DE19716687A1

DE19716687A1 - Verfahren zur Bildung eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE19716687A1
Application number: DE19716687A
Authority: DE
Inventors: Se Aug Jang; Tae Sik Song; Young Bog Kim; Byung Jin Cho; Jong Choul Kim
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: KR970072298A; US6027985A; JPH1041291A; KR100209367B1; JP3076772B2; GB2312552A; US5940719A; CN1062679C; GB2312552B; GB9708028D0; DE19716687B4; CN1165402A; TW418482B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von Halbleitervorrichtungen, und insbesondere ein Verfah ren zur Bildung eines Elementisolierfilms, der zur Herstellung hochintegrierter Halbleitervorrichtungen geeignet ist.

Typischerweise ist eine Halbleitervorrichtung mit aktiven Be reichen definiert, auf denen individuelle Elemente gebildet werden, und mit Elementisolierbereichen, die jeweils zur Iso lierung benachbarter aktiver Bereiche voneinander dienen.

Elementisolierbereiche solch einer Halbleitervorrichtung iso lieren elektrisch und strukturell individuelle Elemente, wel che die Halbleitervorrichtung bilden, voneinander, so daß die se Elemente vorgegebene Funktionen ausführen können, ohne durch dazu benachbarte Elemente beeinflußt zu werden.

Um eine hochintegrierte Halbleitervorrichtung zu erhalten, ist es notwendig, nicht nur die Größe der Elemente, welche die Halbleitervorrichtung bilden, zu reduzieren, sondern ebenfalls die Breite und die Fläche der Elementisolierbereiche zu redu zieren, nämlich die Breite und die Fläche eines Elementiso lier-Isolationsfilms.

In dieser Hinsicht sind Elementisoliertechniken Techniken, welche die Speicherzellengröße bestimmen.

Elementisoliertechniken in einer frühen Entwicklungsstufe sind diejenigen, welche ein Übergangsisolierverfahren für die Her stellung bipolarer integrierter Vorrichtungen verwenden.

Derzeit sind Elementisoliertechniken diejenigen, welche ein Verfahren mit lokaler Oxidation von Silizium (LOCOS) verwen den, das ein Isolator-Isolierverfahren ist, sowie diejenigen, die ein Grabenverfahren benutzen, welches ein Isolator-Ein senkverfahren ist, und zwar zur Herstellung von MOS ICs, näm lich LSIs und VLSIs.

Das LOCOS-Verfahren dient zur Isolierung benachbarter Elemente durch Ausbilden eines dicken, Element-isolierenden Isolations films zwischen den benachbarten aktiven Bereichen, welche auf einem Halbleitersubstrat definiert sind, und zwar unter Benut zung eines Isolationsfilms, wie z. B. eines Siliziumnitrid films, als Maske.

Ein übliches Verfahren zum Bilden eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit dem LOCOS-Verfahren wird in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 be schrieben.

Die Fig. 1 bis 4 sind Querschnittsansichten und illustrie ren jeweils sequentielle Schritte des Verfahrens zum Bilden eines Elementisolierfilms in Übereinstimmung mit dem LOCOS-Verfahren.

In Übereinstimmung mit diesem Verfahren werden zunächst ein Polsteroxidfilm 3 und ein Nitridfilm 5 mit erwünschten Dicken über einem Halbleitersubstrat 1 auf sequentielle Art und Weise gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt.

Ein Photolackfilmmuster 7 wird dann auf dem Nitridfilm 5 ge bildet, um einen Elementisolierbereich zu definieren.

Daraufhin werden der Nitridfilm 5 und der Polsteroxidfilm 3 unter Benutzung des Photolackfilmmusters 7 als Maske geätzt, wie in Fig. 2 gezeigt. Das Photolackfilmmuster 7 wird dann entfernt, um so ein Kontaktloch 9 zum Freilegen eines Ab schnitts des Halbleitersubstrats 1 entsprechend einem Feldbe reich zu bilden, auf dem ein Elementisolier-Isolationsfilm ge bildet wird.

Die resultierende Struktur wird dann einem thermischen Oxida tionsprozeß unterworfen, nämlich einem Feldoxidationsprozeß.

D.h., ein thermischer Oxidfilm 11 wird auf dem Abschnitt des Halbleitersubstrats 1, der durch das Kontaktloch 9 freigelegt ist, gebildet, wie in Fig. 3 gezeigt.

Dabei wird der Nitridfilm 5 teilweise an seinen Rändern auf grund des Wachstums des thermischen Oxidfilms 11 angehoben.

Darauffolgend werden der Nitridfilm 5 und der Polsteroxidfilm 3 vollständig entfernt. Somit wird ein Elementisolier-Isola tionsfilm 13 gebildet, wie in Fig. 4 gezeigt.

Mit Bezug auf Fig. 4 kann man sehen, daß der Elementisolier-Isolationsfilm 13 längliche Vogelschnäbel A an seinen Rändern aufweist.

Jedoch weist das obenerwähnte Bildungsverfahren für einen Ele mentisolierfilm folgende Probleme auf.

In Übereinstimmung mit dem oben erwähnten üblichen Verfahren weist der Abschnitt des Elementisolier-Isolationsfilms, der in dem Halbleitersubstrat versenkt ist, ein Volumenverhältnis (Dickenverhältnis) von nur etwa 50% auf. Dies resultiert in einer geringen Punch-through- bzw. Durchgriffsspannung und ei ner verschlechterten Ebenheit. Daraus resultierend gibt es Schwierigkeiten bei der Durchführung folgender Prozesse.

In Übereinstimmung mit dem üblichen Verfahren tritt ein Vogel schnabel-Phänomen beim thermischen Oxidationsprozeß auf. D.h., der Randabschnitt des Elementisolier-Isolationsfilms dringt in aktive Bereiche ein. Dies resultiert in einer Reduzierung der Fläche der aktiven Bereiche. Daraus resultierend ist es schwierig, eine hohe Integration der Halbleitervorrichtung zu erzielen.

Wenn ein Kanalstopper durch Injizieren von Ionen zwischen be nachbarten Elementisolier-Isolationsfilmen gebildet wird, um eine Reduzierung der Punch-through-Spannung zwischen benach barten aktiven Bereichen zu verhindern, tritt ein Anstieg des Übergangsleckstroms auf. Dies resultiert in einer Reduzierung der Kanalbreite. Demzufolge gibt es eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften und der Zuverlässigkeit der Halb leitervorrichtung.

In Übereinstimmung mit dem üblichen Verfahren steht der Ele mentisolier-Isolationsfilm vom Halbleitersubstrat vor und bil det dadurch Stufen. Daraus resultierend tritt eine unregelmä ßige Reflexion von Licht bei einem folgenden Lithographiepro zeß auf, um so ein Kerbenphänomen zu erzeugen. D.h., ein schlechtes Muster wird gebildet, da das Muster teilweise ver loren geht. Dies resultiert in einer Verschlechterung der Ope rationscharakteristik und der Zuverlässigkeit der Halbleiter vorrichtung. Demzufolge ist die Prozeßausbeute reduziert.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Besei tigung der oben erwähnten Probleme beim Stand der Technik und in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Bilden eines Ele mentisolierfilms einer Halbleitervorrichtung, welche in der Lage ist, eine Reduzierung der Topologie und eine Reduzierung des Auftretens des Vogelschnabel-Phänomens zu erzielen, so daß folgende Prozesse zur Herstellung hochintegrierter Halbleiter vorrichtungen leicht ausgeführt werden können.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zum Bilden eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung, welches in der Lage ist, eine vollständige Isolierung von Elementen der Halbleitervorrich tung zu erzielen und so die elektrische Charakteristik, die Betriebscharakteristik, die Zuverlässigkeit und die Ausbeute der Halbleitervorrichtung zu verbessern.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung geschaffen, welches folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats; sequentiel les Bilden eines Polsteroxidfilms und eines ersten Nitridfilms über dem Halbleitersubstrat; Überätzen des ersten Nitridfilms und des Polsteroxidfilms unter Benutzung einer Elementisolier maske, um so ein erstes Loch im Halbleitersubstrat zu bilden; Reinigen der gesamten oberen Oberfläche der resultierenden Struktur unter Benutzung einer Ätzlösung; Bilden von Abstands haltern aus einem zweiten Nitridfilm auf den Seitenwänden des selektiv geätzten ersten Nitridfilms, und Polsteroxidfilms und ersten Lochs; Bilden eines zweiten Lochs im ersten Loch des Halbleitersubstrats unter Benutzung des ersten Nitridfilms und der Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm als Maske; ther misches Oxidieren der Oberfläche des zweiten Lochs, um so ei nen thermischen Oxidfilm zu bilden; und Entfernen des ersten Nitridfilms, Polsteroxidfilms und der Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm, um einen Elementisolierfilm zu bilden.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung eines Elementisolier films einer Halbleitervorrichtung geschaffen, welches folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats; sequentielles Bilden eines Polsteroxidfilms, eines ersten Ni tridfilms und eines Antireflexionsfilms über dem Halbleiter substrat; Überätzen des ersten Nitridfilms und des Polster oxidfilms unter Benutzung einer Elementisoliermaske, um so ein erstes Loch, ein erstes Nitridfilmmuster, ein Antireflexions filmmuster und ein Polsteroxidfilmmuster zu bilden; Reinigen der gesamten oberen Oberfläche der resultierenden Struktur un ter Benutzung einer Ätzlösung; Bilden von Abstandshaltern aus einem zweiten Nitridfilm auf Seitenwänden des ersten Nitrid filmmusters, Antireflexionsfilmmusters, Polsteroxidfilmmusters und ersten Lochs; selektives Ätzen des Halbleitersubstrats un ter Benutzung des ersten Nitridfilmmusters und der Abstands halter aus dem zweiten Nitridfilm als Maske, um so ein zweites Loch im ersten Loch zu bilden; thermisches Oxidieren der Ober fläche des zweiten Lochs, um so einen thermischen Oxidfilm zu bilden; und Entfernen des ersten Nitridfilmmusters, des Anti reflexionsfilmmusters, der Abstandshalter aus dem zweiten Ni tridfilm und des Polsteroxidfilms, um so einen Elementisolier film zu bilden.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt schafft die vor liegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Elementiso lierfilms einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats; sequentielles Bilden eines Polsteroxidfilms, eines ersten Nitridfilms und eines An tireflexionsfilms über dem Halbleitersubstrat; Überätzen des ersten Nitridfilms und des Polsteroxidfilms unter Benutzung einer Elementisoliermaske, um so ein erstes Nitridfilmmuster, ein Antireflexionsfilmmuster und ein Polsteroxidfilmmuster zu bilden und um ein erstes Loch in dem Halbleitersubstrat zu bilden; Reinigen der gesamten oberen Oberfläche der resultie renden Struktur unter Benutzung einer Ätzlösung; Bilden von Abstandshaltern aus einem zweiten Nitridfilm auf den Seiten wänden des ersten Nitridfilmmusters, Antireflexionsfilmmu sters, Polsteroxidfilmmusters und ersten Lochs; thermisches Oxidieren der Oberfläche des ersten Lochs, um so einen ersten thermischen Oxidfilm zu bilden; Entfernen des ersten thermi schen Oxidfilms, um so ein zweites Loch im Halbleitersubstrat zu bilden; thermisches Oxidieren der Oberfläche des zweiten Lochs, um so einen zweiten thermischen Oxidfilm zu bilden; und Entfernen des ersten Nitridfilmmusters, des Antireflexions filmmusters, der Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm und des Polsteroxidfilms, um so einen Elementisolierfilm zu bil den.

Weitere Aufgaben und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen klar erscheinen.

Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 Querschnittsansichten jeweils zum Illustrieren sequentieller Schritte eines üblichen Verfah rens zum Bilden eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung;

Fig. 5 bis 10 Querschnittsansichten jeweils zum Illustrieren sequentieller Schritte eines Verfahrens zum Bilden eines Elementisolier-Isolationsfilms ei ner Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorlie gende Erfindung;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Verfahrens zum Bilden eines Elementisolier-Isolationsfilms einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Verfahrens zum Bilden eines Elementisolier-Isolationsfilms einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 und 14 Querschnittsansichten jeweils zum Illustrieren eines Verfahrens zum Bilden eines Elementiso lier-Isolationsfilms einer Halbleitervorrich tung in Übereinstimmung mit einer vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ab schnitts "B" von Fig. 7, wobei kein Reinigungs schritt für die Struktur von Fig. 6 ausgeführt wird;

Fig. 16 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ab schnitts "B" von Fig. 7, wobei ein Reinigungs schritt für die Struktur von Fig. 6 in Überein stimmung mit der vorliegenden Erfindung ausge führt wird;

Fig. 17 eine ebene Ansicht zum Illustrieren eines Ele mentisolier-Isolationsfilms, welcher Defekte an seinen Abschnitten aufweist, die jeweils den Rändern aktiver Bereiche entsprechen, und zwar aufgrund der Benutzung des Prozesses von Fig. 16;

Fig. 18 eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie I-I von Fig. 17; und

Fig. 19 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ab schnitts "C" von Fig. 8.

Fig. 5 bis 10 illustrieren sequentielle Schritte eines Verfah rens zum Bilden eines Elementisolier-Isolationsfilms einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung.

In Übereinstimmung mit diesem Verfahren werden ein Polster oxidfilm 23 und ein erster Nitridfilm 25 zuerst über einem Halbleitersubstrat 21 auf sequentielle Art und Weise gebildet, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Ein Photolackfilmmuster 27 wird dann auf dem ersten Nitridfilm 25 gebildet. Der Polsteroxid film 23 weist eine Dicke von etwa 30 bis 150 Å auf. Der erste Nitridfilm 25 weist eine Dicke von etwa 1.500 bis 6.000 Å auf, wenn man berücksichtigt, daß er in einem folgenden anisotropen Ätzprozeß zum Bilden von Isolationsfilm-Abstandshaltern über ätzt wird.

Darauf werden der erste Nitridfilm 25 und der Polsteroxidfilm 23 unter Benutzung des Photolackfilmmusters 27 als Maske se quentiell überätzt, wie in Fig. 6 gezeigt. Daraus resultierend werden ein erstes Nitridfilmmuster 25a und ein Polsteroxid filmmuster 23a gebildet.

Beim Überätzprozeß wird das Halbleitersubstrat 21 ebenfalls auf eine Dicke von etwa 50 bis 150 Å geätzt, um so ein erstes Loch 29 im Halbleitersubstrat 11 zu bilden. Das Photolackfilm muster 27 wird dann entfernt. Dabei wird ein Ätzrückstand (nicht gezeigt) im ersten Loch 29 zurückgelassen.

Unter Benutzung von auf Flußsäure basierender Ätzlösung wird die freigelegte Oberfläche des Halbleitersubstrat 21 dann etwa 10 bis 100 Sekunden lang gereinigt, um so Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm auf den Seitenwänden des ersten Ni tridfilmmusters 25a und Polsteroxidfilmmusters 23a und ersten Lochs 29, wie in Fig. 7 gezeigt, zu bilden.

Die Bildung-der Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm wird durch Abscheiden eines zweiten Nitridfilms (nicht ge zeigt) mit einer Dicke von etwa 100 bis 800 Å über der nach dem Entfernen des Photofilmmusters 27 erhaltenen Struktur und anisotropes Ätzen des zweiten Nitridfilms ohne Benutzung einer Maske derart, daß das erste Nitridfilmmuster 25a eine Dicke von etwa 1.500 Å beibehält, erzeugt.

Die Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm kompensieren Abschnitte der aktiven Bereiche, in die Vogelschnäbel eindrin gen können, um so einen Verlust von aktiven Bereichen zu ver hindern.

Unter Benutzung des ersten Nitridfilmmusters 25a und der Ab standshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm als Maske wird dann der freigelegte Abschnitt des Halbleitersubstrats 21 auf eine Dicke von etwa 200 bis 500 Å geätzt, um so ein zweites Loch 33, wie in Fig. 8 gezeigt, zu bilden.

Wenn das zweite Loch 33 übermäßig tief ist, steigt die Länge der Vogelschnäbel unerwünschtermaßen an. Ein Elementisolier-Isolationsfilm, der in einem folgenden Prozeßschritt gebildet wird, kann ebenfalls einen Pegel aufweisen, der niedriger als das Halbleitersubstrat 21 ist. In diesem Fall ist es unmög lich, aktive Bereiche vollständig voneinander zu isolieren. Dies resultiert in einem Anstieg im Leckstrom.

Obwohl nicht gezeigt, wird ein Ätzrückstand basierend auf den Nitridfilmen im zweiten Loch 33 nach Vervollständigung des anisotropen Ätzprozesses zurückgelassen. Dementsprechend wird die Entfernung des Ätzrückstands dann in einem Trockenentfer nungsverfahren ausgeführt.

Das Trockenentfernungsverfahren wird durch eine Ätzvorrichtung unter Benutzung eines Mischgasplasmas aus CF₄, CHF₃ und Ar durchgeführt. In diesem Mischgasplasma liegt das Verhältnis von CF₄ : CHF₃ im Bereich von 75 : 65 bis 25 : 35.

Darauf wird ein thermisches Oxidationsverfahren (Feldoxida tionsprozeß) für den freigelegten Abschnitt des Halbleitersub strats 21 ausgeführt, um so einen thermischen Oxidfilm 35 als Feldoxidfilm zu bilden, wie in Fig. 9 gezeigt. Der thermische Oxidfilm 35 weist eine Dicke von etwa 2.500 bis 3.500 Å auf.

Wenn der Feldoxidationsprozeß ohne Entfernung des Ätzrückstan des im vorhergehenden Verarbeitungsschritt ausgeführt wird, wird kein thermischer Oxidfilm im Bereich, wo der Ätzrückstand zurückgelassen ist, aufgewachsen, und es ist unmöglich, einen thermischen Oxidfilm mit einer erwünschten Dicke zu bilden. In diesem Fall gibt es eine Verschlechterung der elektrischen Ei genschaften einer letztlich erhaltenen Halbleitervorrichtung.

Das erste Nitridfilmmuster 25a, die Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm und das Polsteroxidfilmmuster 23a werden dann entfernt. Somit wird ein Elementisolier-Isolationsfilm 37 gebildet, wie in Fig. 10 gezeigt.

Der Verarbeitungsschritt von Fig. 7, der in einer Nitridfilm-Ätzvorrichtung zur Bildung der Abstandshalter 31 aus dem zwei ten Nitridfilm ausgeführt wird, und der Verarbeitungsschritt von Fig. 8, der in einer Siliziumätzvorrichtung zur Bildung des zweiten Lochs 33 ausgeführt wird, können in einem einzel nen Ätzdurchlauf ausgeführt werden.

Solch ein einzelner Ätzdurchlaufschritt kann in einer einzel nen Ätzvorrichtung ausgeführt werden, während Ätzrezeptfakto ren, einschließlich Arten, Verhältnis und Drucke der Ätzgase und Leistung in Abhängigkeit von der Ätzzeit, variiert werden.

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Verfahrens zum Bilden eines Elementisolier-Isolationsfilms ei ner Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Übereinstimmung mit diesem Verfahren werden ein Polster oxidfilm 43 und ein erster Nitridfilm 45 zunächst über einem Halbleitersubstrat 41 auf sequentielle Art und Weise gebildet, wie in Fig. 11 gezeigt. Ein Oxid-Nitrid-Film 47 wird dann über dem ersten Nitridfilm 45 gebildet. Der Polsteroxidfilm 43 weist eine Dicke von etwa 30 bis 150 Å auf. Der erste Nitrid film 45 weist eine Dicke von etwa 1.500 bis 6.000 Å auf, wenn man berücksichtigt, daß er in einem folgenden anisotropen Ätz prozeß zum Bilden der Isolationsfilm-Abstandshalter überätzt wird. Der Oxid-Nitrid-Film 47 weist eine Dicke von etwa 100 bis 500 Å auf.

Danach wird ein Photolackfilmmuster 49 auf dem Oxid-Nitrid-Film 47 gebildet. Durch das Photolackfilmmuster 49 ist ein Ab schnitt des Halbleitersubstrats 41 entsprechend einem Elemen tisolierbereich freigelegt.

Darauf folgend werden dieselben Verarbeitungsschritte wie die von Fig. 6 bis 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ausgeführt, um so einen Elementisolier-Isola tionsfilm (nicht gezeigt) mit einer eingeebneten oberen Ober flächenstruktur und gleichzeitiger Ausbildung mit kleinen Vo gelschnäbeln gebildet.

Im Prozeß mit den obigen Verarbeitungsschritten verzögert der Oxid-Nitrid-Film 47 einen Verlust des ersten Nitridfilmmusters (nicht gezeigt), der im anisotropen Ätzschritt zur Bildung der Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm (nicht gezeigt) auf tritt, und dadurch steigt entsprechend die Dicke des ersten Nitridfilmmusters (nicht gezeigt), das in den aktiven Berei chen zurückgelassen wird. D.h., der Oxid-Nitrid-Film 47 dient zur Unterdrückung der Bildung von Vogelschnäbeln.

Der Oxid-Nitrid-Film 47 dient ebenfalls als Antireflexionsfilm im Schritt der Bildung des Photolackfilms 49.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Verfahren zum Bilden eines Elementisolier-Isolationsfilms ei ner Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Übereinstimmung mit diesem Verfahren werden ein Polster oxidfilm 53 und ein erster Nitridfilm 55 zunächst über einem Halbleitersubstrat 51 auf sequentielle Art und Weise gebildet, wie in Fig. 12 gezeigt. Ein Oxidfilm 57 wird dann über dem er sten Nitridfilm 55 in Übereinstimmung mit einem chemischen Dampfabscheidungs-(CVD-)Verfahren gebildet. Der Polsteroxid film 53 weist eine Dicke von etwa 30 bis 150 Å auf, wohingegen der erste Nitridfilm 55 eine Dicke von etwa 1.500 bis 6.000 Å aufweist, wenn man berücksichtigt, daß er in einem folgenden anisotropen Ätzprozeß zum Bilden der Isolationsfilm-Abstands halter überätzt wird. Der CVD-Oxidfilm 57 weist eine Dicke von etwa 100 bis 500 Å auf.

Danach wird ein Photolackfilmmuster 59 auf dem CVD-Oxidfilm 57 derart gebildet, daß ein Abschnitt des Halbleitersubstrats 51 entsprechend einem Elementisolierbereich durch das Photolack filmmuster 59 freigelegt ist.

Darauf folgend werden die gleichen Verarbeitungsschritte wie die der Fig. 6 bis 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt, um so einen Elementisolier-Isolationsfilm (nicht gezeigt) mit einer eingeebneten oberen Oberflächenstruktur unter gleichzeitiger Ausbildung mit klei nen Vogelschnäbeln zu bilden.

Während der obigen Verarbeitungsschritte verzögert der CVD-Oxidfilm 57 einen Verlust des ersten Nitridfilmmusters (nicht gezeigt), der beim anisotropen Ätzschritt zur Bildung der Ab standshalter aus dem zweiten Nitridfilm (nicht gezeigt) auf tritt, und dadurch steigt entsprechend die Dicke des ersten Nitridfilmmusters (nicht gezeigt), das in den aktiven Berei chen zurückbleibt. D.h., der CVD-Oxidfilm 57 dient zur Unter drückung der Bildung von Vogelschnäbeln. Der CVD-Oxidfilm 57 dient ebenfalls als Antireflexionsfilm im Schritt der Bildung des Photolackfilms 59.

Fig. 13 und 14 sind Querschnittsansichten jeweils zum Illu strieren eines Verfahrens zum Bilden eines Elementisolier-Iso lationsfilms einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Übereinstimmung mit diesem Verfahren werden dieselben Ver arbeitungsschritte wie diejenigen von Fig. 5 bis 7 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt, um so eine Struktur zu bilden, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist.

Darauf wird ein thermischer Oxidationsprozeß für den freige legten Abschnitt des Halbleitersubstrats 61 bei einer Tempera tur von etwa 800 bis 1.100°C ausgeführt, um so einen ersten thermischen Oxidfilm 69 mit einer Dicke von etwa 200 bis 1.000 Å, wie in Fig. 13 gezeigt, zu bilden.

Der erste thermische Oxidfilm 69 wird dann unter Benutzung ei ner auf Flußsäure basierenden Ätzlösung entfernt. Somit wird ein zweites Loch 71 mit einer Dicke von etwa 100 bis 500 Å, etwa entsprechend der Hälfte der Dicke des ersten thermischen Oxidfilms 69, im freigelegten Abschnitt des Halbleitersub strats 61 gebildet, wie in Fig. 14 gezeigt.

Darauf folgend werden die gleichen Schritte wie die Schritte von Fig. 9 und 10 ausgeführt, um so einen Elementisolier-Iso lationsfilm (nicht gezeigt) in dem Kontaktloch 71 zu bilden.

In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vor liegenden Erfindung kann die Bildung eines Elementisolier-Iso lationsfilms durch Bilden eines Oxid-Nitrid-Films oder CVD-Oxidfilms zwischen dem ersten Nitridfilm und dem Photolack filmmuster wie bei der zweiten oder dritten Ausführungsform und Ausführen der folgenden Prozeßschritte wie bei der vierten Ausführungsform erzielt werden.

Fig. 15 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ab schnitts "B" von Fig. 7, wenn kein Reinigungsschritt für die Struktur von Fig. 6 ausgeführt wird.

In diesem Fall wird ein natürlicher Oxidfilm 30 auf dem frei gelegten Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats 21 ge bildet, da der Reinigungsschritt unter Benutzung der auf Fluß säure basierenden Ätzlösung nicht ausgeführt wird. Unter die ser Bedingung wird die Bildung der Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm auf den Seitenwänden des Polsteroxidfilmmu sters 23a, ersten Nitridfilmmusters 25a und ersten Lochs 29 ausgeführt.

In diesem Fall dient der natürliche Oxidfilm 30 zur Unterstüt zung des Wachstums der Vogelschnäbel aufgrund des folgenden thermischen Oxidationsprozesses, um so die aktiven Bereiche zu reduzieren. Daraus resultierend ist es schwierig, eine hoch integrierte Halbleitervorrichtung herzustellen.

Fig. 16 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Abschnit tes "B" von Fig. 7, wenn ein Reinigungsschritt für die Struk tur von Fig. 6 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung ausgeführt wird.

Unter Benutzung einer auf Flußsäure basierenden Ätzlösung wird ein lateraler Ätzprozeß während zumindest 100 Sekunden für das Polsteroxidfilmmuster 23a sowie den natürlichen Oxidfilm 30 von Fig. 15 ausgeführt, um Unterätzungen 32 zu bilden. Darauf hin werden die Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm auf dem Polsteroxidfilm 23a, ersten Nitridfilmmuster 25a und ersten Loch 29 gebildet.

Während der Bildung der Abstandshalter 31 aus dem zweiten Ni tridfilm versenkt der zweite Nitridfilm die Unterätzungen 32. Wenn die Bildung des Elementisolier-Isolationsfilms unter die ser Bedingung ausgeführt wird, drücken die Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm, die die Unterätzungen 32 versen ken, auf das Halbleitersubstrat 21. Daraus resultierend werden Defekte (nicht gezeigt) gebildet.

Fig. 17 ist eine ebene Ansicht zum Illustrieren eines Elemen tisolier-Isolationsfilms 37, welcher Defekte 34 an seinen Ab schnitten aufweist, die jeweils den Rändern der aktiven Berei che entsprechen, und zwar aufgrund der Benutzung des Prozesses nach Fig. 16.

In Fig. 17 bezeichnet das Bezugszeichen "100" aktive Bereiche, die auf dem Halbleitersubstrat 21 definiert sind, wohingegen das Bezugszeichen "200" einen Elementisolierbereich bezeich net, das auf dem Halbleitersubstrat 21 definiert ist. Das Be zugszeichen "34" bezeichnet Defekte, die an den Rändern der aktiven Bereiche 100 gebildet sind.

Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie I-I von Fig. 17. Mit Bezug auf Fig. 18 sind die Defekte 34 an den Abschnitten der aktiven Bereiche 100 gebildet, die neben dem Elementisolier-Isolationsfilm 37 angeordnet sind.

Im Gegensatz dazu ist Fig. 19 eine vergrößerte Querschnitts ansicht des Abschnitts "C" von Fig. 8. Fig. 19 erklärt das Prinzip der Unterdrückung der Bildung der Vogelschnäbel, wenn die Bildung des thermischen Oxidfilms 35 von Fig. 9 unter Durchführung des Überätzprozesses von Fig. 7 ausgeführt wird.

Wie in Fig. 19 gezeigt, ist das erste Loch 29 so gebildet, daß es eine Tiefe D aufweist. Dementsprechend steigt die Migra tionslänge durch einen Anstieg der Dicke der Abstandshalter 31 aus dem zweiten Nitridfilm, um so das Wachstum von Vogelschnä beln, die beim thermischen Oxidationsprozeß auftreten, weiter zu unterdrücken.

Wie aus der obigen Beschreibung klar erscheint, bietet das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verschiedene Effek te.

D. h., das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verhindert effektiv die Bildung von Vogelschnäbeln im Vergleich zu übli chen LOCOS-Techniken. Dementsprechend ist es möglich, breite aktive Bereiche zu erhalten.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bietet ebenfalls eine bessere Einebnung entsprechend einem Volumenverhältnis von 90% oder mehr. Dementsprechend ist es möglich, eine unre gelmäßige Reflexion des Lichts von dem Elementisolier-Isola tionsfilm zu vermeiden, um so ein Kerbphänomen zu verhindern.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eben falls ein Anstieg des Volumenverhältnisses erzielt. Solch ein Anstieg im Volumenverhältnis resultiert in einem Anstieg der Punch-through-Spannung. Dementsprechend ist es möglich, die elektrischen Eigenschaften, Betriebseigenschaften, Zuverläs sigkeit und Ausbeute der Halbleitervorrichtungen zu verbes sern.

Demzufolge ist das Verfahren zum Bilden eines Elementisolier-Isolationsfilms einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für die Herstellung hochinte grierter Halbleitervorrichtungen geeignet.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zu Il lustrationszwecken offenbart worden sind, werden die Fachleute verstehen, daß zahlreiche Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang und Gehalt der Erfindung, welche in den begleitenden Patentansprüchen offen bart sind, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Bilden eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
sequentielles Bilden eines Polsteroxidfilms und eines er sten Nitridfilms über dem Halbleitersubstrat;
Überätzen des ersten Nitridfilms und des Polsteroxidfilms unter Benutzung einer Elementisolationsmaske, um so ein erstes Loch in dem Halbleitersubstrat zu bilden;
Reinigen der gesamten oberen Oberfläche der resultieren den Struktur unter Benutzung einer Ätzlösung;
Bilden von Abstandshaltern aus einem zweiten Nitridfilm an den Seitenwänden des selektiv geätzten ersten Nitrid films und Polsteroxidfilms und ersten Lochs;
Bilden eines zweiten Lochs im ersten Loch des Halbleiter substrats unter Benutzung des ersten Nitridfilms und der Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm als Maske;
thermisches Oxidieren der Oberfläche des zweiten Lochs, um so einen thermischen Oxidfilm zu bilden; und
Entfernen des ersten Nitridfilms, Polsteroxidfilms und der Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm, um so ei nen Elementisolierfilm zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polsteroxidfilm eine Dicke von etwa 30 bis 150 Å, der erste Nitridfilm eine Dicke von etwa 1.500 bis 6.000 Å, das erste Loch eine Tiefe von etwa 50 bis 150 Å und das zweite Loch eine Tiefe von etwa 200 bis 500 Å aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsschritt unter Benutzung einer auf Flußsäure basierenden Ätzlösung während etwa 10 bis 100 Sekunden ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Entfernen eines Ätzwiderstands, der im zweiten Loch nach Bildung des zweiten Lochs zurückgelassen wird, in Über einstimmung mit einem Trockenentfernungsverfahren unter Benutzung von einem Mischgasplasma aus CF₄, CHF₃ und Ar mit einem Verhältnis von CF₄ : CHF₃ im Bereich von 75 : 65 bis 25 : 35.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens der Abstandshalter aus dem zwei ten Nitridfilm und der Schritt des Bildens des zweiten Lochs in einer einzelnen Ätzvorrichtung ausgeführt wer den.

6. Verfahren zum Bilden eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
sequentielles Bilden eines Polsteroxidfilms, eines ersten Nitridfilms und eines Antireflexionsfilms über dem Halb leitersubstrat;
Überätzen des ersten Nitridfilms und des Polsteroxidfilms unter Benutzung einer Elementisolationsmaske, um so ein erstes Loch, ein erstes Nitridfilmmuster, ein Antirefle xionsfilmmuster und ein Polsteroxidfilmmuster zu bilden;
Reinigen der gesamten oberen Oberfläche der resultieren den Struktur unter Benutzung einer Ätzlösung;
Bilden von Abstandshaltern aus einem zweiten Nitridfilm auf den Seitenwänden des ersten Nitridfilmmusters, Anti reflexionsfilmmusters, Polsteroxidfilmmusters und ersten Lochs;
selektives Ätzen des Halbleitersubstrats unter Benutzung des ersten Nitridfilmmusters und der Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm als Maske, um so ein zweites Loch im ersten Loch zu bilden;
thermisches Oxidieren der Oberfläche des zweiten Lochs, um so einen thermischen Oxidfilm zu bilden; und
Entfernen des ersten Nitridfilmmusters, Antireflexions filmmusters, Abstandshalter aus dem zweiten Nitridfilm und Polsteroxidfilms, um so einen Elementisolierfilm zu bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm einen Oxid-Nitrid-Film aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm einen mittels chemischer Dampfab scheidung hergestellten Oxidfilm aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm eine Dicke von etwa 100 bis 500 Å, der erste Nitridfilm eine Dicke von etwa 1.500 bis 6.000 Å, das erste Loch eine Tiefe von 50 bis 150 Å und das zweite Loch eine Tiefe von etwa 200 bis 500 Å auf weist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm als Antireflexionsfilm für den er sten Nitridfilm verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsschritt unter Benutzung einer auf Flußsäure basierenden Ätzlösung während etwa 10 bis 100 Sekunden ausgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Entfernen eines in dem zweiten Loch nach Bildung des zweiten Lochs zurückgelassenen Ätzrückstands.

13. Verfahren zum Bilden eines Elementisolierfilms einer Halbleitervorrichtung mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats;
sequentielles Bilden eines Polsteroxidfilms, eines ersten Nitridfilms und eines Antireflexionsfilms über dem Halb leitersubstrat;
Überätzen des ersten Nitridfilms und des Polsteroxidfilms unter Benutzung einer Elementisolationsmaske, um so ein erstes Nitridfilmmuster, ein Antireflexionsfilmmuster und ein Polsteroxidfilmmuster zu bilden, und um ein erstes Loch in dem Halbleitersubstrat zu bilden;
Reinigen der gesamten oberen Oberfläche der resultieren den Struktur unter Benutzung einer Ätzlösung;
Bilden von Abstandshaltern aus einem zweiten Nitridfilm auf den Seitenwänden des ersten Nitridfilmmusters, Anti reflexionsfilmmusters, Polsteroxidfilmmusters und ersten Lochs;
thermisches Oxidieren der Oberfläche des ersten Lochs, um so einen ersten thermischen Oxidfilm zu bilden;
Entfernen des ersten thermischen Oxidfilms, um so ein zweites Loch in dem Halbleitersubstrat zu bilden;
thermisches Oxidieren der Oberfläche des zweiten Lochs, um so einen zweiten thermischen Oxidfilm zu bilden; und
Entfernen des ersten Nitridfilmmusters, Antireflexions filmmusters, der Abstandshalter aus dem zweiten Nitrid film und des Polsteroxidfilms, um so einen Elementiso lierfilm zu bilden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm einen Oxid-Nitrid-Film aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm einen durch chemische Dampfab scheidung hergestellten Oxidfilm aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm eine Dicke von etwa 100 bis 500 Å, der erste Nitridfilm eine Dicke von etwa 1.500 bis 6.000 Å, der erste thermische Oxidfilm eine Dicke von et wa 200 bis 1.000 Å, das erste Loch eine Tiefe von etwa 50 bis 150 Å und das zweite Loch eine Tiefe von etwa 100 bis 500 Å aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm als Antireflexionsfilm für den er sten Nitridfilm verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsschritt unter Benutzung einer auf Flußsäure basierenden Ätzlösung während etwa 10 bis 100 Sekunden ausgeführt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgen den Schritt:
Entfernen eines im zweiten Loch nach Bildung des zweiten Lochs zurückgelassenen Ätzrückstands.

20. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Oxidationsschritt zum Bilden des ersten thermischen Oxidfilms bei einer Temperatur von etwa 800 bis 1.100°C ausgeführt wird.