DE19625404B4 - Method for producing a field oxide layer in a semiconductor device - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Feldoxidschicht (6) in einer Halbleitervorrichtung, mit folgenden Schritten:
Bereitstellung eines Siliziumsubstrat (1);
Erzeugung einer Oxidschicht (2) auf dem Siliziumsubstrat (1);
Eindringenlassen von Stickstoff in die Oxidschicht (2), um zu verhindem, dass Sauerstoff entlang der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und der Oxidschicht eindiffundiert, durch Einwirkenlassen eines Wärmebehandlungsvorgangs auf das Siliziumsubstrat in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre, sodass eine Oxidschicht (2) erhalten wird, die Stickstoffatome in der Nähe der Grenzfläche zu dem Siliziumsubstrat enthält, wobei der Wärmebehandlungsvorgang bei einer Temperatur von annähernd 800° bis 1100° Celsius und 30 Minuten bis 120 Minuten lang bei einem Druck von annähernd 13,3 mbar bis 133 mbar durchgeführt wird;
Ausbildung einer Nitridschicht (4) unmittelbar auf der Oxidschicht (2);
Erzeugung eines Musters auf der Nitridschicht (4) und der Oxidschicht (2); wodurch ein Feldbereich des Siliziumsubstrats (1) freigelegt wird;
Erzeugung eines Nitrid-Abstandsstücks (5) auf der Seitenwand der Nitridschicht (4) und...Method for producing a field oxide layer (6) in a semiconductor device, comprising the following steps:
Providing a silicon substrate (1);
Forming an oxide layer (2) on the silicon substrate (1);
Permitting nitrogen to enter the oxide layer (2) to prevent oxygen from diffusing along the interface between the silicon substrate and the oxide layer by exposing the silicon substrate in a nitrogen-containing gas atmosphere to an oxide layer (2) containing nitrogen atoms in the vicinity of the interface with the silicon substrate, wherein the heat treatment process is carried out at a temperature of approximately 800 ° to 1100 ° C and for 30 minutes to 120 minutes at a pressure of approximately 13.3 mbar to 133 mbar;
Forming a nitride layer (4) directly on the oxide layer (2);
Forming a pattern on the nitride layer (4) and the oxide layer (2); whereby a field region of the silicon substrate (1) is exposed;
Generation of a nitride spacer (5) on the sidewall of the nitride layer (4) and ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Feldoxidschicht zum Isolieren eines Bauteils in bezug auf eine elektrische Verbindung zu anderen Bauteilen, und betrifft insbesondere einen Vorgang zur Vergrößerung eines aktiven Bereichs unter Verwendung eines Wärmeanlassvorgangs mit NH3-Gas.The present invention relates to a method for producing a field oxide layer for insulating a component with respect to an electrical connection to other components, and more particularly relates to an operation for enlarging an active area using a heat starting operation with NH 3 gas.

Im Allgemeinen wurde bisher eine Feldoxidschicht zum elektrischen Isolieren von Bauteilen durch LOCOS-Verfahren (lokale Oxidation von Silizium) hergestellt, welches einen lokalen Bereich eines Siliziumsubstrats unter Verwendung einer Oxidationsmaskenschicht, wie beispielsweise einer Nitridschicht, oxidiert. Da jedoch das LOCOS-Verfahren einen sogenannten Vogelschnabel bildet, der den aktiven Bereich des Bauteils verringert, werden nunmehr in der Praxis modifizierte LOCOS-Verfahren verwendet, beispielsweise das OSELO-Verfahren (Offset-LOCOS) und das MOSELO-Verfahren (modifiziertes OSELO-Verfahren).in the Generally, a field oxide film for electrical insulation has hitherto been used of components by LOCOS process (local oxidation of silicon) which is a local area of a silicon substrate using an oxidation mask layer, such as a nitride layer, oxidized. However, since the LOCOS method has a so-called bird's beak forms the active area of the component reduced in practice, modified LOCOS methods are now used, For example, the OSELO method (offset LOCOS) and the MOSELO method (modified OSELO method).

Bei dem OSELO-Verfahren wird ein Graben in dem Siliziumsubstrat ausgebildet, bevor dieses oxidiert wird. Vor der Oxidation des Siliziumsubstrats zur Herstellung der Feldoxidschicht (wobei eine Anschlussflächen-Oxidschicht und eine Oxidationsmaskenschicht (Nitrid) vorher mit einem Muster versehen werden, und ein Bauteileisolationsbereich des Siliziumsubstrats freigelegt wird) wird ein Nitrid-Abstandsstück auf der Seitenwand der Oxidationsmaskenschicht hergestellt, und ein Graben dadurch gebildet, dass das Siliziumsubstrat auf eine Dicke von annähernd 30 bis 70 nm geätzt wird. Dieses Nitrid-Abstandsstück verhindert eine Erzeugung einer Oxidation des Siliziumsubstrats in der Grenzfläche zwischen der Anschlussflächen-Oxidschicht und dem Siliziumsubstrat.at the OSELO method, a trench is formed in the silicon substrate, before it is oxidized. Before the oxidation of the silicon substrate to Preparation of the field oxide layer (wherein a pad oxide layer and an oxidation mask layer (nitride) beforehand with a pattern and a device isolation region of the silicon substrate is exposed) becomes a nitride spacer on the sidewall of the oxidation mask layer made, and a trench formed by the fact that the silicon substrate to a thickness of approximately Etched 30 to 70 nm becomes. This nitride spacer prevents generation of oxidation of the silicon substrate in the interface between the pad oxide layer and the silicon substrate.

Je größer allerdings die Breite des Nitrid-Abstandsstücks ist, desto enger ist der zu oxidierende Bereich. Die Verwendung des Nitrid-Abstandsstücks wie voranstehend geschildert beeinträchtigt daher die Isolierwirkung. Andererseits besteht bei dem OSELO-Verfahren das Problem, dass eine sehr geringe Breite des Nitrid-Abstandsstücks eine Vergrößerung des „Vogelschnabels" hervorrufen kann.ever bigger though the width of the nitride spacer is, the closer the area to be oxidized. The usage of the nitride spacer as described above impaired therefore the insulating effect. On the other hand, there is the OSELO method the problem that a very small width of the nitride spacer a Enlargement of the "bird's beak" can cause.

Die US 4,764,248 offenbart zur Herstellung einer Feldoxidschicht ein Verfahren, bei dem ein Oxidfilm auf einem Siliziumsubstrat in einer Ammoniakatmosphäre mit einem Rapid-thermal-nitridization-Verfahren nitridisiert wird. Auch eine Nitridisierung in drei Stunden bei 1000° Celsius wird offenbart. Hier wird jedoch die schnelle Behandlung als vorteilhaft dargestellt.The US 4,764,248 discloses for producing a field oxide layer Method in which an oxide film on a silicon substrate in a ammonia atmosphere nitrided with a rapid thermal nitridization process. Also a nitridation in three hours at 1000 ° Celsius is revealed. Here, however, the fast treatment is shown to be advantageous.

Die US 5,399,520 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Feldoxids, bei dem eine Oxidschicht auf einem Siliziumsubstrat in einer Ammoniak- oder Stickstoffoxidatmosphäre bei einer gewünschten Temperatur nitridisiert wird.The US 5,399,520 discloses a method for producing a field oxide in which an oxide layer is nitrided on a silicon substrate in an ammonia or nitrogen oxide atmosphere at a desired temperature.

Die EP 0 075 875 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung einer Feldoxidschicht, bei der eine Siliziumdioxidschicht zwischen einem Siliziumsubstrat und einer Siliziumnitridschicht von der Seite her nitridisiert wird. Diese Siliziumnitridschicht ist vorab in die gewünschte Struktur geätzt worden.The EP 0 075 875 discloses a method of forming a field oxide film in which a silicon dioxide film is nitridized sideways between a silicon substrate and a silicon nitride film. This silicon nitride layer has been previously etched into the desired structure.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, welches mit wenig Verfahrensschritten eine gut kontrollierbare Ätzung einer Nitridschicht bei der Herstellung einer Feldoxidschicht ermöglicht.The Object of the present invention is to provide a process which is a good one with few process steps controllable etching a nitride layer in the production of a field oxide layer allows.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Feldoxidschicht in einer Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt, welches die Schritte von Anspruch 1 umfasst.According to the present The invention will be a method for producing a field oxide layer in a semiconductor device provided with the Steps of claim 1.

Weitere Zielrichtungen, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigt:Further Aspects, aspects and advantages of the invention will be apparent from the below description of preferred embodiments with reference on the attached Drawings clearly. It shows:

1A bis 1E Querschnittsansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Feldoxidschicht gemäß der vorliegenden Erfindung. 1A to 1E Cross-sectional views for explaining a method for producing a field oxide layer according to the present invention.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 1A bis 1E beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS 1A to 1E described.

Zuerst wird, wie in 1A gezeigt, der obere Abschnitt eines Siliziumsubstrats 1 oxidiert, und dann wird eine Anschlussflächen-Oxidschicht 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 in einer Dicke von annähernd 5 bis 50 nm ausgebildet. Das Siliziumsubstrat 1 mit der Anschlussflächen-Oxidschicht 2 erfährt eine Wärmebehandlung mit einem stickstoffhaltigen Gas (einem Gas, welches beispielsweise NH3 oder NO2 enthält) und einem N2-Gas über einen Zeitraum von 30 bis 120 Minuten. Das N2 Gas wird zur Stabilisierung des Geräts verwendet. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Konzentration von NH3- oder NO2-Gas in dem gesamten Gas mehr als 50 %, und das Gerät erfährt eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 800°C bis 1100°C und einem Druck von 13,3 bis 133 mbar (10 bis 100 Torr). Dies führt dazu, dass eine kleine Menge an Stickstoffatomen in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und der Anschlussflächen-Oxidschicht 2 vorhanden ist. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet die Oxidschicht, welche die Stickstoffatome enthält.First, as in 1A shown, the upper portion of a silicon substrate 1 oxidizes, and then becomes a pad oxide layer 2 on the silicon substrate 1 formed in a thickness of approximately 5 to 50 nm. The silicon substrate 1 with the pad oxide layer 2 undergoes a heat treatment with a nitrogen-containing gas (a gas containing, for example, NH 3 or NO 2 ) and an N 2 gas over a period of 30 to 120 minutes. The N 2 gas is used to stabilize the device. At this time, the concentration of NH 3 or NO 2 gas in the entire gas is more than 50%, and the apparatus undergoes a heat treatment at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C and a pressure of 13.3 to 133 mbar (10 to 100 torr). This causes a small amount of nitrogen atoms near the Interface between the silicon substrate 1 and the pad oxide layer 2 is available. The reference number 3 denotes the oxide layer containing the nitrogen atoms.

Daraufhin wird, wie in 1B gezeigt ist, eine Nitridschicht 4 auf der Anschlussflächen-Oxidschicht 2 in einer Dicke von annähernd 100 bis 200 nm ausgebildet, um zu verhindern, dass das Siliziumsubstrat 1 durch den Wärmebehandlungsvorgang oxidiert wird. Ein Teil der Nitridschicht 4 und der Anschlussflächen-Oxidschicht 2 (einschließlich der Schicht 3) werden unter Verwendung einer Maske entfernt, um einen Feldbereich festzulegen, wodurch ein Abschnitt des Siliziumsubstrats 1 freigelegt wird.Then, as in 1B is shown, a nitride layer 4 on the pad oxide layer 2 formed in a thickness of approximately 100 to 200 nm, to prevent the silicon substrate 1 is oxidized by the heat treatment process. Part of the nitride layer 4 and the pad oxide layer 2 (including the layer 3 ) are removed using a mask to define a field region, whereby a portion of the silicon substrate 1 is exposed.

Wie aus 1C hervorgeht, wird zur Ausbildung eines Nitrid-Abstandsstücks 5 auf der Seitenwand der Nitridschicht 4 und der Anschlussflächen-Oxidschicht 2 eine Nitridschicht in einer Dicke von annähernd 10 bis 50 nm auf der sich ergebenden Anordnung abgelagert, und unter Verwendung eines anisotropen Ätzvorgangs geätzt. Weiterhin wird zum Zeitpunkt der Ätzung der Nitridschicht ein Überätzungsvorgang so gesteuert, dass das Siliziumsubstrat 1 auf solche Weise geätzt wird, dass ein Graben in einer Tiefe von annähernd 20 bis 70 nm ausgebildet wird.How out 1C will be apparent to form a nitride spacer 5 on the sidewall of the nitride layer 4 and the pad oxide layer 2 deposited a nitride layer to a thickness of approximately 10 to 50 nm on the resulting assembly, and etched using an anisotropic etch. Furthermore, at the time of etching the nitride layer, overetching is controlled so that the silicon substrate 1 is etched in such a way that a trench is formed at a depth of approximately 20 to 70 nm.

Das freiliegende Siliziumsubstrat wird durch den thermischen Oxidationsvorgang bei hoher Temperatur oxidiert, und es wird eine Feldoxidschicht 6 in einer Dicke von annähernd 250 bis 350 nm ausgebildet, wie in 1D gezeigt ist. Da die Stickstoffatome in der Anschlussflächen-Oxidschicht verhindern, dass Sauerstoff entlang der Grenz fläche zwischen dem Siliziumsubstrat und der Anschlussflächen-Oxidschicht oxidiert, wird der „Vogelschnabel" minimal gehalten.The exposed silicon substrate is oxidized by the thermal oxidation process at high temperature, and it becomes a field oxide layer 6 formed in a thickness of approximately 250 to 350 nm, as in 1D is shown. Since the nitrogen atoms in the pad oxide layer prevent oxygen from oxidizing along the interface between the silicon substrate and the pad oxide layer, the "bird's beak" is minimized.

Schließlich wird gemäß 1E, nach Entfernung der Nitridschicht 4, des Nitrid-Abstandsstücks 5 und der Anschlussflächen-Oxidschicht 2 über einen Nassätzvorgang, ein Opfer-Oxidationsvorgang an der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 durchgeführt. Dieser Opfer-Oxidationsvorgang, der beschädigte Abschnitte auf dem Siliziumsubstrat 1 entfernt, wird so durchgeführt, dass eine thermische Oxidschicht auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 ausgebildet wird, die beschädigte Abschnitte aufweist, und die thermische Oxidschicht entfernt wird.Finally, according to 1E after removal of the nitride layer 4 , the nitride spacer 5 and the pad oxide layer 2 via a wet etching process, a sacrificial oxidation process on the surface of the silicon substrate 1 carried out. This sacrificial oxidation process, the damaged sections on the silicon substrate 1 is removed, carried out so that a thermal oxide layer on the surface of the silicon substrate 1 is formed, which has damaged portions, and the thermal oxide layer is removed.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, ist die vorliegende Erfindung in der Hinsicht wirksam, dass sie den aktiven Bereich vergrößert, indem sie verhindert, dass der „Vogelschnabel" in der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und der Anschlussflächen-Oxidschicht erzeugt wird. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung eine dicke Feldoxidschicht erzeugen, die eine hervorragende Isolationswirkung aufweist, da eine dünne Nitridschicht verwendet werden kann.As From the above description, is the present Invention effective in the sense that it is the active area enlarged by she prevents the "bird's beak" in the interface between the silicon substrate and the pad oxide film is formed. Farther For example, the present invention can produce a thick field oxide layer. which has an excellent insulating effect, since a thin nitride layer can be used.

Daher kann die vorliegende Erfindung bei verschiedenen LOCOS-Verfahren eingesetzt werden.Therefore The present invention can be applied to various LOCOS methods be used.

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung einer Feldoxidschicht (6) in einer Halbleitervorrichtung, mit folgenden Schritten: Bereitstellung eines Siliziumsubstrat (1); Erzeugung einer Oxidschicht (2) auf dem Siliziumsubstrat (1); Eindringenlassen von Stickstoff in die Oxidschicht (2), um zu verhindem, dass Sauerstoff entlang der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und der Oxidschicht eindiffundiert, durch Einwirkenlassen eines Wärmebehandlungsvorgangs auf das Siliziumsubstrat in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre, sodass eine Oxidschicht (2) erhalten wird, die Stickstoffatome in der Nähe der Grenzfläche zu dem Siliziumsubstrat enthält, wobei der Wärmebehandlungsvorgang bei einer Temperatur von annähernd 800° bis 1100° Celsius und 30 Minuten bis 120 Minuten lang bei einem Druck von annähernd 13,3 mbar bis 133 mbar durchgeführt wird; Ausbildung einer Nitridschicht (4) unmittelbar auf der Oxidschicht (2); Erzeugung eines Musters auf der Nitridschicht (4) und der Oxidschicht (2); wodurch ein Feldbereich des Siliziumsubstrats (1) freigelegt wird; Erzeugung eines Nitrid-Abstandsstücks (5) auf der Seitenwand der Nitridschicht (4) und der Oxidschicht (2) und Ausbildung eines Grabens durch Ätzung des Siliziumsubstrats (1); und Einwirkenlassen eines thermischen Oxidationsvorgangs auf das freigelegte Siliziumsubstrat (1).Method for producing a field oxide layer ( 6 ) in a semiconductor device, comprising the following steps: providing a silicon substrate ( 1 ); Generation of an oxide layer ( 2 ) on the silicon substrate ( 1 ); Penetration of nitrogen into the oxide layer ( 2 ) to prevent oxygen from diffusing along the interface between the silicon substrate and the oxide layer by exposing the silicon substrate to a heat treatment process in a nitrogen-containing gas atmosphere, such that an oxide layer ( 2 containing nitrogen atoms near the interface with the silicon substrate, wherein the heat treatment process is carried out at a temperature of approximately 800 ° to 1100 ° C and for 30 minutes to 120 minutes at a pressure of approximately 13.3 mbar to 133 mbar becomes; Formation of a nitride layer ( 4 ) directly on the oxide layer ( 2 ); Generation of a pattern on the nitride layer ( 4 ) and the oxide layer ( 2 ); whereby a field region of the silicon substrate ( 1 ) is exposed; Generation of a nitride spacer ( 5 ) on the sidewall of the nitride layer ( 4 ) and the oxide layer ( 2 ) and formation of a trench by etching the silicon substrate ( 1 ); and exposing the exposed silicon substrate to a thermal oxidation process ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben in einer Tiefe von annähernd 20 nm bis 70 nm ausgebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that that the trench formed at a depth of approximately 20 nm to 70 nm becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stickstoffhaltige Gasatmosphäre ein NH3- oder NO2-Gas enthält.A method according to claim 1, characterized in that the nitrogen-containing gas atmosphere contains a NH 3 - or NO 2 gas. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Wärmebehandlungsvorgang weiterhin ein N2-Gas eingesetzt wird.A method according to claim 3, characterized in that in the heat treatment process, an N 2 gas is further used. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des NH3- oder NO2-Gases mehr als annähernd 50 % beträgt.A method according to claim 3, characterized in that the concentration of the NH 3 - or NO 2 gas is more than approximately 50%. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht (2) in einer Dicke von annähernd 5 nm bis 50 nm ausgebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that the oxide layer ( 2 ) is formed in a thickness of approximately 5 nm to 50 nm.
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