkenbereichs freigelegt ist. Bezugnehmend auf 5 werden
zweite Ionen in das Substrat 100 dort implantiert, wo die
erste Ionenimplantationsmaske 311 ausgebildet ist. Die
zweite Ionenimplantation kann ein Prozess zum Implantieren von Störstellen
mit einer Leitfähigkeit
sein, die entgegengesetzt zu jener der bei der ersten Ionenimplantation
verwendeten Störstellen
ist. Zum Beispiel können
p-leitende Störstellen
implantiert werden, wie Borionen (B+).
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Die
zweite Ionenimplantation ist eine hochenergetische Ionenimplantation.
Das heißt,
B+-Ionen mit einer Dosis von etwa 1,8 × 101 2Ionen/cm3 bis etwa 1,8 × 101 3Ionen/cm3 werden
bei etwa 700keV bis etwa 800keV für die Implantation beschleunigt.
In einer exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die zweite Ionenimplantation mit den
B+-Ionen mit einer Dosis von etwa 1,8 × 1013Ionen/cm3 beschleunigt
mit etwa 700keV durchgeführt.
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Die
zweite Ionenimplantation kann eine p-Mulden-Ionenimplantation (PW
IIP) zur Bildung einer p-leitenden Mulde sein, das heißt einer
P-Mulde (PW). In
der zweiten Ionenimplantation werden die p-leitenden Störstellen
selektiv in einen vorgegebenen Bereich des Substrats 100 implantiert,
der durch die erste Ionenimplantationsmaske 311 und/oder
die erste Photoresiststruktur 411 freigelegt ist. Das heißt, in dem
PW-Bereich und einem
Teil des Justiermarkenbereichs des Substrats 100 wird ein
zweiter Störstellenbereich
mit B+-Ionen gebildet.
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Bezugnehmend
auf 6 wird ein erster Mulden-Drive-in-Prozess mit
dem Substrat 100 durchgeführt. Der erste Mulden-Drive-in-Prozess kann
eine lang andauernde Hochtemperatur-Wärmebehandlung sein, bei der
die ionenimplantierten Störstellen
diffundiert werden, um Mulden mit ei ner großen Tiefe von zum Beispiel
etwa 1,0μm
bis etwa 12μm
zu bilden, die in einem Bauelement für hohe Spannung mit einer hohen
Spannung von etwa 15V bis etwa 30V verwendet werden können. In
dem Mulden-Drive-in-Prozess
wird die erste Wärmebehandlung
bei etwa 1100°C
bis etwa 1150°C
während
etwa 8 Stunden bis etwa 13 Stunden durchgeführt, um die implantierten Störstellen
zu diffundieren. Der erste Mulden-Drive-in-Prozess kann zum Beispiel bei
etwa 1150°C
während
etwa 8 Stunden durchgeführt
werden.
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Demgemäß werden
PWs 130, das heißt zweite
Mulden, in den Bereichen gebildet, die durch die erste Ionenimplantationsmaske 311 und/oder
die erste Photoresiststruktur 411 freigelegt sind, zum Beispiel
dem PW-Bereich und einem Teil des Justiermarkenbereichs. Außerdem werden
NWs 110, das heißt
erste Mulden, die durch die PWs 130 definiert sind, in
einem anderen Bereich des Substrats 100 gebildet.
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Die
erste Photoresiststruktur 411 kann zwecks Entfernung vor
Durchführen
des ersten Mulden-Drive-in-Prozesses abgelöst werden.
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Bezugnehmend
auf 7 wird eine zweite Photoresistschicht 430 auf
der ersten Ionenimplantationsmaske 311 gebildet.
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Bezugnehmend
auf 8 wird eine zweite Photoresiststruktur 431 durch
Belichten der zweiten Photoresistschicht 430 mittels eines
zweiten Photolithographieprozesses gebildet. Die zweite Photoresiststruktur 431 legt
die erste Ionenimplantationsmaske 311 des PPW-Bereichs
und die Vertiefung 101 frei. Die zweite Photoresiststruktur 431 legt
z.B. die Kontaktstellenschicht 513, die in der Vertiefung 101 freiliegt,
und eine Muldenjustiermarkenstruktur 511 benachbart zu
der freigelegten Kontaktstellenschicht 513 frei. Die Muldenjustiermarkenstruktur 511 ist
ein Teil der ersten Ionenimplantationsmaske 311. Die zweite
Photoresiststruktur 431 kann einen breiten Bereich der
Oberseite der Muldenjustiermarkenstruk tur 511 freilegen
oder kann lediglich die freigelegte Kontaktstellenschicht 513 freilegen.
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Während des
Belichtungsprozesses des zweiten Photolithographieprozesses wird
unter Verwendung der Vertiefung 101 als Justiermarke, das heißt als Referenzpunkt,
eine Belichtungsjustierung durchgeführt. Außerdem werden eine Justiermarke in
einer ersten Photomaske mit einer Transferstruktur zur Bildung der
zweiten Photoresiststruktur 431 und die Vertiefung 101 justiert,
und dadurch legt die zweite Photoresiststruktur 431 die
Bereiche frei, in denen die PPWs gebildet werden. Die Vertiefung 101 weist eine
Stufe 510 zwischen der Muldenjustiermarkenstruktur 511 und
der freigelegten Kontaktstellenschicht 513 auf. Somit wird
die Belichtungsjustierung in einem zweiten Photolithographieprozess
unter Verwendung der Stufe 510 als Justiermarke durchgeführt.
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Die
erste Ionenimplantationsmaske 411 mit der Vertiefung 101 legt
den PW-Bereich frei. Daher kann der durch die zweite Photoresiststruktur 431 freigelegte
PPW-Bereich zu dem PW-Bereich ebenso wie zu der Vertiefung 101 justiert
werden.
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Bezugnehmend
auf 9 wird der freigelegte Teil der ersten Ionenimplantationsmaske 311 selektiv
geätzt,
um unter Verwendung der zweiten Photoresiststruktur 431 als Ätzmaske
die zweite Ionenimplantationsmaske 313 zu bilden. Der Ätzprozess
ist zum Beispiel ein Trockenätzprozess
mit einer Ätzselektivität zwischen
Photoresist und Siliciumnitrid, wobei die Kontaktstellenschicht 200 unter
der ersten Ionenimplantationsmaske 311 als Ätzstoppschicht
verwendet wird.
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Zur
Bildung einer p-Taschenmulde (PPW), das heißt einer dritten Mulde, in
der NW 110 wird eine zweite Ionenimplantationsmaske 313 präpariert,
die unter Verwendung der zweiten Photoresiststruktur 431 gebildet
wird. Die zweite Photoresiststruktur 431 entspricht der
Struktur, die durch Ät zen
in der zweiten Ionenimplantationsmaske 313 gebildet wurde.
Demgemäß legt die
zweite Ionenimplantationsmaske 313 Teile der Kontaktstellenschicht 200 frei,
die dem PPW-Bereich entsprechen.
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Die
zweite Photoresiststruktur 431 legt die Muldenjustiermarkenstruktur 511 und
die Kontaktstellenschicht 513 frei, wie in 8 dargestellt.
Demgemäß kann die
freigelegte Kontaktstellenschicht 513 in dem Justiermarkenbereich
während
des Ätzprozesses
unter Verwendung der zweiten Photoresiststruktur 431 als Ätzmaske
geätzt
werden. Außerdem
wird das durch das Ätzen
der Kontaktstellenschicht 513 freigelegte Substrat 100 kontinuierlich geätzt, wodurch
ein Graben gebildet wird. Demgemäß wird der
Graben, das heißt
eine Justiermarke 550 vom Grabentyp, in dem Justiermarkenbereich des
Halbleitersubstrats 100 gebildet.
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Der
freigelegte Teil der ersten Ionenimplantationsmaske 311 kann
eine Dicke von etwa 100nm aufweisen. Wenngleich die Kontaktstellenschicht 200 eine
Siliciumoxidschicht ist und somit aufgrund der Ätzselektivität zwischen
Siliciumoxid und der zweiten Ionenimplantationsmaske 313,
die aus Siliciumnitrid gebildet ist, als Ätzstoppschicht verwendet werden kann,
kann der freigelegte Teil 513 der Kontaktstellenschicht 200 (siehe 8)
ausreichend geätzt
werden, um in dem Ätzprozess
entfernt zu werden. Außerdem
wird ein Teil des Halbleitersubstrats 100 unter der Kontaktstellenschicht 200 bis
zu einer ausreichenden Tiefe selektiv geätzt, um einen Graben zu bilden,
wenn der Teil der ersten Ionenimplantationsmaske 311 zwecks
Entfernung geätzt
wird.
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Die
Trockenätzbedingungen
zum Strukturieren der zweiten Ionenimplantationsmaske 313 in dem Ätzprozess
können
nach Wunsch dazu verwendet werden, die Bildung des Grabens zu induzieren. Zum
Beispiel kann ein Trockenätzprozess
verwendet werden, bei dem die Ätzselektivität der ersten
Ionenimplantationsmaske 311 zu dem Silicium in dem Halbleitersubstrat 100 relativ
gering ist oder die Ätzselektivität der ersten Ionenimplantationsmaske 311 zu
der Kontaktstellenschicht 200 relativ gering ist, und die
zweite Ionenimplantationsmaske 313 kann zwecks Strukturierung
selektiv geätzt
werden. So kann der Teil 513 der Kontaktstellenschicht 200 und der
Teil des Halbleitersubstrats 100 unter dem Teil 513 der
Kontaktstellenschicht 200 geätzt werden, um einen Graben
zu bilden.
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Der
Graben kann eine Stufe zwischen der Oberfläche des Halbleitersubstrats 100 und
dem Boden des Grabens bereitstellen. Demgemäß kann die Stufe in dem nachfolgenden
Elementisolationsstrukturbildungsprozess als Justiermarke in dem
Belichtungsjustierprozess verwendet werden, der den Elementisolationsbereich
und/oder den aktiven Bereich definiert. Mit anderen Worten kann
der Graben 550 als eine Elementisolationsstrukturjustiermarke
verwendet werden.
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Bezugnehmend
auf 10 wird eine dritte Ionenimplantation durch die
zweite Ionenimplantationsmaske 313 und/oder die zweite
Photoresiststruktur 431 in das Halbleitersubstrat 100 durchgeführt. Die
dritte Ionenimplantation kann ein Prozess zum Implantieren von Störstellen
mit einer Leitfähigkeit sein,
die jener der bei der ersten Ionenimplantation verwendeten Störstellen
entgegengesetzt ist. Zum Beispiel können p-leitende Störstellen implantiert werden,
wie Borionen (B+).
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Die
dritte Ionenimplantation bildet dritte Mulden und kann zum Beispiel
eine p-Taschenmuldenionenimplantation (PW IIP) zur Bildung von p-leitenden Taschenmulden
(PPWs) sein. Bei der dritten Ionenimplantation werden die p-leitenden
Störstellen
selektiv in einen vorgegebenen Bereich des Halbleitersubstrats 100 implantiert,
der durch die zweite Ionenimplantationsmaske 313 und/oder
die zweite Photoresiststruktur 431 freigelegt ist. Das
heißt,
es wird ein dritter Störstellenbereich
mit B+-Ionen
in dem PPW-Bereich und einem Teil des Justiermarkenbereichs des
Halbleitersubstrats 100 gebildet.
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Die
dritte Ionenimplantation kann zur Bildung von Taschenmulden in der
NW 110 verwendet werden. Die dritte Ionenimplantation ist
eine hochenergetische Ionenimplantation. Das heißt, B+-Ionen
mit einer Dosis von etwa 1,8 × 101 2Ionen/cm3 bis 1,8 × 1013Ionen/cm3 werden bei etwa 700keV bis etwa 800keV
für die
Implantation beschleunigt. In einer exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die dritte lonenimplantation mit
den B+-Ionen mit einer Dosis von etwa 1,8 × 101 3Ionen/cm3 bei etwa 700keV beschleunigt.
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Bezugnehmend
auf 11 wird ein zweiter Mulden-Drive-in-Prozess in
dem Halbleitersubstrat 100 durchgeführt. Der zweite Mulden-Drive-in-Prozess kann eine
lang andauernde Hochtemperatur-Wärmebehandlung
sein, bei der die ionenimplantierten Störstellen diffundiert werden,
um Taschenmulden mit einer großen
Tiefe von zum Beispiel 1,0μm
bis 12μm
zu bilden, die in einem Bauelement für hohe Spannung verwendet werden
können,
das mit einer hohen Spannung von etwa 15V bis etwa 30V getrieben
wird. In dem Mulden-Drive-in-Prozess wird die erste Wärmebehandlung
bei etwa 1100°C bis
etwa 1150°C
während
etwa 8 Stunden bis etwa 13 Stunden durchgeführt, um die ionenimplantierten Störstellen
zu diffundieren. Der erste Mulden-Drive-in-Prozess kann zum Beispiel
bei etwa 1150°C während etwa
8 Stunden durchgeführt
werden.
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Demgemäß werden
PPWs 150, das heißt dritte
Mulden, in Bereichen des Halbleitersubstrats 100 gebildet,
die durch die zweite Ionenimplantationsmaske 313 und/oder
die zweite Photoresiststruktur 431 freigelegt sind, zum
Beispiel der PPW-Bereich und ein Teil des Justiermarkenbereichs.
Die PPWs 150 sind von den NWs 110, das heißt den ersten
Mulden, umgeben.
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Die
zweite Photoresiststruktur 431 kann zwecks Entfernung vor
der Durchführung
des zweiten Mulden-Drive-in-Prozesses abgelöst werden.
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Gemäß der vorliegenden
exemplarischen Ausführungsform
wird ein Teil des Justiermarkenbereichs in dem Halbleitersubstrat 100 mittels
Durchführen
von zwei Photolithographieprozessen in einem Muldenstrukturbildungsprozess
freigelegt, und dann kann ein Teil des freigelegten Justiermarkenbereichs
des Halbleitersubstrats 100 während des zweiten Ätzprozesses
selektiv geätzt
werden. Demgemäß kann ein
Graben, der durch Ätzen
eines Teils des Halbleitersubstrats 100 in einem Muldenstrukturbildungsprozess
gebildet wird, als Elementisolationsstrukturjustiermarke 550 verwendet
werden, die in einem nachfolgenden Elementisolationsstrukturprozess
einen aktiven Bereich (oder einen Elementisolationsbereich) definiert.
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Wenn
der Graben in dem Justiermarkenbereich des Halbleitersubstrats 100 ausgebildet
ist, wird die Erzeugung von Muldenstufen in anderen Elementbereichen
des Halbleitersubstrats 100 verhindert, wie in 11 dargestellt.
Demgemäß werden Schwierigkeiten
verhindert, die in einem nachfolgenden Prozess auftreten, der mit
dem Elementbereich des Halbleitersubstrats 100 durchgeführt wird,
zum Beispiel eine durch die Muldenstufen verursachte Schwierigkeit.
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Die
Ionenimplantationsmasken 311 und 313 und die Photoresiststrukturen 411 und 431 in
dem vorstehend beschriebenen Ionenimplantationsprozess können als
Maske in den Ionenimplantationsprozessen wirken.
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Die 12 bis 18 veranschaulichen
ein Verfahren zur Bildung einer Elementisolationsstruktur, die eine
Justiermarke vom Grabentyp gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung verwendet. In der exemplarischen Ausführungsform ist
die Elementisolationsstruktur eine STI-Elementisolationsstruktur,
die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
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Bezugnehmend
auf 12 wird die zweite Ionenimplantationsmaske 313 von
dem Halbleitersubstrat 100 mit der tiefen Muldenstruktur
entfernt, und dann werden eine Hartmaskenschicht 330 und eine
dritte Photoresistschicht 450 zur Strukturierung der Hartmaskenschicht 330 sequentiell
auf dem Halbleitersubstrat 100 gebildet. Die Hartmaskenschicht 330 kann
als Ätzmaske
in einem STI-Prozess verwendet werden und/oder kann eine Hartmaske bilden,
die in einem nachfolgenden CMP-Prozess als Ätzstoppschicht verwendet wird.
Die Hartmaskenschicht 330 kann aus Siliciumnitrid gebildet
werden. Die dritte Photoresistschicht 450 kann den Elementisolationsbereich
in dem dritten Photolithographieprozess definieren.
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Bezugnehmend
auf 13 wird eine dritte Photoresiststruktur 451 aus
der dritten Photoresistschicht 450 gebildet. Zum Beispiel
wird ein dritter Photolithographieprozess auf der dritten Photoresistschicht 450 durchgeführt, um
einen Bereich freizulegen, der ein Elementisolationsbereich sein
wird, wodurch die dritte Photoresiststruktur 451 gebildet
wird. Während
des Belichtungsprozesses des dritten Photolithographieprozesses
kann unter Verwendung der Justiermarke 550 vom Grabentyp
eine Belichtungsjustierung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die
Belichtungsjustierung zwischen einer zweiten Photomaske und dem
Substrat 100 während
des Belichtungsprozesses der dritten Photolithographie unter Verwendung
einer Stufe zwischen der Oberseite 551 und der Unterseite 553 der
Justiermarke 550 vom Grabentyp als Referenzpunkt durchgeführt werden.
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Die
dritte Photoresiststruktur 451 kann zum Freilegen des Elementisolationsbereichs
und der Justiermarke 550 vom Grabentyp verwendet werden, da
dies von Vorteil ist, wenn die Hartmaskenschicht 330, die
in die Justiermarke 550 vom Grabentyp gefüllt ist,
in einem nachfolgenden Prozess entfernt wird.
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Bezugnehmend
auf 14 wird die freigelegte Hartmaskenschicht 330 unter
Verwendung der dritten Photoresiststruktur 451 als Ätzmaske
selektiv geätzt,
um eine Hartmaske 331 zu bilden. Demgemäß legt die Hartmaske 331 den
Elementisolationsbereich frei.
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Bezugnehmend
auf 15 wird der freigelegte Bereich des Halbleitersubstrats 100 zur
Bildung von Gräben 610 zur
Elementisolation unter Verwendung der Hartmaske 331 und/oder
der dritten Photoresiststruktur 451 als Ätzmaske
selektiv geätzt.
Die dritte Photoresiststruktur 331 kann zwecks Entfernung
selektiv abgelöst
werden.
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Bezugnehmend
auf 16 wird eine Isolationsschicht 650 gebildet,
welche die Gräben 610 füllt. Die
Isolationsschicht 650 kann aus einem Isolationsmaterial
gebildet werden, zum Beispiel Siliciumoxid, und die Hartmaske 331 bedecken.
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Bezugnehmend
auf 17 wird die Isolationsschicht 650 in
Elementisolationseinheiten 651 separiert. In dieser exemplarischen
Ausführungsform wird
ein CMP-Prozess zum Separieren der Isolationsschicht 650 verwendet.
Der CMP-Prozess wird aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften
hinsichtlich des Planarisierens des Halbleitersubstrats 100 gewählt. Es
können
jedoch verschiedene, auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren zum Separieren
der Isolationsschicht 650 verwendet werden. Außerdem wird
die Hartmaske 331 als Polierstoppschicht verwendet, wenn
der CMP-Prozess mit der Isolationsschicht 650 durchgeführt wird.
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Außerdem wird
in der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform ein Stufenbereich,
wie eine Muldenstufe, in einem unwesentlichen Maß in dem Elementbereich des
Halbleitersubstrats 100 erzeugt, und somit ist die Dicke
der Hartmaske 331 gleichmäßig. Da die Hartmaske 331 mit
einer gleichmäßigen Dicke
als Polierstoppschicht verwendet werden kann, kann die Polierstoppschicht
ohne Weiteres während
des CMP-Prozesses
detektiert werden. Demgemäß wird mit
den exemplarischen Ausführungsformen
eine ausreichende CMP-Prozesstoleranz bereitgestellt, und CMP-Defekte,
wie ein Nitridrückstand
oder Strukturdefekte in den Elementisolationseinheiten 651,
werden effektiv verhindert.
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Bezugnehmend
auf 18 werden die Hartmaske 331 und die Kontaktstellenschicht 200 darunter
selektiv entfernt, um die Elementisolationseinheiten 651 zu
vervollständigen.
Die Elementisolationseinheiten 651 definieren einen aktiven
Bereich des Halbleitersubstrats 100.
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Gemäß den vorstehend
beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung
wird die Muldenjustiermarke 510 in einem Muldenstrukturbildungsprozess
erzeugt, und die Elementisolationsstrukturjustiermarke 550 wird
als ein Graben in dem Halbleitersubstrat 100 in einem Muldenstrukturbildungsprozess
erzeugt.
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19 ist
eine Draufsicht auf eine Justiermarke gemäß einer exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung. Die Justiermarken 510 und 550 können verschiedene
Formen aufweisen, wie zum Beispiel eine Kreuzform. Wenn sie ein
kreuzförmiges Layout
aufweisen, wie in 19 dargestellt, ist die Belichtungsjustierung
leichter zu erreichen, da die Justierung in der x- und der y-Richtung
leichter zu steuern ist.
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Gemäß den exemplarischen
Ausführungsformen
der Erfindung kann eine Elementisolationsstrukturjustiermarke, die
bei der Bildung der Elementisolationsstruktur verwendet wird, mit
einem Graben, der in einem Halbleitersubstrat in dem Muldenstrukturbildungsprozess
gebildet wird, bereitgestellt werden, wenn ein tiefer Muldenstrukturbildungsprozess vor
der Bildung einer Elementisolationsstruktur durchgeführt wird.
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Die
Elementisolationsstrukturjustiermarke kann als ein Graben in lediglich
einem Justiermarkenbereich in einem Photolithographieprozess und einem Ätzprozess
zur Bildung einer Muldenstruktur gebildet werden. Demgemäß weisen
andere Bereiche als der Justiermarkenbereich, wie Elementbereiche,
in dem Halbleitersubstrat keine Muldenstufen auf.
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Daher
werden Defekte, die durch die Muldenstufen verursacht werden, zum
Beispiel eine fehlende CMP-Prozesstoleranz für STI und/oder das Auftreten
eines Nitridrückstands,
in dem nachfolgenden Elementisolationsstrukturprozess verhindert.
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Da
die Elementisolationsstrukturjustiermarke in dem Muldenstrukturbildungsprozess
erzeugt wird, ist keine zusätzliche
Photomaske erforderlich, und/oder es ist kein zusätzlicher
Prozess zur Bildung einer Schicht notwendig. Demgemäß kann eine Elementisolationsstrukturjustiermarke
ohne einen zusätzlichen
Prozess gebildet werden.