DE102006062821B4 - Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung, mit den Schritten: – Bilden einer Maske (92) aus Siliziumoxid für einen Graben (93) auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats (90); – Bilden des Grabens (93) auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) durch Ätzen der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) über eine (Öffnung der Maske (92); – Bilden eines Epitaxialfilms (94) derart in dem Graben (93) des Siliziumsubstrats (90) mit der Maske (92) unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas, dass der Graben (93) mit dem Epitaxialfilm (94) gefüllt wird, wobei bei dem Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms (94) ein Niederdruckepitaxiewachstum unter Ausnutzung der Selektivität von Silizium des Siliziumsubstrats (90) und des Siliziumoxids der Maske (92) derart ausgeführt wird, dass der Epitaxialfilm (94) nicht auf der Maske (92) gebildet wird, und wobei der Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms (94) abgeschlossen ist, wenn eine obere Oberfläche des Epitaxialfilms (94) in dem Graben (93) über einer Oberfläche der Maske (92) liegt; – Polieren einer Oberfläche des Epitaxialfilms (94) auf einer Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats (90) derart unter Verwendung der Maske (92) als Polierstopper, dass die Oberfläche des Epitaxialfilms (94) und die Oberfläche der Maske (92) geglättet werden; und – Entfernen der Maske (92) auf den Schritt zum Polieren der Oberfläche des Epitaxialfilms (94) folgend.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung.
  • Mit einem Super-Junction-MOS-Transistor (SJ-MOS-Transistor) kann verglichen mit einem herkömmlichen MOS-Transistor ein geringer Durchlasswiderstand realisiert werden (wie beispielsweise in der JP H09-266311 A offenbart). Dieser SJ-MOS-Transistor ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine sich wiederholende p-n-Säulenstruktur in einem Driftschichtbereich aufweist. Es sind mehrere Verfahren zum Bilden dieser p-n-Säule bekannt. Unter diesen Verfahren ist ein Verfahren für ein epitaxiales Wachstum des Grabeninnenraums mit Hilfe eines LP-CVD-Verfahrens auf die Bildung des Grabens in einem Substrat folgend bekannt, mit dem eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung in einer Tiefenrichtung erzielt werden kann.
  • Bei einem Füllen des Grabens mit Hilfe des gewöhnlichen LP-CVD-Verfahrens ist eine Wachstumsrate in einem Öffnungsabschnitt verglichen mit einer Wachstumsrate in einem Bodenabschnitt groß. Folglich kann es leicht passieren, dass ein Hohlraum durch eine Blockierung des Öffnungsabschnitts innerhalb des Grabens gebildet wird. Es ist möglich, eine vorherige Blockierung des Grabenöffnungsabschnitts zu beschränken, wenn ein Silansystemgas und ein Ätzgas gleichzeitig eingeleitet werden (wie beispielsweise in der JP 2004-273742 A offenbart).
  • Auf einem Grabenfüllepitaxieprozess folgend bildet sich jedoch ein Stufenunterschied, der durch den Graben verursacht wird. Folglich müssen ein epitaxiales Wachstum zur Glättung und ein Polieren ausgeführt werden.
  • Es ist ferner bekannt, dass ein leichtes Blockieren eines Grabenöffnungsabschnitts verhindert werden kann, wenn ein Mischwachstumssystem aus einem Ätzgas und einem Silansystemgas bezüglich des Grabens, der beim Bilden einer p-n-Säulenstruktur durch ein Grabenfüllepitaxialwachstum in einer Halogenid-Gas-Atmosphäre geätzt wird, verwendet wird.
  • Folglich kann das Blockieren des Grabenöffnungsabschnitts durch eine Wirkung des Ätzgases beschränkt werden, jedoch mit einer Verringerung einer Wachstumsrate verbunden. Folglich besteht Bedarf an einem Verfahren, mit dem die Wachstumsrate unabhängig von der Beschränkung der Blockierung des obigen Grabenöffnungsabschnitts verbessert werden kann.
  • Aus der DE 10 2004 010 676 A1 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers bekannt, gemäß dem Gräben in einem Halbleitersubstrat mit einem epitaxialen Film hoher Kristallqualität gefüllt werden können, ohne dass in den Gräben Hohlräume zurückbleiben. Die EP 1 111 685 A1 lehrt darüber hinaus ein Verfahren, gemäß dem Gräben in Abhängigkeit der Durchflussrate eines Halogenid-Gases epitaktisch, p-dotiert gefüllt werden. Die DE 10 2005 014 722 A1 beschreibt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem ein Si-/Halogenid-Mischgas zum kontrollierten Befüllen eines Grabens ohne eine Maske dient.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung die folgenden Schritte: Bilden einer Maske aus Siliziumoxid für einen Graben auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats; Bilden des Grabens auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats durch Ätzen der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats über eine Öffnung der Maske; Bilden eines Epitaxialfilms derart in dem Graben des Siliziumsubstrats mit der Maske unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas, dass der Graben mit dem Epitaxialfilm gefüllt wird, wobei bei dem Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms ein Niederdruckepitaxiewachstum unter Ausnutzung der Selektivität von Silizium des Siliziumsubstrats und des Siliziumoxids der Maske derart ausgeführt wird, dass der Epitaxialfilm nicht auf der Maske gebildet wird, und wobei der Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms abgeschlossen ist, wenn eine obere Oberfläche des Epitaxialfilms in dem Graben über einer Oberfläche der Maske liegt; Polieren einer Oberfläche des Epitaxialfilms auf einer Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats derart unter Verwendung der Maske als Polierstopper, dass die Oberfläche des Epitaxialfilms und die Oberfläche der Maske geglättet werden; und Entfernen der Maske auf den Schritt zum Polieren der Oberfläche des Epitaxialfilms folgend.
  • Bei dem obigen Verfahren weist der Epitaxialfilm in dem Graben im Wesentlichen keinen Hohlraum auf, da das Halogenid-Gas zum Bilden des Epitaxialfilms verwendet wird. Ferner wird die Oberfläche der Vorrichtung auf einfache Art und Weise geglättet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung die folgenden Schritte: Bilden einer Maske aus Siliziumoxid für einen Graben auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats; Bilden des Grabens auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats durch Ätzen der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats über eine Öffnung der Maske; Bilden eines Epitaxialfilms auf der Maske und in dem Graben derart unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas, dass der Graben mit dem Epitaxialfilm gefüllt wird; Polieren einer Oberfläche des Epitaxialfilms auf einer Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats derart unter Verwendung der Maske als Polierstopper, dass die Oberfläche des Epitaxialfilms und eine Oberfläche der Maske geglättet werden; und Entfernen der Maske auf den Schritt zum Polieren der Oberfläche des Epitaxialfilms folgend.
  • Bei dem obigen Verfahren weist der Epitaxialfilm in dem Graben im Wesentlichen keinen Hohlraum auf, da das Halogenid-Gas zum Bilden des Epitaxialfilms verwendet wird. Ferner wird die Oberfläche der Vorrichtung auf einfache Art und Weise geglättet.
  • Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines vertikalen Trench-Gate-MOSFET;
  • 2A bis 2C Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Fertigung des in der 1 gezeigten MOSFET;
  • 3A bis 3C Querschnittsansichten zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Fertigung des in der 1 gezeigten MOSFET;
  • 4 eine schematische Ansicht einer Epitaxialwachstumseinrichtung;
  • 5 ein Diagramm mit einem Verhältnis zwischen einer Prozesstemperatur und einem Wachstumsratenverhältnis;
  • 6 ein Zeitdiagramm eines Fertigungsprozesses des MOSFET;
  • 7A eine Draufsicht auf einen Wafer, und 7B eine Querschnittsansicht des in der 7A gezeigten Wafers;
  • 8A eine Draufsicht auf einen weiteren Wafer, und 8B eine Querschnittsansicht des in der 8A gezeigten Wafers;
  • 9 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Bewegung eines Atoms bei einem Epitaxialwachstumsprozess;
  • 10 ein Diagramm, welches die Existenz oder das Fehlen eines Hohlraums in einem Epitaxialfilm im Hinblick auf ein Verhältnis zwischen einer Standarddurchflussrate von HCl und einer Wachstumsrate des Epitaxialfilms im Falle eines Seitenverhältnisses von 5 zeigt;
  • 11 ein Diagramm, welches die Existenz oder das Fehlen eines Hohlraums in einem Epitaxialfilm im Hinblick auf ein Verhältnis zwischen einer Standarddurchflussrate von HCl und einer Wachstumsrate des Epitaxialfilms im Falle eines Seitenverhältnisses von 15 zeigt;
  • 12 ein Diagramm, welches die Existenz oder das Fehlen eines Hohlraums in einem Epitaxialfilm im Hinblick auf ein Verhältnis zwischen einer Standarddurchflussrate von HCl und einer Wachstumsrate des Epitaxialfilms im Falle eines Seitenverhältnisses von 25 zeigt;
  • 13 ein weiteres Zeitdiagramm eines Fertigungsprozesses des MOSFET;
  • 14 noch ein weiteres Zeitdiagramm eines Fertigungsprozesses des MOSFET;
  • 15A und 15B Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Epitaxialwachstumsprozesses;
  • 16A bis 16E Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Fertigung des MOSFET;
  • 17 ein Zeitdiagramm eines Fertigungsprozesses des in den 16A bis 16E gezeigten MOSFET;
  • 18A bis 18F Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Fertigung des MOSFET;
  • 19 ein Zeitdiagramm eines Fertigungsprozesses des in den 18A bis 18F gezeigten MOSFET;
  • 20A bis 20F Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Fertigung des MOSFET;
  • 21 ein Zeitdiagramm eines Fertigungsprozesses des in den 20A bis 20F gezeigten MOSFET;
  • 22A bis 22E Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Fertigung des MOSFET;
  • 23A bis 23E Querschnittsansichten zur Veranschaulichung noch eines weiteren Verfahrens zur Fertigung des MOSFET;
  • 24A bis 24F Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Fertigung des MOSFET als Vergleich;
  • 25 ein Zeitdiagramm eines Fertigungsprozesses des in den 24A bis 24F gezeigten MOSFET;
  • 26 eine Querschnittsansicht eines weiteren vertikalen Trench-Gate-MOSFET;
  • 27 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des in der 26 gezeigten MOSFET;
  • 28A bis 28D Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Fertigung des in der 26 gezeigten MOSFET;
  • 29A bis 29D Querschnittsansichten zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Fertigung des in der 26 gezeigten MOSFET;
  • 30A bis 30C Querschnittsansichten eines Halbleitersubstrats zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Fertigung des in der 26 gezeigten MOSFET;
  • 31A und 31B Querschnittsansichten mit verschiedenen Formen eines Grabens;
  • 32A eine Querschnittsansicht eines Substrats, und 32B ein Diagramm mit einem Verhältnis zwischen einer Prozesszeit und einer Wachstumsdicke; und
  • 33A bis 33C Querschnittsansichten eines Epitaxialfilms in dem Graben.
  • Nachstehend sind eine erste bis sechste Ausführungsform beschrieben, von denen lediglich die vierte und die fünfte Ausführungsform Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind, während die erste bis dritte Ausführungsform sowie die sechste Ausführungsform zum Verständnis dieser dienen.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Trench-Gate-MOSFET eines Längstyps dieser Ausführungsform.
  • In der 1 ist ein Epitaxialfilm 2 auf einem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 als Drainbereich und ein Epitaxialfilm 3 auf diesem Epitaxialfilm 2 gebildet. Ein Graben 4 ist parallel in dem Epitaxialfilm 2 der unteren Seite angeordnet. Der Graben 4 reicht durch den Epitaxialfilm 2 bis zu dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1. Ein Epitaxialfilm 5 ist in den Graben 4 gefüllt. Ein elektrischer Leitfähigkeitstyps des Epitaxialfilms 5 in dem Graben 4 ist p-leitend, und der elektrische Leitfähigkeitstyps eines Querbereichs 6 des Grabens 4 ist n-leitend. Folglich sind der p-leitende Bereich 5 und der n-leitende Bereich 6 abwechselnd in der Querrichtung angeordnet. Folglich wird eine sogenannte Super-Junction-Struktur, bei der eine Driftschicht eines MOSFET eine p-n-Säulenstruktur aufweist, gebildet.
  • In dem obigen Epitaxialfilm 3 der oberen Seite ist eine p-leitende Schicht 7 an einem Oberflächenschichtabschnitt gebildet. Ein Graben 8 für ein Gate ist parallel in dem Epitaxialfilm 3 angeordnet und reicht bis zum dem Epitaxialfilm 2. Ein Gateoxidfilm 9 ist an einer Innenoberfläche des Grabens 8 gebildet. Eine Polysiliziumgateelektrode 10 ist in einer Innenrichtung des Gateoxidfilms 9 angeordnet. Ein n+-leitender Sourcebereich 11 ist in einem Oberflächenschichtabschnitt eines Teils gebildet, der auf einer oberen Oberfläche des Epitaxialfilms 3 an den Graben 8 grenzt. Ferner ist ein p+-leitender Sourcekontaktbereich 12 in einem Oberflächenschichtabschnitt auf der oberen Oberfläche des p-leitenden Epitaxialfilms 3 gebildet.
  • Eine nicht gezeigte Drainelektrode ist auf einer unteren Oberfläche des n+-leitenden Siliziumsubstrats 1 gebildet und elektrisch mit dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 verbunden. Ferner ist eine nicht gezeigte Sourceelektrode auf der oberen Oberfläche des Epitaxialfilms 3 gebildet und elektrisch mit dem n+-leitenden Sourcebereich 11 und dem p+-leitenden Sourcekontaktbereich 12 verbunden.
  • Der Transistor schaltet durch, wenn eine vorbestimmte positive Spannung als elektrisches Gatepotenzial in einen Zustand angelegt wird, bei dem eine Sourcespannung auf ein elektrisches Massepotenzial und eine Drainspannung auf ein positives elektrisches Potenzial gesetzt ist. Wenn der Transistor durchschaltet, wird eine Inversionsschicht in einem Teil gebildet, das an dem Gateoxidfilm 9 in der p-leitenden Schicht 7 grenzt. Elektronen fließen durch diese Inversionsschicht zwischen der Source und dem Drain (von dem n+-leitenden Sourcebereich 11, der p-leitenden Schicht 7, dem n-leitenden Bereich 6 zu dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1). Während eines Sperrvorspannungsanlegungszeitraums (in einem Zustand, bei dem die Sourcespannung auf das elektrische Massepotenzial und die Drainspannung auf das positive elektrische Potenzial gesetzt ist), breitet sich eine Sperrschicht von einem p-n-Übergangsabschnitt des p-leitenden Bereichs 5 und den n-leitenden Bereichs 6 aus. Der p-leitende Bereich 5 und der n-leitende Bereich 6 verarmen, und es wird eine hohe Durchschlagspannung erzielt.
  • Nachstehend wird ein Fertigungsverfahren des Trench-Gate-MOSFET eines Längstyps dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C und 3A bis 3C beschrieben.
  • Zunächst wird die bei diesem Fertigungsprozess verwendete Epitaxialwachstumsvorrichtung beschrieben. 4 zeigt den Aufbau der Epitaxialwachstumsvorrichtung.
  • In der 4 ist eine Basis 31 zum Einspannen bzw. Befestigen eines Substrats (Wafer) 32 in einer Kammer 30 angeordnet. In dem Substrat (Wafer) 32 ist ein Graben auf einer Hauptoberfläche gebildet. Das Siliziumsubstrat (Wafer) 32 kann durch eine Lampe 33 erwärmt werden. Eine Absaugpumpe 34 ist mit der Kammer 30 verbunden. Ein Siliziumquellengas, wie beispielsweise SiH2Cl2 (Dichlorsilan: DCS) usw., ein Halogenid-Gas, wie beispielsweise Chlorwasserstoffgas (HCl) usw., und ein Wasserstoffgas können in die Kammer 30 eingeleitet werden. Ferner ist ein Thermometer 35 angeordnet und kann die Oberfläche eines Epitaxialfilms während eines Epitaxialwachstumszeitraums mit Hilfe dieses Thermometers 35 beobachtet werden. D. h., eine Oberflächentemperatur kann während eines Epitaxialfilmbildungszeitraums in dem Siliziumsubstrat 32, das an der Spannbasis 31 in der Kammer 30 befestigt ist, überwacht werden. Die Durchflussrate des in die Kammer 30 für das epitaxiale Wachstum eingeleiteten Siliziumquellengases kann mit Hilfe eines als erstes Gasdurchflussratenanpassmittel dienenden Ventils 36a angepasst werden. Die Durchflussrate des während des Epitaxialwachstumszeitraums in die Kammer 30 eingeleiteten Halogenid-Gases kann mit Hilfe eines als zweites Gasdurchflussratenanpassmittel dienenden Ventils 36b angepasst werden. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases kann mit Hilfe eines Ventils 36c angepasst werden. Eine Wachstumstemperatur innerhalb der Kammer 30 kann über die Lampe 33 mit Hilfe eines als Temperaturanpassungsmittel dienenden Temperaturreglers 37 angepasst werden. Ein Wachstumsdruck innerhalb der Kammer 30 kann mit Hilfe einer als Wachstumsdruckanpassmittel dienenden Pumpe 34 angepasst werden. Das Thermometer 35, die Ventile 36a, 36b, 36c, der Temperaturregler 37 und die Absaugpumpe 34 sind mit einem als Schaltmittel dienenden Regler 38 verbunden. Ein Signal des Thermometers 35 wird an den Regler 38 gegeben, und der Regler 38 regelt die Operationen der Ventile 36a, 36b, 36c, des Temperaturreglers 37 und der Absaugpumpe 34.
  • 6 zeigt ein Zeitdiagramm, wenn das epitaxiale Wachstum mit Hilfe der in der 4 gezeigten Epitaxialwachstumsvorrichtung ausgeführt wird. 6 zeigt die Änderungen einer Wachstumsrate (Geschwindigkeit auf einer Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats) in einem Epitaxialwachstumsprozess, die Wachstumstemperatur, die Halogenid-Gas-Durchflussrate, die Siliziumquellengas-Durchflussrate, den Wachstumsdruck, die Wasserstoffgasdurchflussrate und einen Ausgang des Thermometers.
  • Zunächst wird, wie in 2A gezeigt, ein n+-leitendes Siliziumsubstrat 1 vorbereitet und ein n-leitender Epitaxialfilm 2 auf diesem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 gebildet. Ferner wird die obere Oberfläche des Epitaxialfilms 2 geglättet.
  • Anschließend wird, wie in 2B gezeigt, ein anisotropes Ätzen (RIE) oder ein Nassätzen mit Hilfe einer alkalischen anisotropen Ätzflüssigkeit (KOH, TMAH, usw.) unter Verwendung einer Maske bezüglich des n-leitenden Epitaxialfilms 2 ausgeführt und ein das Siliziumsubstrat 1 erreichender Graben 4 gebildet. Auf diese Weise wird der Graben 4 an einer Hauptoberfläche 2a des Siliziumsubstrats gebildet, das sich aus dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 und dem Epitaxialfilm 2 zusammensetzt. Beispielsweise weist der Graben 4 eine Breite von ungefähr 0,8 μm und eine Tiefe von ungefähr 13 μm auf.
  • Nachstehend wird das verwendete Substrat beschrieben. Wie in den 7A und 7B gezeigt, wird ein Si-(110)-Substrat als monokristallines Substrat und eine Struktur mit einem auf diesem Si-(110)-Substrat gebildeten Epitaxialfilm 40 verwendet. Folglich ist eine Grabenbodenoberfläche in einer (110)-Ebene ausgerichtet und eine (111)-Ebene an einer Seitenoberfläche des Grabens 41 enthalten. Eine Füllform nimmt bei einer Grabenfüllepitaxie mit Hilfe eines LP-CVD-Verfahrens unter Verwendung diese Ausrichtung die bestmögliche Form an, so dass ein Grabenfüllepitaxialwachstum ohne Hohlraum ausgeführt und ein Durchsatz verbessert werden können. Da das Si-(110)-Substrat und der (111)-ausgerichtete Graben auf diese Weise vorgesehen sind, kann ferner eine Nassverarbeitung von TMAH, KOH usw. bezüglich des Grabens ausgeführt werden kann. Folglich kann eine Beeinträchtigung bzw. Beschädigung der Grabenoberfläche bezüglich eines Falles, bei dem ein Trockenätzen ausgeführt wird, verringert werden.
  • Andernfalls wird, wie in den 8A und 8B gezeigt, ein Si-(100)-Substrat als monokristallines Substrat und eine Struktur mit einem auf diesem Si-(100)-Substrat gebildeten Epitaxialfilm 50 verwendet. Folglich ist die Grabenbodenoberfläche in einer (100)-Ebene ausgerichtet und die (100)-Ebene an einer Seitenoberfläche des Grabens 51 enthalten. Mit Si-(100) können bei einer Vorrichtung mit einem (100)-ausgerichteten Graben die besten Eigenschaften erzielt werden, wobei sämtliche der Ausrichtungen eine Si-(100)-Ausrichtung annehmen, wenn die Grabenseitenoberfläche der p-n-Säule Si-(100)-ausgerichtet wird. Folglich wird eine von der Ausrichtung abhängige Eigenschaft innerhalb des Grabens beim Ausführen des Grabenfüllepitaxialwachstums entfernt.
  • Anschließend wird, wie in 2C gezeigt, ein Epitaxialfilm 20 auf dem Epitaxialfilm 2 (auf einer Hauptoberfläche 2a), einschließlich des Innenraums des Grabens 4, gebildet, und der Innenraum des Grabens 4 durch diesen Epitaxialfilm 20 gefüllt. Während dieser Zeit wird das Wachstum an dem Zeitpunkt t1 in der 6 gestartet. Genauer gesagt, es wird eine Temperatur in der Kammer erhöht, eine erforderliche Menge des Halogenid-Gases eingeleitet und eine erforderliche Menge des Siliziumquellengases eingeleitet. Ferner wird eine Druckminderungsumgebung als Filmbildungsdruck in der Kammer eingestellt und ein Wasserstoffgas eingeleitet. Beispielsweise wird SiH2Cl2 (Dichlorsilan: DCS) als Siliziumquellengas und ein mit Chlorwasserstoff (HCl) gemischtes Gas als das Halogenid-Gas verwendet und der Innenraum des Grabens 4 durch ein Niederdruckepitaxialwachstum gefüllt. In diesem Fall haftet ein Chloratom (Cl-Atom) 61, wie in 9 gezeigt, an einer Siliziumoberfläche eines Grabenöffnungsabschnitts an, und zwar als Reaktion eines Elements (Chloratom 61 und Siliziumatom 62) bezüglich des in einem Epitaxialfilm 60 gebildeten Grabens. Folglich wächst Silizium von einem Grabenbodenabschnitt an.
  • In der 6 beträgt die Wachstumstemperatur 960°C, ist der Wachstumsdruck auf 40 Torr eingestellt und beträgt die Durchflussrate des DCS 0.1 slm, die Durchflussrate des Wasserstoffgases (H2) 30 slm und die Durchflussrate des Chlorwasserstoffgases (HCl) 0.5 slm als typischer Wachstumszustand der Grabenfüllepitaxie. Die Wachstumsrate auf der Grabenoberfläche (Substrathauptoberfläche) beträgt bei diesem Zustand ungefähr einige zehn bis 100 nm/min.
  • Bei einem Prozess zum Füllen des Innenraums dieses Grabens 4 durch den Epitaxialfilm 20 wird das Mischgas aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas als das Gas verwendet, welches dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um den Epitaxialfilm 20 zu bilden. Genauer gesagt, es wird Monosilan (SiH4), Disilan (Si2H6), Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3) oder Tetrachlorsilan (SiCl4) als das Siliziumquellengas verwendet. Insbesondere wird vorzugsweise Monosilan, Disilan, Dichlorsilan oder Trichlorsilan als das Siliziumquellengas verwendet. Als das Halogenid-Gas wird Chlorwasserstoff (HCl), Chlor (Cl2), Fluor (F2), Trifluorchlor (CLF3), Fluorwasserstoff (HF) oder Bromwasserstoff (HBr) verwendet.
  • Demgegenüber werden dann, wenn der in der 2C gezeigte Epitaxialfilm 20 gebildet wird (während der Epitaxie), die folgenden Inhalte in Übereinstimmung mit einem Seitenverhältnis des Grabens eingestellt.
  • Wenn das Seitenverhältnis des Grabens kleiner 10 ist, eine Standarddurchflussrate des Halogenid-Gases auf X [slm] eingestellt ist und die Wachstumsrate Y [μm/Minute] beträgt, ist das folgende Verhältnis erfüllt. Y < 0.2X + 0.1 (F1)
  • Wenn das Seitenverhältnis des Grabens größer oder gleich 10 und kleiner 20 ist, die Standarddurchflussrate des Halogenid-Gases auf X [slm] eingestellt ist und die Wachstumsrate Y [μm/Minute] beträgt, ist das folgende Verhältnis erfüllt. Y < 0.2X + 0.05 (F2)
  • Wenn das Seitenverhältnis des Grabens größer oder gleich 20 ist, die Standarddurchflussrate des Halogenid-Gases auf X [slm] eingestellt ist und die Wachstumsrate Y [μm/Minute] beträgt, ist das folgende Verhältnis erfüllt. Y < 0.2X (F3)
  • Folglich ist es von dem Gesichtspunkt eines effizienten Füllens des Grabens mit dem Epitaxialfilm bei gleichzeitiger Beschränkung einer Hohlraumerzeugung her wünschenswert.
  • Die 10 bis 12 zeigen Versuchsergebnisse als Grundlage hierfür. In den 10 bis 12 beschreibt die Abszisse die Standarddurchflussrate X [slm] des Chlorwasserstoffs und die Ordinate die Wachstumsrate Y [μm/Minute]. 10 zeigt einen Fall, bei dem das Seitenverhältnis ”5” beträgt. 11 zeigt einen Fall, bei dem das Seitenverhältnis ”15” beträgt. 12 zeigt einen Fall, bei dem das Seitenverhältnis ”25” beträgt. In den 10, 11 und 12 zeigt ein schwarzer Kreis, dass ein Hohlraum vorhanden ist, und ein weißer Kreis, dass kein Hohlraum vorhanden ist. In jeder dieser Figuren ist bekannt, dass selbst dann kein Hohlraum erzeugt wird, wenn die Wachstumsrate des Epitaxialfilms hoch ist, wenn die Standarddurchflussrate des Chlorwasserstoffs erhöht wird. Ferner ist bekannt, dass eine Erzeugung des Hohlraums nicht verhindert werden kann, wenn eine Wachstumsrate des Epitaxialfilms nicht verringert wird, wenn das Seitenverhältnis erhöht wird, und zwar bei gleicher Standarddurchflussrate des Chlorwasserstoffs. In diesen Figuren ist eine Gleichung, welche die Grenze beschreibt, ab der ein Hohlraum erzeugt wird, in der 10 als Y = 0.2X + 0.1, in der 11 als Y = 0.2X + 0.05 und in der 12 als Y = 0.2X gegeben. In einem Bereich, der unterhalb einer durch solch eine Gleichung gegebenen Kennlinie liegt, wird kein Hohlraum erzeugt. Das Seitenverhältnis des Grabens ist, wie in 2B gezeigt, als B/A, d. h. (die Tiefe des Grabens)/(die Breite des Grabens) gegeben.
  • Ferner wird der Epitaxialfilm 20 gemäß einem Reaktionsgeschwindigkeitsbestimmungszustand gebildet. Insbesondere ist eine Obergrenze der Filmbildungstemperatur auf 950°C festgelegt, wenn Monosilan oder Disilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Die Obergrenze der Filmbildungstemperatur ist auf 1100°C festgelegt, wenn Dichlorsilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Die Obergrenze der Filmbildungstemperatur ist auf 1150°C festgelegt, wenn Trichlorsilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Die Obergrenze der Filmbildungstemperatur ist auf 1200°C festgelegt, wen Tetrachlorsilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Folglich ist experimentell bestätigt worden, dass das epitaxiale Wachstum ohne eine Erzeugung eines Gitterfehlers ausgeführt werden kann.
  • Wenn das Füllen des Epitaxialfilms 20 in dem Graben 4 derart angeschlossen wird, wird anschließend, wie in 3A gezeigt, ein Epitaxialfilm 21 auf dem Epitaxialfilm 20 gebildet, indem das epitaxiale Wachstum zur Glättung ausgeführt wird. D. h., wenn die Füllepitaxie von dem Grabenbodenabschnitt an ausgeführt wird, indem das Siliziumquellengas und das Halogenid-Gas verwendet werden, wird ein durch den Graben verursachter Stufenunterschied gebildet. Es ist in Anbetracht eines Polierprozesses wünschenswert, die Substrathauptoberfläche zu glätten, um einen Polierumfang zu verringern, und das epitaxiale Wachstum auf die Grabenfüllepitaxie folgend zur Glättung ausgeführt. Bei dieser Glättungsepitaxie wird ein Film mit einer Wachstumsrate gebildet, die höher als die Wachstumsrate des Epitaxialfilms 20 auf der Substrathauptoberfläche 2a bei der Grabenfüllepitaxie ist. D. h., in der 6 wird der Filmbildungszustand von wenigstens einem von (VIA) bis (VIAD) geändert.
    • (VIA) Die Wachstumstemperatur wird verglichen mit der Wachstumstemperatur während des Füllepitaxialwachstumszeitraums erhöht.
    • (VIB) Es wird kein Halogenid-Gas eingeleitet, oder die Durchflussrate des Halogenid-Gases wird verglichen mit der Durchflussrate während des Füllepitaxialwachstumszeitraums verringert.
    • (VIC) Die Durchflussrate des Siliziumquellengases wird verglichen mit der Durchflussrate während des Füllepitaxialwachstumszeitraums erhöht.
    • (VID) Der Wachstumsdruck wird verglichen mit dem Wachstumsdruck während des Füllepitaxialwachstumszeitraums erhöht.
  • D. h., er kann, wie bei (VIE) der 6 gezeigt, gemäß einem Zustand, bei dem die Wachstumsrate von Silizium auf der Hauptoberfläche (Ebene) 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 bei einer Glättungsepitaxie hoch ist, eingestellt werden.
  • Die Filmbildung wird hierbei in dem Zustand einer über der Wachstumsrate des Epitaxialfilms 20 auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 bei einem Glättungsepitaxieprozess liegenden Wachstumsrate ausgeführt. Folglich können dann, wenn auf das Füllepitaxialwachstum folgend zu dem Glättungsepitaxialwachstum gewechselt wird, wenigstens zwei oder mehr als zwei der jeweiligen Parameter der Durchflussrate des Halogenid-Gases, der Durchflussrate des Siliziumquellengases, der Wachstumstemperatur und des Wachstumsdrucks ebenso gleichzeitig gewechselt werden, um einen Zustand hoher Wachstumsrate zu erzielen.
  • Nachstehend wird beschrieben, wie ein Abschluss des Grabenfüllens erfasst wird.
  • Wenn ein Ausgang des Thermometers überwacht und der Graben während des epitaxialen Wachstums gefüllt wird, ändert sich ein Ausgangswert des Thermometer, wie an dem Zeitpunkt t2 der 6 gezeigt, nicht. Der in der 4 gezeigte Regler 38 erfasst den Abschluss des Grabenfüllens an diesem Zeitpunkt t2 und nimmt einen Wechsel zu einem Zustand zur Erhöhung der Wachstumsrate vor. D. h., an einem Zeitpunkt, an dem die Oberflächentemperatur des Epitaxialfilms, der in dem Graben gefüllt wird, von der Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats 32 aus in dem Thermometer 35 überwacht und sich ein Ausgangsignalpegel des Thermometers 35 bei einer vorbestimmten Messtemperatur nicht ändert, regelt der als Schaltmittel dienende Regler 38 wenigstens die Durchflussrate des Siliziumquellengases, die Durchflussrate des Halogenid-Gases, die Wachstumstemperatur oder den Wachstumsdruck mit Hilfe von wenigstens dem Ventil 36a (erstes Gasdurchflussratenanpassmittel), dem Ventil 36b (zweites Gasdurchflussratenanpassmittel), dem Temperaturregler 37 (Temperaturanpassmittel) oder der Pumpe 34 (Wachstumsdruckanpassmittel) und führt den Wechsel zu dem Zustand zur Erhöhung der Wachstumsrate aus.
  • 5 zeigt ein die Epitaxialwachstumsrate betreffendes Messergebnis. In der 5 beschreibt die Abszisse eine Temperatur und die Ordinate ein Wachstumsratenverhältnis. 5 zeigt einen Fall, bei dem einzig Dichlorsilan verwendet wird, und einen Fall, bei dem das epitaxiale Wachstum unter Verwendung eines Mischgases aus Dichlorsilan und Chlorwasserstoff ausgeführt wird. Aus der 5 wird ersichtlich, dass die Wachstumsrate in dem Fall, bei dem einzig Dichlorsilan verwendet wird, höher ist als in dem Fall, bei dem das Mischgas aus Dichlorsilan und Chlorwasserstoff verwendet wird. Ferner wird ersichtlich, dass das Wachstum im Fall einer höheren Temperatur beschleunigt werden kann.
  • Bei der Glättungsepitaxie liegt eine typische Wachstumsrate bei einigen μm/Minute, wenn die Wachstumstemperatur von 960°C auf 990°C und der Druck in der Kammer von 40 Torr auf 80 Torr geändert wird. Folglich dauert es dann, wenn die Dicke des Epitaxialfilms zur Glättung auf 3 μm festgelegt wird, 30 Minuten (= 3 [μm]/0.1 [μm/min]), wenn eine Epitaxie (Mischepitaxie unter Verwendung von HCl) gleich der des Grabenfüllzustands, bei welchem die obige Wachstumsrate von einigen zehn bis 100 nm/min erreicht wird, verwendet wird. Dieser Zeitraum kann jedoch auf 3 Minuten verkürzt werden (= 3 [μm]/1 [μm/min]). Folglich kann der Durchsatz des Epitaxieprozesses verbessert werden.
  • Wenn das Glättungsepitaxialwachstum abgeschlossen ist, wird ein Glättungspolieren von der oberen Oberflächenseite des in der 3A gezeigten Epitaxialfilms 21 ausgeführt. D. h., die Epitaxialfilme 21, 20 werden von der Seite der Substrathauptoberfläche 2a poliert. Der Epitaxialfilm (n-leitende Siliziumschicht) 2 wird, wie in 3B gezeigt, durch dieses Polieren freigelegt. Folglich sind der p-leitende Bereich 5 und der n-leitende Bereich 6 abwechselnd in der Querrichtung angeordnet. Das Polieren kann je nach Bedarf ausgeführt werden.
  • Anschließend wird, wie in 3C gezeigt, ein p–-leitender Epitaxialfilm 3 auf dem Epitaxialfilm 2 gebildet. Ferner werden, wie in 1 gezeigt, eine p-Wannenschicht 7, ein Graben 8, ein Gateoxidfilm 9, eine Polysiliziumgateelektrode 10, ein n+-leitender Sourcebereich 11 und ein p+-leitender Sourcekontaktbereich 12 gebildet. Ferner werden Elektroden und eine Verdrahtung gebildet.
  • Nachstehend wird der in den 2C und 3A gezeigte Epitaxialfilmbildungsprozess eines solchen Fertigungsprozesses detailliert beschrieben.
  • Die 24A bis 24F zeigen Ansichten eines Fertigungsprozesses als Vergleich mit den 2A bis 2C und 3A bis 3C. 25 zeigt ein Zeitdiagramm als Vergleich mit der 6.
  • Ein n-leitender Epitaxialfilm 101 wird, wie in 24A gezeigt, auf einem n+-leitenden Siliziumsubstrat 100 gebildet. Ein Graben 102 wird, wie in 24B gezeigt, durch ein Ätzen bezüglich des n-leitenden Epitaxialfilms 101 gebildet. Ein Epitaxialfilm 104 wird, wie in den 24C und 24D gezeigt, mit Hilfe einer Grabenfüllepitaxie unter Verwendung des Siliziumquellengases und des Halogenid-Gases gebildet. Ein Epitaxialfilm 105 wird, wie in 24E gezeigt, gebildet, indem eine Glättungsepitaxie ausgeführt wird. Anschließend werden die Epitaxialfilme 104, 105, wie in 24F gezeigt, poliert. Folglich kann ein selektives Wachstum von einem Grabenbodenabschnitt an ausgeführt werden, indem gleichzeitig das Siliziumquellengas, wie beispielsweise DCS usw., und das Halogenid-Gas, wie beispielsweise HCl usw., eingeleitet werden, um eine Grabenfüllepitaxie ohne Erzeugung eines Hohlraum zu realisieren. Da das Halogenid-Gas verwendet wird, wird das selektive Ätzen von dem Grabenbodenabschnitt dominant, da insbesondere das Wachstum von Silizium auf der Substrathauptoberfläche und in dem Grabenöffnungsabschnitt beschränkt werden kann.
  • Bei solch einem Substratfertigungsprozess wird die Filmbildung gemäß einem Reaktionsgeschwindigkeitsbestimmungszustand geringer Temperatur ausgeführt, um die Grabenfüllepitaxie ohne Erzeugung eines Hohlraums auszuführen. Ferner wird eine selektive Epitaxie unter Verwendung des Halogenid-Gases, wie beispielsweise HCl usw., ausgeführt. Wenn die Glättungsepitaxie unter Ausnutzung dieses Grabenfüllzustands ausgeführt wird, ist die Wachstumsrate derart langsam, dass sich der Durchsatz verschlechtert. Ferner ist die Wachstumsrate aufgrund eines Anhaftungseffekts bedingt durch ein Halogenid-Element an der Substrathauptoberfläche (9) gering, da das selektive Wachstum unter Verwendung des Siliziumquellengases und des Halogenid-Gases angewandt wird. Ferner muss der Durchsatz eines Polierprozesses oder ein Polierprozess über eine Verringerung einer Poliermenge bzw. des Polieraufwands verbessert werden.
  • Die vorliegende Ausführungsform wird demgegenüber wie folgt aufgebaut.
  • Bei der Glättungsepitaxie ist im Gegensatz zum Grabenfüllepitaxieprozess keine Selektivität erforderlich. Folglich sind ein Filmbildungszustand wie beispielsweise eine Filmbildung gemäß dem diffusionsbeschränkten Zustand aufgrund einer Verringerung der Filmbildungstemperatur und eine Siliziumwachstumsbeschränkung in dem Grabenöffnungsabschnitt aufgrund des Halogenid-Gases nicht erforderlich. Folglich wird bei einem Glättungsepitaxiezustand beispielsweise die Zuführung von HCl-Gas gestoppt und der Filmbildungszustand von dem diffusionsbeschränkten Zustand zu einem zuführungsbeschränkten Zustand gewechselt usw. Folglich wird ein bei der Glättungsepitaxie erforderlicher Filmbildungszeitraum verkürzt und kann ein Durchsatz des Grabenepitaxieprozesses verbessert werden.
  • In Übereinstimmung mit der obigen Ausführungsform können die folgenden Effekte erzielt werden.
    • (1) Als Fertigungsverfahren des Halbleitersubstrats sind ein erster, ein zweiter und ein dritter Prozess vorgesehen. Bei dem ersten Prozess wird der Graben 4 auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 gebildet. Bei dem zweiten Prozess wird der Epitaxialfilm 20 durch das epitaxiale Wachstum, das durch die Zuführung des Mischgases aus dem Siliziumquellengas und aus dem Halogenid-Gas bewirkt wird, auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2, einschließlich des Innenraums des Grabens 4, gebildet und der Innenraum des Grabens 4 mit dem Epitaxialfilm 20 gefüllt. Bei dem dritten Prozess wird der Epitaxialfilm 21 auf dem Epitaxialfilm 20 zum Füllen in dem zweiten Prozess gebildet, um ein Glätten in einem Zustand schnellerer Wachstumsrate als die Wachstumsrate des Epitaxialfilms 20 auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 in dem zweiten Prozess auszuführen. Folglich wird der Epitaxialfilm 20 bei dem zweiten Prozess durch das epitaxiale Wachstum, das durch eine Zuführung des Mischgases aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bewirkt wird, auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 gebildet. Anschließend wird der Innenraum des Grabens 4 mit dem Epitaxialfilm 20 gefüllt. Bei diesem Verfahren wird ein Hohlraum bei der Grabenfüllepitaxie durch die Zuführung des Halogenid-Gases beschränkt. Ferner wird bei dem dritten Prozess der Epitaxialfilm 21 auf dem Epitaxialfilm 20 zum Füllen bei dem zweiten Prozess gebildet, und zwar in dem Zustand höherer Wachstumsrate als die Wachstumsrate des Epitaxialfilms 20 auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 bei dem zweiten Prozess, derart auf dem Epitaxialfilm 20 zum Füllen bei dem zweiten Prozess gebildet, so dass der Durchsatz verbessert wird. Ferner ist das Polieren nicht mehr erforderlich. Folglich kann das Substrat, nachdem der Graben mit dem Epitaxialfilm gefüllt wurde, auf einfache Art und Weise geglättet werden, während Hohlraum bei der Grabenfüllepitaxie beschränkt wird.
    • (2) Bei dem dritten Prozess werden die Epitaxialfilme 20, 21 dann, wenn der Epitaxialfilm 21 in dem Zustand schnellerer Wachstumsrate als die Wachstumsrate des Epitaxialfilms 20 auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 bei dem zweiten Prozess gebildet wurde, auf der Seite der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 poliert. Folglich kann das Glätten weiter ausgeführt werden.
    • (3) Bei dem dritten Prozess wird einer der folgenden Inhalte ausgeführt, um den Epitaxialfilm 21 in dem Zustand schnellerer Wachstumsrate als die Wachstumsrate des Epitaxialfilms 20 auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 bei dem zweiten Prozess zu bilden.
    • (A) Die Durchflussrate des Halogenid-Gases wird während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem dritten Prozess verglichen mit der Durchflussrate während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem zweiten Prozess verringert.
    • (B) Das Halogenid-Gas wird derart eingestellt, dass es während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem dritten Prozess nicht eingeleitet wird.
    • (C) Die Durchflussrate des Siliziumquellengases wird während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem dritten Prozess verglichen mit der Durchflussrate während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem zweiten Prozess erhöht.
    • (D) Die Wachstumstemperatur während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem dritten Prozess wird verglichen mit der Wachstumstemperatur während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem zweiten Prozess erhöht.
    • (E) Der Wachstumsdruck während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem dritten Prozess wird verglichen mit dem Wachstumsdruck während des Epitaxialwachstumszeitraums bei dem zweiten Prozess erhöht.
    • (4) Eine Effizient ist gut, wenn sowohl das epitaxiale Wachstum des zweiten Prozesses als auch das epitaxiale Wachstum des dritten Prozesses mit Hilfe eines Druckverringerungs-CVD-Verfahrens ausgeführt werden.
    • (5) Bei dem dritten Prozess wird der Epitaxialfilm 21 gemäß einem Zustand schnellerer Wachstumsrate als die Wachstumsrate des Epitaxialfilms 20 auf der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 bei dem zweiten Prozess gebildet. Folglich können dann, wenn ein Wechsel zu dem epitaxialen Wachstum bei dem dritten Prozess ausgeführt wird, nachdem das epitaxiale Wachstum bei dem zweiten Prozess abgeschlossen wurde, wenigstens zwei oder mehr als zwei der jeweiligen Parameter der Durchflussrate des Halogenid-Gases, der Durchflussrate des Siliziumquellengases, der Wachstumstemperatur und des Wachstumsdrucks gleichzeitig gewechselt werden, um einen Zustand hoher Wachstumsrate zu erzielen. Auf diese Weise kann der Durchsatz weiter verbessert werden.
    • (6) Bei dem zweiten Prozess wird die Oberflächentemperatur des Epitaxialfilms 20 zum Füllen des Grabens 4 von der Seite der Hauptoberfläche 2a der Siliziumsubstrate 1, 2 mit Hilfe des Thermometers 35 überwacht. An einem Zeitpunkt, an dem sich ein Ausgangssignalpegel des Thermometers 35 bei einer vorbestimmten Messtemperatur nicht ändert, wird zu einem Zustand zur Erhöhung der Wachstumsrate bei dem dritten Prozess gewechselt. Auf diese Weise kann zuverlässig erfasst werden, wenn die Füllepitaxie abgeschlossen ist.
    • (7) Die Spannbasis 31, das erste Gasdurchflussratenanpassmittel 36a, das zweite Gasdurchflussratenanpassmittel 36b, das Temperaturanpassmittel 37, das Druckanpassmittel 34, das Thermometer 35 und das Schaltmittel 38 sind als Epitaxialwachstumsvorrichtung vorgesehen. Die Spannbasis 31 ist in der Kammer 30 angeordnet und fixiert das Siliziumsubstrat 32, indem der Graben auf der Hauptoberfläche gebildet wird. Das erste Gasdurchflussratenanpassmittel 36a passt die Durchflussrate des in die Kammer 30 eingeleiteten Siliziumquellengases für das epitaxiale Wachstum an. Das zweite Gasdurchflussratenanpassmittel 36b passt die Durchflussrate des in die Kammer 30 eingeleiteten Halogenid-Gases während des Epitaxialwachstumszeitraums an. Das Temperaturanpassmittel 37 passt die Wachstumstemperatur in der Kammer 30 an. Das Druckanpassmittel 34 passt den Wachstumsdruck in der Kammer 30 an. Das Thermometer 35 überwacht die Oberflächentemperatur während des Epitaxialfilmbildungszeitraums in dem an der Spannbasis 31 in der Kammer 30 befestigten Siliziumsubstrat 32. In dem Schaltmittel 38 wird die Oberflächentemperatur des in den Graben gefüllten Epitaxialfilms über das Thermometer 35 von der Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats 32 überwacht. An einem Zeitpunkt t2, an dem sich ein Ausgangssignalpegel des Thermometers 35 auf eine vorbestimmte Messtemperatur ändert, regelt das Schaltmittel 38 wenigstens die Durchflussrate des Siliziumquellengases, die Durchflussrate des Halogenid-Gases, die Wachstumstemperatur oder den Wachstumsdruck mit Hilfe von wenigstens dem ersten Gasdurchflussratenanpassmittel 36a, dem zweiten Gasdurchflussratenanpassmittel 36b, dem Temperaturanpassmittel 37 oder dem Druckanpassmittel 34. Anschließend führt das Schaltmittel 38 das Wechseln zu dem Zustand zur Erhöhung der Wachstumsrate aus.
  • Folglich können die Füllepitaxie und die anschließende Glättungsepitaxie automatisch geregelt werden.
  • Das epitaxiale Wachstum bei dem zweiten Prozess kann mit Hilfe eines Druckverringerungs-CVD-Wachstumsverfahrens ausgeführt werden, und das epitaxiale Wachstum bei dem dritten Prozess kann ebenso mit Hilfe eines gewöhnlichen Druck-CVD-Wachstumsverfahrens ausgeführt werden.
  • Ferner kann wenigstens einer der jeweiligen Parameter der Durchflussrate des Halogenid-Gases, der Durchflussrate des Siliziumquellengases, der Wachstumstemperatur und des Wachstumsdrucks während des Füllepitaxialwachstums (während des epitaxialen Wachstums bei dem zweiten Prozess) ebenso fortlaufend stufenlos angepasst werden, um, wie in 13 gezeigt, einen Zustand hoher Wachstumsrate zu erzielen, oder ebenso schrittweise angepasst werden, um, wie in 14 gezeigt, den Zustand hoher Wachstumsrate zu erzielen. Bei diesen Wachstumsparametern kann ebenso ein Parameter geändert und können auch eine Mehrzahl von Parametern kombiniert werden.
  • Folglich wird die Wachstumsrate der Füllepitaxie verringert (Filmbildungszustand hohen Auswahlverhältnisses), wenn das Seitenverhältnis einer Grabenfüllanfangszeitspanne, wie in 15A gezeigt, einen hohen Wert aufweist. Diese Wachstumsrate wird erhöht, wenn das Seitenverhältnis, wie in 15B gezeigt, einen geringen Wert aufweist. Folglich kann eine das Füllen erforderliche Zeitspanne verkürzt werden. D. h., der Durchsatz eines gesamten Grabenepitaxieprozesses kann ebenso während des Grabenfüllepitaxiezeitraums verbessert werden, indem der Filmbildungszustand in Übereinstimmung mit einer Änderung des Seitenverhältnisses bei dem Füllepitaxieprozess des Grabens geändert wird.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform hauptsächlich auf die von der ersten Ausführungsform verschiedenen Punkten ausgerichtet beschrieben.
  • Die 16A bis 16E zeigen Ansichten eines Fertigungsprozesses dieser Ausführungsformen als Ersatz für die 2A bis 2C und 3A bis 3C. 17 zeigt ein Zeitdiagramm dieser Ausführungsform als Ersatz für die 6.
  • Ein Epitaxialfilm 71 wird, wie in 16A gezeigt, auf einem Siliziumsubstrat 70 gebildet und als Siliziumsubstrat ausgelegt. Ein Graben 72 wird, wie in 16B gezeigt, auf einer Hauptoberfläche 71a der Siliziumsubstrate 70, 71 gebildet (erster Prozess).
  • Anschließend wird ein Epitaxialfilm 73, wie in 16C gezeigt, durch das epitaxiale Wachstum, das durch eine Zuführung des Mischgases aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bewirkt wird, einzig in dem Innenraum des Grabens 72 und nicht auf der Hauptoberfläche 71a der Siliziumsubstrate 70, 71 gebildet. Während dieser Zeit wird, wie in 17 gezeigt, ein epitaxialer Zustand hoher Selektivität bei der Grabenfüllepitaxie eingestellt, indem die Durchflussrate des Halogenid-Gases erhöht oder die Wachstumstemperatur verglichen mit dem in der 25 gezeigten Beispiel verringert wird. Ein Epitaxialfilm 73 wächst einzig in den Innenraum des Grabens 72 und nicht auf der Hauptoberfläche 71a der Siliziumsubstrate 70, 71. Genauer gesagt, das Wachstum wird von einer Grabenbodenoberfläche aus ausgeführt. Der Graben 72 wird, wie in den 16D und 16E gezeigt, mit dem Epitaxialfilm 73 gefüllt, bis dieser Epitaxialfilm 73 auf gleicher Ebene mit der Hauptoberfläche 71a der Siliziumsubstrate 70, 71 liegt (zweiter Prozess).
  • Bei dem zweiten Prozess wird das epitaxiale Wachstum des Epitaxialfilms 73, das durch das Einleiten des Mischgases aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bewirkt wird, folglich einzig in dem Innenraum des Grabens 72 und nicht auf der Hauptoberfläche 71a der Siliziumsubstrate 70, 71 ausgeführt. Ferner wird der Graben 72 mit dem Epitaxialfilm 73 gefüllt, bis der Epitaxialfilm 73 auf gleicher Ebene mit der Hauptoberfläche 71a der Siliziumsubstrate 70, 71 liegt. Bei diesem Füllen kann ein Hohlraum in der Grabenfüllepitaxieschicht durch die Zuführung des Halogenid-Gases beschränkt werden. Da auf der Hauptoberfläche 71a kein Film gebildet wird, kann ein Polierprozess folglich ausgelassen werden (Polieren kann als nicht erforderlich ausgelegt werden). Folglich kann das Substrat auf einfache Art und Weise geglättet werden, nachdem der Graben mit dem Epitaxialfilm gefüllt wurde, während der Hohlraum in der Grabenfüllepitaxialschicht beschränkt wird.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform hauptsächlich auf die von der ersten Ausführungsform verschiedenen Punkten ausgerichtet beschrieben.
  • Die 18A bis 18F zeigen Ansichten eines Fertigungsprozesses dieser Ausführungsform als Ersatz für die 2A bis 2C und 3A bis 3C. 19 zeigt ein Zeitdiagramm dieser Ausführungsform als Ersatz für die 6.
  • Das Siliziumsubstrat wird, wie in 18A gezeigt, aufgebaut, indem ein Epitaxialfilm 81 auf einem Siliziumsubstrat 80 gebildet wird. Anschließend wird, wie in 18B gezeigt, eine Maske 82 zur Grabenbildung auf einer Hauptoberfläche 81a der Siliziumsubstrate 80, 81 angeordnet. Ein Graben 83 wird gebildet, indem das Siliziumsubstrat 81 von einem Maskenöffnungsabschnitt 82a zur Grabenbildung in der Maske 82 geätzt wird (erster Prozess). Ein Siliziumoxidfilm wird als die Maske 82 verwendet.
  • Anschließend wird ein Epitaxialfilm 84, wie in den 18C und 18D gezeigt, mit Hilfe eines Niederdruckepitaxiewachstums, das durch eine Zuführung des Mischgases aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bewirkt wird, in einem Zustand einzig in dem Innenraum des Grabens 83 wachsen gelassen, bei dem die Maske 82 übrig ist. Ferner wird der Graben 83, wie in 18E gezeigt, mit dem Epitaxialfilm 84 gefüllt, bis der Epitaxialfilm 84 auf gleicher Ebene mit der Hauptoberfläche 81a der Siliziumsubstrate 80, 81 liegt (zweiter Prozess). D. h., die Filmbildung wird im Fall der 25, wie in 19 gezeigt, auf der Substrathauptoberfläche ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform wird das Füllen jedoch innerhalb des Grabens 83 ausgeführt und nicht auf der Substrathauptoberfläche 81a (auf einem Oxidfilm) ausgeführt, indem die Selektivität von Silizium (Si) und ein Siliziumoxidfilm (SiO2) bezüglich des Filmbildungszustands verwendet werden. Bei diesem Füllen wird ein Hohlraum in der Grabenfüllepitaxieschicht durch die Zuführung des Halogenid-Gases beschränkt.
  • Die Maske 82 wird, wie in 18F gezeigt, entfernt (dritter Prozess).
  • Bei dieser Ausführungsform kann ein Polierprozess folglich ausgelassen werden (Polieren kann als nicht erforderlich ausgelegt werden), da kein Film auf der Hauptoberfläche 81a gebildet wird. Folglich kann das Substrat auf einfache Art und Weise geglättet werden, nachdem der Graben mit dem Epitaxialfilm aufgefüllt wurde, und gleichzeitig der Hohlraum in der Grabenfüllepitaxialschicht beschränkt werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform hauptsächlich auf die von der ersten Ausführungsform verschiedenen Punkte ausgerichtet beschrieben.
  • Die 20A bis 20F zeigen Ansichten eines Fertigungsprozesses dieser Ausführungsform als Ersatz für die 2A bis 2C und 3A bis 3C. 21 zeigt ein Zeitdiagramm dieser Ausführungsform als Ersatz für die 6.
  • Ein Epitaxialfilm 91 wird, wie in 20A gezeigt, auf einem Siliziumsubstrat 90 gebildet und als Siliziumsubstrat ausgelegt. Anschließend wird eine Maske 92 zur Grabenbildung, wie in 20B gezeigt, auf einer Hauptoberfläche 91a der Siliziumsubstrate 90, 91 gebildet. Anschließend wird ein Graben 93 durch Ätzen eines Siliziumsubstrats 91 über einen Maskenöffnungsabschnitt 92a zur Grabenbildung in der Maske 92 gebildet (erster Prozess). Als die Maske 92 wird ein Siliziumoxidfilm verwendet.
  • Anschließend wird ein Epitaxialfilm 94, wie in 20C gezeigt, mit Hilfe eines Niederdruckepitaxiewachstums, das durch eine Zuführung des Mischgases aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bewirkt wird, in einem Zustand einzig in dem Innenraum des Grabens 93 wachsen gelassen, bei dem die Maske 92 übrig ist. Ferner wird der Graben 93, wie in 20D gezeigt, mit dem Epitaxialfilm 94 gefüllt, bis der Epitaxialfilm 94 höher als die Oberfläche der Maske 92 zur Grabenbildung reicht (zweiter Prozess). D. h., es wird, wie in 21 gezeigt, kein Wachstum auf der Maske 92 ausgeführt, indem ein Auswahlepitaxiezustand unter Verwendung des Siliziumquellengases und des Halogenid-Gases ausgenutzt wird. Bei diesem Füllen wird ein Hohlraum in der Grabenfüllepitaxialschicht durch die Zuführung des Halogenid-Gases beschränkt.
  • Ferner wird der Epitaxialfilm 94, wie in 20E gezeigt, von der Seite einer Hauptoberfläche 91a der Siliziumsubstrate 90, 91 mit der Maske 92 als Stopper poliert und die Seite der Hauptoberfläche 91a der Siliziumsubstrate 90, 91 geglättet (dritter Prozess). Während dieser Zeit wird das Polieren mit der Maske (Oxidfilm) 92 als Endpunkt ausgeführt. In diesem Fall ist ein Polierbereich verglichen mit einem Fall, bei dem eine gesamte Siliziumfläche poliert wird, einzig ein epitaxial gefüllter Bereich. Da eine Poliermenge verringert werden kann, kann der Durchsatz folglich verbessert werden. Da die Polierverteilung durch die Filmdickenverteilung der Maske (Oxidfilm) 92 bestimmt wird, wird eine Filmdickengleichmäßigkeitseigenschaft einer p-n-Säulenschicht innerhalb der Fläche ebenso verbessert.
  • Anschließend wird die Maske 92 entfernt (vierter Prozess). Die Seite der Hauptoberfläche 91a der Siliziumsubstrate 90, 91 wird, wie in 20F gezeigt, als Verarmungsschicht oxidiert, und diese Verarmungsoxidfilm wird entfernt, um eine noch genauere Glättung zu erhalten. Die Verarmungsschichtoxidation und die Entfernung des Verarmungsoxidfilms können je nach Bedarf ausgeführt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform kann eine Poliermenge folglich verringert und das Substrat auf einfache Art und Weise geglättet werden, indem die Maske als Stopper verwendet wird, nachdem der Graben mit dem Epitaxialfilm aufgefüllt wurde, während ein Hohlraum in der Grabenfüllepitaxialschicht beschränkt wird.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine fünfte Ausführungsform hauptsächlich auf die von der vierten Ausführungsform verschiedenen Punkte ausgerichtet beschrieben.
  • Die 22A bis 22E zeigen Ansichten eines Fertigungsprozesses dieser Ausführungsform.
  • Wie gemäß obiger Beschreibung in der 20A gezeigt, wird ein Epitaxialfilm 91 auf einem Siliziumsubstrat 90 gebildet. Eine Maske 92 zur Grabenbildung wird, wie in 20B gezeigt, auf einer Hauptoberfläche 91a der Siliziumsubstrate 90, 91 angeordnet. Ein Graben 93 wird gebildet, indem das Siliziumsubstrat 91 von einem Maskenöffnungsabschnitt 92a zur Grabenbildung in der Maske 92 geätzt wird (erster Prozess).
  • Wie in den 22A, 22B und 22C gezeigt, wird die Filmbildung in einem Zustand, bei dem die Maske 92 übrig ist, durch ein epitaxiales Wachstum, das durch die Zuführung des Mischgases auf dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bewirkt wird, auf der Maske 92, einschließlich des Innenraums des Grabens 4, ausgeführt und der Graben 93 mit einem Epitaxialfilm 95 gefüllt (zweiter Prozess). Bei diesem Verfahren wird ein Hohlraum in der Grabenfüllepitaxialschicht durch die Zuführung des Halogenid-Gases beschränkt. Während dieser Zeit kann ein Film an einer oberen Oberfläche der Maske 92, wie in 23C gezeigt, ein als Monokristall gebildeter Film (monokristalliner Film) 96 und ein als Polykristall gebildeter Film (polykristalliner Film) 97 sein. D. h., wenn eine Filmdicke bei dem Grabenfüllepitaxialwachstum erhöht wird, ändert sich eine Endstruktur in Übereinstimmung mit einer Selektivität, d. h. dem Verhältnis des Halogenid-Gases und des Siliziumquellengases. Wenn die Selektivität hoch ist (wenn die Durchflussrate des Halogenid-Gases erhöht wird), wächst der Einkristall auf der Maske (Oxidfilm) 92. Wenn die Selektivität demgegenüber gering ist (bei einer geringen Menge an HCl), wächst das polykristalline Silizium auf der gesamten Oberfläche oder einem Abschnitt der Maske (Oxidfilm) 92. Bei dem zweiten Prozess können der der monokristalline Film 96 und der polykristalline Film 97 folglich durch das über die Zuführung des Mischgases aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bewirkte epitaxiale Wachstum auf der Maske gebildet werden.
  • Anschließend werden die Filme (die Filme 95, 96 der 22C und die Filme 95, 97 der 23C) einer Oberseite der Maske 92, wie in den 22D und 23D gezeigt, mit der Maske 92 als Stopper poliert. Anschließend wird die Seite der Hauptoberfläche 91a der Siliziumsubstrate 90, 91 geglättet (dritter Prozess).
  • Anschließend wird die Maske 92, wie in der 22E gezeigt, entfernt (vierter Prozess). Anschließend wird die Seite der Hauptoberfläche 91a der Siliziumsubstrate 90, 91 als Verarmungsschicht oxidiert und dieser Verarmungsoxidfilm für eine noch genauere Glättung entfernt. Die Verarmungsoxidschicht und die Entfernung des Verarmungsoxidfilms können je nach Bedarf ausgeführt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform kann das Substrat folglich auf einfache Art und Weise geglättet werden, indem die Maske als Stopper verwendet wird, nachdem der Graben mit dem Epitaxialfilm gefüllt wurde, während ein Hohlraum in der Grabenfüllepitaxialschicht beschränkt wird. Bei der zweiten bis fünften Ausführungsform ist es, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, wünschenswert, die Gleichungen Y < 0.2X + 0.1, Y < 0.2X + 0.05 und Y < 0.2X während des Grabenfüllepitaxiezeitraums in Übereinstimmung mit dem Seitenverhältnis des Grabens zu erfüllen. Ferner wird vorzugsweise Chlorwasserstoff, Chlor, Fluor, Chlortrifluorid, Fluorwasserstoff oder Bromwasserstoff in dem Halogenid-Gas und vorzugsweise Monosilan, Disilan, Dichlorsilan oder Trichlorsilan in dem Siliziumquellengas verwendet. Ferner ist die Bodenoberfläche in dem Graben in einer (110)-Ebene ausgerichtet und eine (111)-Ebene an der Seitenoberfläche in dem Graben enthalten. Andernfalls ist die Bodenoberfläche in dem Graben vorzugsweise in einer (100)-Ebene ausgerichtet und die (100)-Ebene an der Seitenoberfläche in dem Graben enthalten.
  • Gemäß der bisherigen Beschreibung wird der n-leitende Epitaxialfilm in dem n+-leitenden Substrat und der Graben mit diesem n-leitenden Epitaxialfilm als Siliziumsubstrat an dessen Hauptoberfläche (Oberfläche) gebildet. Die Erfindung kann jedoch ebenso auf einen Fall angewandt werden, bei dem der Graben direkt in einem Bulk-Substrat gebildet wird.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • 26 zeigt eine Querschnittsansicht eines Trench-Gate-MOSFET eines Längstyps dieser Ausführungsform. 27 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnitts in einem Elementabschnitt der 26.
  • In der 27 ist ein Epitaxialfilm 2 auf einem als Drainbereich dienenden n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 und ein Epitaxialfilm 3 auf diesem Epitaxialfilm 2 gebildet. Ein Graben 4 ist parallel in dem Epitaxialfilm 2 von der Unterseite angeordnet. Der Graben 4 reicht durch den Epitaxialfilm 2 bis zu dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1. Ein Epitaxialfilm 5 ist in den Graben 4 gefüllt. Ein elektrischer Leitfähigkeitstyp des Epitaxialfilms 5 in dem Graben 4 ist p-leitend und der elektrische Leitfähigkeitstyp eines Querbereichs 6 des Grabens 4 ist n-leitend. Folglich sind der p-leitende Bereich 5 und der n-leitende Bereich 6 abwechselnd in der Querrichtung angeordnet. Folglich ist eine so genannte Super-Junction-Struktur, bei der eine Driftschicht eines MOSFET eine so genannte p-n-Säulenstruktur aufweist, gebildet.
  • Bei dem obigen Epitaxialfilm 3 der Oberseite ist eine p-Wannenschicht 7 auf dessen Oberflächenschichtabschnitt gebildet. Ein Graben 8 für ein Gate ist parallel in dem Epitaxialfilm 3 angeordnet und derart gebildet, dass er tiefer als die p-Wannenschicht 7 reicht. Ein Gateoxidfilm 9 ist an einer Innenoberfläche des Grabens 8 gebildet. Eine Polysiliziumgateelektrode 10 ist in einer Innenrichtung des Gateoxidfilms 9 angeordnet. Ein n+-leitender Sourcebereich 11 ist in einen Oberflächenschichtabschnitt in einem Teil gebildet, das an einer oberen Oberfläche des Epitaxialfilms 3 an den Graben 8 grenzt. Ferner ist ein p+-leitender Sourcekontaktbereich 12 in einem Oberflächenschichtabschnitt an der oberen Oberfläche des p-leitenden Epitaxialfilms 3 gebildet. Ein n–-leitender Pufferbereich 13 ist in jedem Graben 8 zwischen der p-leitenden Wannenschicht 7 in dem Epitaxialfilm 3 und dem obigen Epitaxialfilm 2 (Driftschicht) gebildet. Dieser n–-leitende Pufferbereich 13 weist einen Bodenoberflächenabschnitt des Grabens 8 auf und grenzt an den n-leitenden Bereich 6 in der Driftschicht und ebenso an die p-Wannenschicht 7. Ferner ist ein p–-leitender Bereich 14 zwischen n–-leitenden Pufferbereichen 13 jedes Grabens 8 gebildet.
  • Eine nicht gezeigte Drainelektrode ist an einer unteren Oberfläche des n+-leitenden Siliziumsubstrats 1 gebildet und elektrisch mit dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 verbunden. Ferner ist eine nicht gezeigte Sourceelektrode an der unteren Oberfläche des Epitaxialfilms 3 gebildet und elektrisch mit dem n+-leitenden Sourcebereich 11 und dem p+-leitenden Sourcekontaktbereich 12 verbunden.
  • Der Transistor schaltet durch, wenn eine vorbestimmte positive Spannung als elektrisches Gatepotenzial in einem Zustand angelegt wird, bei dem eine Sourcespannung auf ein elektrisches Massepotenzial und eine Drainspannung auf ein positives elektrisches Potenzial gesetzt sind. Wenn der Transistor durchschaltet, wird eine Inversionsschicht in einem Teil gebildet, der an den Gateoxidfilm 9 in der p-Wannenschicht 7 grenzt. Elektronen fließen durch diese Inversionsschicht zwischen der Source und dem Drain (von dem n+-leitenden Sourcebereich 11, der p-Wannenschicht 7, dem n–-leitenden Pufferbereich 13, dem n-leitenden Bereich 6 zu dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1). Während eines Sperrvorspannungsanlegungszeitraums (in einem Zustand, bei dem die Sourcespannung auf das elektrisches Massepotenzial und die Drainspannung auf das positive elektrische Potenzial gesetzt sind) dehnt sich eine Sperrschicht von einem p-n-Übergangsabschnitt des p-leitenden Bereichs 5 und den n-leitenden Bereichs 6, einem p-n-Übergangsabschnitt des n–-leitenden Pufferbereichs 13 und eines p–-leitenden Pufferbereichs 14 und einem p-n-Übergangsabschnitt des n–-leitenden Pufferbereichs 13 und der p-Wannenschicht 7 aus. Der p-leitende Bereich 5 und der n-leitende Bereich 6 werden verarmt und eine hohe Spannungsfestigkeit erzielt.
  • Der n+-leitende Bereich 6 und der p-leitende Bereich 5 sind in der 26 ferner in einem Anschlussabschnitt um einen Elementabschnitt herum abwechselnd in der Querrichtung angeordnet. Ferner ist ein LOCOS-Oxidfilm 15 auf einer Außenumfangsseite des Elementabschnitts auf der oberen Oberfläche des Epitaxialfilms 3 gebildet.
  • Nachstehend wird ein Fertigungsverfahren des Trench-Gate-MOSFET eines Längstyps dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird, wie in 28A gezeigt, ein n+-leitendes Siliziumsubstrat 1 vorbereitet und ein n-leitender Epitaxialfilm 2 auf diesem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 gebildet. Anschließend werden eine Mehrzahl von Gräben 220 in dem Epitaxialfilm 2 in einem Chipaußenumfangsabschnitt gebildet und ein Siliziumoxidfilm 221 in diesen Graben 220 gefüllt. Ferner wird die obere Oberfläche des Epitaxialfilms 2 geglättet.
  • Anschließend wird, wie in 28B gezeigt, ein Siliziumoxidfilm 222 auf dem n-leitenden Epitaxialfilm 2 gebildet und in einer vorbestimmten Form gemustert, um einen vorbestimmten Graben bezüglich dieses Siliziumoxidfilms 222 zu erhalten. Es wird ein anisotropes Ätzen (RIE) oder ein Nassätzen unter Verwendung einer alkalischen anisotropen Ätzlösung (KOH, TMAH, usw.) bezüglich des n-leitenden Epitaxialfilms 2 mit dem Siliziumoxidfilm 222 als Maske ausgeführt und ein bis zu dem Siliziumsubstrat 1 reichender Graben 4 gebildet. Während dieser Zeit werden eine Mehrzahl von Gräben 4 derart gebildet, dass ein Intervall Lt zwischen benachbarten Gräben größer als eine Grabenbreite Wt ist.
  • Der Graben 4 kann ein Streifenmuster und ein Punktmuster (Quadrat, Sechseck, usw.) aufweisen, wobei es ausreichend ist, wenn der Graben periodisch angeordnet ist.
  • Anschließend wird der als Maske verwendete Siliziumoxidfilm 222, wie in 28C gezeigt, entfernt. Ferner wird ein Wasserstofftempern vorzugsweise auf eine Entfernung des als Maske dienenden Oxidfilms 222 folgend ausgeführt. Ein p-leitender Epitaxialfilm 223 mit einer Konzentration, die größer als die Störstellenkonzentration des n-leitenden Epitaxialfilms 2 ist, wird, wie in 28D gezeigt, auf diesem n-leitenden Epitaxialfilm 2, einschließlich einer Innenoberfläche des Grabens 4, gebildet und der Innenraum des Grabens 4 mit diesem Epitaxialfilm 223 gefüllt. Bei einem Prozess zum Füllen des Innenraums dieses Grabens 4 mit dem Epitaxialfilm 223 wird ein Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas als Gas verwendet, welches dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um den Epitaxialfilm 223 zu bilden. Mit Hilfe dieser Mischepitaxie wird ein Vorwärtsverjüngungswachstum von einem Grabenbodenabschnitt ausgeführt. D. h., es wird ein Monosilan (SiH4), ein Disilan (Si2H6), ein Dichlorsilan (SiH2Cl2), ein Trichlorsilan (SiHCl3) oder ein Tetrachlorsilan (SiCl4) als das Siliziumquellengas verwendet. Insbesondere wird vorzugsweise Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3) oder Tetrachlorsilan (SiCl4) als das Siliziumquellengas verwendet. Als das Halogenid-Gas wird Chlorwasserstoff (HCl), Chlor (Cl2), Fluor (F2), Chlortrifluor (ClF3), Fluorwasserstoff (HF) oder Bromwasserstoff (HBr) verwendet.
  • Ferner wird der Epitaxialfilm 223 gemäß einem Reaktionsgeschwindigkeitsbestimmungszustand gebildet. Insbesondere wird eine Obergrenze einer Filmbildungstemperatur auf 950°C gesetzt, wenn Monosilan oder Disilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Die Obergrenze der Filmbildungstemperatur wird auf 1100°C gesetzt, wenn Dichlorsilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Die Obergrenze der Filmbildungstemperatur wird auf 1150°C gesetzt, wenn Trichlorsilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Die Obergrenze der Filmbildungstemperatur wird auf 1200°C gesetzt, wenn Tetrachlorsilan als das Siliziumquellengas verwendet wird. Ferner wird eine Untergrenze der Filmbildungstemperatur auf 800°C gesetzt, wenn ein Filmbildungsvakuumgrad auf einen Bereich von einem Normaldruck bis 100 Pa gesetzt wird. Die Untergrenze der Filmbildungstemperatur wird auf 600°C gesetzt, wenn der Filmbildungsvakuumgrad auf einen Bereich von 100 Pa bis 1 × 10–5 Pa gesetzt wird. Folglich ist experimentell bestätigt worden, dass das epitaxiale Wachstum ohne Erzeugung eines Gitterfehlers ausgeführt werden kann.
  • Ferner wird Ne2 × Wt = Ne1 × Lt derart eingestellt, dass das Verhältnis zwischen der Breite Wt des Grabens 4, dem Intervalls Lt zwischen benachbarten Gräben, der Störstellenkonzentration Ne1 des n-leitenden Epitaxialfilms 2 und der Störstellenkonzentration Ne2 des p-leitenden Epitaxialfilms 223 erfüllt ist.
  • Anschließend wird ein Glätten und Polieren von der oberen Oberflächenseite des Epitaxialfilms 223 ausgeführt und der Epitaxialfilm (n-leitende Siliziumschicht) 2, wie in 29A gezeigt, freigelegt. Folglich sind der p-leitende Bereich 5 und der n-leitende Bereich 6 abwechselnd in der Querrichtung angeordnet. Ferner wird der Siliziumoxidfilm 221 (siehe 28D) in dem Graben 220 eines Chipaußenumfangsabschnitts entfernt.
  • Anschließend wird ein p–-leitender Epitaxialfilm 224, wie in 29B gezeigt, auf dem Epitaxialfilm 2 gebildet. Ferner wird ein n–-leitender Pufferbereich 13, wie in 29C gezeigt, durch Ionenimplantation in einem Abschnitt gebildet, der an dem n-leitenden Bereich 6 in dem p–-leitenden Epitaxialfilm 224 grenzt. Während dieser Zeit wird eine Vertiefung 225 an einer oberen Oberfläche des Epitaxialfilms 224 in dem Graben 220, der in dem Chipaußenumfangsabschnitt angeordnet ist, gebildet. Diese Vertiefung wird als Ausrichtungsmarkierung verwendet und mit einer Photomaske in einer Position ausgerichtet.
  • Anschließend wird ein p–-leitender Epitaxialfilm 226, wie in 29D gezeigt, auf dem p–-leitenden Epitaxialfilm 224 gebildet.
  • Anschließend wird ein LOCOS-Oxidfilm 15, wie in 26 gezeigt, gebildet. Ferner werden eine p-Wannenschicht 7, ein Graben 8, ein Gateoxidfilm 9, eine Polysiliziumgateelektrode 10, ein n+-leitender Sourcebereich 11 und ein p+-leitender Sourcekontaktbereich 12 in einem Elementabschnitt gebildet. Ferner werden Elektroden und eine Verdrahtung gebildet. Bei der Bildung dieses Elementabschnitts wird eine Vertiefung 227 dann, wenn der n+-leitende Sourcebereich 11, der p+-leitende Sourcekontaktbereich 12 usw. durch die Ionenimplantation gebildet werden, auf einer oberen Oberfläche des Epitaxialfilms 226 in dem Graben 220, der in dem Chipaußenumfangsabschnitt der 29D angeordnet ist, gebildet. Diese Vertiefung 227 wird als Ausrichtungsmarkierung verwendet und mit einer Photomaske in einer Position ausgerichtet.
  • Das Mischgas aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas wird als das Gas verwendet, welches den Siliziumsubstraten 1, 2 zugeführt wird, um den Epitaxialfilm 223 zu bilden, bis der Innenraum des Grabens 4 mit dem Epitaxialfilm 223 gefüllt ist, und zwar von dem Beginn der Filmbildung des Epitaxialfilms 223 an, nachdem der Graben 4 in dem n-leitenden Epitaxialfilm 2 gebildet wurde. Im weiteren Sinne kann das Mischgas aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas bei einem abschließenden Prozess von wenigstens dem Füllen beim Füllen des Innenraums des Grabens 4 mit dem Epitaxialfilm 223 als Gas verwendet werden, das den Siliziumsubstraten 1, 2 zugeführt wird, um den Epitaxialfilm 223 zu bilden.
  • Nachstehend wird ein in den 28C und 28D gezeigter Füllepitaxialfilmbildungsprozess eines solchen Fertigungsprozesses detailliert unter Bezugnahme auf die 30A, 30B und 30C beschrieben.
  • Der Graben 4 wird, wie in 30A gezeigt, in dem auf dem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 gebildeten Epitaxialfilm 2 gebildet. Anschließend wird der Innenraum des Grabens 4, wie in 30C gezeigt, mit dem Epitaxialfilm 223 gefüllt. Während dieser Zeit wird eine Wachstumsrate in einem Grabenöffnungsabschnitt, wie in 30B gezeigt, derart eingestellt, dass sie langsamer als die Wachstumsrate in einem Teil ist, das tiefer als dieser Grabenöffnungsabschnitt liegt, indem ein Halogenid-Gas bezüglich des Epitaxialfilms 223, der an einer Grabenseitenoberfläche wächst, eingeleitet wird, und zwar als Filmbildungszustand des Epitaxialfilms 223. D. h., wenn die Wachstumsrate in dem Grabenöffnungsabschnitt auf ra und die Wachstumsrate in dem tiefer als der Grabenöffnungsabschnitt liegenden Teil auf rb eingestellt ist, gilt ra < rb.
  • Folglich wird der innerhalb des Grabens gebildete Epitaxialfilm derart gebildet, dass die Filmdicke des Grabenöffnungsabschnitts durch die Einleitung des Halogenid-Gases kleiner als die Filmdicke eines Grabenbodenabschnitts wird. Folglich wird die Filmdicke des Grabenöffnungsabschnitts bezüglich des Epitaxialfilms auf der Grabenseitenoberfläche kleiner als die des Grabenbodenabschnitts und kann ein Blockieren in dem Grabenöffnungsabschnitt durch den Epitaxialfilm beschränkt und eine Fülleigenschaft innerhalb des Grabens verbessert werden (Filmbildung kann ausgeführt werden, ohne dass ein Hohlraum erzeugt wird). D. h., es kann eine Spannungsfestigkeit während eines Sperrvorspannungsanlegungszeitraums (Source wird auf ein elektrisches Massepotenzial und das elektrische Drainpotential auf eine positive Spannung gesetzt) bezüglich einer Super-Junction-Struktur (p-n-Säulenstruktur) gewährleistet und ein elektrischer Junction-Kriechstrom durch die Filmbildung mit kleinerem Hohlraum beschränkt werden. Ferner können eine Bildung mit kleinerem Hohlraum (Verringerung einer Hohlraumgröße) und eine Verbesserung der Spannungsfestigkeit und einer Verbesserung des Junction-Kriechstroms erzielt werden.
  • Insbesondere werden dann, wenn der Epitaxialfilm 223 in der 28D gebildet wird, die folgenden Inhalte in Übereinstimmung mit einem Seitenverhältnis des Grabens eingestellt.
  • Wenn das Seitenverhältnis des Grabens einen Wert von kleiner 10 aufweist, eine Standarddurchflussrate des Halogenid-Gases auf X [slm] eingestellt ist und die Wachstumsrate Y [μm/Minute] beträgt, ist das folgende Verhältnis erfüllt. Y < 0.2X + 0.1 (F4)
  • Wenn das Seitenverhältnis des Grabens einen Wert von größer oder gleich 10 und kleiner gleich 20 aufweist, die Standarddurchflussrate des Halogenid-Gases auf X [slm] eingestellt ist und die Wachstumsrate Y [μm/Minute] beträgt, ist das folgende Verhältnis erfüllt. Y < 0.2X + 0.05 (F5)
  • Wenn das Seitenverhältnis des Grabens einen Wert von größer oder gleich 20 aufweist, die Standarddurchflussrate des Halogenid-Gases auf X [slm] eingestellt ist und die Wachstumsrate Y [μm/Minute] beträgt, ist das folgende Verhältnis erfüllt. Y < 0.2X (F6)
  • Folglich ist es von dem Gesichtspunkt her wünschenswert, dass der Graben effizient mit dem Epitaxialfilm gefüllt wird, während eine Erzeugung des Hohlraums beschränkt wird.
  • Die 10 bis 12 zeigen Versuchsergebnisse als Grundlage hierfür. In den 10 bis 12 beschreibt die Abszisse die Standarddurchflussrate X [slm] des Chlorwasserstoffs und die Ordinate die Wachstumsrate Y [μm/Minute]. 10 zeigt einen Fall, bei dem das Seitenverhältnis ”5” beträgt. 11 zeigt einen Fall, bei dem das Seitenverhältnis ”15” beträgt. 12 zeigt einen Fall, bei dem das Seitenverhältnis ”25” beträgt. In den 10, 11 und 12 zeigt ein schwarzer Kreis, dass ein Hohlraum vorhanden ist, und ein weißer Kreis, dass kein Hohlraum vorhanden ist. In jeder dieser Figuren ist bekannt, dass selbst dann kein Hohlraum erzeugt wird, wenn die Wachstumsrate des Epitaxialfilms hoch ist, wenn die Standarddurchflussrate des Chlorwasserstoffs erhöht wird. Ferner ist bekannt, dass eine Erzeugung des Hohlraums nicht verhindert werden kann, wenn eine Wachstumsrate des Epitaxialfilms nicht verringert wird, wenn das Seitenverhältnis erhöht wird, und zwar bei gleicher Standarddurchflussrate des Chlorwasserstoffs. In diesen Figuren ist eine Gleichung, welche die Grenze beschreibt, ab der ein Hohlraum erzeugt wird, in der 10 als Y = 0.2X + 0.1, in der 11 als Y = 0.2X + 0.05 und in der 12 als Y = 0.2X gegeben. In einem Bereich, der unterhalb einer durch solch einer Gleichung gegebenen Kennlinie liegt, wird kein Hohlraum erzeugt. Das Seitenverhältnis des Grabens ist, wie in 28C gezeigt, als d1/Wt, d. h. (die Tiefe des Grabens)/(die Breite des Grabens) gegeben.
  • Nachstehend wird der Einfluss der Grabenbreite Wt unter Bezugnahme auf die 31A bis 33C beschrieben.
  • Wie in den 31A und 31B gezeigt, werden ein Probekörper mit einer Grabenbreite Wt von 0,8 μm und ein Probekörper mit einer Grabenbreite Wt von 3 μm vorbereitet. In diesem Fall ist die Summe (= Wt + Lt) des Intervalls Lt zwischen den Gräben 4 und der Grabenbreite Wt konstant (gleich).
  • Anschließend wird das epitaxiale Wachstum bezüglich dieser zwei Probekörper ausgeführt. Die Ergebnisse sind in den 32A und 32B gezeigt. In den 32A und 32B beschreibt die Abszisse einen Filmbildungszeitraum und die Ordinate eine Wachstumsfilmdicke (d. h. eine Filmdicke auf der oberen Oberfläche des Substrats). In der 32B ist die Wachstumsdicke an fünf Punkten auf einer Oberfläche des Substrats gemessen worden.
  • In den 32A und 32B werden dann, wenn minimal 3 μm erforderlich sind, um einen Polierspielraum bezüglich der Wachstumsfilmdicke auf der Ordinate zu gewährleisten, 220 Minuten für den Filmbildungszeitraum bei dem Probekörper mit der Grabenbreite Wt von 3 μm benötigt, um diesen Zustand zu erfüllen. Im Gegensatz dazu kann der Filmbildungszeitraum bei dem Probekörper mit der Grabenbreite Wt von 0,8 μm 60 Minuten betragen. D. h., der Filmbildungszeitraum kann gedrittelt werden.
  • Folglich wird der Hohlraum, wie in den 33A bis 33C gezeigt, bei dem Verhältnis der Durchflussrate eines Filmbildungsgases und der Durchflussrate des Ätzgases (Halogenid-Gases) und der Filmbildungstemperatur leicht in dem Graben erzeugt werden, wenn die Durchflussrate des Filmbildungsgases erhöht und die Durchflussrate des Ätzgases (Halogenid-Gas) verringert und die Filmbildungstemperatur erhöht wird. Hierbei weist das Wachstumsgas in der 33A die größte und in der 33C die kleinste Menge auf. Das Ätzgas weist in der 33A die kleinste und in der 33C die größte Menge auf. Die Prozesstemperatur ist in der 33A am höchsten und in der 33C am geringsten. Umgekehrt wird es schwierig, den Hohlraum in dem Graben zu erzeugen, wenn die Durchflussrate des Filmbildungsgases verringert und die Durchflussrate des Ätzgases (Halogenid-Gases) erhöht und die Filmbildungstemperatur verringert wird. In Anbetracht dieser Inhalte wird der Hohlraum bei dieser Ausführungsform beschränkt und die Wachstumsrate bei dieser Ausführungsform verbessert. Hierauf wird nachstehend detailliert eingegangen.
  • Bei einem Fertigungsverfahren eines Halbleitersubstrats zum Füllen des Epitaxialfilms innerhalb des Grabens und zum Bilden einer Diffusionsschicht mit einem hohen Seitenverhältnis, und insbesondere bei einem Fertigungsverfahren einer p-n-Säule, die auf eine Driftschicht für einen Super-Junction (SJ-MOS) angewandt wird, sind die Wachstumsraten der oberen Oberfläche des Substrats und des Grabenöffnungsabschnitts bei der Mischepitaxie gering und wird das Wachstum von dem Grabenbodenabschnitt an ausgeführt. Folglich wird dann, wenn die Breite des Bodenabschnitts verringert wird, ein Wachstumsvolumen pro Zeiteinheit erhöht und ein Füllen mit einer hohen Geschwindigkeit ausgeführt. Folglich kann bei gleichem Säulenabstand (Wt + Lt), wie in den 31A und 31B gezeigt, der Super-Junction (SJ-MOS), in dem die p-n-Säule mit hoher Geschwindigkeit gebildet wird, gefertigt werden, wenn die folgenden drei Bedingungen erfüllt sind.
    • (E) Grabenstrukturbedingung: Das Intervall Lt zwischen benachbarten Gräben 4 ist derart gebildet, dass es größer als die Grabenbreite Wt (Wt < Lt) ist.
    • (F) Füllepitaxiekonzentrationsbedingung: Der p-leitende Epitaxialfilm 223 ist in Bezug auf die Konzentration Ne1 des n-leitenden Epitaxialfilms 2 und die Konzentration Ne2 des p-leitenden Epitaxialfilms 223 dicker als der n-leitende Epitaxialfilm 2 ausgelegt (Ne2 > Ne1).
    • (G) Füllepitaxiekonzentrationsbedingung: Die Summen (= Ne2 × Wt) der Konzentration Ne2 des p-leitenden Epitaxialfilms 223 und der Grabenbreite Wt und (= Ne1 × Lt) der Konzentration Ne1 des n-leitenden Epitaxialfilms 2 und das Intervall Lt zwischen benachbarten Gräben 4 sind derart festgelegt, dass sie gleich sind (Ne2 × Wt = Ne1 × Lt).
  • Ferner wird eine Grabenseitenoberfläche bezüglich eines Substratoberflächenazimuts, wie in 28C gezeigt, als Si-(111) ausgelegt, indem ein Si-(110)-Substrat aus einer Bodenabschnittauswahleigenschaft der Mischepitaxie verwendet wird. Andernfalls wird die Grabenseitenoberfläche als Si-(100) ausgelegt, indem ein Si-(100)-Substrat verwendet wird. Auf diese Weise erreicht sie eine ausgezeichnete Fülleigenschaft.
  • Gemäß der obigen Ausführungsform können die folgenden Effekte erzielt werden.
    • (8) Bei dem Fertigungsverfahren des Halbleitersubstrats sind ein erster und ein zweiter Prozess vorgesehen. Bei dem ersten Prozess werden eine Mehrzahl von Gräben 4 derart in dem n-leitenden (erster elektrischer Leitfähigkeitstyp) Epitaxialfilm 2, der auf dem n-leitenden (erster elektrischer Leitfähigkeitstyp) Siliziumsubstrat 1 gebildet ist, gebildet, dass das Intervall Lt zwischen den benachbarten Gräben 4 größer als die Grabenbreite Wt ist. Bei dem zweiten Prozess wird der p-leitende (zweiter elektrischer Leitfähigkeitstyp) Epitaxialfilm 223 mit einer Konzentration, die höher als die Störstellenkonzentration des Epitaxialfilms 2 ist, auf diesem Epitaxialfilm 2, einschließlich des Innenraums des Grabens 4, gebildet, indem das Mischgas aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas als das zum Bilden des p-leitenden Epitaxialfilms 223 in einem abschließenden Prozess zum Füllen von wenigstens dem Graben 4 zugeführte Gas verwendet wird. Der Innenraum des Grabens 4 wird anschließend mit dem p-leitenden Epitaxialfilm 223 gefüllt.
  • Folglich wird bei einem abschließenden Prozess zum Füllen von wenigstens dem Graben 4 die Filmbildung ausgeführt, indem das Mischgas aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenid-Gas als das zum Bilden des p-leitenden Epitaxialfilms 223 zugeführte Gas verwendet wird. Der Innenraum des Grabens 4 wird anschließend mit dem p-leitenden Epitaxialfilm 223 gefüllt. Folglich kann ein Blockieren des Grabenöffnungsabschnitts beschränkt werden. Ferner kann die Wachstumsrate verbessert werden, indem das Intervall Lt zwischen den benachbarten Gräben derart gebildet wird, dass es größer als die Grabenbreite Wt ist.
  • Folglich ist es dann, wenn der Graben 4 mit dem Epitaxialfilm 223 gefüllt und das Halbleitersubstrat gefertigt wird, möglich, die Beschränkung der Blockierung des Grabenöffnungsabschnitts und die Verbesserung der Wachstumsrate abzustimmen.
    • (9) Bei dem abschließenden Prozess zum Füllen von wenigstens dem Graben 4 beim Füllen des Innenraums des Grabens 4 mit dem p-leitenden Epitaxialfilm 223 wird die Wachstumsrate in dem Grabenöffnungsabschnitt derart eingestellt, dass sie geringer als die Wachstumsrate in einem Teil ist, der tiefer als dieser Grabenöffnungsabschnitt liegt, und zwar bezüglich des auf der Grabenseitenoberfläche wachsenden Epitaxialfilms, als Filmbildungszustand des Epitaxialfilms 223. Folglich wird das Blockieren in dem Grabenöffnungsabschnitt durch den Epitaxialfilm 223 beschränkt und kann die Fülleigenschaft innerhalb des Grabens 4 verbessert werden.
    • (10) Wenn die Breite des Grabens 4 auf ”Wt” und das Intervall zwischen den benachbarten Gräben 4 auf ”Lt” und die Störstellenkonzentration des n-leitenden Epitaxialfilms 2 auf ”Ne1” und die Störstellenkonzentration des p-leitenden Epitaxialfilms 223 auf ”Ne2” gesetzt ist, gilt das folgende Verhältnis. Ne2 × Wt = Ne1 × Lt (F7)
    • Folglich kann eine Optimierung über eine vollkommene Verarmung in der Super-Junction-Struktur vorgenommen werden.
    • (11) Wenn bei einer Bildung des p-leitenden (zweiter elektrischer Leitfähigkeitstyp) Epitaxialfilms bei dem zweiten Prozess die Standarddurchflussrate des Halogenid-Gases auf X [slm] und die Wachstumsrate auf Y [μm/Minute] eingestellt ist, gelten die folgenden Verhältnisse. D. h., Y < 0.2X + 0.1 gilt, wenn das Seitenverhältnis des Grabens kleiner als 10 ist. Ferner gilt Y < 0.2X + 0.05, wenn das Seitenverhältnis des Grabens einen Wert von größer oder gleich 10 und einen Wert von kleiner 20 aufweist. Ferner gilt Y < 0.2X, wenn das Seitenverhältnis des Grabens einen Wert von größer oder gleich 20 aufweist. Diese Verhältnisse sind von dem Gesichtspunkt her wünschenswert, dass der Graben effizient mit dem Epitaxialfilm gefüllt wird, während die Erzeugung eines Hohlraums beschränkt wird.
  • Gemäß der bisherigen Beschreibung ist der erste Leitfähigkeitstyp als die n-leitende Konzentration und der zweite Leitfähigkeitstyp als die p-leitende Konzentration festgelegt. Umgekehrt kann der erste Leitfähigkeitstyp jedoch als die p-leitende Konzentration und der zweite Leitfähigkeitstyp als die n-leitende Konzentration festgelegt sein (d. h., in der 26 ist das Substrat 1 p+-leitend, der Bereich 5 n-leitend und der Bereich 6 p-leitend).
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung umfasst die folgenden Ausgestaltungen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung die folgenden Schritte: Bilden einer Maske aus Siliziumoxid für einen Graben auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats; Bilden des Grabens auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats durch Ätzen der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats über eine Öffnung der Maske; Bilden eines Epitaxialfilms derart in dem Graben des Siliziumsubstrats mit der Maske unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas, dass der Graben mit dem Epitaxialfilm gefüllt wird, wobei bei dem Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms ein Niederdruckepitaxiewachstum unter Ausnutzung der Selektivität von Silizium des Siliziumsubstrats und des Siliziumoxids der Maske derart ausgeführt wird, dass der Epitaxialfilm nicht auf der Maske gebildet wird, und wobei der Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms abgeschlossen ist, wenn eine obere Oberfläche des Epitaxialfilms in dem Graben über einer Oberfläche der Maske liegt.; Polieren einer Oberfläche des Epitaxialfilms auf einer Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats derart unter Verwendung der Maske als Polierstopper, dass die Oberfläche des Epitaxialfilms und die Oberfläche der Maske geglättet werden; und Entfernen der Maske auf den Schritt zum Polieren der Oberfläche des Epitaxialfilms folgend.
  • Bei dem obigen Verfahren weist der Epitaxialfilm in dem Graben im Wesentlichen keinen Hohlraum auf, da das Halogenid-Gas zum Bilden des Epitaxialfilms verwendet wird. Ferner wird eine ebene Bearbeitung der Oberfläche der Vorrichtung vereinfacht.
  • Alternativ kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen: Oxidieren der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats derart auf den Schritt zum Entfernen der Maske folgend, dass eine Verarmungsoxidationsschicht auf der Hauptoberfläche gebildet wird; und Entfernen der Verarmungsoxidationsschicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung die folgenden Schritte: Bilden einer Maske aus Siliziumoxid für einen Graben auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats; Bilden des Grabens auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats durch Ätzen der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats über eine Öffnung der Maske; Bilden eines Epitaxialfilms derart auf der Maske und in dem Graben unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas, dass der Graben mit dem Epitaxialfilm gefüllt wird; Polieren einer Oberfläche des Epitaxialfilms auf einer Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats derart unter Verwendung der Maske als Polierstopper, dass die Oberfläche des Epitaxialfilms und die Oberfläche der Maske geglättet werden; und Entfernen der Maske auf den Schritt zum Polieren der Oberfläche des Epitaxialfilms folgend.
  • Bei dem obigen Verfahren weist der Epitaxialfilm in dem Graben im Wesentlichen keinen Hohlraum auf, da das Halogenid-Gas zum Bilden des Epitaxialfilms verwendet wird. Ferner kann eine ebene Bearbeitung der Oberfläche der Vorrichtung vereinfacht werden.
  • Alternativ kann der Epitaxialfilm auf der Maske beim Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms aus einem Einkristall gebildet sein. Ferner kann der Epitaxialfilm auf der Maske beim Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms aus einem Polykristall gebildet sein.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung, mit den Schritten: – Bilden einer Maske (92) aus Siliziumoxid für einen Graben (93) auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats (90); – Bilden des Grabens (93) auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) durch Ätzen der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) über eine (Öffnung der Maske (92); – Bilden eines Epitaxialfilms (94) derart in dem Graben (93) des Siliziumsubstrats (90) mit der Maske (92) unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas, dass der Graben (93) mit dem Epitaxialfilm (94) gefüllt wird, wobei bei dem Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms (94) ein Niederdruckepitaxiewachstum unter Ausnutzung der Selektivität von Silizium des Siliziumsubstrats (90) und des Siliziumoxids der Maske (92) derart ausgeführt wird, dass der Epitaxialfilm (94) nicht auf der Maske (92) gebildet wird, und wobei der Schritt zum Bilden des Epitaxialfilms (94) abgeschlossen ist, wenn eine obere Oberfläche des Epitaxialfilms (94) in dem Graben (93) über einer Oberfläche der Maske (92) liegt; – Polieren einer Oberfläche des Epitaxialfilms (94) auf einer Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats (90) derart unter Verwendung der Maske (92) als Polierstopper, dass die Oberfläche des Epitaxialfilms (94) und die Oberfläche der Maske (92) geglättet werden; und – Entfernen der Maske (92) auf den Schritt zum Polieren der Oberfläche des Epitaxialfilms (94) folgend.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: – Oxidieren der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) derart auf den Schritt zum Entfernen der Maske (92) folgend, dass eine Opferoxidationsschicht auf der Hauptoberfläche gebildet wird; und – Entfernen der Opferoxidationsschicht.
  3. Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung, mit den Schritten: – Bilden einer Maske (92) aus Siliziumoxid für einen Graben (93) auf einer Hauptoberfläche eines Siliziumsubstrats (90); – Bilden des Grabens (93) auf der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) durch Ätzen der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) über eine Öffnung der Maske (92); – Bilden eines Epitaxialfilms (95) derart auf der Maske (92) und in dem Graben (93) unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenid-Gas, dass der Graben (93) mit dem Epitaxialfilm (95) gefüllt wird; – Polieren einer Oberfläche des Epitaxialfilms (95) auf einer Hauptoberflächenseite des Siliziumsubstrats (90) derart unter Verwendung der Maske (92) als Polierstopper, dass die Oberfläche des Epitaxialfilms (95) und eine Oberfläche der Maske (92) geglättet werden; und – Entfernen der Maske (92) auf den Schritt zum Polieren der Oberfläche des Epitaxialfilms (95) folgend.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: – Oxidieren der Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats (90) derart auf den Schritt zum Entfernen der Maske (92) folgend, dass eine Opferoxidationsschicht auf der Hauptoberfläche gebildet wird; und – Entfernen der Opferoxidationsschicht.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Epitaxialfilm (95) auf der Maske (92) beim Schritt zum Bilden eines Epitaxialfilms (95) aus einem Einkristall gebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Epitaxialfilm (95) beim Schritt zum Bilden eines Epitaxialfilms (95) aus einem Polykristall gebildet ist.
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