DE10212610C1 - Verfahren zur Erzeugung einer horizontalen Isolationsschicht auf einem leitenden Material in einem Graben - Google Patents

Abstract

Zur Bildung eines Oxiddeckels auf einer leitenden Füllung (13) in einem Graben (1) in einem Halbleitersubstrat (10) wird auf der leitenden Füllung (13) ein HDP-Oxid (14') in einem PECVD-Verfahren (31) abgeschieden. Die Schichtdicke (22) auf der horizontalen Oberfläche des leitenden Materials (13) ist dabei größer als die Schichtdicke (23) an den Seitenwänden (18) des Grabens (1). Des weiteren ist die Schichtdicke (22) derart begrenzt, daß die Oberfläche des HDP-Oxids (14') innerhalb des Grabens eine Tiefe (21) gegenüber der Oberfläche (17) den Graben umgebenden Halbleitersubstrates (10) bzw. einer darauf angeordneten Schicht (12) besitzt. In einem anschließenden CMP-Schritt (32) wird das HDP-Oxid (14') von der umgebenden Oberfläche (16) entfernt. In einem isotropen Ätzschritt (34) wird das HDP-Oxid (14') an den Seitenwänden (18) entfernt. Es besteht eine horizontale Isolationsschicht (14'') mit über dem Halbleitersubstrat (10) in nur noch geringem Maße variierender Schichtdicke (26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer ho­ rizontalen Isolationsschicht auf einem leitenden Material in­ nerhalb eines in einem Halbleitersubstrat gebildeten Grabens. Bei der horizontalen Isolationsschicht handelt es sich insbe­ sondere auch um sogenannte Oxiddeckel zur elektrischen Isola­ tion der leitenden Grabenfüllung von auf dem Halbleitersub­ strat aufgebrachten Bauelementen.

Gräben werden in einem Halbleitersubstrat beispielsweise ge­ bildet, um Grabenkondensatoren mit möglichst hoher Kapazität für Speicherzellen in einer integrierten Schaltung zur Verfü­ gung zu stellen. Eine typische Speicherzelle umfaßt einen Auswahltransistor mit Gate sowie Source- und Drain-Anschluß. Das Gate ist an eine Wortleitung angeschlossen, so daß der unterhalb des Gates in dem Substrat liegende Kanalbereich des Transistors in seiner Leitfähigkeit gesteuert werden kann. Beispielsweise ist der Source-Anschluß in dem Substrat auf der einen Seite des Kanalbereiches an einen Bitleitungskon­ takt zum Auslesen einer Speicherinformation verbunden. Der Drain-Anschluß auf der anderen Seite des Kanalbereiches in dem Substrat, welcher den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Source-Anschluß aufweist, aber einen entgegengesetzten Leit­ fähigkeitstyp wie der Kanalbereich aufweist, ist über einen Kontakt mit einer der beiden Kondensatorelektroden verbunden.

Der Grabenkondensator besteht im wesentlichen aus der leiten­ den Grabenfüllung als erster Grabenelektrode, einer dünnen dielektrischen Schicht in einem unteren Bereich des Grabens und einer substratseitigen Gegenelektrode, welche zumeist in einer dotierten vergrabenen Wanne besteht und über mehrere benachbarte Gräben hinweg mit einem gegebenen Potential ver­ bunden ist. Eine Information wird in der Speicherzelle durch Einlesen einer elektrischen Ladung in die leitende Füllung der ersten Kondensatorelektrode in dem Grabenkondensator ge­ speichert.

Aus Kosten- und Performance-Gründen ist es oftmals das Ziel, möglichst hohe Dichten von Speicherzellen in einer integrier­ ten Schaltung zu erreichen. Daher besteht das Bestreben, den vom Auswahltransistor auf dem Halbleitersubstrat benötigten Platz neben der Grabenkondensatorfläche möglichst gering zu halten. Hierzu wurden zwei Lösungen vorgeschlagen: Der Aus­ wahltransistor wird wenigstens teilweise über dem Graben planar - Source- und Drain-Anschluß liegen auf gleicher Höhe an der Oberfläche des Substrates - oder innerhalb des Grabens in vertikaler Anordnung gebildet - Source- und Drain-Anschluß liegen übereinander angeordnet z. B. im Substrat an der Grabe­ ninnenwand. In beiden Fällen entsteht dabei das Problem, daß die die zu speichernde Ladung aufnehmende elektrisch leitende Grabenfüllung nicht unmittelbar mit der darüberliegenden Ga­ te-Elektrode verbunden sein darf. Es ist daher notwendig, ei­ ne Isolationsschicht zu bilden, welche die leitende Graben­ füllung von oberflächlich angeordneten, elektrisch leitenden Strukturen zu isolieren. Dies gilt insbesondere auch für den konventionellen Fall, daß beispielsweise eine den Graben oberhalb seiner oberflächlichen Öffnung passierende Wortlei­ tung, welche dem Anschluß nur benachbarter Zellen dient, von der leitenden Grabenfüllung eines Grabenkondensators isoliert werden muß.

Die Bildung von Isolationsschichten für die genannten Ausfüh­ rungsformen als vertikale Transistoren ist beispielsweise in den Dokumenten US 6,177,698 B1, US 6,184,091 B1, US 6,074,909 beschrieben. In dem letztgenannten Dokument wird beispiels­ weise eine Isolationsschicht in einem konformen Abscheidever­ fahren auf der leitenden Füllung und den Seitenwänden des Grabens aufgebracht, wonach eine Opferschicht mit großer Schichtdicke auf das Substrat und in den Graben diesen ver­ füllend abgeschieden wird. Diese wird anschließend zurückge­ ätzt, so daß sie nur noch den flachen Bodenbereich und den unteren Teil der mit der konformen isolierenden Schicht be­ deckten Seitenwände in dem Graben abdeckt. Danach wird in ei­ nem isotropen Ätzschritt, welcher selektiv gegenüber dem Ma­ terial der Opferschicht durchgeführt wird, der nicht durch die Opferschicht abgedeckte Bereich der konformen isolieren­ den Schicht entfernt, gefolgt von einer Entfernung auch der Opferschicht. Somit bleibt im Bodenbereich des Grabens die die leitende Füllung des Grabens abdeckende horizontale iso­ lierende Schicht mit der ursprünglichen Abscheidedicke zu­ rück.

In dem Graben werden nachfolgend die Source- und Drain- Gebiete, das Gateoxid und das Gate mittels Abscheiden einer weiteren leitenden Füllung gebildet. Das beschriebene Verfah­ ren zur Bildung einer isolierenden Schicht als Oxiddeckel in dem Graben kann auch bei der Herstellung von Speicherzellen mit planaren Auswahltransistoren herangezogen werden. Wie beispielsweise in DE 199 41 147 A1 beschrieben ist, wird zur Bildung einer platzsparenden Speicherzelle, bei der der plan­ are Auswahltransistor oberhalb des Grabens angeordnet ist, oberhalb des bereits gebildeten Oxiddeckels von den Seiten­ wänden des Grabens her eine monokristalline Epitaxieschicht aufgewachsen, welche den Oxiddeckel von oben abschließt. Der Anschluß der darunter liegenden leitenden Füllung des Graben­ kondensators wird im weiteren Prozeßverlauf nach Fertigstel­ lung der Wortleitungen selbstjustiert zu den Auswahltransi­ storen geöffnet, um einen Anschluß des Grabenkondensators an den Auswahltransistor zu gewährleisten. Bei einer solchen, auch device-on-trench-Zelle (DOT-Zelle) genannten Konfigura­ tion liegen besondere Anforderungen an die Eigenschaften der isolierenden Schicht als Oxiddeckel vor. Insbesondere muß nämlich eine sehr geringe Schichtdicke vorliegen, um eine Öffnung der isolierenden Schicht zur Bildung des Kontaktes zu der leitenden Füllung zu ermöglichen. Dabei wird beispiels­ weise eine Dicke von 20-30 nm angestrebt.

Zur Vermeidung eines Kontaktes mit den seitlich oberhalb des Grabens liegenden Kanal- bzw. Drain-Anschlüssen des Auswahl­ transistors muß zudem eine besonders geringe Schichtdickenva­ riation für die isolierende Schicht vorliegen, so daß eine vollständige dielektrische Isolation gegenüber dem Substrat gegeben ist. Dazu ist der Prozeß des Überwachsens des Oxid­ deckels während der selektiven Epitaxie besonders sorgfältig zur Vermeidung auch nur geringster Defektdichten durchzufüh­ ren. Gleichzeitig muß der Prozeß allerdings kompatibel mit dem Gesamtprozeß sein, bei welchem Strukturgrößen von weniger als 200 nm hergestellt werden.

Zur Lösung des Problems wurden bisher drei Ansätze verfolgt:

• 1. Beispielsweise wurde das Polysilizium der Grabenkondensa­ torfüllung thermisch oxidiert um die Isolationsschicht zu bilden. Hierbei tritt das Problem auf, daß sich zwischen be­ nachbarten Grabenkondensatoren Oxidbrücken bilden, welche zu einem ungenügenden Aufwachsen der epitaktischen Silizium­ schicht führen, dem sogenannten Birds-Peak.
• 2. Das oben beschriebene Abscheiden einer dünnen Oxidschicht mit anschließendem Rückplanarisieren, den sogenannten TEOS- Caps, welcher aber zu einem sehr kleinen Prozeßfenster füh­ ren, begleitet von dem hohen Risiko, daß die Randbereiche der Oxiddeckel geöffnet werden.
• 3. Außerdem wurde die Abscheidung einer Oxidschicht aus ei­ nem high-density-Plasma (HDP) mit anschließendem Planarisie­ ren in einem CMP-Schritt vorgeschlagen, welches aber nach­ teilhaft zu sehr starken Schichtdickenvariationen sowohl in­ nerhalb der integrierten Schaltungen als auch mit systemati­ schen Fehlern über die Waferoberfläche hinweg führt. Dadurch wird das Öffnen der Oxiddeckel etwa in einem plasmachemischen Prozeß für die Kontaktierung erheblich erschwert.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver­ fahren bereitzustellen, mit dem die vorgenannten Probleme ge­ löst werden, wobei insbesondere eine Isolationsschicht in ei­ nem Graben gebildet werden soll, bei welcher mit hoher Genau­ igkeit eine zu erzielende Schichtdicke bei besonders geringer Schichtdickenvariation erreicht werden soll.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den untergeordneten Ansprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle Arten von Gräben in Halbleitersubstraten anwendbar, insbesondere auch auf tie­ fe, Kondensatoren bildende Gräben mit planaren oder vertika­ len Auswahltransistoren, welche in jeweils folgenden Prozeß­ schritten Nachbildungen des Oxiddeckels hergestellt werden. Die Oberfläche des Halbleitersubstrates kann auch von einer oder mehreren Schichten bedeckt sein, insbesondere Oxid- und Pad-Nitrid-Schichten. Die Seitenwände des Grabens in dem be­ reitgestellten Substrat können bereits mit Nitrid- oder Oxid­ schichten etc. bedeckt sein, wobei diese sowohl vollständig unterhalb einer in dem Graben befindlichen leitenden Füllung angeordnet sein können, also auch an den vertikalen Seiten­ wänden über deren Oberfläche hinausragen können. Insbesondere kann auch das Halbleitersubstrat, beispielsweise monokristal­ lines Silizium vollständig von Schichten sowohl innerhalb des Grabens als auch außerhalb bedeckt sein.

Die Seitenwände der Gräben sollten vorzugsweise eine Neigung von bis zu 45 Grad gegenüber einer auf der ebenen, den Graben umgebenden Substrat- bzw. Waferoberfläche gebildeten Flächen­ normalen aufweisen.

Entscheidend ist, daß die zu bildende isolierende Schicht ge­ genüber dem unter ihr angeordneten leitenden Material eine dünne, mit geringer Schichtdickenvariation versehene Isolati­ on gegenüber einer über ihr zu bildenden leitenden Schicht - einem Gate oder einer Leiterbahn - zur Verfügung stellen soll.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Bildung der hori­ zontalen Isolationsschicht, welche den Oxiddeckel auf der leitenden Grabenfüllung bildet, ein Abscheideverfahren ver­ wendet, bei welchem das Abscheideprofil der Gestalt ist, daß die Abscheidedicke des abgeschiedenen Materials an horizonta­ len Flächen größer ist als an vertikalen Flächen, wie sie ty­ pischerweise an den Kanten von Strukturen vorliegen. Ein sol­ ches Abscheideprofil steht beispielsweise im Gegensatz zu der herkömmlichen konformen Abscheidung, etwa einem TEOS- Verfahren. Der Vorteil besteht darin, daß in einem Graben die horizontale Grundfläche des Grabens mit einer größeren Schichtdicke als die Seitenwände versehen wird. Die Anwendung eines isotropen Ätzschrittes kann vorteilhaft bei geeigneter Zeiteinstellung die vollständige Entfernung des abgeschiede­ nen Materials an den Seitenwänden des Grabens bewirken, wäh­ rend auf der Grundfläche, etwa der leitenden Grabenfüllung, noch eine hinreichende Schichtdicke des Materials zurück­ bleibt. Ein solches Profil kann beispielsweise in einem phy­ sikalisch verstärktem chemischen Abscheideprozeß (PECVD, phy­ sically enhanced chemical vapor deposition) aus einem High- Density-Plasma (HDP) erzeugt werden, wie es auch in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Das vorteilhafte Verfahren ist jedoch nicht auf diesen speziellen Abscheideprozeß beschränkt, vielmehr kann der Fachmann auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Abscheideverfahren mit den genannten Eigenschaften auswählen, um das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das isolierende Materi­ al nach dem Bereitstellen des mit wenigstens einem oder meh­ reren Gräben versehenen Halbleitersubstrates mit dem be­ schriebenen Abscheideprozeß, welcher die genannten Eigen­ schaften bezüglich der Schichtdicken besitzt, auf das Halb­ leitersubstrat abgeschieden. Da es das Ziel ist, nach Durch­ führung der Verfahrensschritte eine möglichst genaue Schicht­ dicke gemäß vorgegebenen Werten zu erreichen, ist es beson­ ders vorteilhaft, eine Abscheidung mittels PECVD aus einem HDP vorzunehmen, denn in Abhängigkeit von den Prozeßparame­ tern ist das jeweilige Schichtdickenprofil sehr genau kon­ trollierbar.

Der Erfindung zufolge werden die Löcher, d. h. Öffnungen der Grabenkondensatoren, mittels einer möglichst konformen Oxi­ dabscheidung verfüllt, die keine Hohlräume (Voids) oder Dich­ teschwankungen bzw. -unregelmäßigkeiten in den nachfolgenden Naßätzschritten erzeugt. Dies wird beispielsweise durch eine HDP-Abscheidung ermöglicht, wie sie etwa auch zur Bildung ei­ ner Grabenisolation (STI, shallow trench isolation) verwendet wird. In einem verdichteten Plasma werden den Reaktanden Ar­ gon-Ionen beigemischt, welche durch das angelegte Elektroden­ potential einen Sputtermechanismus bewirken. Es kommt zu ei­ ner sogenannten Hütchenbildung mit abschrägten Seitenkanten auf den Stufen an der Oberfläche eines Wafers. Wird ein Gra­ ben verfüllt, so verhindert der Abtrag an den oberen Seiten­ kanten durch das Rücksputtern die Bildung solcher Hohlräume.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schichtdicken an den vertikalen Seitenwänden und auf der leitenden Füllung, welche im Regelfall eine horizontale Oberfläche aufweist, durch die jeweiligen Abstände der Oberfläche der abgeschiede­ nen Schicht zu den Seitenwänden bzw. der leitenden Schicht definiert. Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das isolierende Material derart abgeschie­ den wird, daß der Graben bis zu einer Tiefe mit dem isolie­ renden Material verfüllt wird, welche unterhalb einer durch die Oberfläche des Halbleitersubstrates oder einer auf ihr liegenden Schicht liegt. Besitzt das leitende Material in dem Graben eine Oberfläche, welche durch eine erste Tiefe in dem Graben beschrieben ist, so muß, um diese Eigenschaft zu er­ reichen, die horizontale Abscheidedicke bzw. der Abstand der Oberfläche der Isolationsschicht zu dem leitenden Material geringer als diese erste Tiefe sein. Die erste Tiefe wird ge­ messen von der Oberfläche des leitenden Materials bis zu der Oberfläche, welche vor dem Abscheideschritt gemäß der vorlie­ genden Erfindung, beispielsweise dem HDP-Verfahren, gegenüber folgenden Prozessen freiliegt. In einer vorteilhaften Ausge­ staltung ist dieses eine Schicht umfassend Siliziumnitrid, auch Pad-Nitrid bezeichnet, welche z. B. als Ätzstop für nach­ folgende Prozesse dienen kann.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung entsteht nun dadurch, daß der nachfolgende Prozeß des Entfernens des iso­ lierenden Materials von der freiliegenden Oberfläche, also dem Halbleitersubstrat, einer Siliziumnitridschicht oder ei­ ner Siliziumoxidschicht (SiO₂) etc. durchgeführt werden kann, ohne daß die in dem Graben zurückliegende Oberfläche des iso­ lierenden Materials beeinträchtigt wird. Ein solcher nachfol­ gender Prozeß ist beispielsweise das chemisch mechanische Po­ lieren (CMP). Dabei wurden bisher Schichtdickenvariationen in Abhängigkeit vom Ort auf dem Wafer oder des Belichtungsfeldes hervorgerufen. Zudem wurden beim CMP absolute Schichtdickege­ nauigkeiten von 20-30 nm oftmals nicht erreicht.

Nach diesem Schritt des Entfernens isolierenden Materials ausschließlich außerhalb des Grabens liegt die isolierende Schicht lediglich noch innerhalb des Grabens mit einem klei­ neren ersten Abstand der Oberfläche der Schicht von den ver­ tikalen Seitenwänden und einem zweiten größeren Abstand der Oberfläche von dem leitenden Material der Grabenfüllung vor. Zur Bildung eines nur noch horizontal angeordneten Oxiddec­ kels um oberhalb des Oxiddeckels seitlich Kontakte erstellen zu können, müssen die Seitenwände noch von der isolierenden Schicht befreit werden. Dazu wird ein isotroper Ätzschritt durchgeführt mit einer Kombination von Ätzdosis und -zeit, welche gerade die Seitenwände freilegen, die horizontale Schicht jedoch nur kontrolliert abdünnen. Berücksichtigt man, daß die Grabentiefe (erste Tiefe), mit welcher das Halblei­ tersubstrat bereitgestellt wird, bereits durch einen genau einstellbaren Rückätzschritt beispielsweise von Polysilizium durchgeführt werden kann, so ergibt sich, daß mit diesem Rückätzschritt, dem HDP-Abscheideschritt und dem letztgenann­ ten isotropen Ätzschritt, welcher vorzugsweise naßchemisch ausgeführt wird, die horizontale Schichtdicke der Isolations­ schicht bzw. ihre untere Grenzfläche zum leitenden Material und ihre obere Grenzfläche, welche nach diesen Prozeßschrit­ ten noch freiliegt, mit genau dosierbaren Prozeßschritten charakterisiert werden kann. Durch die vorliegende Erfindung wird im Gegensatz dazu vorteilhaft der ungenaue und die De­ fektdichte erhöhende Prozeßschritt des oberflächlichen Ent­ fernens der Isolationsschicht Anteile ohne Einfluß auf die Schichtdicke der Isolationsschicht in dem Graben ausgeführt. Somit wird eine genau eingestellte Zielschichtdicke erreicht und die Schichtdickenvariationen der Isolationsschicht über die Schaltung und den Wafer hinweg erheblich reduziert.

Erfindungsgemäß bezeichnet somit der zweite Abstand auch die vertikale Abscheidedicke eines HDP-Oxids an einer horizonta­ len Fläche und der erste Abstand auch eine horizontale Ab­ scheidedicke eines HDP-Oxids an einer vertikalen Fläche.

Zum besseren Verständnis soll die vorliegende Erfindung nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für die Schrittreihenfolge gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnittes durch ein Halbleitersubstrat 10, in welchem ein Graben 1 gebildet ist und auf welchem eine dünne Oxidschicht 11 und eine Schicht 12 umfassend Siliziumnitrid (im folgenden Pad-Nitrid) angeordnet sind. An den vertikalen Seitenwänden 18 des Grabens 1 sind Oxidkrägen 14 (engl.: collar) abgeschieden. Der Graben ist verfüllt mit dotiertem Polysilizium als leitenden Material 13, welches bis zu der Oberfläche 16 des Pad-Nitrids 12 reicht. Das Halbleitersubstrat 10 weist eine Oberfläche 17 auf, welche an die Oxidschicht 11 grenzt.

Fig. 2 zeigt den Zustand des Grabens nach Anwendung eines anisotropen Plasma-Ätzschrittes 30, bei dem das Polysilizium 13 selektiv gegenüber dem Pad-Nitrid 12 und dem Oxid des Oxidkragens 14 zurückgeätzt wird. Dieser Ätzschritt wird mit einer solchen Dosis und Zeit angewendet, daß die Oberfläche des Polysiliziums 13 eine Tiefe 20 von etwa 30-60 nm unter­ halb der Siliziumoberkante, der Oberfläche 17, erreicht. Bei einer Schichtdicke von etwa 150 nm für die zusammengefaßte Oxidschicht 11 und des Pad-Nitrids 12 ergibt sich damit eine temporäre Grabentiefe von etwa 200 nm unter der Oberkante des Pad-Nitrids.

Fig. 3 zeigt den Zustand nach Abscheidung eines HDP-Oxids mittels PECVD-Abscheidung. Auf horizontaler Oberfläche be­ trägt der Abstand 22 dieser Oberfläche zu der Oberfläche der abgeschiedenen HDP-Oxidschicht 14' 140 nm. Somit befindet sich die Oberfläche des HDP-Oxids innerhalb des Grabens etwa 40-70 nm unterhalb der Oberkante bzw. Oberfläche 16 des Pad- Nitrids 12. Die Abscheidung eines HDP-Oxids in einem PECVD- Verfahren besitzt die Eigenschaft nur geringer Schichtdicken an den vertikalen Seitenwänden von Strukturen. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, ist daher der maximale Abstand 23 der Oberflä­ che des HDP-Oxids 14' von einem oberen Bereich 19 der vertika­ len Seitenwände 18 geringer als die Schichtdicke 22 in hori­ zontalen Abschnitten der Isolationsschicht 14' bzw. des HDP- Oxids.

Fig. 4 zeigt den Zustand des Grabens nach Anwendung eines chemisch-mechanischen Polierschrittes (CMP) 32. Die Isolati­ onsschicht 14' bzw. das HDP-Oxid außerhalb des Grabens 1 wur­ de dabei entfernt ohne daß die Schichtdicke 22 bzw. der Ab­ stand der Oberfläche der Isolationsschicht 14' von dem lei­ tenden Material 13 innerhalb des Grabens beeinträchtigt wur­ de. Die Grabentiefe 21 (zweite Tiefe) zu der Oberkante bzw. Oberfläche 17 des Pad-Nitrids 12 beträgt unverändert 40-70 nm. Bei diesem Schritt des Rückplanarisierens des Oxids wird dieses auch in Gebieten auf dem Wafer entfernt, welche keine Gräben oder Grabenkondensatoren enthalten. Der CMP-Schritt wird selektiv zum Pad-Nitrid durchgeführt.

Fig. 5 zeigt den Zustand des Grabens nach Anwendung eines isotropen, naßchemischen Rückätzschrittes der Oxidoberfläche um etwa 90 nm mittels HF. Die Tiefe der Oberfläche der Isola­ tionsschicht 14' gegenüber der Oberfläche 16 des Pad-Nitrids 12 beträgt nun 130-160 nm. Insbesondere werden bei diesem isotropen Ätzschritt 34 die Schichtanteile in dem oberen Be­ reich 19 der Seitenwände 18 auf Grund ihrer geringeren Schichtdicke bzw. Abstände 23 im wesentlichen entfernt.

Fig. 6 zeigt den Zustand des Grabens nach Entfernen der Ni­ trid-Maske mittels H₃PO₄ in einem Ätzschritt 36 selektiv zum Oxid der Oxidschicht 11 und des HDP-Oxids 14' innerhalb des Grabens 1. Wie in Fig. 7 zusehen ist, wird durch das an­ schließende Entfernen des Pad-Oxids der Oxidschicht 11 - wie­ derum mittels HF - nochmals ein Oxidabtrag von 20 nm, welches im wesentlichen der dicke der Oxidschicht 11 entspricht, be­ werkstelligt. Der Abstand 26 der Oberfläche der Isolations­ schicht 14 2' nach diesem Rückätzschritt 38 zur Entfernung des Pad-Oxids beträgt der neue Abstand 26 (reduzierte Schichtdic­ ke) der gedünnten Isolationsschicht 14' von dem leitenden Ma­ terial 13 nur noch 20-30 nm.

Bezugszeichenliste

1

Graben

10

Halbleitersubstrat

11

Pad-Oxid

12

Pad-Nitrid

13

leitende Grabenfüllung

14

Oxidkragen

14

' HDP-Oxid

14

" horizontale Oxidschicht

16

Pad-Nitrid-Oberkante, Oberfläche Pad-Nitrid

17

Silizium-Oberkante, Oberfläche Substrat

18

Seitenwand

20

erste Tiefe: zurückgeätzte Füllung gegen Si-Oberkante

21

zweite Tiefe: Obefläche des abgeschiedenen HDP-Oxids gegenüber Ni-Oberkante nach CMP

22

zweiter Abstand: vertikale Abscheidedicke des HDP-Oxids an horizontaler Fläche

23

erster Abstand: horizontale Abscheidedicke des HDP-Oxids an vertikaler Fläche

30

Plasmachemisches anisotropes Rückätzen

31

Abscheiden isolierenden Materials

32

chemisch-mechanisches Polieren

34

Naßchemisches isotropes Ätzen des HDP-Oxids

36

Selektives Ätzen des Pad-Nitrids

38

Selektives Ätzen des Pad-Oxids

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung einer horizontalen Isolations­ schicht (14") auf einem leitenden Material (13) in einem Graben (1), umfassend die Schritte:

• - Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (10) mit einer Oberfläche (17), in welchem der Graben gebildet und auf der wenigstens eine Schicht (12) umfassend Siliziumnitrid oder Siliziumoxid mit einer Oberfläche (16) angeordnet ist, wobei der Graben (1)
  • a) einen oberen Bereich mit zumindest teilweise freilie­ genden Seitenwänden (18), auf denen ein Oxidkragen (14) angeordnet ist, aufweist und
  • b) einen unteren Bereich aufweist, welcher mit dem leiten­ den Material (13) bis zu einer ersten Tiefe (20) unter­ halb der Oberfläche (17) verfüllt ist,
• - Abscheiden (31) eines isolierenden Materials auf das Halb­ leitersubstrat zur Bildung einer Isolationsschicht (14') in dem Graben (1) mit einer horizontalen Schichtdicke (23) an den Seitenwänden (18) des Grabens und einer vertikalen Schichtdicke (22) oberhalb der leitenden Schicht, wobei die erste Schichtdicke geringer als die zweite Schichtdic­ ke (22) ist,
• - wobei das isolierende Material derart abgeschieden wird, daß der Graben bis zu einer zweiten Tiefe (21) verfüllt wird, welche unterhalb der Oberfläche (16) der Schicht (12) umfassend Siliziumnitrid oder Siliziumoxid liegt,
• - Entfernen (32) des isolierenden Materials von der Silizi­ umnitrid oder Siliziumoxid umfassenden Schicht (12) auf dem Halbleitersubstrat (10),
• - erstes isotropes Ätzen (34) des isolierenden Materials der Isolationsschicht (14') mit einem Materialabtrag von der Oberfläche, welcher größer als die horizontale Schichtdic­ ke (23) und kleiner als die vertikale Schichtdicke (22) ist, so daß die Isolationschicht (14') an den Seitenwänden (18) des Grabens entfernt und die horizontale Isolations­ schicht (14") mit einer Schichtdicke (24) auf dem leiten­ den Material zurückbleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Isolationsschicht (14', 14") Siliziumdioxid umfaßt,
das leitende Material (13) Polysilizium umfaßt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung (31) zur Bildung einer Isolationsschicht (14') mit der horizontalen Schichtdicke (23) an den Seiten­ wänden (18) und der vertikalen Schichtdicke (22) auf dem lei­ tenden Material mittels eines physikalisch verstärkten chemi­ schen Aufdampfverfahrens aus einem High-Density-Plasma durch­ geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung (32) des isolierenden Materials auf der auf dem Halbleitersubstrat angeordneten, Siliziumnitrid umfassen­ den Schicht (12) außerhalb des Grabens (1) mittels chemisch­ mechanischen Polierens von Siliziumdioxid selektiv zu Silizi­ umnitrid durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste isotrope Ätzen (30) mittels naßchemischen Ätzens mit HF durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem ersten isotropen Ätzen (30) die Schicht umfassend Siliziumnitrid mittels eines Ätzens (36) selektiv zu Silizi­ umdioxid entfernt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Oberfläche (17) des Halbleitersubstrates (10) und der Schicht umfassend Siliziumnitrid eine Oxidschicht (11) angeordnet ist,
nach dem Entfernen der Schicht (12) umfassend Siliziumni­ trid die Oxidschicht (11) mittels eines zweiten isotropen Ätzens (38) entfernt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Graben in einem unteren Bereich eine dünne dielektrische Schicht aufweist und sich in dem unteren Bereich substratsei­ tig eine vergrabene Wanne befindet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Erzeugung der horizontalen Isolationsschicht weite­ res leitendes Material in den Graben (1) oberhalb der der ho­ rizontalen Isolationsschicht abgeschieden wird zur Bildung eines Gates für einen vertikalen Transistor.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Erzeugung der horizontalen Isolationsschicht
eine epitaktische Schicht oberhalb der horizontalen Isola­ tionsschicht (14") aufgewachsen wird und
in einem weiteren Ätzschritt ein Kontakt von der epitakti­ schen Schicht durch die horizontale Isolationsschicht hin­ durch zu dem leitenden Material (13) der Füllung herge­ stellt und mit weiterem leitendem Material verfüllt wird und
ein planarer Transistor in der epitaktischen Schicht wenig­ stens teilweise oberhalb des Grabens (1) gebildet wird.