DE19524202C2 - Verfahren zur Bildung eines Feldoxydfilmes für eine Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Bildung eines Feldoxydfilmes für eine Halbleitervorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bildung eines Feldoxydfilmes für eine Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Verfahren der genannten Art, mit dem sich das aktive Gebiet vergrößern lässt, indem ein Vogelschnabelbereich durch einen selektiven thermischen Oxydationprozess vermieden wird.
Im allgemeinen wird ein Feldoxydfilm vorgesehen, um Halbleitervorrichtungen gegeneinander zu isolieren. Ein bekanntes Verfahren zur Bildung eines Feldoxydfilmes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Ein Feldoxydfilm 4 bestehend aus einem thermischen Oxydfilm wird dadurch gebildet, dass man nacheinander einen Unterlagenoxydfilm 2 und einen Nitridfilm 3 auf einem Siliziumsubstrat 1 vorsieht, danach einen ausgewählten Bereich des Unterlagenoxydfilmes 2 und des Nitridfilmes 3 ätzt und im Anschluss daran einen thermischen Oxydationsprozess durchführt. Die bekannte Technologie hat den Nachteil, dass das aktive Gebiet durch das Auftreten eines Vogelschnabels "A" verkleinert wird, indem der thermisch Oxydfilm sich unter den Nitridfilm 3 erstreckt.
Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Bildung eines Feldoxydfilmes für eine Halbleitervorrichtung, mit dem sich die Topologie zwischen dem Feldoxydfilm und dem Siliziumsubstrat verbessern lässt, indem der Vogelschnabelbereich zum Zeitpunkt der Bildung des Feldoxydfilmes minimiert wird.
Dieses Ziel wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zur Bildung eines Feldoxydfilmes gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht. Dabei ist es aus der US-A-5100830 grundsätzlich bekannt, einen Oxidfilm freizulegen, indem ein Bereich eines Nitridfilm entfernt wird, wobei anschließend ein Kanalstopper auf einem Siliziumsubstrat gebildet wird. Aus dieser Druckschrift ist es weiter bekannt, mittels eines thermischen Oxydationsprozesses einen Feldoxydfilm zu bilden und einen Bereich des Feldoxydfilms zu entfernen, um anschließend auf dem freigelegten Siliziumsubstrat eine Einkristall- Siliziumschicht zu bilden. Gleichfalls ist es grundsätzlich aus der US-A-5236863 bekannt, einen ersten Oxydfilm auf einem Siliziumsubstrat zu bilden, auf diesem ein Fotolackmuster zu schaffen, einen Bereich des freigelegten ersten Oxydfilms und des Siliziumsubstrates zu entfernen, den ersten Oxydfilm und das Fotolackmuster zu entfernen, einen zweiten thermischen Oxydfilm und einen Oxydfilm auf der erhaltenen Struktur nach Entfernung des ersten Oxydfilms und des Fotolackmusters zu bilden, einen Kanalstopper in dem Siliziumsubstrat zu bilden, und auf dem freigelegten Siliziumsubstrat eine Einkristall- Siliziumschicht zu bilden.
Das Verfahren gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruches 7 aus. Hierbei sind aus der EP-A-547908 grundsätzlich folgende Schritte bekannt: Bildung eines thermischen Oxydfilms und ersten Nitridfilms, Freilegen des thermischen Oxydfilms, indem ein Bereich des ersten Nitridfilms entfernt wird, und anschließende Bildung eines Kanalstoppers auf dem Siliziumsubstrat, Bildung eines Nitridfilm-Spacers auf einer Seitenwand des ersten Nitridfilms, Bildung eines Feldoxydfilms durch einen thermischen Oxydationprozess, und Ätzen des Nitridfilm-Spacers, des ersten Nitridfilms und des thermischen Oxydfilms.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in geschnittener Ansicht eine Halbleitervorrichtung zur Veranschaulichung eines bekannten Verfahrens zur Bildung eines Feldoyxdfilmes;
Fig. 2A bis 2E geschnittene Ansichten einer Halbleiter­ vorrichtung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Bildung eines Feldoxydfilmes gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung;
Fig. 3A bis 3F geschnittene Ansichten einer Halbleiter­ vorrichtung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Bildung eines Feldoxydfilmes gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung.
In der Zeichnung tragen gleiche Teile durchgehend die gleichen Bezugszeichen.
Fig. 1 ist eine geschnittene Ansicht einer Halbleitervorrichtung zur Darstellung des bekannten Verfahrens zur Bildung eines Feldoxydfilmes, worauf vorausgehend schon eingegangen wurde.
Fig. 2A bis 2E sind geschnittene Ansichten einer Halbleitervorrichtung zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung eines Feldoxydfilmes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nach Fig. 2A wurde ein erster thermischer Oxydfilm 5 mit einer Dicke von 10 bis 30 nm auf dem Siliziumsubstrat gebildet und danach darauf ein Fotolackmuster 6 gebildet. Der erste thermische Oxydfilm 5 und das durch das Fotolackmuster 6 freigelegte Siliziumsubstrat 1 werden bis zu einer bestimmten Tiefe durch einen anisotropen Ätzprozess entfernt. HF oder eine Puffer-Oxydfilm-Ätzlösung können für das Entfernen des ersten thermischen Oxydfilmes 5 verwendet werden.
Wie Fig. 2B zeigt, wurden nach der Entfernung des Fotolackmusters 6 und des ersten thermischen Oxydfilmes 5 ein zweiter thermischer Oxydfilm 7, ein Polysilizium (polykristallines Silizium)-Film 8 und ein Nitridfilm 9 nacheinander gebildet.
Nach Fig. 2C wurde ein Bereich des Nitridfilmes 9 durch ein Fotoätzverfahren entfernt, so dass ein Teil des Polysiliziumfilmes 8 freigelegt wird. Ein Kanalstopper 10 wird durch sukzessive Implantieren von BF2 Ionen gebildet.
Fig. 2D ist eine geschnittene Ansicht mit Darstellung des Zustandes, wie er vorliegt, wenn ein Feldoxydfilm 11 ohne Vogelschnabelbereich gebildet wurde, indem man bei einer Fertigungsstufe gemäß Fig. 2C einen thermischen Oxydationsprozess vornimmt.
Fig. 2E ist eine geschnittene Ansicht mit Darstellung des Zustandes, wie er vorliegt, wenn eine Einkristall- Siliziumschicht 12 auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet wurde, indem der Nitridfilm 9, der Polysiliziumfilm 8 und der zweite thermische Oxydfilm 7 durch ein Nassätzverfahren entfernt wurden und danach ein epitaktisches Verfahren bei einer Fertigungsstufe gemäß Fig. 2D vorgenommen wurde. Phosphorsäure mit einer Temperatur von 150°C kann beim Nassätzen des Nitridfilmes 9 verwendet werden, wozu eine chemische Lösung, die HF und HNO3 enthält, beim Nassätzen des Polysiliziumfilmes 8 verwendet werden kann.
Der gleiche Effekt kann erhalten werden, wenn der erste thermische Oxydfilm 5 nicht vorgesehen und ein bestimmtes Fotolackmuster 6 auf dem Siliziumsubstrat 1 gebildet und danach ein anisotroper Ätzprozess vorgenommen wird.
Fig. 3A bis 3F sind geschnittene Ansichten einer Halbleitervorrichtung zur Darstellung des Verfahrens zur Bildung eines Feldoxydfilmes gemäss eines zweiten Ausführungsspieles der Erfindung.
Fig. 3A zeigt in geschnittener Ansicht den Zustand, wie er vorliegt, wenn ein erster thermischer Oxydfilm 50 mit einer Dicke von 10 nm bis 30 nm auf einem Siliziumsubstrat 13 und danach darauf ein Fotolackmuster 60 gebildet wurde. Ausserdem wurde danach der erste thermische Oxydfilm 50 und das durch das Fotolackmuster 60 freigelegte Siliziumsubstrat 13 bis zu einer bestimmten Tiefe durch den anisotropen Ätzprozess geätzt.
Fig. 3B ist eine geschnittene Ansicht zur Darstellung der Fertigungsstufe, bei der das Fotolackmuster 60 und der erste thermische Oxydfilm 50 entfernt und ein zweiter thermischer Oxydfilm 70 und ein erster Nitridfilm 80 nacheinander mit einer bestimmten Dicke ausgebildet wurden.
Nach Fig. 3C wurde ein Bereich des ersten Nitridfilmes 80 nach einem fotolithographischen Verfahren entfernt, wodurch ein Teil des zweiten thermischen Oxydfilmes 70 freigelegt wurde. Danach wurde ein Kanalstopper 90 durch Implantation von Dotierungsionen auf dem Siliziumsubstrat 13 ausgebildet. Die Dotierungsionen zur Bildung des Kanalstoppers 90 befinden sich vorzugweise auf einem vorstehenden Bereich des Siliziumsubstrates 13.
Fig. 3D ist eine geschnittene Ansicht zur Darstellung des Zustandes, wie er vorliegt, wenn ein zweiter Nitridfilm in der Fertigungsstufe gemäss Fig. 3C aufgegeben und dann eine Nitridfilmzwischenlage oder -spacer 100 an einer Seitenwand des ersten Nitridfilmes 80 nach einem anisotropen Ätzen des zweiten Nitridfilmes ausgebildet und dann der zweite thermische Oxydfilm 70 und das freigelegte Siliziumsubstrat 13 unter Verwendung des ersten Nitridfilmes 80 und der Nitridfilmzwischenlage 100 als Ätzstoppschicht bis zu einer gewünschten Tiefe unter Bildung eines Grabens 110 entfernt wurden. Die Tiefe des Grabens 110 ist vorzugsweise geringer als die Höhe des vorstehenden Bereiches des Siliziumsubstrates 13.
Fig. 3E ist eine geschnittene Ansicht zur Darstellung der Stufe, bei der ein Feldoxydfilm 120 ohne Vogelschnabelbereich gebildet wurde, indem in der Fertigungsstufe nach Fig. 3D ein thermischer Oxydationsprozess vorgenommen wurde.
Fig. 3F ist ein geschnittene Ansicht zur Darstellung der Stufe, bei der ein vollständiger Feldoxydfilm 130 durch Entfernung der Nitridfilmzwischenlage 100, des ersten Nitridfilmes 80 und des zweiten thermischen Oxydfilmes 70 durch ein Nassätzverfahren in einer Fertigungsstufe gemäss Fig. 3E entfernt wurde, so dass das Siliziumsubstrat 13 freigelegt wird.
Wie erwähnt, hat die Erfindung die besondere Wirkung, dass die elektrischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung verbessert werden, indem die aktive Region unter Minimierung eines Vogelschnabelbereiches zum Zeitpunkt der Bildung des Feldoxydfilmes vergrössert wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bildung eines Feldoxydfilms für eine Halbleitervorrichtung, mit den folgenden Schritten:
Bildung eines ersten thermischen Oxydfilms (5) auf einem Siliziumsubstrat (1) und Bildung eines Fotolackmusters auf dem Siliziumsubstrat, und anschließendes Entfernen eines Bereiches des freigelegten ersten thermischen Oxydfilms und des Siliziumsubstrates;
Entfernung des ersten thermischen Oxydfilmes und des Fotolackmusters und aufeinanderfolgende Bildung eines zweiten thermischen Oxydfilmes (7), eines Polysiliziumfilmes (8) und eines Nitridfilmes (9) auf der erhaltenen Struktur nach Entfernung des ersten thermischen Oxydfilmes und des Fotolackmusters;
Freilegen des Polysiliziumfilmes durch Entfernung eines Bereiches des Nitridfilmes und anschließende Bildung eines Kanalstoppers (10) auf dem Siliziumsubstrat;
Bildung des Feldoxydfilmes (11) durch Vornahme eines thermischen Oxydationsprozesses;
Entfernung des Nitridfilms, Polysiliziumfilms und zweiten thermischen Oxydfilms und anschließende Bildung einer Einkristall-Siliziumschicht (12) auf dem freigelegten Siliziumsubstrat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entfernung des ersten thermischen Oxydfilmes (5) HF oder eine Puffer-Oxydfilm-Ätzlösung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass BF2 Ionen zur Bildung des Kanalstoppers (10) implantiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nitridfilm (9) durch ein Nassätzverfahren unter Verwendung von Phosphorsäure entfernt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polysiliziumfilm (8) durch ein Nassätzverfahren unter Verwendung einer chemischen Lösung, die HF und HNO3 enthält, entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkristall-Siliziumschicht (12) durch ein epitaktisches Verfahren gebildet.
7. Verfahren zur Bildung eines Feldoxydfilms für eine Halbleitervorrichtung mit den folgenden Schritten:
Bildung eines ersten thermischen Oxydfilmes (50) auf einem Siliziumsubstrat (13) und Bildung eines Fotolackmusters (60) auf dem Siliziumsubstrat und anschließende Entfernung eines Bereiches des freigelegten ersten thermischen Oxydfilmes und Siliziumsubstrates;
Entfernung des ersten thermischen Oxydfilmes und Fotolackmusters und aufeinanderfolgende Bildung eines zweiten thermischen Oxydfilmes(70) und ersten Nitridfilmes (80);
Freilegen des zweiten thermischen Oxydfilmes durch Entfernung eines Bereiches des ersten Nitridfilmes und anschließende Bildung eines Kanalstoppers (90) auf dem Siliziumsubstrat;
Bildung eines Grabens (110) durch Bildung eines Nitridfilm- Spacers (100) auf einer Seitenwand des ersten Nitridfilmes und durch Entfernung eines Bereiches des zweiten thermischen Oxydfilmes und Siliziumsubstrates;
Bildung des Feldoxydfilms (120) durch thermischen Oxydationprozess; und
Ätzen des Nitridfilm-Spacers, des ersten Nitridfilms und zweiten thermischen Oxydfilms.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungsionen, die bei der Bildung des Kanalstoppers (90) implantiert werden, an einem vorstehenden Bereich des Siliziumsubstrates (13) vorliegen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Grabens (110) kleiner als die Höhe eines vorstehenden Bereiches des Siliziumsubstrates (13) ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nitridfilm-Spacer (110), der erste Nitridfilm (80) und der zweite thermische Oxydfilm (70) durch ein Nassätzverfahren entfernt werden.
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