DE2934970C2 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit V-förmigen Isolationsnuten (VIP-Aufbau) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die Isolation zwischen Elementen einer Halbleitervorrichtung ist im allgemeinen bei einer bipolaren Halbleitervorrichtung, beispielsweise einer bipolaren integrierten Schaltung [IC), unerläßlich. Diese isolation kann mit einer PN-Übergangsisolation, mit einem Isoliermaterial oder einer Luftisolation erreicht werden. Die Isolation mit isolierendem Material, insbesondere eine Isolation des VIP-Aufbaus, hat eine sehr gute Isolationseigenschaft und führt zu einer dichten integrierten Schaltung im Vergleich mit der PN-Übergangsisolation und der Luftisolation. Folglich wird die Isolation mit isolierendem Material im allgemeinen bei einer bipolaren Halbiervorrichtung verwendet (Stephen Wm. Fields, Electronics, 3. Juli 1972, Seiten 65/66).
Wenn eine bipolare Halbleitervorrichtung mit einer VIP-Aufbau-Isolation hergestellt wird, werden die VIP-Aufbau-Isolation und eine Einstellmarke gleichzeitig gebildet. Die Einstellmarke ist für Masken, d. h. Mustermasken, notwendig, die bei den Schritten der Bildung der aktiven Elemente, der passiven Elemente und einer gemusterten Metallschicht in Halbleitervorrichtungen verwendet werden. Da jedoch die Ausbildung der bisher verwendeten Einstellmarken dieselbe wie die der VIP-Aufbau-Isolation ist, ist die Kontur der Einstellmarke nicht scharf. Diese unscharfe Kontur ist für die Maskeneinstellvorgänge ungünstig. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 erläutert
Fig. 1 bis 6 zeigen Teilquerschnitte einer Halbleitervorrichtung mit einer üblichen Einstellmarke in verschiedenen Schritten ihrer Herstellung durch ein bekanntes Verfahren.
F i g. 7 zeigt eine Teildraufsicht der Halbleitervorrichtung gemäß F i g. 2.
Ein Substrat 1 (Fig. 1) wird dadurch hergestellt, daß ein p-Silizium- Einkristall längs der (100)-Ebene geschnitten wird und dann hochpoliert wird. N+-Bereiche 2 werden als verdeckte Schichten durch ein übliches Verfahren, beispielsweise Ionenimplantation von n-Dotiermitteln, gebildet. Eine n-Siliziumhalbleiterschicht 3 wird auf dem Siiiziumsubstrat 1 durch epitaktisches Wachsen gebildet. Die Fläche der Siliziumhalbleiterschicht 3 ist die (lOO)-Ebene. Dann wird eine Siliziumdioxid-Schicht 4 auf der Siliziumhalbleiterschicht 3 durch ein übliches Verfahren, beispielsweise thermische Oxidation von Silizium, gebildet. Eine Silizi'jmnitrid-Schicht 5 wird auf der SiO2-Schicht 4 durch ein übliches Verfahren, beispielsweise chemischer Dampfniederschlag (CVD), gebildet und somit wird der in F i g. 1 gezeigte Aufbau erhalten.
Die Si3N4-Schicht 5 wird wahlweise durch ein bekanntes photolithographisches Verfahren geätzt, um öffnungen zu bilden. In den öffnungen werden Teile entsprechend einem Isolationsgebiet und einem Einstellmarkengebiet der SiO2-Schicht 4 freigelegt. Unter Verwendung der Si3N4-Schicht 5 mit der gemusterten öffnung als Maske wird dann die SiO2-Schicht 4 geätzt, um öffnungen 6 und 7 zu bilden, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist, die ein Schnitt längs der Linie H-II der Fig. 7 ist. In der öffnung 6 wird ein Teil entsprechend dem Isolationsgebiet der epitaktischen Siliziumschicht 3
freigelegt und in der Öffnung 7 wird ein Teil entsprechend dem Einstellmarkenbereich der epitaktischen Siliziumschicht 3 freigelegt (siehe F i g. 7, die eine Aufsicht zur F i g. 2 ist). Gemäß F i g. 7 hat die öffnung 7 des Einstellmarkenbereichs die Form eines rechteckigen Bands, das einen Teil der Si3N4-Schicht 5 umgibt.
Die öffnung des Einstellmarkengebiets kann jedoch jede beliebige Form haben, beispielsweise T- oder X-Form.
Die Teile der epitaktischen Siliziumschicht 3 innerhalb der öffnungen 6 und 7 sind anisotrop mit einem Ätzmittel geätzt, dessen Hauptbestandteil Kaliumhydroxid (KOH) ist, um V-Nuten 8 zu bilden, wie in F i g. 3 gezeigt ist. Eine Siliziumdioxidschicht 9 (Fig.4) ist durch thermisches Oxidieren der Flächen der V-Nuten 8 gebildet. Während des thermischen Oxidationsvorgangs wirkt die verbleibende Isolierschicht 5 als Maske gegen Oxidation. Eine polykristalline Siliziumschicht 10 ist auf der gesamten freigelegten Fläche durch ein chemisches Dampfniederschlagsverfahren gebildet, wie F i g. 4 zeigt. Die polykristalline Siliziumschicht 10 wird poliert, um einen Teil von ihr nur in der V-Nut zu belassen, siehe F i g. 5. Wenn der Poliervorgang ausgeführt ist, sind die Kanten der verbleibenden Isolierschicht 4 weggebrochen und der Mittelteil der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht 10 in den V-Nuten ist leicht gezahnt, siehe Fig. 5.
Die verbleibende polykristalline Siliziumschicht 10 in den V-Nuten 8 wird thermisch oxidiert, um eine dicke
Siliziumdioxid-Schicht 4' zu bilden (Fig. 6). Auf diese Weise werden eine Einstellmarke und ein VW-Aufbau einer Halbleitervorrichtung gleichzeitig vervollständigt und isolierte Elementenbereiche 3' (Fig.6) werden gebildet. Dann wird die verbleibende Isolierschicht 5 entfernt, so daß der in F i g. 6 gezeigte Aufbau erhalten wird.
Daraufhin wird ein bipolarer Transistor oder ein passives Element in jeder der isolierten Elementenflächen 3' durch ein übliches Verfahren unter Verwendung gemusterüf Masken gebildet Jede der gemusterten Masken soll mit der Einstellmarke ausgerichtet sein. Die gebildete Einstellmarke hat jedoch eine unscharfe Kontur, da die Fläche der polierten polykristallinen Siliziumschicht konkav ist, und ein großer »Vogelüchnabei« während der thermischen Oxidation des polierten polykristallinen Siliziums erzeugt wird. Die Breite IVl (Fig.6) einer abgeschrägten Seite der Einstellmarke liegt nämlich zwischen 1,0 und 2,0 μΐη, üblicherweise bei etwa 1,5 μπι.
Es ist weiterhin eine Halbleitervorfichtung mit einem Halbleitersubstrat, mit einer epitaktischen Schicht bekannt, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist und eine V-Nut aufweist, die sich von der Oberfläche der epitaktischen Schicht zu dem Halbleitersubstrat für eine V-Nuten-Isolation erstreckt, wobei auf der epitaktischen Schicht eine Oxidschicht gebildet ist (GB-PS 14 60 124).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung der im Oberbegriff des An-Spruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der die Einstellmarke so ausgebildet ist, daß sie eine genauere Maskenausrichtung ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 und ein Herstellungsverfahren im Anspruch 3 angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung unterscheidet sich von dem bekannten Herstellungsverfahren dadurch, daß an der Stelle, an der die Einstellmarke gebildet werden soll, nur die Maskierschicht, aber nicht die Oxidschicht entfernt wird, wodurch an dieser Stelle die unter der Oxidschicht liegende epitaktische Schicht während der Oxidiervorgänge der Fläche der V-Nut und der freien Oberfläche des polykristallinen Siliziums teilweise oxidiert wird.
Die Erfindung wird im folgenden durch ein Ausführungsbeispiel anhand der F i g. 8 bis 14 näher erläutert. Es zeigen
Fig.8 bis 13 Teilquerschnitte einer Halbleitervorrichtung in verschiedenen Herstellungsschritten und
F i g. 14 eine Teildraufsicht der Halbleitervorrichtung der F i g. 9.
Ein Substrat 11 (Fig.8) aus p-Einkristall-Silizium wird mit der (lOO)-Ebenen-Fläche verwende:, um eine bipolare Halbleitervorrichtung mit einer Einstellmarke zu bilden. Während die Herstellung des Substrats nur eines Teils der Halbleitervorrichtung in den F i g. 8 bis 13 gezeigt ist, ist es übliche Praxis, ein Süizium-Einkristall-Substrat (Plättchen) für eine große Zahl von eo Halbleitervorrichtungen zu verwenden. N+-Bereiche 12 werden als verdeckte Schichten durch Ionenimplantation von n- Dotierungsmitteln (z. B. Arsen, Phosphor, Antimon) hergestellt. Eine epitaktische n-Siliziumschicht 13 mit der (100)-Ebenen-Fläche wird auf dem Siliziumsubstrat U durch ein übliches epitaktisches Wachsen mit Dampf gebildet. Die Dicke der epitaktischen Schicht 13 liegt zwischen 1,5 und 3,5 μίτι. Eine Oxidschicht 14 (z. B. S liziumdioxidschicht) mit einer Dicke zwischen 0,1 μπι und 0,15 μπι wird auf der epitaktischen Siliziumschicht 13 durch thermische Oxidation der epitaktischen Schicht 13 bei etwa 10000C gebildet Dann wird eine Maskierschicht 15 (z. B. Siliziumnitridschicht) mit einer Dicke zwischen 0,1 μπι und 0,25 μπι auf der Oxidschicht 14 durch chemischen Dampfniederschlag gebildet, wie Fig.8 zeigt. Die Maskierschicht 15 dient als Antioxidationsmaske, wenn ein Oxidationsvorgang ausgeführt wird
Ein erster Photoresistfilm 16 (F i g. 9) mit einer Dicke zwischen 0,8 und 1,0 μΐη wird auf die Maskierschicht 15 aufgebracht. Dann wird der erste Photoresistfilm 16 gemustert Unter Verwendung des gemusterten Photoresistfilms 16 als Maske wird die Maskierschicht 15 so geätzt, daß ein Teil entsprechend einem Isolationsbereich 19 der Oxidschicht 14 und ein Einstellmarkenbereich 17 der Oxidschicht 14 freigelegt werden. Ein zweiter Photoresistfilm 18 mit einer Dicke zwischen 0,8 und 1,0 μΓΠ wird auf die gesamten freigelegten Flächen des ersten Photoresistfiims 16 und der Oxidschicht 14 aufgebracht. Der zweite Photoresistfilm 18 wird dann gemustert. Unter Verwendung der gemusterten Photoresistfilme 18 und 16 wird nur der freigelegte Teil der Oxidschicht 14 geätzt, so daß ein Isolationsbereich 19 der epitaktischen Siliziumschicht 13 freigelegt wird, wie in F i g. 9 gezeigt ist. Während des letzteren Ätzvorgangs wird der Einstallmarkenbereich 17 der Oxidschicht 14 mit dem zweiten Photoresistfilm 18 bedeckt, so daß der Bereich 17 der Oxidschicht 14 nicht geätzt wird, wie in F i g. 9 gezeigt ist.
Als nächstes werden die gemusterten Photoresistfilme 16 und 18 entfernt Nur der freigelegte Teil 19 der epitaktischen Siliziumschicht wird anisotrop geätzt, um eine V-Nut 20 zu bilden, die eine Tiefe hat, die bis zu dem Siliziumsubstrat 11 reicht, wie in den Fig. 10 und 14 dargestellt ist. Fig. 14 ist eine Draufsicht der Fig. 10 und Fig. 10 ist ein Schnitt längs der Linie X-X der F i g. 14. Im Faüe der F i g. 14 hat der Einstellmarkenbereich 17 der Oxidschicht die Form eines rechteckigen Bands, das einen Teil der Maskierschicht 15 wie im Fall der F i g. 7 umgibt.
Eine Siliziumdioxidschicht 21 mit einer Dicke von etwa 0,5 μπι wird durch thermisches Oxidieren der Fläche der V-Nut 20 gebildet. Wenn dieser thermische Oxidationsvorgang ausgeführt wird, wird gleichzeitig ein Teil des Bereichs der epitaktischen Siliziumschicht 13, der unter dem Einstellmarkenbereich 17 der Oxidschicht 14 liegt, oxidiert, so daß die Dicke der Oxidschicht 14 an dem Einstellmarkenbereich 17 auf etwa 0,65 μηι vergrößert wird. Dann wird eine polykristalline Siliziumschicht 22 mit einer Dicke von etwa 8 μπι auf den gesamten freigelegten Flächen der Maskierschicht 15 und den Oxidschichten 14 und 21 durch ein chemisches Dampfniederschlagsverfahren gebildet, wie F i g. 11 zeigt.
Die polykristalline Siliziumschicht 22 wird poliert, um einen Teil von ihr nur in der V-Nut zu belassen, siehe Fig. 12. Ein Teil der polykristallinen Siliziumschicht 22 auf dem Einstellmarkenbereich 17 kann vollständig entfernt werden, ohne die Kante der Isolierschicht 14 zu brechen.
Der thermische Oxidationsvorgang des Siliziums wird wiederum ausgeführt, um die Fläche der verbleibenden polykristallinen Siliziumschicht 22 in der V-Nut 20 zu oxidieren. Während des Oxidationsvorgangs wird der Teil des Bereichs der epitaktischen Siliziumschicht 13, der unter dem Einstellmarkengebiet 17 der Oxidschicht
14 liegt, weiter oxidiert, so daß die Dicke des Gebiets 17 der Oxidschicht 14 auf etwa 1,0 μιη vergrößert wird. Während des thermischen Oxidationsvorgangs wird ein kleiner Vogelschnabel unvermeidlich am Endteil des Gebiets 17 der Oxidschicht 14 erzeugt. Zuletzt wird die verbleibende Maskierschicht 15 entfernt und auf diese Weise wird eine Einstellmarke vervollständigt, siehe Fig. 13. Die Breite W2 (Fig. 13) der abgeschrägten Seite der gebildeten Einstellmarke 23 liegt zwischen 0,5 und 1,0 μπι. Die Breite W2 der Einstellmarke gemäß der Erfindung liegt zwischen einem Drittel und der Hälfte der Breite Wl der bekannten Einstellmarke. Da die Einstellmarke bei der Halbleitervorrichtung nach der Erfindung die oben erwähnte scharfe Kontur aufweist, können die Ausrichtvorgänge leicht und genau ausgeführt werden. Die Einstellmarke gemäß der Erfindung wird in jeder der Halbleitervorrichtungen gebildet, die auf einem Halbleiterplättchen geformt werden. Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung können des weiteren wenigstens zwei große Einstellmarken als Masken zum Anordnen einer gemusterten Photomaske über einem Halbleiterplättchen durch einen visuellen Einstellvorgang gebildet werden.
Es können auch ein n-Einkristall-Siliziumsubstrat und
ίο eine epitaktische p-Siliziumschicht anstelle des p-Einkristall-Siliziumsubstrats und der epitaktischen n-Siliziumschicht verwendet werden. Die Gestalt der zu bildenden Einstellmarke kann auch eine andere Form, beispielsweise T- oder X-Form haben.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, mit einer epitaktischen Schicht, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist und eine V-Nut aufweist, die sich von der Oberfläche der epitaktischen Schicht zu dem Halbleitersubstrat für eine V-Nuten-Isolation erstreckt, mit einer auf der epitaktischen Schicht gebildeten Oxidschicht und mit einer Einstellmarke zur Maskenausrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmarke aus einem örtlich begrenzten, dickeren Teil der Oxidschicht besteht, der in einem bestimmten Abstand von der V-Nut angeordnet ist.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der abgeschrägten Seite der Einstellmarke zwischen 0,5 und i ,5 μίτι liegt.
3. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine epitaktische Schicht auf einem Halbleitersubstrat gebildet wird, eine Oxidschicht und dann eine Maskierschicht auf der epitaktischen Schicht gebildet werden, die Oxidschicht und die Maskierschicht zum Freilegen von Teilen der epitaktischen Schicht stellenweise entfernt werden, die epitaktische Schicht anisotrop geätzt wird, die Fläche der dadurch entstandenen V-Nut oxidiert wird, die V-Nut mit polykristallinem Silizium gefüllt wird und die freie Oberfläche des polykristallinen Siliziums ebenfalls oxidiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle, an der die Einstellmarke gebildet werden soll, nur die Maskierschicht, aber nicht die Oxidschicht entfernt wird, wodurch an dieser Stelle die unter der Oxidschicht liegende epitaktische Schicht während der Oxidiervorgänge der Fläche der V-Nut und der freien Oberfläche des polykristallinen Siliziums teilweise oxidiert wird.
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