DE19525580C2 - Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs mit einer die Kristallisation von Silizium unterdrückenden dotierten Siliziumschicht - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs in einem Halbleiterbauelement.

In einer integrierten Siliziumhalbleiterschaltung ist ein vor­ aussichtlich als ein Element dienender aktiver Bereich von ei­ nem 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 im Stand der Technik ein sog. LOCOS (lokale Oxidation von Silizium) Ver­ fahren verfügbar.

Fig. 6A bis 6K erläutern ein poly-gepuffertes LOCOS-Verfahren nach dem internen Stand der Technik der Anmelderin.

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 ein Photoresistmuster 5 unter Ver­ wendung einer lithographischen Technik gebildet. Die Silizium­ schicht 4 wird teilweise geätzt unter Verwendung dieses Photo­ resistmusters als eine Ätzmaske, um eine Siliziumnitridmaske 4a zu bilden.

Nachfolgend wird das Photoresistmuster 5 entfernt, wie in Fig. 6F gezeigt, und die Siliziumschicht 31b als Pufferschicht und das Siliziumsubstrat 1 werden selektiv oxidiert durch thermi­ sche 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 durch Verringerung der Oxidierungsmenge des Siliziumsubstrats 1 beim Bilden eines Feldoxidfilms vermindert.

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 nach dem internen Stand der Technik der Anmelderin.

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 Photore­ sistmuster 5 unter Verwendung einer lithographischen Technik gebildet. Die Siliziumnitridschicht 4 und die von den unter dem Photoresistmuster 5 liegenden Bereichen verschiedene Silizium­ schicht 31c werden nacheinander durch eine Ätztechnik unter Verwendung des Photoresistmusters 5 als Maske entfernt.

Und wie in Fig. 7G gezeigt, wird das Photoresistmuster 5 ent­ fernt. Nach Entfernen des Photoresistmusters 5 wird, wie in Fig. 7H gezeigt, ein dicker Oxidfilm 22c selektiv auf dem Sili­ ziumnitridmaske 4a als Maske gebildet.

Aufgrund des Vorhandenseins der Siliziumschicht 31c wird die auf das Siliziumsubstrat 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 Si­ liziumnitridmaske 4a und den Oxidfilm 21 eingefügt. Aus diesem 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.

Darüberhinaus 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.

Darüberhinaus 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 (birds peak), 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.

Ein ähnliches Verfahren ist aus DE 44 22 957 A1 bekannt, welche zum Stand der Technik nach §3 Abs. 2 Nr. 1 PatG gehört. Es ist ein Verfahren zur Ausbildung eines Isolationsbereiches nach dem LOCOS-Prinzip beschrieben, bei welchem ein Oxidfilm sowie eine Siliziumpufferschicht, die später unter Abdeckung einer struk­ turierten Nitridmaske lokal aufoxidiert wird, ausgebildet wer­ den. Dabei kann die Siliziumschicht ein mit Fremdatomen dotier­ ter Siliziumfilm oder ein undotierter Siliziumfilm sein. Eine über die Veränderung der Leitfähigkeit hinausgehende Wirkung der Dotierung wird nicht angesprochen. Um die Eigenschaften des resultierenden Feldoxids z. B. einen etwaigen "Vogelschnabel", Störungen im Oxid etc., zu verbessern, wird dagegen eine Wärmebehandlung der Siliziumpufferschicht bei einer sehr hohen Tem­ peratur vorgenommen.

Aus der US 5 338 750 A ist ebenfalls ein Verfahren zur Bildung eines Elememtisolationsbereichs durch lokale Oxidation zur ent­ nehmen. Desweiteren ist auch eine Dotierung der Siliziumpuffer­ schicht offenbart. Es gibt jedoch keinen Hinweis auf eine solche Art der Dotierung, die eine über die übliche Veränderung der Leitfähigkeit hinausgehende Wirkung hat.

Ferner ist ein LOCOS-Verfahren auch aus der US 5 175 123 be­ kannt, bei welcher die verwendete Siliziumpufferschicht jedoch keinerlei Dotierung erfährt.

Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbes­ sertes Verfahren zur Bildung eines Elementisolationsbereichs zu schaffen, welches einen gleichmäßig verlaufenden Elementisola­ tionsbereich bildet.

Es ist ein weiteres Ziel, ein Verfahren zur Bildung eines Ele­ mentisolationsbereichs zu schaffen, ohne die Anzahl der Verfah­ ren verglichen mit einem herkömmlichen LOCOS-Verfahren zu erhö­ hen.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand von An­ spruch 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Danach schafft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden eines Elementisolationsbereichs auf einem Halbleiterbauelement mit folgenden Schritten: Ausbilden eines Oxidfilms auf einem Halb­ leitersubstrat; Ausbilden einer mit Fremdatomen dotierten Sili­ ziumschicht auf dem Oxidfilm, wobei eine Dotierungskonzentrat­ ion der Fremdatome in der Siliziumschicht derart ist, daß die Kristallisation des Siliziums während einer darauffolgenden Oxidation gehemmt bzw. verhindert wird; Ausbilden eines oxida­ tionsbeständigen Films auf der Siliziumschicht; Ausbilden einer aus dem oxidationsbeständigen Film bestehenden Oxidationsmaske durch selektives Entfernen eines Teils des oxidationsbeständi­ gen Films; und Ausbilden des Elementisolationsbereichs durch Oxidieren der Siliziumschicht und des Halbleitersubstrats unter Verwendung der Oxidationsmaske.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

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 eins Elementisolationsbereichs der vor­ liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3A bis 3K sind Ansichten zur Erläuterung aufeinanderfol­ gender Schritte von noch einem anderem 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 Fremdatome dotierte mi­ krokristalline Polysiliziumschicht oder eine mit diesen Fremda­ tomen dotierte amorphe Siliziumschicht gebildet. Zusätzlich kann diese Siliziumschicht eine Mehrschichtstruktur sein, die durch Kombinieren von mit diesen Fremdatomen dotierten Schich­ ten oder diesen Schichten und undotierten amorphen Silizium­ schicht gebildet ist. Die mit diesen Fremdatomen dotierte mi­ krokristalline Poylsiliziumschicht zeigt ein langsames Wachstum von Kristallkörnern, selbst wenn die Schicht geglüht bzw. aus­ geheizt wird. Die mit den Fremdatomen dotierte amorphe Silizi­ umschicht wird nicht leicht zu einer normalen polykristallinen Schicht, selbst wenn die Schicht geglüht wird. Das heißt, diese Schicht hat die Eigenschaft zu einer mikrokristallinen Schicht zu werden.

Beim Hochtemperaturglühen (Ausheizen), 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 unter­ drückt werden. Weil die Kristallkörner klein sind, schreitet die Oxidation gleichförmig fort, und es wird kein ungleichmäßi­ ger Grenzbereich gebildet.

Zusätzlich kann, wenn Stickstoff oder Kohlenstoff als Fremdato­ me verwendet wird, eine gleichförmige Oxidation verwirklicht werden, und die Oxidationsgeschwindigkeit kann ebenso vermin­ dert werden. Aus diesem Grund kann die Bildung von Hohlräumen, welche bei den herkömmlichen Verfahren ein Problem mit sich bringt, unterdrückt werden. Folglich kann das Problem der Un­ gleichmäßigkeit des Grenzbereichs eines Feldoxidfilms gelöst werden und ein Vogelschnabelbereich reduziert werden.

Weiterhin kann die Siliziumschicht eine durch mit verschiedenen Fremdatomen dotierten Schichten gebildete Mehrschichtstruktur haben, wie oben beschrieben, oder die Konzentration von Fremda­ tomen in der Siliziumschicht kann in der Richtung der Filmdicke geändert werden, um dadurch Kontrolloperationen zu verwirkli­ chen, z. B. die Querschnittsform eines Feldoxidfilms zu mäßi­ gen.

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 durch Verwendung des CVD- Verfahrens abgeschieden, um eine Siliziumschicht 31 mit einer Dicke von ungefähr 50 nm auf dem dünnen Oxidfilm 21 zu bilden.

Bei diesem Schritt wird die Abscheidungstemperatur auf 500°C eingestellt, und ein Ammoniakgas wird zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ verwendet. Die Stickstoffdotierung wird gleichzeitig mit der Abscheidung von amorphem Silizium durchgeführt. Dieser Stickstoff dient dazu, eine Kristallisation des Siliziums zu verhindern und die Oxidationsgeschwindigkeit zu vermindern.

Obwohl Stickstoff als Dotierungsmittel in der Siliziumschicht 31 verwendet wird, kann auch Kohlenstoff, Sauerstoff oder der­ gleichen verwendet werden.

In diesem Ausführungsbeispiel 1 und den später zu beschreiben­ den Ausführungsbeispielen 2 bis 7 wird das CVD-Verfahren als ein Beispiel eines Siliziumschichtabscheidungsverfahrens oder eines Dotierungsverfahrens verwendet. Jedoch ist das Silizium­ schichtabscheidungsverfahren nicht auf das CVD-Verfahren be­ grenzt. Zum Beispiel kann ein Sputter-Verfahren verwendet wer­ den, um gleichzeitig die Bildung einer Siliziumschicht und die Dotierung durchführen.

Fremdatome, so wie in der Siliziumschicht 31 dotierter Stick­ stoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff, können eine Konzentration im Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 bis 3 × 10²² cm^-3 haben. Wenn die Dotierungskonzentration von Fremdatomen kleiner als 1 × 10²¹ cm^-3 ist, wird der Effekt der Unterdrückung des Wachstums von Kristallkörnern nicht so erwartet. Im Gegensatz dazu, wenn die Dotierungskonzentration von Fremdatomen 3 × 10²² cm^-3 über­ schreitet, tritt eher die Bildung einer Verbindung als eine Do­ tierung auf. Zum Beispiel, wenn eine zu große Menge von Stick­ stoff in die Siliziumschicht 31 dotiert wird, wird die Silizi­ umschicht zum Nitridfilm. Eine Siliziumschicht dient dazu, die auf ein Substrat beim Schritt des Bildens eines Feldoxidfilms wirdende Spannung zu vermindern. Wenn jedoch diese Silizium­ schicht 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 gleich gilt für einen Fall, bei dem Kohlenstoff verwendet wird. Wenn die Siliziumschicht 31 mit einer übermäßi­ gen Menge von Sauerstoff dotiert wird, wird die Schicht zu ei­ nem Oxidfilm. Als ein Ergebnis wird ein Siliziumoxidfilm auf einen 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.

Es kann auch ein gegen Röntgenstrahlen photoempfindlicher Re­ sist oder ein Elektronenstrahlresist anstelle der Photore­ sistschicht verwendet werden, 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 1.000°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 1.000°C ist ein Beispiel und kann geändert werden innerhalb des Bereichs von z. B. 700 bis 1.150°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.

Darüberhinaus 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. 11 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 und kein Loch in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet, wie in Fig. 1J gezeigt, anders als bei den herkömmlichen Verfahren. Zusätzlich ist der Grenzbereich des Oxidfilms 22 gleichmäßig, so daß eine glatte Oberfläche gebildet wird.

Weil die Siliziumschicht 31 zur Zeit der Abscheidung der Sili­ ziumschicht 31 mit Fremdatomen dotiert wird, können die Proble­ me gelöst werden ohne die Anzahl der Herstellungsschritte ver­ glichen mit den herkömmlichen Verfahren zu vergrößern.

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 Si­ liziumsubstrat 1 gebildet.

Nachfolgend, wir in Fig. 2B gezeigt, wird ein Siliziumfilm 32 mit einer Dicke von ungefähr 25 nm und bestehend aus undotier­ tem amorphem Silizium abgeschieden, wie in Fig. 2B gezeigt. Ein Siliziumfilm 33 mit einer Dicke von ungefähr 25 nm und dotiert mit Stickstoff wird auf dem Siliziumfilm 32 abgeschieden. Die Dotierung des Siliziumfilms 33 ist verschieden von derjenigen des Siliziumfilms 32.

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

Die Konzentration des Stickstoffs, der im Siliziumfilm 33 do­ tiert ist, kann in dem Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 fallen. Bemer­ ke, daß seine Oxidationsgeschwindigkeit niedriger als die des Siliziumfilms 32 ist, weil dieser Siliziumfilm 33 mit Stick­ stoff dotiert ist.

Wie in Fig. 2C gezeigt, wird eine Siliziumnitirid-(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 Photore­ sistschicht gebildet, und ein Resistmuster 5 wird gebildet un­ ter Verwendung einer photolithographischen Technik, wie in Fig. 2D gezeigt.

Es kann auch ein gegen Röntgenstrahlen photoempfindlicher Re­ sist oder ein Elektronenstrahlresist anstelle der Photore­ sistschicht verwendet werden, und das Resistmuster 5 kann durch eine lithographische Technik unter Verwendung eines Röntgen­ strahls oder Elektrodenstrahls 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 1.000°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 1.000°C ist ein Beispiel und kann geändert wer­ den innerhalb des Bereichs von z. B. 700 bis 1.150°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. 21 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 vergrö­ ßert. Als Ergebnis ist der Unterschied in der Oxidationsge­ schwindigkeit zwischen dem Siliziumfilm 32 und dem mit Stick­ stoff dotiertem Silizium 33 größer als im Ausführungsbeispiel 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 un­ terdrückt 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 mi­ krokristallinem Polysilizium erreicht werden.

Mit einem Niederdruck-CVD-Verfahren kann amorphes Silizium bei einer Abscheidungstemperatur von ungefähr 55°C auf einem Sili­ ziumfilm abgeschieden werden.

In diesem Falle kann mit Stickstoff dotiertes mikrokristallines Polysilizium durch Einstellen einer Abscheidungstemperatur von 650°C abgeschieden werden, wobei ein Ammoniakgas zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ eingeführt wird, und unter Verwendung von Stickstoff als Fremdatome.

Bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ist die Siliziumschicht mit Fremdatomen dotiert. Zusätzlich werden bei den oben be­ schriebenen Ausführungsbeispielen 1 und 2 in jeder zu verwenden Siliziumschicht dotiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Dotierungsstruktur beschränkt. Eine Sili­ ziumschicht kann mit zwei oder mehr Atomen von Fremdatomen do­ tiert werden. Wenn, zum Beispiel, eine mit Sauerstoff und Stickstoff dotierte amorphe Siliziumschicht als eine Siliziumschicht verwendet wird, wird die Oxidationsgeschwindigkeit leicht erhöht, und das Wachstum von Kristallkörnern kann wirk­ samer unterdrückt werden.

In diesem Fall, wenn eine Siliziumschicht nur mit Sauerstoff dotiert wird, wird das Wachstum von Kristallkörenern nicht so unterdrückt ohne die Oxidationsgeschwindigkeit stark zu erhö­ hen. Auf der anderen Seite wird, wenn die Dotierungskonzentra­ tion von Sauerstoff erhöht wird, um das Wachstum von Kristall­ körnern wirksamer zu unterdrücken, wird die Oxidationsgeschwin­ digkeit 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 Fremdatomen, welche die Oxidationsgeschwindigkeit erhöhen, und anderen Fremdatomen, welche die Oxidationsge­ schwindigkeit vermindern, kann die von einem Endbereich der Si­ liziumschicht beginnende Oxidation bei selektiver Oxidation mit hoher Präzision kontrolliert werden, und daher die Quer­ schnittsform eines Feldfilms 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 die Oxidation verlangsamen­ den Fremdatomen dotierter Bereich. Entsprechend diesem Verfah­ ren schreitet die Oxidation schneller fort als bei den obigen Ausführungsbeispielen 2 und 3, weil die der Feldoxidation zu unterziehende Siliziumschicht keine Dotierung enthält, welche die Oxidationsgeschwindigkeit vermindert. Auf der anderen Seite wird eine mit Fremdatomen, welche eine Oxidation vermindert und eine Rekristallisation stört, dotierte Schicht unter der Siliziumnitridmaske belassen. Dies verhindert die Bildung von un­ gleichmäßigen Endbereichen eines Vogelschnabels und von Hohl­ räumen in der Siliziumschicht unter der Siliziumnitridmaske, wie bei den obigen Ausführungsbeispielen 2 und 3.

Fig. 3A bis 3K zeigen Herstellungsschritte zur Erläuterung ei­ nes 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 troc­ kenen 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 amorphen Sili­ zium besteht, abgeschieden. Ein Siliziumfilm 33, der eine Dicke von ungefähr 25 nm aufweist und mit Stickstoff dotiert ist, wird auf dem Siliziumfilm 32 abgeschieden. Der dotierte Zustand des Siliziumfilms 33 ist verschieden von dem des Siliziumfilms 32.

Der Siliziumfilm 32 wird abgeschieden 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 Siliziumgilm 33 wird abgeschieden bei einer Temperatur von ungefähr 500°C unter Verwendung eines Am­ moniakgases zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ nach der Abscheidung des Siliziumfilms 32.

Die Konzentration des in dem Siliziumfilm 33 dotierten Stick­ stoffs kann in dem Bereich von 1 × 10²¹ cm^-3 bis 3 × 10²² cm^-3 fallen. Weil dieser Siliziumfilm 33 mit Stickstoff dotiert ist, ist seine Oxidationsgeschwindigkeit niedriger als die des Sili­ ziumfilms 32.

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.

Eine Resist, der gegenüber Röntgenstrahlen photoempfindlich ist, oder ein Elektronenstrahlresist kann auch anstelle der Photoresistschicht gebildet werden, und das Resistmuster 5 kann durch eine lithographische Technik unter Verwendung eines Rönt­ genstrahls oder Elektronenstrahls gebildet werden.

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 1.000°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 1.000°C ist ein Beispiel und kann innerhalb des Bereichs von z. B. 700 bis 1.150°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. Darüberhinaus werden die Sili­ ziumfilme 32 und 33 durch das RIE-Verfahren unter Verwendung eines auf Chlor basierenden Gases selektiv geätzt (Fig. 31), 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 Musterbildung 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 Teilen 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 ge­ bildet.

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 abge­ schieden, um eine Siliziumschicht 31a mit einer dicke von unge­ fähr 50 nm auf dem dünnen Oxidfilm 21 zu bilden.

Bei dieser Abscheidung durch das CVD-Verfahren wird die Ab­ scheidungstemperatur auf 500°C eingestellt, und ein Ammoniakgas wird zusätzlich zu SiH₄ oder Si₂H₆ verwendet. Eine Stickstoff­ dotierung wird gleichzeitig mit der Abscheidung des amorphen Siliziums durchgeführt.

Dieser Stickstoff bildet eine Dotierung, um eine Kristallisati­ on von Silizium zu verhindern und die Oxidationsgeschwindigkeit 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 Dotierungskonzentration von Fremdatomen, 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 Dotierungskonzentration von Fremdatomen 3 × 10²² cm^-3 überschreitet, eine Bildung einer Verbindung eher auf als eine Fremdatomdotierung.

Zum Beispiel, wenn die Siliziumschicht mit einer so großen Kon­ zentration von Stickstoff dotiert wird, wird die Silizium­ schicht 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 er­ zeugt 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 eine Muster gebracht, um ein Resistmuster 5 zu bilden, wie in Fig. 4D gezeigt.

Ein gegen Röntgenstrahlen photoempfindlicher Resist oder ein Elektronenstrahlresist kann anstelle der Photoresistschicht ge­ bildet werden, und das Resistmuster 5 kann durch eine photoli­ thographische Technik unter Verwendung eines Röntgenstrahls oder Elektronenstrahls gebildet 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 ei­ nen Veraschungsprozeß unter Verwendung von Sauerstoffradikalen entfernt.

Der freigelegte dünne Oxidfilm 21 auf dem Siliziumsubstrat 1 wird durch eine Ätztechnik unter Verwendung von verdünnter Flu­ orwasserstoffsäure 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 1.000°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 herkömmlichen 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 Fremdatomen dotiert wird, können die Pro­ bleme gelöst werden, ohne die Anzahl von Herstellungsschritten verglichen mit den herkömmlichen Verfahren zu erhöhen.

Darüberhinaus 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 ei­ nes 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 ge­ bildet.

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

Der Siliziumfilm 32a wird durch das CVD-Verfahren unter Verwen­ dung von SiH₄ und Si₂H₆ bei einer Temperatur von ungefähr 500°C abgeschieden.

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

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

Ein gegenüber Röntgenstrahlen photoempfindlicher Resist oder ein Elektronenstrahlresist kann anstelle der Photoresistschicht gebildet werden, und das Resistmuster 5 kann durch eine litho­ graphische Technik unter Verwendung eines Röntgenstrahls oder Elektronenstrahls geformt werden.

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 ei­ nes Kohlenstoffflouridgases 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 1.000°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 5, 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 Feldoxidation 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 un­ terdrückt wird.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen 4 bis 7 wird amorphes Si­ lizium für die Siliziumschicht verwendet. Jedoch kann der glei­ che Effekt wie oben beschrieben, auch durch Verwendung von mi­ krokristallinem Polysilizium erreicht werden.

Mit einem Niederdruck-CVD-Verfahren kann amorphes Silizium bei einer Abscheidungstemperatur von ungefähr 500°C auf einer Sili­ ziumoxidschicht abgeschieden werden.

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

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird eine Siliziumschicht mit einer Art von Fremdatomen dotiert. Jedoch ist die vorlie­ gende Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine Siliziumschicht kann mit zwei oder mehr Arten von Fremdatomen 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 un­ terdrückt, ohne die Oxidationsgeschwindigkeit stark zu erhöhen. Auf der anderen Seite, wenn die Dotierungskonzentration von Sauerstoff erhöht wird, um das Wachstum zu unterdrücken, wird die Oxidationsgeschwindigkeit, übermäßig anwachsen.

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

Das heißt, durch Dotieren einer Siliziumschicht mit Fremdato­ men, welche die Oxidationsgeschwindigkeit erhöhen, und Fremda­ tomen, welche die Oxidationsgeschwindigkeit senken, kann die von einem Endbereich der Siliziumschicht beginnende Oxidation 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 Fremdatomen, so wie Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff, dotiertes mikrokristallines Poly­ silizium oder amorphes Silizium für eine Siliziumschicht ver­ wendet, die auf einem auf einem Halbleitersubstrat gebildeten dünnen Oxidfilm (Polsteroxidfilm) gebildet ist.

Aus diesem Grund wird die Grenze (Vogelschnabelende) eines Fel­ doxidfilmbereichs (Elementisolationsbereich) nicht ungleichmä­ ßig 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 Dotierungskonzentration der Silizium­ schicht in Richtung der Filmdicke verändert wird.

Weil die Siliziumschicht bevorzugt mit einer Kombination von zwei oder mehr Arten von Fremdatomen dotiert ist, kann die Ge­ schwindigkeit der von einem Endbereich der Siliziumschicht be­ ginnenden Oxidation exakt kontrolliert werden, während ein Kri­ stallwachstum unterdrückt werden kann. Daher kann die Quer­ schnittsform des Feldoxidfilms genauer kontrolliert werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Ausbilden eines Elementisolationsbereichs auf einem Halbleiterbauelement, mit den Schritten:

• a) Ausbilden eines Oxidfilms (21) auf einem Halbleiter­ substrat (1);
• b) Ausbilden einer mit Fremdatomen dotierten Siliziumschicht (31) auf dem Oxidfilm (21), wobei eine Dotierungskonzentration der Fremdatome in der Siliziumschicht (31) derart ist, daß die Kristallisation des Siliziums während einer darauffolgenden Oxidation gehemmt bzw. verhindert wird;
• c) Ausbilden eines oxidationsbeständigen Films (4) auf der Siliziumschicht (31);
• d) Ausbilden einer aus dem oxdiationsbeständigen Film (4) be­ stehenden Oxidationsmaske (4a) durch selektives Entfernen eines Teils des oxidationsbeständigen Films (4); und
• e) Ausbilden des Elementisolationsbereichs durch Oxidieren der Siliziumschicht (31) und des Halbleitersubstrats (1) unter Verwendung der Oxidationsmaske (4a).

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend den Schritt selektives Ätzen des gleichen Bereichs der Silizium­ schicht (31) wie der Bereich, in dem der oxidationsbeständige Film (4) selektiv entfernt wird, nachdem die Oxidationsmaske (4a) auf der Siliziumschicht (31) gebildet wird, Entfernen von mindestens einem Teil auf der Siliziumschicht (31), und Bilden eines Elementisolationsbereichs unter Verwendung der Oxidati­ onsmaske (4a) als Maske.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Bildens der Siliziumschicht (31) den Schritt des Bildens der Siliziumschicht (31) unter Veränderung der Verunreinigungskon­ zentration 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 (32) und eines zweiten Siliziumfilms (33) darauf enthält, wobei die ersten und zweiten Siliziumfilme ver­ schiedene Dotierungszustände aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Bildens der ersten Siliziumschicht (32) und des zweiten Siliziumfilms (33) darauf den Schritt des Veränderns eines Faktors enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus der Art der Fremdatome, der Dotierungskonzentration und der Verteilungs­ form.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der zweite Sili­ ziumfilm (33) aus einem Siliziummaterial gemacht ist, das eine niedrigere Oxidationsgeschwindigkeit als das Siliziummaterial für den ersten Siliziumfilm (32) 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 Oxidati­ onsgeschwindigkeit des Siliziums verringert.

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

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei dem die Si­ liziumschicht mindestens ein Element als Fremdatome einhält, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, 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 Fremdatome gleichzeitig durchgeführt werden.