DE10204411A1

DE10204411A1 - Production of trenches in common substrate comprises insulation trenches in the substrate, applying protective layer on the substrate, removing the protective layer and deepening an insulation trench in regions of an exposed base

Info

Publication number: DE10204411A1
Application number: DE2002104411
Authority: DE
Inventors: Martin Schrems
Original assignee: Austriamicrosystems AG
Current assignee: Ams AG
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2003-08-21

Abstract

Production of a first insulation trench (1) having a first trench depth and a second insulation trench (2) having a second trench depth larger than the first in a common substrate (3) comprises forming the insulation trenches in the substrate having the first trench depth, applying a protective layer on the substrate, in which the first insulation trench is completely filled with the material of the protective layer, removing the protective layer so that a base surface of the second insulation trench is exposed, and deepening the second insulation trench in regions of the exposed base surface up to the second trench depth. Preferred Features: The insulation trenches are produced using a common mask layer. The material of the protective layer acts as insulation medium for the first insulation trench. The protective layer contains a silicon oxide.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Isolationsgräben für eine integrierte Schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a method of manufacture of isolation trenches for an integrated circuit after the Preamble of claim 1.

Isolationsgräben der genannten Art dienen bei einer integrierten Schaltung zur elektrischen Isolation benachbart angeordneter integrierter Strukturen. Dies können beispielsweise Transistoren, Dioden, Widerstände oder Kondensatoren sowie Kombinationen dieser Bauelemente sein. Ebenso werden bei integrierten Speicher- und/oder Logikbauelementen einzelne Schaltungsteile durch Isolationsgräben voneinander isoliert. Isolationsgräben können dabei bei einer Vielzahl von Schaltungstechnologien wie z. B. CMOS, NMOS, PMOS, BiCMOS sowie Bipolartechnologien verwendet werden. Auch in diskreten Schaltkreisen, Hybridschaltkreisen und Hochspannungsschaltkreisen finden derartige Isolationsgräben Anwendung. Isolation trenches of the type mentioned serve one integrated circuit for electrical insulation adjacent arranged integrated structures. You can for example transistors, diodes, resistors or capacitors as well as combinations of these components. Likewise with integrated memory and / or logic components individual circuit parts separated by isolation trenches isolated. Isolation trenches can be used in a large number of Circuit technologies such as B. CMOS, NMOS, PMOS, BiCMOS as well as bipolar technologies are used. Even in discrete ones Circuits, Hybrid Circuits and Such trenches are used in high-voltage circuits.

Allgemein sollte ein Isolationsgraben einen möglichst niedrigen Leckstrom aufweisen. Für Schaltungen mit einer hohen Integrationsdichte ist weiterhin eine möglichst geringe laterale Ausdehnung des Isolationsgrabens vorteilhaft. Schließlich ist eine einfache Herstellung mit geringem technischem Aufwand wünschenswert. In general, an isolation trench should be one if possible have low leakage current. For circuits with a high Integration density is still as low as possible lateral expansion of the isolation trench advantageous. After all, it is a simple manufacture with little technical Effort desirable.

Für Isolationsgräben haben sich zwei Grundformen entwickelt. Bei der ersten Grundform, dem sogenannten flachen Isolationsgraben (STI, Shallow Trench Isolation) weist der Isolationsgraben eine Grabentiefe auf, die kleiner als die Grabenbreite oder etwa gleich der Grabenbreite ist. Typischerweise beträgt die Tiefe flacher Isolationsgräben etwa 0,5 µm, die Breite etwa 8 µm oder mehr. Two basic forms have been developed for isolation trenches. In the first basic form, the so-called flat Isolation trench (STI, shallow trench isolation) has the Isolation trench a trench depth that is smaller than the trench width or is approximately equal to the trench width. Typically is the depth of shallow isolation trenches is about 0.5 µm, the width about 8 µm or more.

Bei der zweiten Grundform, dem sogenannten tiefen Isolationsgraben (DTI, Deep Trend Isolation) ist die Tiefe des Isolationsgrabens größer als die Grabenbreite. Typischerweise weist ein solcher tiefer Isolationsgraben eine Tiefe zwischen 4 µm und 8 µm und eine Grabenbreite von etwa 0,5 µm auf. Gegenüber einem flachen Isolationsgraben ist der laterale Flächenbedarf deutlich geringer, die elektrischen Eigenschaften sind etwa vergleichbar. In the second basic form, the so-called deep one Isolation trench (DTI, Deep Trend Isolation) is the depth of the Isolation trench larger than the trench width. Typically points such a deep isolation trench has a depth between 4 µm and 8 µm and a trench width of about 0.5 µm. Across from a shallow isolation trench is the lateral area requirement significantly lower, the electrical properties are about comparable.

Neben diesen Grundformen sind auch Isolationsgräben bekannt, die sich aus beiden Grundformen zusammensetzen. In US 6,214,696 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Isolationsgrabens beschrieben. Der Isolationsgraben wird als flacher Isolationsgraben mit einer zusätzlichen Vertiefung nach Art eines tiefen Isolationsgrabens ausgebildet. In addition to these basic forms, isolation trenches are also known, which are composed of both basic forms. In US 6,214,696 B1 is a method for producing a such isolation trench described. The isolation trench will as a shallow isolation trench with an additional one Depression formed in the manner of a deep isolation trench.

Üblicherweise sind zur Ausbildung von Isolationsgräben verschiedener Tiefe in einem gemeinsamen Substrat zwei oder mehr Maskenschichten bzw. Maskenschritte bei der Herstellung erforderlich, da für jede Grabentiefe eine eigene Maske benötigt wird. Dabei steigen mit jedem zusätzlichen Maskenschritt Herstellungsaufwand und Kosten für das fertige Bauelement. Usually are used to form isolation trenches different depths in a common substrate two or more Mask layers or mask steps in the manufacture required because a separate mask for each trench depth is needed. Thereby increase with each additional mask step Manufacturing effort and costs for the finished component.

Die Ausbildung von Isolationsgräben verschiedener Tiefe ist allgemein vorteilhaft, um die Isolationsstruktur an die jeweilige integrierte Schaltung optimal anzupassen. The formation of isolation trenches of various depths is generally advantageous to the insulation structure to the to optimally adapt the respective integrated circuit.

Weiterhin werden beispielsweise CMOS-Schaltungsteile in wannenförmig dotierten Substratbereichen gebildet. Dies limitiert die Tiefe der Isolationsgräben, da die Gräben vollständig in dem wannenförmig dotierten Substratbereich liegen sollen. Hierbei sind Isolationsgräben verschiedener Tiefe von besonderem Vorteil. Beispielsweise können die CMOS-Schaltungsteile innerhalb eines gemeinsamen wannenförmig dotierten Substratbereichs gegeneinander mit flacheren Isolationsgräben und die gesamte Schaltung gegen andere Substratbereiche, beispielsweise Bipolarschaltungen, mit tieferen Isolationsgräben isoliert sein. Furthermore, for example, CMOS circuit parts in trough-shaped doped substrate areas formed. This limits the depth of the isolation trenches since the trenches lie completely in the trough-shaped doped substrate area should. Here are isolation trenches of different depths from special advantage. For example, the CMOS circuit parts within a common trough-doped Substrate area against each other with shallower isolation trenches and the whole circuit against other substrate areas, for example bipolar circuits with deeper isolation trenches be isolated.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Isolationsgräben für eine integrierte Schaltung anzugeben, das die Ausbildung von Isolationsgräben verschiedener Tiefe mit geringem Aufwand ermöglicht. Vorzugsweise soll das Verfahren nur eine einzige Maskenschicht benötigen. It is an object of the present invention to provide a method for Production of isolation trenches for an integrated Circuit specifying the formation of isolation trenches different depths with little effort. The method should preferably only have a single mask layer need.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a method according to claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are Subject of the dependent claims.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zunächst eine Mehrzahl von Isolationsgräben mit unterschiedlicher Grabenbreite und einheitlicher Grabentiefe in einem gemeinsamen Substrat auszubilden. Auf den Isolationsgräben wird eine Schutzschicht abgeschieden, wobei aufgrund der unterschiedlichen Grabenbreite nur ein Teil der Isolationsgräben vollständig mit dem Material der Schutzschicht aufgefüllt wird. Nachfolgend wird die Dicke der Schutzschicht so weit reduziert, bis ein Teil der Bodenfläche der nur teilweise gefüllten Isolationsgräben freigelegt ist. Abschließend wird die Tiefe der Isolationsgräben im Bereich der freigelegten Bodenfläche vergrößert. The invention is based on the idea, initially a plurality of isolation trenches with different trench widths and uniform trench depth in a common substrate train. A protective layer is placed on the isolation trenches deposited, due to the different Trench width only part of the isolation trenches completely with the Material of the protective layer is filled. Below is the thickness of the protective layer is reduced until part the bottom surface of the partially filled isolation trenches is exposed. In conclusion, the depth of the Isolation trenches enlarged in the area of the exposed floor area.

Erfindungsgemäß werden ein erster Isolationsgraben mit einer ersten Grabentiefe und ein zweiter Isolationsgraben mit einer zweiten, größeren Grabentiefe in einem gemeinsamen Substrat gebildet, indem zunächst der erste und der zweite Isolationsgraben in dem Substrat mit der Tiefe des ersten Isolationsgrabens ausgebildet werden und nachfolgend eine Schutzschicht derart aufgebracht wird, dass nur der erste Isolationsgraben mit dem Material der Schutzschicht vollständig gefüllt wird. Daraufhin wird die Schutzschicht abgetragen, so dass ein Teilbereich einer Bodenfläche des zweiten Isolationsgrabens freigelegt wird. Abschließend wird in diesem freigelegten Bodenflächenbereich der zweite Isolationsgraben vertieft. According to the invention, a first isolation trench with a first trench depth and a second isolation trench with a second, greater trench depth in a common substrate formed by first the first and the second Isolation trench in the substrate with the depth of the first Isolation trench are formed and subsequently a protective layer is applied such that only the first isolation trench is completely filled with the material of the protective layer. The protective layer is then removed, so that a Partial area of a bottom surface of the second isolation trench is exposed. Finally, this is uncovered Floor area of the second isolation trench deepened.

Es versteht sich, dass jeweils auch eine Mehrzahl von Isolationsgräben der ersten Grabentiefe und der zweiten Grabentiefe gemeinsam ausgebildet werden können. It is understood that a plurality of each Isolation trenches of the first trench depth and the second Trench depth can be formed together.

Vorteilhafterweise ist die Schutzschicht dabei so dimensioniert, dass der erste Isolationsgraben vor der weiteren Vertiefung im letzten Verfahrensschritt, die beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens erfolgen kann, geschützt ist. The protective layer is advantageously so dimensioned that the first isolation trench before the further Deepening in the last process step, for example can be done by means of an etching process is protected.

Daher ist zur Ausbildung der Isolationsgräben verschiedener Tiefe nur eine einzige gemeinsame Maskenschicht nötig, vermittels der die beiden Isolationsgräben mit der ersten Grabentiefe zu Beginn des Verfahrens ausgebildet werden. Therefore, the formation of isolation trenches is different Depth only one common mask layer needed by means of the two isolation trenches with the first Trench depth at the beginning of the process.

Bei herkömmlichen Verfahren hingegen wäre die Aufbringung und Strukturierung einer zweiten Maskenschicht erforderlich, um die Bereiche des ersten Isolationsgrabens, die nicht weiter vertieft werden sollen, selektiv zu bedecken. Bei der Erfindung hingegen sind die Grabenbreiten so gewählt, dass die Schutzschicht diese Funktion erfüllt. With conventional processes, however, the application would be and Patterning of a second mask layer required to the areas of the first isolation trench that are no further to be deepened, to cover selectively. In the In contrast, the trench widths are chosen so that the Protective layer fulfills this function.

Unter einer Maskenschicht ist bei der Erfindung insbesondere eine Schicht zu verstehen, auf die eine laterale Struktur durch einen eigenen Strukturierungsschritt, zum Beispiel photolithographisch, übertragen wird. Die Schutzschicht stellt in diesem Sinne keine Maskenschicht dar, da sich ihre Struktur durch einfache Abtragung von selbst ausbildet. Under a mask layer is in particular in the invention to understand a layer on which a lateral structure through a separate structuring step, for example photolithographically. The protective layer provides In this sense, it does not represent a mask layer, since their Structures itself by simple removal.

Vorzugsweise wird bei der Erfindung zur Ausbildung der Isolationsgräben zu Beginn des Verfahrens eine durchgehende Maskenschicht auf das Substrat aufgebracht, nachfolgend mit einem Photolack bedeckt und durch entsprechende Belichtung, Entwicklung und Abtragung die Maskenstruktur ausgebildet. Nachfolgend werden die Isolationsgräben in den von der Maskenschicht unbedeckten Bereichen mittels eines Ätzverfahrens in das Substrat geätzt. Preferably, the invention for training the Isolation trenches a continuous at the beginning of the process Mask layer applied to the substrate, subsequently with covered with a photoresist and by appropriate exposure, Development and removal of the mask structure. In the following, the isolation trenches in the Mask layer uncovered areas by means of an etching process etched into the substrate.

Zur vollständigen Füllung des ersten Isolationsgrabens mit dem Material der Schutzschicht ist es vorteilhaft, den ersten Isolationsgraben mit einer Grabenbreite a₁ auszubilden, für die gilt

wobei d die Dicke der Schutzschicht bezeichnet. To completely fill the first isolation trench with the material of the protective layer, it is advantageous to design the first isolation trench with a trench width a ₁ , for which the following applies

where d denotes the thickness of the protective layer.

Dadurch ist gewährleistet, dass die Schutzschicht den Isolationsgraben vollständig auffüllt. Entsprechend weist der zweite Isolationsgraben eine Grabenbreite a₂ auf, die die Ungleichung

erfüllt. Ein derartiger Isolationsgraben wird von einer Schutzschicht der Breite d nur teilweise gefüllt. This ensures that the protective layer completely fills the isolation trench. Correspondingly, the second isolation trench has a trench width a ₂ , which is the inequality

Fulfills. Such an isolation trench is only partially filled by a protective layer of width d.

Vorzugsweise ist die Schutzschicht auf der Basis eines Siliziumoxids gebildet. Eine solche Schicht kann zum Beispiel mittels eines CVD-Verfahrens aufgebracht werden. Vorteilhafterweise kann ein derartiges Siliziumoxid in dem Isolationsgrabens vorbleiben und zugleich als Isolationsmedium dienen. Alternativ kann die Schutzschicht in einem weiteren Schritt des Verfahrens vollständig entfernt und der oder die Isolationsgräben mit einem anderen Isolationsmedium gefüllt werden. The protective layer is preferably based on a Silicon oxide formed. Such a layer can for example be applied by means of a CVD process. Such a silicon oxide can advantageously be used in the Isolation trench remain and at the same time serve as an isolation medium. Alternatively, the protective layer can be used in a further step of the procedure completely removed and the or the Isolation trenches can be filled with another isolation medium.

Zur Vertiefung des zweiten Isolationsgrabens ist ebenfalls ein Ätzverfahren, insbesondere ein RIE-Verfahren (Reaktive Ion Etch) geeignet. Da bei der Bildung bzw. Vertiefung der Isolationsgräben mittels Ätzverfahren an den Seitenflächen Störstellen entstehen können, die die Isolationswirkung beeinträchtigen, ist es zweckmäßig, den oder die Isolationsgräben nach deren Ausbildung bzw. Vertiefung mit einer Zwischenschicht, beispielsweise einer Siliziumoxidschicht, die insbesondere thermisch gebildet sein kann und eine typische Dicke zwischen 5 nm und 10 nm aufweist, zu versehen. To deepen the second isolation trench is also an etching process, in particular an RIE process (reactive Ion etch). Because in the formation or deepening of Isolation trenches using etching processes on the side surfaces Impurities can arise that affect the insulation affect, it is appropriate to the Isolation trenches after their formation or deepening with a Intermediate layer, for example a silicon oxide layer, the in particular can be thermally formed and a typical thickness between 5 nm and 10 nm.

Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5. Further features, advantages and expediencies of the invention result from the exemplary embodiments described below in connection with FIGS. 1 to 5.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1a bis 1e eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von fünf Zwischenschritten, FIG. 1a to 1e is a schematic representation of an embodiment of a method according to the invention using five intermediate steps,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung von Isolationsgräben für ein erfindungsgemäßes Verfahren, Fig. 2 is a schematic representation of a first arrangement of isolation trenches for an inventive process,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung von Isolationsgräben für ein erfindungsgemäßes Verfahren, Fig. 3 is a schematic representation of a second arrangement of isolation trenches for an inventive process,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Anordnung von Isolationsgräben für ein erfindungsgemäßes Verfahren und Fig. 4 is a schematic illustration of a third arrangement of isolation trenches for an inventive method and

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Anordnung von Isolationsgräben für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Fig. 5 is a schematic representation of a fourth arrangement of isolation trenches for an inventive method.

Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. The same or equivalent elements are in the figures provided the same reference numerals.

In den ersten beiden Schritten des in Fig. 1 gezeigten Herstellungsverfahrens werden in einem gemeinsamen Substrat 3, vorzugsweise einem Siliziumsubstrat, ein erster Isolationsgraben 1 und ein zweiter Isolationsgraben 2 mit der Tiefe y₁ gebildet, Fig. 1a. In the first two steps of the production method shown in FIG. 1, a first isolation trench 1 and a second isolation trench 2 with the depth y _{1 are} formed in a common substrate 3 , preferably a silicon substrate, FIG. 1a.

Dazu wird zunächst das Substrat 3 mit einer dünnen Oxidschicht 6, die thermisch gebildet sein kann, überzogen und nachfolgend mit einer Deckschicht 4, zum Beispiel einer Siliziumnitridschicht, und darauf mit einer Maskenschicht 5, beispielsweise einer TEOS-Schicht (Tetraethylorthosilikat) mit einer Schichtdicke von etwa 500 nm, bedeckt. Die Maskenschicht 5 wird dann mittels eines herkömmlichen Lithographieverfahrens strukturiert. In den Bereichen der zu bildenden Isolationsgräben wird dabei die Maskenschicht 5 einschließlich der Deckschicht 4 entfernt, Fig. 1a. For this purpose, the substrate 3 is first coated with a thin oxide layer 6 , which can be thermally formed, and subsequently with a cover layer 4 , for example a silicon nitride layer, and then with a mask layer 5 , for example a TEOS layer (tetraethyl orthosilicate) with a layer thickness of about 500 nm. The mask layer 5 is then structured by means of a conventional lithography method. In the areas of the isolation trenches to be formed, the mask layer 5 including the cover layer 4 is removed, FIG. 1a.

In den so freigelegten Bereichen der Maskenschicht 4 bzw. Deckschicht 5 werden dann der erste Isolationsgraben 1 und der zweite Isolationsgraben 2 mit derselben Tiefe y₁ in das Substrat geätzt, Fig. 1b. Die Tiefe y₁ entspricht der endgültigen Tiefe des ersten Isolationsgrabens 1, während der zweite Isolationsgraben 2 im weiteren Verfahren noch tiefer ausgeformt wird. Der erste Isolationsgraben 1 weist dabei eine Grabenbreite a₁, der zweite Isolationsgraben 2 eine entsprechende, größere Grabenbreite a₂ auf. The first isolation trench 1 and the second isolation trench 2 are then etched into the substrate with the same depth y ₁ in the regions of the mask layer 4 or cover layer 5 thus exposed, FIG. 1b. The depth y ₁ corresponds to the final depth of the first isolation trench 1 , while the second isolation trench 2 is formed even deeper in the further process. The first isolation trench 1 has a trench width a ₁ , the second isolation trench 2 has a corresponding, larger trench width a ₂ .

Anschließend werden die so gebildeten Isolationsgräben 1 und 2 mit einer Zwischenschicht 8 in Form einer thermischen Oxidschicht versehen, deren Dicke vorzugsweise zwischen 5 nm und 10 nm liegt. Diese Oxidschicht dient unter anderem der Kompensation von Störstellen, die bei der Ausbildung der Isolationsgräben mit dem genannten Ätzverfahren an den Grabenwänden entstehen können. Die Oxidschichten 6 und 8 bilden somit einen weitgehend geschlossenen Oxidüberzug für die Isolationsgräben und die dazwischenliegenden Substratbereiche. Es sei hierbei angemerkt, dass bei der Erfindung die Oxidschichten 6 und 8 vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich sind. The isolation trenches 1 and 2 thus formed are then provided with an intermediate layer 8 in the form of a thermal oxide layer, the thickness of which is preferably between 5 nm and 10 nm. This oxide layer serves, among other things, to compensate for imperfections that can occur on the trench walls when the isolation trenches are formed using the etching method mentioned. The oxide layers 6 and 8 thus form a largely closed oxide coating for the isolation trenches and the intermediate substrate areas. It should be noted here that the oxide layers 6 and 8 are advantageous, but not absolutely necessary, in the invention.

Im nächsten Schritt, Fig. 1c, wird eine Schutzschicht 7 mit der Dicke d auf dem Substrat 3 abgeschieden. Vorzugsweise ist die Schutzschicht 7 eine Siliziumoxidschicht. Derartige Schichten können beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens, insbesondere als LPCVD-Oxid (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) oder HDP-Oxid (High Density Plasma), aufgebracht werden. Optional kann eine solche Oxidschicht verdichtet und/oder ausgeheilt werden, beispielsweise in Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1100°C. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Material der Schutzschicht 7 als Isolationsmedium im Isolationsgraben verbleibt. In the next step, FIG. 1 c, a protective layer 7 with the thickness d is deposited on the substrate 3 . The protective layer 7 is preferably a silicon oxide layer. Layers of this type can be applied, for example, by means of a CVD process, in particular as LPCVD oxide (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or HDP oxide (High Density Plasma). Such an oxide layer can optionally be compressed and / or cured, for example in a nitrogen atmosphere at a temperature between 800 ° C and 1100 ° C. This is particularly advantageous if the material of the protective layer 7 remains in the isolation trench as an insulation medium.

Für die Dicke d der Schutzschicht 7 gilt einerseits

und andererseits

On the one hand, the thickness d of the protective layer 7 applies

and on the other hand

Durch die erste Ungleichung ist gewährleistet, dass der flache Isolationsgraben 1 vollständig mit dem Material der Schutzschicht 7 aufgefüllt wird, da die in lateraler Richtung auf die Grabenflanken 14 aufwachsenden Schutzschichtbereiche sich bis zur Grabenmittellinie 9 erstrecken und dort zusammenwachsen. Im dargestellten Schnitt wäre hierfür die Bedingung d > a₁/2 ausreichend. Der zusätzliche Faktor √2 auf der rechten Seite der Ungleichung gewährleistet, dass auch Eckbereiche zweier sich kreuzender oder aneinanderstoßender, zueinander orthogonaler Gräben aufgefüllt werden, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird. The first inequality ensures that the flat isolation trench 1 is completely filled with the material of the protective layer 7 , since the protective layer regions growing on the trench flanks 14 in the lateral direction extend to the trench center line 9 and grow together there. In the illustrated section of this condition d> a _half would be sufficient. The additional factor √ 2 on the right side of the inequality ensures that corner areas of two intersecting or abutting, mutually orthogonal trenches are also filled, as will be explained in more detail below.

Durch die zweite Ungleichung wird in Bereichen des zweiten Isolationsgrabens 2 im Gegensatz dazu sichergestellt, dass die Schutzschicht 7 sich nicht bis zur Grabenmitte erstrecken und den Graben vollständig füllen kann. Im Ergebnis wird so bewirkt, dass von der Bodenfläche der Gräben bis zur oberseitigen Grenzfläche der Schutzschicht 7 gemessen der Isolationsgraben 1 mit einer dickeren Lage des Schutzschichtmaterials als der Isolationsgraben 2 bedeckt ist. In contrast, the second inequality in regions of the second isolation trench 2 ensures that the protective layer 7 does not extend to the middle of the trench and can completely fill the trench. As a result, the insulation trench 1, measured from the bottom surface of the trenches to the upper boundary surface of the protective layer 7 , is covered with a thicker layer of the protective layer material than the insulation trench 2 .

Im nächsten Schritt, Fig. 1d, wird die Schutzschicht 7 bis zur Bodenfläche 10 des zweiten Isolationsgrabens abgetragen. In diesem Bereich der Bodenfläche 10 ist die Gesamtdicke der Schutzschicht 7 gleich der ursprünglichen Dicke d, während die entsprechende Gesamtdicke d im Bereich des ersten Isolationsgrabens größer und durch d' = d + y₁ + b gegeben ist, wobei b die Dicke der Schichten 4 und 5 bezeichnet. In the next step, FIG. 1d, the protective layer 7 is removed down to the bottom surface 10 of the second isolation trench. In this area of the bottom surface 10 , the total thickness of the protective layer 7 is equal to the original thickness d, while the corresponding total thickness d is greater in the area of the first isolation trench and is given by d '= d + y ₁ + b, where b is the thickness of the layers 4 and 5 designated.

Zur Freilegung der Bodenfläche 10 ist es daher zweckmäßig, die Schutzschicht 7 um die ursprüngliche Dicke d bis zur Oberfläche der Maskenschicht 5 abzudünnen. Hierfür kann ein herkömmliches Ätzverfahren, z. B. ein RIE-Verfahren, angewandt werden. Im Bereich des Isolationsgrabens 1 entsteht dabei eine mit der Maskenschicht 5 bündig abschließende Füllung des Isolationsgrabens aus dem Material der Schutzschicht 7, beispielsweise dem genannten Siliziumoxid, während in Bereichen des Isolationsgrabens 2 ein Teil der Bodenfläche 10 freigelegt wird, der lateral von Spacern 12 eingefaßt wird, die aus der Schutzschicht 7 geformt sind. To expose the bottom surface 10 , it is therefore expedient to thin the protective layer 7 by the original thickness d up to the surface of the mask layer 5 . A conventional etching process, e.g. B. an RIE method can be used. In the area of the isolation trench 1 , a filling of the isolation trench made of the material of the protective layer 7 , for example the silicon oxide mentioned, which is flush with the mask layer 5 , is created, while in areas of the isolation trench 2 a part of the bottom surface 10 is exposed which is laterally bordered by spacers 12 which are formed from the protective layer 7 .

Im letzten Schritt, Fig. 1e, wird der Isolationsgraben 2 vertieft, bis die gewünschte Tiefe y₂ erreicht ist. Hierfür eignet sich wiederum ein Ätzverfahren, beispielsweise ein RIE-Verfahren für Silizium mit einem Ätzmittel, wie beispielsweise NF₃, HBr oder SF₆. In the last step, Fig. 1e, the isolation trench 2 is deepened until the desired depth y _{2 is} reached. An etching process is again suitable for this, for example an RIE process for silicon with an etching agent, such as NF ₃ , HBr or SF ₆ .

Abschließend wird der zweite, tiefere Isolationsgraben 2 mit einem Isolationsmaterial gefüllt und die Oberfläche planarisiert. Als Isolationsmaterial für den Isolationsgraben 2 kann wiederum ein Siliziumoxid verwendet werden. Finally, the second, deeper insulation trench 2 is filled with an insulation material and the surface is planarized. A silicon oxide can in turn be used as the insulation material for the isolation trench 2 .

Alternativ ist es hierbei vorteilhaft, ein Material mit einer möglichst geringen Dielektrizitätskonstante zu wählen, um die Kapazität zwischen den zu isolierenden Strukturen und damit ein kapazitives Übersprechen gering zu halten. Alternatively, it is advantageous to use a material with a to choose the lowest possible dielectric constant to achieve the Capacity between the structures to be isolated and thus to keep capacitive crosstalk low.

Beispielsweise können hierfür Silizium-Sauerstoff-Wasserstoff-Verbindungen mit Dielektrizitätskonstanten kleiner als 4, z. B. 2, verwendet werden. For example, you can do this Silicon-oxygen-hydrogen compounds with dielectric constants less than 4, e.g. B. 2 can be used.

Das bei der Füllung des zweiten Isolationsgrabens aufgebrachte überschüssige Isolationsmaterial wird abschließend entfernt und die Oberfläche der Isolationsgräben planarisiert. Hierbei wird zugleich die Maskenschicht 5 abgetragen. Zur Planarisierung kann beispielsweise ein herkömmliches CMP- Verfahren (Chemical Mechanical Polishing) verwendet werden. Die Deckschicht 4 dient dabei zugleich als Stoppschicht für den Abtragungsprozeß. Alternativ zum CMP-Planarisierungsverfahren kann die Oberfläche auch mittels eines RIE-Verfahrens bis zur Deckschicht 4 rückgeätzt werden. The excess insulation material applied when the second isolation trench is filled is finally removed and the surface of the isolation trenches is planarized. At the same time, the mask layer 5 is removed. For example, a conventional CMP (Chemical Mechanical Polishing) process can be used for planarization. The cover layer 4 also serves as a stop layer for the removal process. As an alternative to the CMP planarization process, the surface can also be etched back to the cover layer 4 using an RIE process.

In Fig. 2 ist in der Aufsicht eine Mehrzahl von Isolationsgräben 1 mit einer für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaften Anordnung gezeigt. Der zweite, tiefere Isolationsgraben ist hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. In Fig. 2 in top view a plurality of isolation trenches 1 is shown with an advantageous for the inventive process configuration. The second, deeper isolation trench is not shown here for the sake of clarity.

Durch die Isolationsgräben 1 werden drei Substratbereiche 11a, 11b und 11c voneinander elektrisch isoliert. Wie bereits beschrieben, ist bei der Erfindung eine Korrelation zwischen Grabenbreite a₁ und der Dicke d der Schutzschicht 7 vorteilhaft. Die Isolationsgräben 1 sind bei der gezeigten Anordnung mit derselben Grabenbreite a₁ ausgebildet. In den Eck- oder Kreuzungsbereichen, beispielsweise im Bereich 12, ergibt sich daraus ein Abstand diagonal gegenüberliegender Eckpunkte von c = √2a₁. The isolation trenches 1 electrically isolate three substrate regions 11 a, 11 b and 11 c from one another. As already described, a correlation between the trench width a ₁ and the thickness d of the protective layer 7 is advantageous in the invention. The isolation trenches 1 are formed in the arrangement shown, with the same grave width a _1. In the corner or intersection areas, for example in area 12 , this results in a distance of diagonally opposite corner points of c = √ 2 a ₁ .

Die Schutzschicht 7 wird mit einer Dicke d ausgeführt, die auch in den Eckbereichen ein Zusammenwachsen der Schutzschicht bis zur Grabenmitte gewährleistet. Die Schutzschicht 7 muß daher mindestens halb so dick wie der Abstand c ausgebildet werden. Hieraus ergibt sich die bereits genannte Ungleichung

The protective layer 7 is designed with a thickness d, which also ensures that the protective layer grows together in the corner regions up to the middle of the trench. The protective layer 7 must therefore be at least half as thick as the distance c. This results in the inequality already mentioned

In Fig. 2 ist zusätzlich längs der Linie A-A die Schnittansicht der Isolationsgräben dargestellt. Diese Darstellung entspricht im wesentlichen dem in Fig. 1c gezeigten Zwischenschritt des Herstellungsverfahrens. Dabei sind die Isolationsgräben 1 vollständig mit der Zwischenschicht 7 bedeckt, im nächsten Schritt folgt dann die Abdünnung der Zwischenschicht (nicht dargestellt). In Fig. 2, the sectional view of the isolation trenches is additionally shown along the line AA. This representation corresponds essentially to the intermediate step of the production process shown in FIG. 1c. The insulation trenches 1 are completely covered with the intermediate layer 7 , in the next step the intermediate layer is then thinned (not shown).

In Fig. 3 und 4 sind ähnliche Anordnungen von Isolationsgräben zusammen mit den jeweiligen Schnittansichten entlang der Linie A-A bzw. der Linie B-B gezeigt. In Fig. 3 and 4 are similar sets of isolation trenches are shown together with the respective cross-sectional views taken along line AA and line BB.

In Fig. 3 sind in einem Substrat, beispielsweise einem Siliziumsubstrat, neun voneinander isolierte, inselartige und näherungsweise quadratische Bereiche 11 gebildet. Die inselartigen Bereiche 11 sind gemeinsam in einem n- oder p-dotierten wannenförmigen Bereich 16 des Substrats angeordnet und von einem weiteren Substratbereich 17 mittels eines tieferen Isolationsgrabens 2 isoliert. Der Isolationsgraben 2 ist im Schnitt längs der Linie A-A nach Abscheidung der Schutzschicht 7 dargestellt, die vollständige Vertiefung ist gestrichelt angedeutet. In FIG. 3, nine isolated, island-like and approximately square regions 11 are formed in a substrate, for example a silicon substrate. The island-like regions 11 are arranged together in an n- or p-doped trough-shaped region 16 of the substrate and are isolated from a further substrate region 17 by means of a deeper isolation trench 2 . The isolation trench 2 is shown in section along the line AA after the protective layer 7 has been deposited, the complete depression is indicated by dashed lines.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, würde innerhalb des wannenförmigen Bereichs 16 der tiefere Isolationsgraben 2 den wannenförmigen Bereich 16 durchtrennen und damit die elektrische Funktion einer innerhalb des Bereichs 16 integrierten Schaltung stören. As is apparent from FIG. 3, would cut within the trough-shaped portion 16 of the isolation trench deeper 2 the trough-shaped portion 16 and thus interfere with the electrical function of integrated circuit 16 within the range.

In Fig. 4 wird ein Isolationsbereich 11 von zwei geschlossenen Isolationsringen 1a und 1b umgeben. Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Abstand e zwischen den Isolationsgräben 1a und 1b auch kleiner als die Grabenbreite a₁ sein, sofern dies zweckmäßig ist. Weiterhin können auf diese Art und Weise Isolationsstrukturen gebildet werden, die insgesamt eine größere Breite und damit eine höhere elektrische Isolation als die bisher beschriebenen Isolationsgräben 1 aufweisen. Betrachtet man in Fig. 5 die zwei Isolationsgräben 1a und 1a als gemeinsame Isolationsstruktur, so weist diese eine Gesamtbreite A = 2a₁ + e auf. In Fig. 4, an insulation area 11 is surrounded by two closed insulation rings 1 a and 1 b. In contrast to the exemplary embodiments described so far, the distance e between the isolation trenches 1 a and 1 b can also be smaller than the trench width a ₁ , if this is expedient. Furthermore, isolation structures can be formed in this way, which overall have a greater width and thus a higher electrical isolation than the previously described isolation trenches 1 . If one considers the two isolation trenches 1 a and 1 a in FIG. 5 as a common isolation structure, then this has a total width A = 2a ₁ + e.

In Fig. 5 ist ein weitergehendes Beispiel einer entsprechenden Anordnung von Isolationsgräben gezeigt, die einen unregelmäßig geformten Isolationsbereich 11 vollständig umschließen. Wesentlich ist hierbei wiederum, dass die Breite a₁ der Isolationsgräben 1 in Bezug auf die Dicke d der Schutzschicht 7 sich jeweils senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 13 des jeweiligen Isolationsgrabens bemißt. FIG. 5 shows a further example of a corresponding arrangement of isolation trenches which completely enclose an irregularly shaped isolation area 11 . What is essential here again that the width a of the isolation trenches ₁ 1 d with respect to the thickness of the protective layer 7 is measured in each case perpendicularly to the main extension direction 13 of each isolation trench.

Die Gräben sollten weiterhin im wesentlichen sich orthogonal kreuzen oder aneinanderstoßen, um auch in Kreuzungsstellen bzw. den Eckbereichen eine vollständige Füllung mit dem Schutzschichtmaterial sicherzustellen. Alternativ kann hierzu auch die Dicke der Schutzschicht erhöht werden. The trenches should continue to be essentially orthogonal cross or collide to also in crossing points or the corner areas are completely filled with the Ensure protective layer material. Alternatively, you can the thickness of the protective layer can also be increased.

Die Erläuterung der Erfindung anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung hierauf zu verstehen. The explanation of the invention based on the described Exemplary embodiments is of course not as To understand the limitation of the invention to this.

Claims

1. A method for producing a first isolation trench ( 1 ) with a first trench depth and a second isolation trench ( 2 ) with a second trench depth, which is greater than the first trench depth, in a common substrate ( 3 ), characterized by the steps:

a) forming the first and the second isolation trench ( 1 , 2 ) in the substrate with the first trench depth

b) applying a protective layer ( 7 ) to the substrate ( 3 ), only the first isolation trench ( 1 ) being completely filled with the material of the protective layer ( 7 ),

c) removing the protective layer ( 7 ) so that a bottom surface ( 10 ) of the second isolation trench ( 2 ) is exposed,

d) deepening the second isolation trench ( 2 ) in areas of the exposed floor area ( 10 ) to the second trench depth.

2. The method according to claim 1, characterized in that in step a) the first and the second isolation trench be produced by means of a common mask layer.

3. The method according to claim 2, characterized in that in step a) the first isolation trench ( 1 ) and the second isolation trench ( 2 ) are produced with the steps:

- application of the mask layer,

- Forming the two isolation trenches ( 1 , 2 ) by means of an etching process.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first isolation trench ( 1 ) has a trench width a ₁ and in step b) the protective layer ( 7 ) is formed with a layer thickness d, where:

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the second isolation trench ( 2 ) has a trench width a ₂ and in step d) the protective layer ( 7 ) is formed with a layer thickness d, where:

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the material of the protective layer ( 7 ) also serves as an insulation medium for the first isolation trench ( 1 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the protective layer ( 7 ) contains a silicon oxide.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the protective layer ( 7 ) is deposited by means of a CVD process.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in step d) the protective layer ( 7 ) is removed by means of an RIE method.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that after step d) the second isolation trench ( 2 ) is filled with an isolation medium.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that before step b) the first and the second isolation trench ( 1 , 2 ) are provided with an intermediate layer ( 8 ).

12. The method according to claim 11, characterized in that the intermediate layer ( 8 ) is a silicon oxide layer, in particular a thermal silicon oxide layer.