DE19525580A1

DE19525580A1 - Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs

Info

Publication number: DE19525580A1
Application number: DE1995125580
Authority: DE
Inventors: Toshio Kobayashi; Satoshi Nakayama
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2015-07-14
Also published as: KR0174319B1; DE19525580C2; JPH0883795A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs in einer Halbleitereinrichtung.

In einer integrierten Siliziumhalbleiterschaltung ist ein vor aussichtlich als ein Element dienender aktiver Bereich von einem Elementisolationsbereich umgeben, der mit einem relativ dicken Feldoxidfilm bedeckt ist, damit er von anderen aktiven Bereichen isoliert ist.

Als ein Verfahren zur Bildung dieses Feldoxidfilms ist ein poly-gepuffertes LOCOS-(lokale Oxidierung von Silizium)-Ver fahren verfügbar.

Fig. 6A bis 6K erläutern dieses poly-gepufferte LOCOS-Verfah ren.

Zuerst wird, wie in Fig. 6A gezeigt, ein dünner Oxidfilm 21 auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 1 gebildet. Wie in Fig. 6B gezeigt, wird eine aus undotiertem Polysilizium bestehende Siliziumschicht 31b auf dem dünnen Oxidfilm 21 gebildet.

Wie in Fig. 6C gezeigt, wird eine Siliziumnitridschicht 4 auf der Siliziumschicht 31b gebildet.

Wie in den Fig. 6D und 6E gezeigt, wird ein Widerstandsmuster 5 unter Verwendung einer lithographischen Technik gebildet. Die Siliziumnitridschicht 4 wird teilweise geätzt unter Verwendung dieses Widerstandsmusters als eine Ätzmaske, um eine Silizium nitridmaske 4a zu bilden.

Nachfolgend wird das Widerstandsmuster 5 entfernt, wie in Fig. 6F gezeigt, und die Siliziumschicht 31b als eine Pufferschicht und das Siliziumsubstrat 1 werden selektiv oxidiert durch ther mische Oxidierung unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a, um einen dicken Oxidfilm 22c zu bilden, wie in Fig. 6G gezeigt.

In diesem Falle wird aufgrund des Vorhandenseins der Silizium schicht 31b die auf das Siliziumsubstrat 1 wirkende Spannung vermindert. Zusätzlich wird auch die in dem Siliziumsubstrat 1 erzeugte Spannung vermindert durch Verringerung der Oxidie rungsmenge des Siliziumsubstrats 1 beim Bilden eines Feldoxid films.

Durch Entfernen der Siliziumnitridmaske 4a und der verbleiben den Siliziumschicht 31b, die ohne oxidiert zu werden unter der Siliziumnitridmaske 4a zu liegen kam, wird ein mit dem dicken Oxidfilm 22c bedeckter Elementisolationsbereich gebildet, wie in Fig. 6J gezeigt.

Bei dem oben beschriebenen poly-gepufferten LOCOS-Verfahren wird die Siliziumschicht 31b in dem selektiv zu oxidierenden Bereich verwendet, ohne daß sie geätzt wird. Jedoch ist dieses Verfahren nicht auf eine solche Technik beschränkt, und es kann die folgende Technik verwendet werden.

Fig. 7A bis 7L erläutern Schritte beim Bilden eines Feldoxid films durch ein anderes Beispiel des poly-gepufferten LOCOS- Verfahrens.

Zuerst wird, wie in Fig. 7A gezeigt, ein dünner Oxidfilm 21 auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet. Wie in Fig. 7B gezeigt, wird dann eine aus undotiertem Polysilizium bestehende Silizium schicht 31c auf dem dünnen Oxidfilm 21 gebildet.

Durch Einfügen des undotierten Polysiliziumfilms zwischen dem dünnen Oxidfilm 21 und einer (später zu beschreibende) Silizi umnitridmaske 4a kann die auf das Siliziumsubstrat 1 beim Durchführen einer selektiven Oxidation wirkende Spannung redu ziert werden.

Wie in Fig. 7C gezeigt, wird eine Siliziumnitridschicht 4 auf der Siliziumschicht 31c gebildet.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 7D bis 7F gezeigt, ein Wider standsmuster 5 unter Verwendung einer lithographischen Technik gebildet. Die Siliziumnitridschicht 4 und die von den unter dem Widerstandsmuster 5 liegenden Bereichen verschiedene Silizium schicht 31c werden nacheinander durch eine Ätztechnik unter Verwendung des Widerstandsmusters 5 als Maske entfernt.

Und wie in Fig. 7G gezeigt, wird das Widerstandsmuster 5 ent fernt. Nach Entfernen des Widerstandsmusters 5 wird, wie in Fig. 7H gezeigt, ein dicker Oxidfilm 22c selektiv auf dem Sili ziumsubstrat 1 durch thermische Oxidation unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a als Maske gebildet.

Aufgrund des Vorhandenseins der Siliziumschicht 31c wird die auf das Siliziumsubstrat 1 wirkende Spannung reduziert.

Wenn die Siliziumnitridmaske 4a und die verbleibende Silizium schicht 31c, die ohne oxidiert zu werden unter der Siliziumni tridmaske 4a lag, entfernt werden, wird ein mit einem dicken Oxidfilm 22c bedeckter Elementisolationsbereich gebildet, wie in Fig. 7K gezeigt.

Die folgenden Probleme stellen sich bei dem in Fig. 6A bis 6I gezeigten Verfahren.

Bei dem oben beschriebenen poly-gepufferten LOCOS-Verfahren wird, wie in Fig. 6F und 6G gezeigt, die aus undotiertem Poly silizium bestehende Siliziumschicht 31b zwischen die dicke Siliziumnitridmaske 4a und den Oxidfilm 21 eingefügt. Aus die sem Grund werden, wenn die Siliziumschicht 31b und das Silizi umsubstrat 1 unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a selek tiv oxidiert werden, Oxidbereiche, die als Vogelschnäbel be zeichnet werden, an zwei Positionen zwischen dem Siliziumsub strat 1 und der Siliziumschicht 31b und zwischen der Silizium schicht 31b und der Siliziumnitridmaske 4a gebildet, wie in Fig. 6G gezeigt.

Als ein Ergebnis zeigt der Querschnitt des Feldoxidfilms an der Grenze des Elementisolationsbereichs unmittelbar nach der se lektiven Oxidation eine Überhangstruktur. Bei den nachfolgenden Schritten, z. B. einem Gate-Elektrodenbildungsschritt, treten Unannehmlichkeiten auf, so wie eine Unterbrechung an einem gestuften Bereich und nicht-geätzte Restbereiche.

Darüber hinaus kann bei diesem poly-gepufferten LOCOS-Verfahren nach der selektiven Oxidation des Siliziumsubstrats 1 ein Hohl raum (Loch) 9 in einem Bereich der Siliziumschicht 31b gebildet werden, auf welchen intensiv Spannung einwirkt, wie in Fig. 6G bis 6I gezeigt. Wenn dieser Hohlraum 9 gebildet wird, wird der am Boden des Hohlraums 9 freiliegende dünne Oxidfilm 21 geätzt, wenn die Siliziumschicht 31b nach der selektiven Oxidation entfernt wird. Wie in Fig. 6J und 6K gezeigt, kann das durch den Hohlraum 9 freiliegende Siliziumsubstrat 1 geätzt werden, wenn dieser dünne Oxidfilm 21 geätzt wird. In einem solchen Zustand kann, wenn in den nachfolgenden Schritten in einem den geätzten Bereich dieses dünnen Oxidfilms 21 enthaltenden Be reich eine Diffusionsschicht gebildet wird, der geätzte Bereich ein Sperrschichtleck bewirken. Zusätzlich kann, wenn auf dem dünnen Oxidfilm 21 eine MOS-Gate-Elektrode gebildet wird, kein normaler Kanal gebildet werden, und es kann ebenso ein Gate- Oxidfilmdefekt hervorgerufen werden.

Um die Bildung des Hohlraums 9 zu verhindern, ist es vorstell bar, daß der dünne Oxidfilm 21 dicker gemacht wird. Wenn jedoch der dünne Oxidfilm 21 dicker gemacht wird, erweitert sich der Vogelschnabelbereich, welcher reduziert werden sollte, so daß der Effekt des poly-gepufferten LOCOS-Verfahrens reduziert wird.

Zusätzlich zu den obigen Problemen bringt dieses poly-gepuffer te LOCOS-Verfahren ein Problem der Ungleichmäßigkeit der Grenze (Vogelschnabelende) des Feldoxidfilmbereichs zwischen dem akti ven Bereich und dem dicken Oxidfilm 22c mit sich.

Bei diesem poly-gepufferten LOCOS-Verfahren schreitet beim selektiven Oxidieren der freiliegenden Siliziumschicht 31b die laterale Oxidation von einem Ende der Siliziumnitridmaske nicht gleichförmig fort, weil die Oxidationsgeschwindigkeit von der Orientierungsebene eines jeden Kristallkorns der Silizium schicht 31b abhängig ist.

Aus diesem Grund wird, wie in Fig. 6I und 6K gezeigt, die Gren ze des Feldoxidfilmbereichs zwischen dem aktiven Bereich und dem Oxidfilm 22c ungleichmäßig. Dies macht es schwierig, einen feinen aktiven Bereich zu definieren.

Zusätzlich kann aufgrund der Ungleichmäßigkeit dieser Grenze die Durchbruchsspannung eines in dem aktiven Bereich gebildeten Gate-Oxidfilms variieren.

Darüber hinaus beeinflußt diese ungleichmäßige Grenze bei der Bildung einer Gate-Elektrode eines feinen MOSFET mit einer Größe von 0,25 µm oder weniger die Musterbildung durch Litho graphie in abträglicher Weise.

Ähnlich dem obigen Beispiel bringt ein anderes Beispiel des poly-gepufferten LOCOS-Verfahrens die folgenden Probleme mit sich.

Eines der Probleme ist, daß ein Hohlraum (Loch) 9 in einem Bereich der Siliziumschicht 31c gebildet wird, auf welchen nach der selektiven Oxidation des Siliziumsubstrats 1 Spannung in tensiv einwirkt, wie in Fig. 7H gezeigt.

Wenn der Hohlraum 9 gebildet ist, wie in Fig. 6J und ebenso 6K gezeigt, wird der am Boden des Hohlraums 9 freiliegende dünne Oxidfilm 21 geätzt, wenn die Siliziumschicht 31c nach der se lektiven Oxidation entfernt wird.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 7K und 7L gezeigt, das Silizium substrat 1 selbst freigelegt und geätzt. Als ein Ergebnis wird ein Loch 9a in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet.

Wie oben beschrieben, erweitert sich der Vogelschnabelbereich, welcher reduziert werden sollte, wenn der dünne Oxidfilm 21 als ein Polsteroxidfilm dicker gemacht wird, um ein solches Loch 9a zu verhindern, so daß der Effekt des poly-gepufferten LOCOS- Verfahrens vermindert wird.

Zusätzlich, wie in Fig. 6I und ebenso 6K gezeigt, wird die Grenze (Vogelschnabelende) des Feldoxidbereichs zwischen dem aktiven Bereich und dem Oxidfilm 22c ungleichmäßig, wie in Fig. 7J und 7L gezeigt.

Wie in dem obigen Beispiel macht es diese ungleichmäßige Grenze schwierig, einen feinen aktiven Bereich zu definieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Daher ist es ein hauptsächliches Ziel der vorliegenden Erfin dung, ein verbessertes Verfahren zur Bildung eines Elementiso lationsbereichs zu schaffen, welches einen gebildeten Elementi solationsbereich glatt macht, ohne in einer zum Bilden des Elementisolationsbereiches durch das poly-gepufferte LOCOS- Verfahren verwendeten Siliziumschicht irgendeinen Hohlraum zu bilden.

Es ist ein anderes Ziel, ein Verfahren zur Bildung eines Ele mentisolationsbereichs zur Verwirklichung der obigen Ziele zu schaffen, ohne die Anzahl der Bildungsschritte zu erhöhen ver glichen mit dem herkömmlichen poly-gepufferten LOCOS-Verfahren.

Um die obigen Ziele zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Elemen tisolationsbereichs geschaffen, enthaltend die Schritte Bilden eines Oxidfilms auf einem Halbleitersubstrat, Bilden einer aus mit einer Kristallisation von Silizium auf dem Oxidfilm verhin dernden Verunreinigung dotiertem Silizium bestehenden Silizium schicht, Bilden eines Beständigkeit gegen Oxidation auf der Siliziumschicht aufweisenden Films, selektives Entfernen eines Teils des oxidationsbeständigen Films zum Bilden einer aus dem oxidationsbeständigen Film bestehenden Oxidationsmaske, und Bilden eines Elementisolationsbereichs durch Oxidieren der Siliziumschicht und des Halbleitersubstrats durch Verwendung der Oxidationsmaske als Maske.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A bis 1J sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol gender Schritte eines Ausführungsbeispiels, das ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2A bis 2J sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol gender Schritte eines anderen Ausführungsbeispiels, das ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs der vor liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3A bis 3K sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol gender Schritte von noch einem anderen Ausführungsbeispiel, das ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4A bis 4K sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol gender Schritte von noch einem anderen Ausführungsbeispiel, das ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5A bis 5K sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol gender Schritte von noch einem anderen Ausführungsbeispiel, das ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6A bis 6K sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol gender Schritte eines herkömmlichen poly-gepufferten LOCOS- Verfahrens; und

Fig. 7A bis 7L sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol gender Schritte von einem anderen Beispiel des herkömmlichen poly-gepufferten LOCOS-Verfahrens.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Vor einer Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorlie genden Erfindung soll das grundlegende Konzept der vorliegenden Erfindung unten beschrieben werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine unter einer zur selek tiven Oxidation für die Bildung eines Feldoxidfilms verwendeten Oxidmaske zu bildende Siliziumschicht durch eine mit Stick stoff, Kohlenstoff und Sauerstoff als Verunreinigungen dotierte mikrokristalline Polysiliziumschicht oder eine mit diesen Ver unreinigungen dotierte amorphe Siliziumschicht gebildet. Zu sätzlich kann diese Siliziumschicht eine Mehrschichtstruktur sein, die durch Kombinieren von mit diesen Verunreinigungen dotierten Schichten oder diesen Schichten und undotierten amor phen Siliziumschichten gebildet ist. Die mit diesen Verunreini gungen dotierte mikrokristalline Polysiliziumschicht zeigt ein langsames Wachstum von Kristallkörnern, selbst wenn die Schicht geglüht wird. Die mit den Verunreinigungen dotierte amorphe Siliziumschicht wird nicht leicht zu einer normalen polykri stallinen Schicht, selbst wenn die Schicht geglüht wird. Das heißt, diese Schicht hat die Eigenschaft zu einer mikrokristal linen Schicht zu werden.

Beim Hochtemperaturglühen, wie einer thermischen Oxidation, bei der eine Spannung auf einen Siliziumfilm wirkt, können sich die den Siliziumfilm bildenden Siliziumatome nicht leicht bewegen und daher kann die Bildung von Hohlräumen unterdrückt werden. Weil die Kristallkörner klein sind, schreitet die Oxidation gleichförmig fort, und es wird kein ungleichmäßiger Grenzbe reich gebildet.

Zusätzlich kann, wenn Stickstoff oder Kohlenstoff als Verunrei nigung verwendet wird, eine gleichförmige Oxidation verwirk licht werden, und die Oxidationsgeschwindigkeit kann ebenso vermindert werden. Aus diesem Grund kann die Bildung von Hohl räumen, welche bei den herkömmlichen Verfahren ein Problem mit sich bringt, unterdrückt werden. Folglich kann das Problem der Ungleichmäßigkeit des Grenzbereichs eines Feldoxidfilms gelöst werden und ein Vogelschnabelbereich reduziert werden.

Weiterhin kann die Siliziumschicht eine durch mit verschiedenen Verunreinigungen dotierte Schichten gebildete Mehrschichtstruk tur haben, wie oben beschrieben, oder die Konzentration einer Verunreinigung in der Siliziumschicht kann in der Richtung der Filmdicke geändert werden, um dadurch Kontrolloperationen zu verwirklichen, z. B. die Querschnittsform eines Feldoxidfilms zu mäßigen.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollen unten unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.

[Ausführungsbeispiel 1]

Fig. 1A bis 1J zeigen die Schritte bei der Herstellung einer Elementisolationsstruktur, um ein Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung zu erläutern.

Zu allererst wird, wie in Fig. 1A gezeigt, ein dünner Oxidfilm 21 mit einer Dicke von 6 bis 12 nm auf einem Siliziumsubstrat 1 durch Glühen in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre bei 900°C gebildet. Durch Bilden des dünnen Oxidfilms 21 wird die auf das Siliziumsubstrat 1 wirkende Spannung basierend auf den nachfol genden Schritten reduziert. Der Oxidfilm 21 wird auch als ein Ätzstopper beim Entfernen einer darauf gebildeten Silizium schicht verwendet.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 1B gezeigt, Stickstoff-dotiertes amorphes Silizium auf dem Oxidfilm 21 niedergeschlagen durch Verwendung des CVD-Verfahrens, um eine Siliziumschicht 31 mit einer Dicke von ungefähr 50 nm auf dem dünnen Oxidfilm 21 zu bilden. Bei diesem Schritt wird die Niederschlagungstemperatur auf 500°C eingestellt, und ein Ammoniakgas wird zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ verwendet. Die Stickstoffdotierung wird gleich zeitig mit der Niederschlagung von amorphem Silizium durchge führt. Dieser Stickstoff dient dazu, eine Kristallisation des Siliziums zu verhindern und die Oxidationsgeschwindigkeit zu vermindern.

Obwohl Stickstoff als in der Siliziumschicht 31 dotierte Ver unreinigung verwendet wird, kann auch Kohlenstoff, Sauerstoff oder dergleichen verwendet werden.

In diesem Ausführungsbeispiel 1 und den später zu beschreiben den Ausführungsbeispielen 2 bis 7 wird das CVD-Verfahren als ein Beispiel des Siliziumschichtniederschlagungsverfahrens oder des Verunreinigungsdotierungsverfahrens verwendet. Jedoch ist das Siliziumschichtniederschlagungsverfahren nicht auf das CVD- Verfahren begrenzt. Zum Beispiel kann ein Sputter-Verfahren verwendet werden, um gleichzeitig die Niederschlagung einer Siliziumschicht und die Verunreinigungsdotierung durchzuführen.

Eine Verunreinigung so wie in der Siliziumschicht 31 dotierter Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff kann eine Konzentration in dem Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 bis 3 × 10²² cm^-3 haben. Wenn die Dotierungsmenge von jeder dieser Verunreinigungen kleiner als 1 × 10²¹ cm^-3 ist, wird der Effekt der Unterdrückung des Wachstums von Kristallkörnern nicht so erwartet. Im Gegensatz dazu, wenn die Dotierungsmenge jeder Verunreinigung 3 × 10²² cm^-3 überschreitet, tritt eher die Bildung einer Verbindung als eine Verunreinigungsdotierung auf. Zum Beispiel, wenn eine so große Menge von Stickstoff in die Siliziumschicht 31 dotiert wird, wird die Siliziumschicht ein Nitridfilm. Eine Silizium schicht dient dazu, die auf ein Substrat beim Schritt des Bil dens eines Feldoxidfilms wirkende Spannung zu vermindern. Wenn jedoch diese Siliziumschicht zu einem Nitridfilm wird, tritt keine Oxidation auf. Zusätzlich, weil der Nitridfilm sehr hart ist, kann der Film nicht dazu dienen, die auf das Substrat wirkende Spannung zu reduzieren. Das gleiche gilt für einen Fall, bei dem Kohlenstoff verwendet wird. Wenn die Silizium schicht 31 mit einer übermäßigen Menge von Sauerstoff dotiert wird, wird die Schicht zu einem Oxidfilm. Als ein Ergebnis wird ein Siliziumoxidfilm auf einem unnötigen Bereich gebildet.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 1C gezeigt, eine Siliziumnitrid schicht (Si₃N₄) 4 gebildet, die eine Dicke von ungefähr 200 nm hat und als Maske zur Feldoxidation (selektive Oxidation) dient. Es wird eine Photoresistschicht auf der Siliziumnitrid schicht 4 gebildet und in ein Muster gebracht, um ein Resistmu ster 5 zu bilden, wie in Fig. 1D gezeigt.

Bemerke, daß ein gegen Röntgenstrahlen photoempfindlicher Re sist oder ein Elektronenstrahlresist verwendet werden kann anstelle der Photoresistschicht, und das Resistmuster 5 kann gebildet werden durch eine lithographische Technik unter Ver wendung eines Röntgenstrahls oder Elektronenstrahls.

Wie in Fig. 1E gezeigt, wird die Siliziumnitridschicht 4 geätzt unter Verwendung des Resistmusters 5 als eine Maske, um eine Siliziumnitridmaske (Oxidmaske) 4a zu bilden. Dieses Ätzen wird durchgeführt durch das reaktive Ionenätzverfahren (RIE) unter Verwendung eines Kohlenstofffluoridgases.

Die von dem Bereich unter der Siliziumnitridmaske 4a verschie dene Siliziumschicht 31 wird durch dieses Ätzen freigelegt.

Wie in Fig. 1F gezeigt, wird, nachdem das Resistmuster 5 durch einen Veraschungsprozeß unter Verwendung von Sauerstoffradika len entfernt ist, die resultierende Struktur einer RCA-Reini gung unterzogen basierend auf einer Flüssigkeitsbehandlung unter Verwendung einer Flüssigkeitsmischung von Ammoniak und Wasserstoffperoxid und einer Flüssigkeitsbehandlung unter Ver wendung einer Flüssigkeitsmischung von Wasserstoffperoxid und Salzsäure.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 1G gezeigt, eine selektive Oxida tion durchgeführt unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a als eine Maske in einer Wasserdampf bei einer Temperatur von 1000°C enthaltenden Sauerstoffatmosphäre, um dadurch die frei liegende Siliziumschicht 31 und die Oberfläche des Siliziumsub strats 1 zu oxidieren. Als Ergebnis wird ein dicker Oxidfilm 22 mit einer Dicke von 450 nm gebildet. Eine Oxidationstemperatur von 1000°C ist ein Beispiel und kann geändert werden innerhalb des Bereichs von z. B. 700 bis 1150°C, ohne daß sich irgendein Problem stellt.

Ein auf der Oberfläche der Siliziumnitridmaske 4a gebildeter dünner Oxidfilm wird geätzt unter Verwendung verdünnter Fluor wasserstoffsäure, und die Siliziumnitridmaske 4a wird selektiv entfernt durch Verwendung von heißer Phosphorsäure.

Darüber hinaus wird die Siliziumschicht 31 selektiv entfernt durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basie renden Gases, um das Siliziumsubstrat 1 zu erhalten, auf wel chem ein Elementisolationsbereich gebildet wird, der mit dem dicken Oxidfilm 22 bedeckt ist, wie in Fig. 1H gezeigt.

Schließlich, wie in Fig. 1I gezeigt, wird der dünne Oxidfilm 21 entfernt, um die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 in dem von dem dicken Oxidfilm 22 umgebenen Bereich freizulegen.

Mit diesem Verfahren wird kein Hohlraum in der Siliziumschicht 31 gebildet, und kein Loch in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, wie in Fig. 1J gezeigt, anders als bei den herkömmlichen Ver fahren. Zusätzlich ist der Grenzbereich des Oxidfilms 22 frei von einem ungleichmäßigen Zustand, so daß eine glatte Oberflä che gebildet wird.

Weil die Siliziumschicht 31 zur Zeit der Niederschlagung der Siliziumschicht 31 mit einer Verunreinigung dotiert wird, kön nen die Probleme gelöst werden, ohne die Anzahl der Herstel lungsschritte zu vergrößern verglichen mit den herkömmlichen Verfahren.

[Ausführungsbeispiel 2]

Fig. 2A bis 2J zeigen Herstellungsschritte, um ein Ausführungs beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Die glei chen Bezugsziffern in Fig. 2A bis 2J bezeichnen die gleichen Teile wie in Fig. 1A bis 1J.

Bei dem Ausführungsbeispiel 2 wird, wie in Fig. 2A gezeigt, ein dünner Oxidfilm 21 mit einer Dicke von 6 bis 12 nm durch Glühen in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre bei 900°C auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet.

Nachfolgend, wie in Fig. 2B gezeigt, wird ein Siliziumfilm 32 mit einer Dicke von ungefähr 25 nm und bestehend aus undotier tem amorphem Silizium niedergeschlagen, wie in Fig. 2B gezeigt. Ein Siliziumfilm 33 mit einer Dicke von ungefähr 25 nm und dotiert mit Stickstoff wird auf dem Siliziumfilm 32 niederge schlagen. Der dotierte Zustand des Siliziumfilms 33 ist ver schieden von dem des Siliziumfilms 32.

Der Siliziumfilm 32 wird bei einer Temperatur von ungefähr 500°C durch das CVD-Verfahren unter Verwendung von SiH₄ oder Si₂H₆ als Quellengas niedergeschlagen. Der Siliziumfilm 33 wird bei einer Temperatur von ungefähr 500°C niedergeschlagen unter Verwendung eines Ammoniakgases zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ nach der Niederschlagung des Siliziumfilms 32.

Die Konzentration des dotierten Stickstoffs, der in dem Silizi umfilm 33 dotiert ist, kann in dem Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 bis 3 × 10²² cm^-3 fallen. Bemerke, daß seine Oxidationsge schwindigkeit niedriger als die des Siliziumfilms 32 ist, weil dieser Siliziumfilm 33 mit Stickstoff dotiert ist.

Wie in Fig. 2C gezeigt, wird eine Siliziumnitrid-(Si₃N₄)- Schicht 4 gebildet, die eine Dicke von ungefähr 200 nm hat und als Maske zur Feldoxidation dient.

Dann wird auf der Siliziumnitridschicht 4 eine Photoresist schicht gebildet, und ein Resistmuster 5 wird gebildet unter Verwendung einer photolithographischen Technik, wie in Fig. 2D gezeigt.

Bemerke, daß ein gegen Röntgenstrahlen photoempfindlicher Re sist oder ein Elektronenstrahlresist verwendet werden kann anstelle der Photoresistschicht, und das Resistmuster 5 kann durch eine lithographische Technik unter Verwendung eines Rönt genstrahls oder Elektronenstrahls gebildet werden.

Wie in Fig. 2E gezeigt, wird die Siliziumnitridschicht 4 geätzt unter Verwendung des Resistmusters 5 als eine Maske, um eine Siliziumnitridmaske 4a zu bilden. Dieses Ätzen wird durchge führt durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines Kohlen stofffluoridgases. Die von dem Bereich unter der Siliziumni tridmaske 4a verschiedene Siliziumschicht 33 wird durch dieses Ätzen freigelegt.

Wie in Fig. 2F gezeigt, wird das Resistmuster 5 durch einen Veraschungsprozeß unter Verwendung von Sauerstoffradikalen entfernt. Danach wird die resultierende Struktur einer RCA- Reinigung unterzogen.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 2G gezeigt, eine thermische Oxi dation durchgeführt unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a als eine Maske in einer Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1000°C, um dadurch die freigelegten Sili ziumfilme 32 und 33 und die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 selektiv zu oxidieren. Als ein Ergebnis wird ein dicker Oxid film 22a mit einer Dicke von 450 nm gebildet. Eine Oxidations temperatur von 1000°C ist ein Beispiel und kann geändert wer den innerhalb des Bereichs von z. B. 700 bis 1150°C, ohne daß sich irgendein Problem stellt.

Ein auf der Oberfläche der Siliziumnitridmaske 4a durch diese thermische Oxidation gebildeter dünner Oxidfilm wird entfernt unter Verwendung von verdünnter Fluorwasserstoffsäure, und die Siliziumnitridmaske 4a wird selektiv entfernt durch Verwendung von heißer Phosphorsäure.

Weiterhin werden die Siliziumfilme 32 und 33 durch das RIE- Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Gases selektiv geätzt (der in Fig. 2H gezeigte Schritt), um einen mit dem dicken Oxidfilm 22 bedeckten Elementisolationsbereich zu erhalten.

Schließlich wird, wie in Fig. 2I gezeigt, der dünne Oxidfilm 21 entfernt, um die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 in dem von dem dicken Oxidfilm 22 umgebenen Bereich freizulegen.

Mit dem obigen Verfahren wird in der durch die Siliziumfilme 32 und 33 gebildeten Siliziumschicht kein Hohlraum gebildet, und es wird kein Loch in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, wie in Fig. 2J gezeigt, anders als bei den herkömmlichen Verfahren. Zusätzlich ist der Grenzbereich des dicken Oxidfilms 22a frei von einem unebenen Zustand, so daß eine glatte Oberfläche ge bildet wird.

Weil die Siliziumfilme 32 und 33 verwendet werden, die ver schiedene Oxidationsgeschwindigkeiten haben, anders als bei dem Ausführungsbeispiel 1, befindet sich die Querschnittsform des dicken Oxidfilms 22a, der als ein Feldoxidfilm dient, in einem kontrollierten Zustand.

Wenn in der bei dem Ausführungsbeispiel 1 verwendeten einzigen Siliziumschicht Stickstoff so dotiert wird, daß die Stickstoff konzentration allmählich zu der oberen Oberfläche zunimmt, kann der gleiche Effekt wie der bei dem Ausführungsbeispiel 2 erhal ten werden.

[Ausführungsbeispiel 3]

In dem in Fig. 2A bis 2J gezeigten Ausführungsbeispiel ist, obwohl der undotierte amorphe Siliziumfilm als der Siliziumfilm 32 verwendet wird, die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Filmmaterial beschränkt. Wie dieser Siliziumfilm 32 kann ein mit Sauerstoff dotierter amorpher Film, welcher die Oxidations geschwindigkeit beschleunigt, verwendet werden, um den Silizi umfilm 32 in einen von dem Siliziumfilm 33 verschiedenen do tierten Zustand zu bringen.

Durch Verwendung des sauerstoffdotierten amorphen Siliziums kann das Wachstum von polykristallinen Körnern des Silizium films 32 unterdrückt werden, wenn der dicke Oxidfilm 22 als ein Feldoxidfilm gebildet wird. Weil der Siliziumfilm 32 mit Sauer stoff dotiert ist, wird seine Oxidationsgeschwindigkeit ver größert. Als ein Ergebnis wird der Unterschied in der Oxida tionsgeschwindigkeit zwischen dem Siliziumfilm 32 und dem mit Stickstoff dotiertem Silizium 33 größer als der in dem Ausfüh rungsbeispiel 2.

Aus diesem Grund kann die Neigung der Querschnittsform eines dicken Oxidfilms 22a weiter reduziert werden, während die Bil dung eines ungleichmäßigen Grenzbereichs des Oxidfilms 22a unterdrückt wird.

Bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 wird das amorphe Silizium als die Siliziumschicht 32 verwendet. Jedoch kann der gleiche Effekt wie der oben beschriebene auch durch Verwendung von mikrokristallinem Polysilizium erreicht werden.

Mit einem Niederdruck-CVD-Verfahren kann amorphes Silizium bei einer Niederschlagungstemperatur von ungefähr 500°C auf einem Siliziumoxidfilm niedergeschlagen werden.

In diesem Falle kann mit Stickstoff dotiertes mikrokristallines Polysilizium durch Einstellen einer Niederschlagungstemperatur von 650°C niedergeschlagen werden, wobei ein Ammoniakgas zu sätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ eingeführt wird, und unter Verwen dung von Stickstoff als Verunreinigung.

Bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ist die Siliziumschicht mit einer Verunreinigung dotiert. Zusätzlich wird bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen 1 und 2 in jeder zu ver wendenden Siliziumschicht eine Verunreinigung dotiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Dotierungs struktur beschränkt. Eine Siliziumschicht kann mit zwei oder mehr Verunreinigungen dotiert werden. Wenn, zum Beispiel, eine mit Sauerstoff und Stickstoff dotierte amorphe Siliziumschicht als eine Siliziumschicht verwendet wird, wird die Oxidations geschwindigkeit leicht erhöht, und das Wachstum von Kristall körnern kann wirksamer unterdrückt werden.

In diesem Fall, wenn eine Siliziumschicht nur mit Sauerstoff dotiert wird, wird das Wachstum von Kristallkörnern nicht so unterdrückt ohne die Oxidationsgeschwindigkeit stark zu erhö hen. Auf der anderen Seite, wenn die Dotierungsmenge von Sauer stoff erhöht wird, um das Wachstum von Kristallkörnern wirksa mer zu unterdrücken, wird die Oxidationsgeschwindigkeit stark zunehmen.

Wenn jedoch eine Siliziumschicht nicht nur mit Sauerstoff son dern auch Stickstoff oder Kohlenstoff dotiert wird, wie oben beschrieben, kann eine übermäßige Oxidationsgeschwindigkeit verhindert werden. Das heißt, durch Dotieren einer Silizium schicht mit einer Verunreinigung, welche die Oxidationsge schwindigkeit erhöht, und einer anderen Verunreinigung, welche die Oxidationsgeschwindigkeit vermindert, kann die von einem Endbereich der Siliziumschicht beginnende Oxidation bei selek tiver Oxidation mit hoher Präzision kontrolliert werden, und daher kann die Querschnittsform eines Feldoxidfilms feiner kontrolliert werden.

[Ausführungsbeispiel 4]

Bei den obigen Ausführungsbeispielen 2 und 3 wird als ein Ver fahren zur Verkürzung der Oxidationszeit und zum Kontrollieren der Querschnittsform eines Feldoxidfilms ein Verfahren vorgese hen, bei dem ein oberer Schichtbereich einer Siliziumschicht in einem selektiv zu oxidierenden Bereich vor der selektiven Oxi dation entfernt wird, d. h. ein mit einer die Oxidation verlang samenden Verunreinigung dotierter Bereich. Entsprechend diesem Verfahren schreitet die Oxidation schneller fort als bei den obigen Ausführungsbeispielen 2 und 3, weil die der Feldoxida tion zu unterziehende Siliziumschicht keine Verunreinigung enthält, welche die Oxidationsgeschwindigkeit vermindert. Auf der anderen Seite wird eine mit einer Verunreinigung, welche eine Oxidation vermindert und eine Rekristallisation stört, dotierte Schicht unter der Siliziumnitridmaske belassen. Dies verhindert die Bildung von ungleichmäßigen Endbereichen eines Vogelschnabels und von Hohlräumen in der Siliziumschicht unter der Siliziumnitridmaske, wie bei den obigen Ausführungsbeispie len 2 und 3.

Fig. 3A bis 3K zeigen Herstellungsschritte zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels 4 der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen bei dem Ausführungsbeispiel 4 bezeichnen die gleichen Teile wie bei den obigen Ausführungsbeispielen.

Zu allererst wird, wie in Fig. 3A gezeigt, ein dünner Oxidfilm 21 mit einer Dicke von 6 bis 12 nm durch Glühen in einer trocke nen Sauerstoffatmosphäre von 900°C auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 3B gezeigt, ein Siliziumfilm 32, der eine Dicke von ungefähr 25 nm aufweist und aus undotiertem amorphem Silizium oder mit Sauerstoff dotiertem amorphem Sili zium besteht, niedergeschlagen. Ein Siliziumfilm 33, der eine Dicke von ungefähr 25 nm aufweist und mit Stickstoff dotiert ist, wird auf dem Siliziumfilm 32 niedergeschlagen. Der dotier te Zustand des Siliziumfilms 33 ist verschieden von dem des Siliziumfilms 32.

Der Siliziumfilm 32 wird niedergeschlagen bei einer Temperatur von ungefähr 500°C durch das CVD-Verfahren unter Verwendung von SiH₄ oder Si₂H₆ als ein Quellengas oder Sauerstoff zusätzlich zu SiH₄ und Si₂H₆. Der Siliziumfilm 33 wird niedergeschlagen bei einer Temperatur von ungefähr 500°C unter Verwendung eines Ammoniakgases zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ nach der Nieder schlagung des Siliziumfilms 32.

Die Konzentration des in dem Siliziumfilm 33 dotierten Stick stoffs kann in den Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 bis 3 × 10²² cm^-3 fallen. Bemerke, daß, weil dieser Siliziumfilm 33 mit Stick stoff dotiert ist, seine Oxidationsgeschwindigkeit niedriger als die des Siliziumfilms 32 ist.

Wie in Fig. 3C gezeigt, wird eine Siliziumnitrid-(Si₃N₄)- Schicht 4 gebildet, die eine Dicke von ungefähr 200 nm aufweist und als Maske für die Feldoxidation dient. Wie in Fig. 3D ge zeigt, wird dann eine Photoresistschicht auf der Siliziumni tridschicht 4 gebildet, und ein Resistmuster 5 wird unter Ver wendung einer photolithographischen Technik gebildet.

Bemerke, daß ein Resist, der gegenüber Röntgenstrahlen photo empfindlich ist, oder ein Elektronenstrahlresist gebildet wer den kann, anstelle der Photoresistschicht, und das Resistmuster 5 kann verwendet werden durch eine lithographische Technik unter Verwendung eines Röntgenstrahls oder Elektronenstrahls.

Wie in Fig. 3E gezeigt, wird die Siliziumnitridschicht 4 geätzt unter Verwendung des Resistmusters 5 als Maske, um eine Silizi umnitridmaske 4a zu bilden. Dieses Ätzen wird durch das RIE- Verfahren unter Verwendung eines Kohlenstofffluoridgases durch geführt.

Die von dem Bereich unter der Siliziumnitridmaske 4a verschie dene Siliziumschicht 33 wird durch dieses Ätzen freigelegt.

Wie in Fig. 3F gezeigt, wird der Siliziumfilm 33 durch das RIE- Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Gases und des Resistmusters 5 als Maske geätzt. Zu dieser Zeit wird der unter dem Siliziumfilm 33 befindliche Siliziumfilm 32 nicht geätzt. Wie in Fig. 3G gezeigt, wird das Resistmuster 5 dann durch einen Veraschungsprozeß unter Verwendung von Sauerstoff radikalen entfernt. Danach wird die resultierende Struktur einer RCA-Reinigung unterworfen.

Nachfolgend, wie in Fig. 3H gezeigt, wird eine thermische Oxi dation durchgeführt unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a als Maske in einer Wasserdampf enthaltenden Sauerstoffatmosphä re bei einer Temperatur von 1000°C, um dadurch den freigeleg ten Siliziumfilm 32 und eine Filmkante des Films 33 und die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 selektiv zu oxidieren. Als ein Ergebnis wird ein dicker Oxidfilm 22 mit einer Dicke von 450 nm gebildet. Eine Oxidationstemperatur von 1000°C ist ein Beispiel und kann innerhalb des Bereichs von z. B. 700 bis 1150°C geändert werden, ohne daß sich irgendein Problem stellt.

Ein auf der Oberfläche der Siliziumnitridmaske 4a durch diese thermische Oxidation gebildeter dünner Oxidfilm wird durch Verwendung von verdünnter Fluorwasserstoffsäure entfernt, und die Siliziumnitridmaske 4a wird unter Verwendung von heißer Phosphorsäure selektiv entfernt. Darüber hinaus werden die Sili ziumfilme 32 und 33 durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Gases selektiv geätzt (Fig. 3I), um einen mit dem dicken Oxidfilm 22 bedeckten Elementisolations bereich zu erhalten.

Schließlich, wie in Fig. 3J gezeigt, wird der dünne Oxidfilm 21 entfernt, um die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 freizule gen.

Mit dem obigen Verfahren wird in der durch die Siliziumfilme 32 und 33 bestehenden Siliziumschicht kein Hohlraum gebildet, und somit kein Loch in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, wie in Fig. 3K gezeigt, anders als bei den herkömmlichen Verfahren. Zusätz lich ist der Grenzbereich des dicken Oxidfilms 22 frei von einem unebenen Zustand.

Weil die Siliziumfilme 32 und 33, die verschiedene Oxidations geschwindigkeiten haben, verwendet werden, anders als bei dem Ausführungsbeispiel 1, ist die Querschnittsform des dicken Oxidfilms 22, der als ein Feldoxidfilm dient, in einem kontrol lierten Zustand.

Bemerke, daß bei dem obigen Ausführungsbeispiel 1 der gleiche Effekt wie bei dem Ausführungsbeispiel 2 erhalten werden kann, selbst wenn eine einzige Siliziumschicht so gebildet wird, daß in der Schicht dotierter Stickstoff in der Konzentration all mählich zu der oberen Oberfläche zunimmt, und Ätzen des stark dotierten Bereichs.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel 1 wird die Siliziumschicht 31 thermisch oxidiert, ohne daß sie bearbeitet wird (z. B. Fig. 1F bis 1G). Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.

Wie bei dem folgenden Ausführungsbeispiel kann, nachdem ein als eine Maske für die Oxidation dienender Nitridfilm unter Ver wendung eines als eine Maske ausgebildeten, einen Elementisola tionsbereich umgebenden Resistmusters geätzt wird, eine Silizi umschicht selektiv entfernt werden.

Bei diesem selektiven Entfernungsprozeß kann die gesamte von dem Bereich unter der Siliziumnitridmaske verschiedene Silizi umschicht entfernt werden. Alternativ kann die Siliziumschicht bis zu einer gewissen Dicke belassen werden, d. h. die von dem Bereich unter der Siliziumnitridmaske verschiedene Silizium schicht kann dünner gemacht werden. Mit diesem Prozeß kann, wenn ein Elementisolationsbereich durch thermische Oxidation gebildet wird, der Unterschied im Niveau zwischen der Oberflä che des Oxidfilms in dem Elementisolationsbereich und der Ober fläche der Siliziumschicht in dem aktiven Bereich reduziert werden. Dies wird die Präzision und die Ausbeute bei der Mu sterbildung in dem Schritt des Bildens einer Gate-Elektroden- Verdrahtungsschicht verbessern.

[Ausführungsbeispiel 5]

Fig. 4A bis 4K zeigen Herstellungsschritte zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels 5 der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugsziffern bei dem Ausführungsbeispiel 5 bezeichnen die gleichen Teile wie bei den obigen Ausführungsbeispielen.

Zuerst wird, wie in Fig. 4A gezeigt, ein dünner Oxidfilm 21 mit einer Dicke von 6 bis 12 nm durch Glühen in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre bei 900°C auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet.

Durch Bilden des Oxidfilms 21 wird die auf das Siliziumsubstrat 1 wirkende auf den nachfolgenden Schritten beruhende Spannung reduziert. Der Oxidfilm 21 wird auch verwendet als ein Ätzstop per beim Entfernen einer darauf gebildeten Siliziumschicht.

Nachfolgend, wie in Fig. 4B gezeigt, wird Stickstoff-dotiertes amorphes Silizium unter Verwendung des CVD-Verfahrens nieder geschlagen, um eine Siliziumschicht 31a mit einer Dicke von ungefähr 50 nm auf dem dünnen Oxidfilm 21 zu bilden.

Bei dieser Niederschlagung durch das CVD-Verfahren wird die Niederschlagungstemperatur auf 500°C eingestellt, und ein Ammo niakgas wird zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ verwendet. Eine Stickstoffdotierung wird gleichzeitig mit der Niederschlagung des amorphen Siliziums durchgeführt.

Dieser Stickstoff ist eine Verunreinigung, um eine Kristallisa tion von Silizium zu verhindern und die Oxidationsgeschwindig keit zu vermindern.

Der in der Siliziumschicht dotierte Stickstoff kann eine Kon zentration im Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 bis 3 × 10²² cm^-3 haben.

Wenn die Dotierungsmenge einer Verunreinigung, so wie Stick stoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff kleiner als 1 × 10²¹ cm^-3 ist, wird der Effekt des Unterdrückens des Wachstums von Kri stallkörnern nicht so erhöht.

Im Gegensatz dazu tritt, wenn die Dotierungsmenge von jeder dieser Verunreinigungen 3 × 10²² cm^-3 überschreitet, eine Bil dung einer Verbindung eher auf als eine Verunreinigungsdotie rung.

Zum Beispiel, wenn die Siliziumschicht mit einer so großen Menge von Stickstoff dotiert wird, wird die Siliziumschicht zu einem Nitridfilm.

Die Siliziumschicht (Pufferschicht) wird in dem Schritt des Bildens eines Feldoxidfilms teilweise oxidiert. Als ein Ergeb nis wird die Spannung in dem Substrat vermindert. Zusätzlich wird die Schicht nicht sehr hart und kann somit die Spannung reduzieren, weil die Siliziumschicht aus amorphem Silizium oder mikrokristallinem Polysilizium besteht.

Wenn jedoch diese Schicht zu einem Nitridfilm wird, tritt keine Oxidation auf. Zusätzlich kann der Film die in dem Substrat erzeugte Spannung nicht reduzieren, weil der Nitridfilm sehr hart ist. Dasselbe gilt für Kohlenstoff.

Wenn die Siliziumschicht mit einer übermäßigen Menge von Sauer stoff dotiert wird, wird die Schicht zu einem Oxidfilm. Als ein Ergebnis wird ein Siliziumoxidfilm auf einem unnötigen Bereich gebildet.

Nachfolgend wird, wie in Fig. 4C gezeigt, eine Siliziumnitrid schicht (Si₃Ni₄) 4 gebildet, die eine Dicke von ungefähr 200 nm hat und als Maske für die Feldoxidation (selektive Oxidation) dient.

Eine Photoresistschicht wird auf der Siliziumnitridschicht 4 gebildet und in ein Muster gebracht, um ein Resistmuster 5 zu bilden, wie in Fig. 4D gezeigt.

Bemerke, daß ein gegen Röntgenstrahlen photoempfindlicher Re sist oder ein Elektronenstrahlresist anstelle der Photoresist schicht gebildet werden kann, und das Resistmuster 5 kann durch eine photolithographische Technik unter Verwendung eines Rönt genstrahls oder Elektronenstrahls verwendet werden.

Wie in Fig. 4E gezeigt, wird die Siliziumnitridschicht 4 unter Verwendung des Resistmusters 5 als Maske geätzt, um eine Sili ziumnitridmaske 4a zu bilden.

Dieses Ätzen wird durch das reaktive Ionenätz-(RIE)-Verfahren unter Verwendung eines Kohlenstofffluoridgases durchgeführt.

Die von dem Bereich unter der Siliziumnitridmaske 4a verschie dene Siliziumschicht 31a wird durch dieses Ätzen freigelegt.

Wie in Fig. 4F gezeigt, wird der freigelegte Bereich der Sili ziumschicht 31a durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Gases und des Resistmusters 5 als Maske geätzt.

Wie in Fig. 4G gezeigt, wird das Resistmuster 5 dann durch einen Veraschungsprozeß unter Verwendung von Sauerstoffradika len entfernt.

Der freigelegte dünne Oxidfilm 21 auf dem Siliziumsubstrat 1 wird durch eine Ätztechnik unter Verwendung von verdünnter Fluorwasserstoffsäure entfernt, um die von dem Bereich unter der Siliziumnitridmaske 4a verschiedene Oberfläche des Silizi umsubstrats 1 freizulegen.

Das Siliziumsubstrat 1 wird dann einer RCA-Reinigung unterzo gen, die auf einer Flüssigkeitsbehandlung unter Verwendung einer Flüssigkeitsmischung von Ammoniak und Wasserstoffperoxid und einer Flüssigkeitsbehandlung unter Verwendung einer Flüs sigkeitsmischung von Salzsäure und Wasserstoffperoxid beruht.

Nachfolgend, wie in Fig. 4H gezeigt, wird eine thermische Oxi dation durchgeführt unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a als Maske in einer Wasserdampf enthaltenden Sauerstoffatmosphä re bei einer Temperatur von 1000°C, um dadurch die freigelegte Seitenfläche der Siliziumschicht 31a und die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 zu oxidieren. Als ein Ergebnis wird dicker Oxidfilm 22 mit einer Dicke von 450 nm gebildet.

Ein auf der Oberfläche der Siliziumnitridmaske 4a gebildeter dünner Oxidfilm wird unter Verwendung von verdünnter Fluorwas serstoffsäure geätzt, und die Siliziumnitridmaske 4a wird unter Verwendung von heißer Phosphorsäure selektiv entfernt.

Weiterhin wird die Siliziumschicht 31a durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Gases selektiv entfernt, um das Siliziumsubstrat 1 zu erhalten, auf welchem ein mit dem dicken Oxidfilm 22 bedeckter Elementisolationsbe reich gebildet ist, wie in Fig. 4I gezeigt.

Schließlich, wie in Fig. 4J gezeigt, wird der dünne Oxidfilm 21 entfernt, um die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 in dem von dem dicken Oxidfilm 22 umgebenen Bereich freizulegen.

Mit dem obigen Verfahren wird in der Siliziumschicht 31a kein Hohlraum gebildet, und daher in dem Siliziumsubstrat 1 kein Loch gebildet, wie in Fig. 4K gezeigt, anders als bei den her kömmlichen Verfahren. Zusätzlich ist der Grenzbereich des Oxid films 22 frei von einem unebenen Zustand.

Weil die Siliziumschicht 31a zu der Zeit der Bildung der Sili ziumschicht 31a mit einer Verunreinigung dotiert wird, können die Probleme gelöst werden, ohne die Anzahl von Herstellungs schritten zu erhöhen verglichen mit den herkömmlichen Verfah ren.

Darüber hinaus wird bei diesem Ausführungsbeispiel 5, weil die Siliziumschicht 31a mit Stickstoff dotiert ist, die Oxidations geschwindigkeit reduziert und der Vogelschnabel kann verkürzt werden.

[Ausführungsbeispiel 6]

Fig. 5A bis 5K zeigen Herstellungsschritte zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels 6 der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Bezugsziffern in Fig. 5A bis 5K bezeichnen die glei chen Teile wie bei den obigen Ausführungsbeispielen.

Zuerst, wie in Fig. 5A gezeigt, wird ein dünner Oxidfilm 21 mit einer Dicke von 6 bis 12 nm durch Glühen in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre bei 900°C auf einem Siliziumsubstrat 1 gebildet.

Nachfolgend, wie in Fig. 5B gezeigt, wird ein Siliziumfilm 32a niedergeschlagen, der eine Dicke von ungefähr 25 nm hat und aus undotiertem amorphem Silizium besteht, und ein Siliziumfilm 33a, der eine Dicke von ungefähr 25 nm hat und mit Stickstoff dotiert ist, wird auf dem Siliziumfilm 32a niedergeschlagen.

Der Siliziumfilm 32a wird durch das CVD-Verfahren unter Ver wendung von SiH₄ und Si₂H₆ bei einer Temperatur von ungefähr 500°C niedergeschlagen.

Der Siliziumfilm 33a wird auch niedergeschlagen unter Verwen dung eines Ammoniakgases als ein Quellengas zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ bei einer Temperatur von ungefähr 500°C nach der Niederschlagung des Siliziumfilms 32a.

Der in der Siliziumschicht 33a dotierte Stickstoff kann eine Konzentration im Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 bis 3 × 10²² cm^-3 haben. Bemerke, daß dieser Siliziumfilm 33a mit Stickstoff dotiert ist, und somit seine Oxidationsgeschwindigkeit niedri ger als die des Siliziumfilms 33a ist.

Nachfolgend, wie in Fig. 5C gezeigt, wird eine Siliziumnitrid schicht (Si₃N₄) 4 gebildet, die eine Dicke von ungefähr 200 nm hat und als Maske für die Feldoxidation dient.

Eine Photoresistschicht wird auf der Siliziumnitridschicht 4 gebildet, und ein Resistmuster 5 wird durch eine lithographi sche Technik gebildet, wie in Fig. 5D gezeigt.

Bemerke, daß ein gegenüber Röntgenstrahlen photoempfindlicher Resist oder ein Elektronenstrahlresist anstelle der Photore sistschicht gebildet werden kann, und das Resistmuster 5 kann geformt werden durch eine lithographische Technik unter Ver wendung eines Röntgenstrahls oder Elektronenstrahls.

Wie in Fig. 5E gezeigt, wird die Siliziumnitridschicht 4 unter Verwendung des Resistmusters 5 als Maske geätzt, um eine Sili ziumnitridmaske 4a zu bilden.

Dieses Ätzen wird durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines Kohlenstofffluoridgases durchgeführt.

Die von dem Bereich unter der Siliziumnitridmaske 4a verschie dene Siliziumschicht 33a wird durch dieses Ätzen freigelegt.

Wie in Fig. 5F gezeigt, werden die Siliziumfilme 32a und 33a durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basie renden Gases selektiv entfernt, um die Oberfläche des dünnen Oxidfilms 21 freizulegen, die von dem Bereich unter dem Resist muster 5 verschieden ist.

Wie in Fig. 5G gezeigt, wird das Resistmuster 5 dann durch einen Veraschungsprozeß unter Verwendung von Sauerstoffradika len entfernt.

Der freigelegte dünne Oxidfilm 21 wird durch eine Ätztechnik unter Verwendung eines aus Kohlenstofffluorid bestehenden Ätz mittels entfernt. Das Siliziumsubstrat 1 wird dann durch RCA- Reinigung gereinigt.

Nachfolgend, wie in Fig. 5H gezeigt, wird eine thermische Oxi dation durchgeführt unter Verwendung der Siliziumnitridmaske 4a als Maske in einer Wasserdampf enthaltenden Sauerstoffatmosphä re bei einer Temperatur von 1000°C, um dadurch die freigeleg ten Seitenflächen der Siliziumschichten 32a und 33a und die Oberfläche des Siliziumsubstrat 1 zu oxidieren. Als ein Ergeb nis wird ein dicker Oxidfilm 22a mit einer Dicke von 450 nm gebildet.

Ein durch diese thermische Oxidation auf der Oberfläche der Siliziumnitridmaske 4a gebildeter dünner Oxidfilm wird unter Verwendung von verdünnter Fluorwasserstoffsäure geätzt, und die Siliziumnitridmaske 4a wird unter Verwendung von heißer Phosphorsäure selektiv geätzt.

Weiterhin werden die Siliziumschichten 32a und 33a durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Gases selektiv geätzt (Fig. 5I), um einen mit dem dicken Oxid film 22a bedeckten Elementisolationsbereich zu bilden.

Schließlich, wie in Fig. 5J gezeigt, wird der dünne Oxidfilm 21 entfernt, um die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 freizule gen.

Mit dem obigen Verfahren wird in der durch die Siliziumschich ten 32a und 33a gebildeten Siliziumschicht kein Hohlraum gebil det, und somit in dem Siliziumsubstrat 1 kein Loch gebildet, wie in Fig. 5K gezeigt, anders als bei den herkömmlichen Ver fahren. Zusätzlich ist der Grenzbereich des Oxidfilms 22a frei von einem unebenen Zustand.

Weil die Siliziumfilme 32a und 33a verwendet werden, die ver schiedene Oxidationsgeschwindigkeiten haben, anders als bei dem obigen Ausführungsbeispiel 59 ist die Querschnittsform des als Feldoxidfilm dienenden dicken Oxidfilms 22a in einem kontrol lierten Zustand.

Bemerke, daß bei dem obigen Ausführungsbeispiel 5 der gleiche Effekt wie der des Ausführungsbeispiels 6 erhalten werden kann, selbst wenn eine einzelne Siliziumschicht so gebildet wird, daß in der Schicht dotierter Stickstoff allmählich in der Konzen tration zu der oberen Oberfläche abnimmt.

[Ausführungsbeispiel 7]

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird ein undotierter amor pher Siliziumfilm als der Siliziumfilm 32a verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den undotierten amor phen Siliziumfilm beschränkt.

Als dieser Siliziumfilm 32a kann ein amorpher Siliziumfilm verwendet werden, der mit Sauerstoff dotiert ist, welcher die Oxidationsgeschwindigkeit erhöht, um einen von dem des Silizi umfilms 33a verschiedenen dotierten Zustand zu haben.

Durch Verwendung des mit Sauerstoff dotierten amorphen Silizi ums kann das Wachstum von polykristallinen Körnern in dem Sili ziumfilm 32a unterdrückt werden, wenn der dicke Oxidfilm 22 als Feldoxidfilm gebildet wird.

Weil der Siliziumfilm 32a mit Sauerstoff dotiert ist, wird die Oxidationsgeschwindigkeit des Siliziumfilms 32a erhöht, welcher von einem Bereich unter einem Endbereich einer Siliziumnitrid maske 4a beginnt. Als ein Ergebnis wird der Unterschied in der Oxidationsgeschwindigkeit zwischen dem Siliziumfilm 32a und dem mit Stickstoff dotierten Siliziumfilm 33a größer als der bei dem obigen Ausführungsbeispiel.

Aus diesem Grund kann die Neigung der Querschnittsform eines dicken Oxidfilms 22a weiter reduziert werden, wogegen die Bil dung eines ungleichmäßigen Grenzbereichs des Oxidfilms 22a unterdrückt wird.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen 4 bis 7 wird amorphes Silizium für die Siliziumschicht verwendet. Jedoch kann der gleiche Effekt wie oben beschrieben, auch durch Verwendung von mikrokristallinem Polysilizium erreicht werden.

Mit einem Niederdruck-CVD-Verfahren kann amorphes Silizium bei einer Niederschlagungstemperatur von ungefähr 500°C auf einer Siliziumoxidschicht niedergeschlagen werden.

In diesem Fall kann ein mit Stickstoff dotiertes mikrokristal lines Polysilizium durch Einstellen einer Niederschlagungstem peratur von 650°C, Einführen eines Ammoniakgases zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ und Verwenden von Stickstoff als Verunreinigung niedergeschlagen werden.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird eine Siliziumschicht mit einer Verunreinigung dotiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Eine Siliziumschicht kann mit zwei oder mehr Verunreinigungen dotiert werden.

Wenn, zum Beispiel, eine mit Sauerstoff und Stickstoff dotierte amorphe Siliziumschicht als Siliziumschicht verwendet wird, wird die Oxidationsgeschwindigkeit leicht erhöht und das Wachs tum von Kristallkörnern kann effektiver unterdrückt werden.

In diesem Falle, wenn eine Siliziumschicht nur mit Sauerstoff dotiert ist, wird das Wachstum von Kristallkörnern nicht so unterdrückt, ohne die Oxidationsgeschwindigkeit stark zu erhö hen. Auf der anderen Seite, wenn die Dotierungsmenge von Sauer stoff erhöht wird, um das Wachstum von Kristallkörnern effekti ver zu unterdrücken, wird die Oxidationsgeschwindigkeit über mäßig anwachsen.

Wenn jedoch eine Siliziumschicht nicht nur mit Sauerstoff son dern auch Stickstoff oder Kohlenstoff dotiert wird, wie oben beschrieben, kann eine übermäßige Oxidationsgeschwindigkeit verhindert werden.

Das heißt, durch Dotieren einer Siliziumschicht mit einer Ver unreinigung, welche die Oxidationsgeschwindigkeit erhöht, und einer Verunreinigung, welche die Oxidationsgeschwindigkeit senkt, kann die von einem Endbereich der Siliziumschicht begin nende Oxidation bei der selektiven Oxidation mit hoher Präzi sion kontrolliert werden, und somit kann die Querschnittsform des Feldoxidfilms feiner kontrolliert werden.

Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfin dung bei der Bildung eines lokalen Oxidbereichs (Feldoxidfilm) durch das LOCOS-Verfahren mit einer Verunreinigung, so wie Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff dotiertes mikrokristal lines Polysilizium oder amorphes Silizium verwendet für eine Siliziumschicht, die auf einem auf einem Halbleitersubstrat gebildeten dünnen Oxidfilm (Polsteroxidfilm) gebildet ist.

Aus diesem Grund wird die Grenze (Vogelschnabelende) eines Feldoxidfilmbereichs (Elementisolationsbereich) nicht ungleich mäßig gemacht, und die Bildung von Hohlräumen kann unterdrückt werden.

Zusätzlich kann die Querschnittsform des Feldoxidfilms kontrol liert werden, indem die Siliziumschicht so hergestellt wird, daß sie eine Mehrschichtstruktur mit verschiedenen Dotierungs materialien aufweist.

Ähnlich kann die Querschnittsform des Feldoxidfilms kontrol liert werden, weil die Verunreinigungsdotierungsmenge der Sili ziumschicht in Richtung der Filmdicke verändert wird.

Weiterhin, weil die Siliziumschicht mit einer Kombination von zwei oder mehr Verunreinigungen dotiert ist, kann die Geschwin digkeit der von einem Endbereich der Siliziumschicht beginnen den Oxidation fein kontrolliert werden, während ein Kristall wachstum unterdrückt werden kann. Daher kann die Querschnitts form des Feldoxidfilms feiner kontrolliert werden.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte enthält:
Bilden eines Oxidfilms (21) auf einem Halbleitersubstrat (1);
Bilden einer aus mit einer Kristallisation von Silizium verhin dernden Verunreinigung dotiertem Silizium bestehenden Silizium schicht (31) auf dem Oxidfilm;
Bilden eines Beständigkeit gegenüber Oxidation aufweisenden Films (4) auf der Siliziumschicht;
selektives Entfernen eines Teils des oxidationsbeständigen Films, um eine aus dem oxidationsbeständigen Film bestehende Oxidationsmaske (4a) zu bilden; und
Bilden eines Elementisolationsbereichs durch Oxidieren der Siliziumschicht und des Halbleitersubstrats durch Verwenden der Oxidationsmaske als Maske.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend den Schritt selektives Ätzen des gleichen Bereichs wie der Bereich, in dem der oxidationsbeständige Film selektiv entfernt wird, nachdem die Oxidationsmaske auf der Siliziumschicht gebildet wird, Entfernen von mindestens einem Teil auf der Silizium schicht, und Bilden eines Elementisolationsbereichs unter Ver wendung der Oxidationsmaske als Maske.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Bildens der Siliziumschicht den Schritt des Bildens der Silizi umschicht unter Veränderung der Verunreinigungskonzentration in Richtung der Filmdicke enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Schritt des Bildens der Siliziumschicht den Schritt des Bildens eines ersten Siliziumfilms und eines zweiten Siliziumfilms darauf enthält, wobei die ersten und zweiten Siliziumfilme verschiede ne Dotierungszustände aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bildens der ersten Siliziumschicht und des zweiten Siliziumfilms darauf den Schritt des Veränderns eines Faktors enthält, der ausge wählt ist aus der Gruppe bestehend aus der Art der Verunreini gung, der Verunreinigungskonzentration und der Verteilungsform.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der zweite Sili ziumfilm aus einem Siliziummaterial gemacht ist, das eine nied rigere Oxidationsgeschwindigkeit als das Siliziummaterial für den ersten Siliziumfilm aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Siliziumschicht mit einer Verunreinigung dotiert wird, welche eine Kristallisation von Silizium verhindert und die Oxida tionsgeschwindigkeit des Siliziums verringert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Siliziumschicht dotiert ist mit einer Kombination einer Ver unreinigung, welche Kristallisation von Silizium verhindert und die Oxidationsgeschwindigkeit des Siliziums verringert, und einer Verunreinigung, welche Kristallisation verhindert und die Oxidationsgeschwindigkeit erhöht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Siliziumschicht mindestens ein Element als Verunreinigung ent hält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stick stoff, Kohlenstoff und Sauerstoff.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Siliziumschicht unter Verwendung eines CVD-Verfahrens gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Siliziumschicht unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens ge bildet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Bildung der Siliziumschicht und das Dotieren der Verunreinigung gleichzeitig durchgeführt werden.