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Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Halbleitervorrichtung, bei der eine verbesserte Isolationselemententechnik verwendet
wird.
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Eine selektive Oxidation wird im allgemeinen als die Elementenisolationstechnik
beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung verwendet. Wenn jedoch eine selektive
Oxidation durchgeführt wird, um zur Elementenisolation einen Oxidfilm hervorzubringen,
entsteht an einer Ecke ein sogenannter ~Vogeischnabel" (bird's beak). Dies rührt
her von einem Fehler zwischen der Mustergröße der Elementenregion auf einer Photomaske
und der Größe des tatsächlich gebildeten Elementes. Dieser Fehler verhinderte die
Bildung von Vorrichtungen mit höherer Integration. Eingedenk dieses Problems ist
eine Elementenisolationstechnik mit einer kleineren Fehlergröße notwendig, um den
neuerlichen Wunsch für solche hochintegrierten Vorrichtungen zufriedenzustellen.
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Eine Elementenisolationstechnik, die kleine Fehler ergibt ist bekannt
und in der IEDM, Technical Digest, Seite 224, (1982) beschrieben unter dem Titel
~Die SWAMI (Seitenwandmaskenisolation), freie und lokale Oxidtechnologie für VLSI
mit Bird's Beak nahe Null von K.Y. Chiu etal". Dieses Verfahren wird im Detail in
bezug auf die Fig. 1A bis 1H beschrieben.
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Zunächst wird, wie aus Fig. 1A zu sehen ist, ein erster thermischer
Oxidfilm 2 von ungefähr 500 A Dicke auf einem p Silikonsubstrat 1 gebildet, das
die (100) Ebene aufweist. Ein erster Siliziumnitridfilm 3 von ungefähr o 1200 A
Dicke wird darüber gebildet.
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Sodann wird, wie aus Fig. 1B zu sehen ist, ein Photowiderstandsmuster
4 durch Photolithographie auf der künftigen Elementenregion gebildet. Danach werden
durch Verwendung des Musters 4 als Maske die Filme 2 und 3 durch reaktives lonenätzen
(z.B. RIE) geätzt, einem Verfahren, bei dem ein #tzgas verwendet wird, welches C2F6
aufweist. Das Substrat 1 wird außerdem bis zu einer Tiefe von ungefähr o 3000 bis
3500 A geätzt. Aufgrund einer speziellen Eigenschaft des C2F6 Gases wird das Substrat
1 in einer sich verjüngenden bzw. konischen Form geätzt, um eine umgekehrte trapezförmige
Rille oder Nut 6 zu bilden. Diese Nut 6 weist geneigte Oberflächen 5a auf, welche
eine (111) Ebene haben sowie eine flache Bodenfläche Sb, die eine (100) Ebene hat.
Das Substrat 1 kann mit einer KOH Lösung geätzt werden. Dann wird unter Benutzung
des Musters 4 als Maske eine p-Verunreinigung zur Verhinderung einer Feldinversion,
z.B. B +, mit einer Beschleunigungsenergie von 100 keV und einer Dosis von ungefähr
1 x 1013 cm-2 ionenimplantiert, um eine bor- dotierte Schicht im Substrat 1 zu bilden.
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Beim nächsten Schritt wird wie aus Fig. 1C zu sehen ist nach der Entfernung
des Photowiderstandsmusters 4 eine thermische Oxidation ausgeführt, um einen zweiten
thermischen Oxidfilm 7 von ungefähr 300 A Dicke auf der freigelegten inneren Oberfläche
der Nut 6 im Substrat 1 zu bilden. Ein zweiter Siliziumnitridfilm 8 wird dann über
die gesamte Oberfläche bis zu einer Dicke von 300 A aufgebracht und ein CVD-SiO2
Film 9 von ungefähr 3000 A Dicke darüber- vorgesehen. Danach wird wie aus Fig. 1D
zu sehen ist der CVX-SiO2 Film 9 durch das RIE-Verfahren geätzt.
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Als ein Ergebnis werden Rest-CVD-SiO2 Filme 9' gebildet, die an den
geneigten Oberflächen 5a der Nut 6 als die künftige Feldregion übrigbleiben. In
diesem Schritt (Ätzrückschritt) wird die Ätzzeitgrenze vorzugsweise auf 208 eingestellt.
Die RIE-Bedingungen werden so eingestellt, daß der Atzwert von SiO2 größer ist als
der von Si3N4.
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Wie aus Fig. 1E zu sehen ist, wird der zweite Siliziumnitridfilm 8
auf der flachen Oberfläche 5b der Nut 8 geätzt unter Verwendung der CVD-SiO2 Filme
9' als Maske.
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Während dieses Ätzens wird außerdem der zweite Siliziumnitridfilm
8 auf einem ersten Rest-Siliziumnitridfilm 3' in der künftigen Elementenisolationsregion
geätzt. Wie aus Fig. 1F zu sehen ist, werden die Rest-CVD-SiO2 Filme 9' durch Litzen
entfernt unter Verwendung von NH4F oder' ähnlichem. Während dieses Atzschrittes
wird der Bereich des;zweiten thermischen Oxidfilmes 7, der auf der flachen Oberfläche
Sb der Nut 6 freigelegt ist, ebenfalls geätzt.
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Wie aus Fig. IG zu sehen ist, wird die Oxidation mit Dampf ausgeführt
und zwar unter Verwendung des Restfilmes 3' und des Restfilmes 8', welche die Oberfläche
5a der Nut 8 als Maske abdecken. Als Ergebnis wird ein Feldoxidfilm 10 von
o
ungefähr 7000 A Dicke gebildet. Zur gleichen Zeit wird die bor-dotierte Schicht
aktiviert und eine p-Schicht 11 zur Verhinderung einer Feldinversion gebildet. Sodann
werden wie aus Fig. 1H zu sehen ist, die ersten und zweiten Rest-Siliziumnitridfilme
3' und 8' geätzt.
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Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, wird die Reststruktur dem
allgemeinen nachfolgenden Prozeß ausgesetzt.
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Insbesondere wird der erste thermische Oxidfilm auf der Elementenregion,
der durch den Feldoxidfilm 10 umgeben ist, entfernt. Ein Gate-Oxidfilm wird durch
eine andere thermische Oxidation gebildet. Sodann wird phosphor-dotiertes polykristallines
Silizium auf der gesamten Oberfläche abgelagert. Der resultierende Film wird gemustert,
um eine Gate-Elektrode zu bilden. Unter Verwendung der Gate-Elektrode und des Feldoxidfilmes
als Maske wird eine n-Verunreinigung, wie z.B. Arsen, dotiert und aktiviert, um
eine n +-Quelle und -Senkenregion im Substrat zu bilden. CVD-SiO2 wird auf der gesamten
Oberfläche der Struktur abgelagert. Außerdem werden in ihr Kontaktlöcher gebildet.
Ein Al-Film wird aufgebracht und gemustert, um Al-Leitungsstreifen zu bilden, die
mit der Quellen- und Senkenregion durch die Kontaktausnehmungen verbunden sind,
wodurch ein n-Kanal MOS-IC komplettiert wird.
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Aufgrund des zuvor b'eschriebenen SWAMI Verfahrens bleibt der zweite
Siliziumnitridfilm 8' auf den geneigten Oberflächen 5a (SeitenwAnde) der Nut 6 als
die künftige Feldregion zurück. Daher kann im Unterschied mit einem konventionellen
selektiven Oxidfilm der Größenkonversionsfehler aufgrund der Bird's Beak-Bildung
bedeutend verringert werden.
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Jedoch weist das zuvor beschriebene SWAMI Verfahren die folgenden
Probleme auf.
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Wenn der zweite Siliziumnitridfilm 8' auf der flachen Oberfläche Sb
der Nut 6 selektiv geätzt wird unter Verwendung der Rest-CVD-SiO2 Filme 9' als Maske
im Schritt gemäß Fig. 1E, wird ein überätzender Rand von ungefähr 20% hervorgerufen,
wenn Veränderungen in der Dicke des Filmes 8 oder Veränderungen im Ätzwert innerhalb
einer Wafer-Ebene in Betracht gezogen werden. Aus diesem Grund werden, wie(.aus
Fig. 2 zu sehen ist, nicht nur der zweite Siliziumnitridfilm 8 auf der flachen Oberfläche
Sb der Nut 6, sondern auch der erste Rest-Siliziumnitridfilm 3', der als eine Anti-Oxidmaske
im Feldoxidationsschritt benutzt wird, geätzt. Wenn daher die Dicke des Filmes 3
zu klein ist, wird im Film 3' während dieses Ltzens ein Nadelloch gebildet. Sodann
wird ein dicker Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrates 1 (Elementenregion) gebildet,
welches unterhalb des Rest-Siliziumnitridfilmes 3' sich befindet. Im schlimmsten
Fall wird der erste Rest-Siliziumnitridfilm 3' gänzlich durch den Ätzschritt entfernt,
wodurch ein großes Problem entsteht. Wenn andererseits die Dicke des Filmes 3 genügend
groß geschaffen wird, verbleibt der erste Rest-Siliziumnitridfilm 3' mit einer ausreichenden
Dicke sogar nach dem selektiven ätzen des zweiten Siliziumnitridfilmes 8 durch die
Rest-CVD-SiO2 Filme 9' als Maske, wobei der Film 3' eine Bildung eines Stiftes oder
Nadelloches nicht gestattet. Wenn jedoch der Film 3 zu dick ist, wirkvteine Spannung
auf das Substrat 1 von dem ersten Rest-Siliziumnitridfilm 3' im sogenannten Feldoxidationsschritt,
was zu einem KristaLldefekt im Substrat 1 führt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung einer hochintegrierten, sehr zuverlässigen Halbleitervorrichtung zu
schaffen, welche eine Abnahme in der Dicke eines ersten Nitridfilmes verhindert,
der als eine Anti-Oxidationsmaske dient, das den Nitridfilm bei einer vorgegebenen
Dicke aufrechterhält, das im Substrat keine Kristalldefekte schafft, und das die
Bildung eines Feldoxidfilmes mit einer guten Steuerbarkeit gestattet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist: Sequentielle
Bildung eines ersten Oxidfilmes, eines ersten Nitridfilmes und eines ersten Filmes
auf einem Halbleitersubstrat von einem Leitfähigkeitstyp; selektives Ätzen des ersten
Filmes, des ersten Nitridfilmes und des ersten Oxidfilmes und selektives Atzen eines
freigelegten Teiles, um so in ihm eine umgekehrte trapezförmige Nut zu schaffen;
seguentielles Ablagern bzw. Aufbringen eines zweiten Nitridfilmes und eines zweiten
Filmes nach der Bildung eines zweiten Oxidfilmes zumindest auf der inneren Oberfläche
der Nut, die in dem Substrat gebildet ist; anisotropisches ätzen des zweiten Filmes,
um so zweite Restfilme zu hinterlassen, die zumindest die geneigten Oberflächen
der Nut, die in dem Substrat gebildet sind, zu bedecken,
selektives
Atzen eines freigelegten Teiles oder Bereiches des zweiten Nitridfilmes unter Verwendung
der zweiten Restfilme als Maske; #tzen der zweiten Restfilme, eines ersten Restfilmes
und des zweiten Oxidfilmes, der freigelegt ist; Durchführung einer thermischen Oxidation
unter Verwendung der ersten und zweiten Rest-Nitridfilme als eine Anti-Oxidationsmaske,
um so einen Feldoxidfilm zu bilden; und Bildung eines Elementes auf einer Inselregion,
die durch den Feldoxidfilm isoliert ist.
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Im folgenden werden die Figuren beschrieben. Es zeigen: Fig. 1A bis
1H Schnittansichten in einer aufeinanderfolgenden Ordnung des Verfahrens zur Herstellung
eines Feldoxidfilmes gemäß dem herkömmlichen SWAMI Verfahrens, Fig. 2 eine Schnittansicht
zur Erklärung der Probleme des herkömmlichen SWAMI Verfahrens, Fig. 3A bis 3L Schnittansichten,
die in aufeinanderfolgende Ordnung ein Verfahren zur Herstellung eines n-Kanal-MOS-IC's
als erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellen, Fig. 4 eine graphische
Darstellung der Beziehung zwischen dem ersten Siliziumnitridfilm und der kristallinen
Defektdichte des Siliziumsubstrates nach der Feldoxidation, und
Fig.
5A bis 5H Schnittansichten, die in aufeinanderfolgender Ordnung ein Verfahren zur
Herstellung eines n-Kanal-MOS-IC's als zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun im Zusammenhang zweier Ausführungsbeispiele
beschrieben.
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1. Ausführungsbeispiel Das erste Ausführungsbeispiel betrifft einen
Fall, in dem ein n-Kanal-MOS-IC hergestellt wird.
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Zunächst wird gemäß Fig. 3A ein p -Siliziumsubstrat 101 mit einer
(100-Ebene) thermisch oxidiert, um einen ersten thermischen Oxidfilm 102 mit einer
Dicke von ungefähr o 500 A zu bilden. Danach wird ein erster Siliziumnitrido film
103 von ungefähr 1200 A Dicke aufgebracht und danach ein polykristalliner Siliziumfilm
104 (z.B. ein erster o Film) von 300 A Dicke darüber aufgebracht.
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Sodann wird, wie aus Fig. 3B zu sehen ist, ein Photowiderstandsmuster
105 auf einer künftigen Elementenregion durch Photolithographie gebildet. Unter
Verwendung des Musters 105 als Maske werden die Filme 104, 103 und 102 durch das
RIE-Verfahren geätzt, und zwar unter Verwendung eines Xtzgases, welches C2F6 enthält,
und zwar in der zuvor erwähnten Ordnung; Das Substrat 102 wird außerdem bis zu o
einer Tiefe von ungefähr 2500 A geätzt. In diesem Augenblick wird das Substrat 102
in einer sich verjüngenden bzw.
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konischen Form geätzt, und zwar aufgrund einer Spezieleigenschaft
des C2F6;Gases, um eine umgekehrte trapezförmige Nut 107 zu bilden. Die Nut 107
weist geneigte Oberflächen
106a, die die (111) Ebene aufweist,
und eine flache Oberfläche 106b auf, die die (100) Ebene besitzt. Das Substrat 101
kann durch eine ROH Lösung geätzt werden. Sodann wird unter Verwendung des Musters
105 als Maske eine p-Verunreinigung zur Verhinderung der Feldinversion verwendet,
wie z.B. B +. Dieses wird mit einer Beschleunigungsenergie von 100 keV und einer
Dosis von ungefähr 1 x 1013 cm-2 Ionen implantiert, um eine bor-dotierte Schicht
im Siliziumsubstrat 101 zu bilden.
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Sodann wird, wie aus Fig. 3C zu sehen ist, nach der Entfernung des
Photowiderstandsmusters 105 eine thermische Oxidation ausgeführt, um einen zweiten
thermischen Oxidfilm 108 von 500 A Dicke auf dem Oberflächenbereich des Siliziumsubstrates
101 zu bilden, welcher über die Nut 107 freigelegt ist sowie auf einen polykristallinen
Rest-Siliziumfilm 104'. Wie aus Fig. 3D zu sehen ist, werden ein zweiter Siliziumnitridfilm
109 von 200 A Dicke und ein CVD-SiO2 Film 110 (z.B. zweiter Film) von 3000 A Dicke
sequentiell auf der gesamten Oberfläche aufgebracht.
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Der CVD-SiO2 Film 110 wird durch das RIE-Verfahren geätzt.
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Als Ergebnis werden, wie aus 3 Fig. 3E zu sehen ist, die Rest-CVD-SiO2
Filme 110', die die geneigten Oberflächen 106a der Nut 107 bedecken, gebildet. Die
Bedingungen des RIE-Xtzens werden dadurch bestimmt, daß die Ätzrate oder Geschwindigkeit
des SiO größer ist als die des Siliziumnitrides (Si3N4).
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Wie aus Fig. 3F ersichtlich ist, wird der freigelegte zweite Siliziumnitridfilm
109 geätzt unter Verwendung der Rest-CVD-SiO2 Filme 110' als Maske. Da der erste
Rest-Silziumnitridfilm 103' durch den rest-põlykristaiiinen
Siliziumfilm
104 und durch den zweiten thermischen Oxidfilm 108 bedeckt ist, wird er nicht geätzt.
Sodann werden, wie aus Fig. 3G zu sehen ist, die Rest-CVD-SiO2 Filme 110', der zweite
thermische Oxidfilm 108, der innerhalb der Nut 107 freigelegt ist, und der zweite
thermische Oxidfilm 108 auf dem rest-polykristallinen Silizium 104 naß geätzt und
zwar unter Verwendung von NH4F.
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Wie aus Fig. 3H zu sehen ist, wird der rest-polykristalline Silziumfilm
104' auf der künftigen Elementenregion des Substrates 101 geätzt. Als Ergebnis wird
die künftig Elementenregion des Substrates 101 mit dem Restfilm 102' bedeckt, der
seinerseits durch den ersten Rest-Siliziumnitridfilm 103' bedeckt ist. Die Oberflächen
106a der Nut 107 (Feldregion) werden durch den Restfilm 408' bedeckt, der seinerseits
überlagert ist durch die zweiten Resto Siliziumnitridfilme 109' mit 200 A Dicke.
Ein Teil der flachen Oberfläche 106b der Nut 107 ist freigelegt.
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Sodann wird, wie aus Fig. 31 zu sehen ist, eine thermische Oxidation
bei Dampf bei 10000 C durchgeführt, bei der die ersten und zweiten Rest-Siliziumnitridfilme
103' und 109' als Anti-Oxidatiorsmaske verwendet werden. Auf diese Weise wird ein
Feldoxidfilm 111 von ungefähr 7000 A Dicke in der Nähe der Nut 107 gebildet. In
diesem Feldoxidationsschritt wird die bor-dotierte Schicht im Siliziumsubstrat 101
aktiviert, um eine p-Schicht 112 zur Verhinderung einer Feldinversion zu bilden.
Wie aus Fig.
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3J zu sehen ist, werden die ersten und zweiten Rest-Siliziumnitridfilme
103' und 109' entfernt.
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Wie aus den Fig. 3K und 3L ersichtlich ist, ist ein MOS-Transistor
in einer Inselregion des Substrates 101 gibll-
det, welcher durch
den Feldoxidfilm 111 isoliert ist. Die Fig. 3K und 3L zeigen die Inselregion des
Substrates 101, welches durch den Feldoxidfilm 111 isoliert ist, und die durch Streckung
der Ansichten gemäß der Fig. 3A bis 3J in der Querrichtung erhalten werden.
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Insbesondere wird gemäß Fig. 3K der erste thermische Rest-Oxidfilm
102' entfernt. Eine andere thermische Oxidation wird durchgeführt, um einen thermischen
Oxidfilm von o 200 A Dicke in der Inselregion des Substrates 101 zu schaffen, welches
durch den Feldoxidfilm 111 isoliert ist.
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Nachdem das phosphordotierte polykristalline Silizium bis o zu einer
Dicke von 4000 A aufgebracht ist, wird es gemustert, um eine Gate-Elektrode 113
zu bilden. Der thermische Oxidfilm wird selektiv geätzt, und zwar unter Benutzung
der Gate-Elektrode 113 als Maske zur Bildung eines Gate-Oxidfilmes 114. Wie aus
Fig. 3L zu sehen ist, wird unter Verwendung der Gate-Elektrode 113 und des Feldoxidfilmes
111 als Maske eine n-Verunreinigung, wie z.B. As in das Substrat 101 ionenimplantiert,
und zwar mit einer Beschleunigungsenergie von 50 kev und einer Dosis von 5 x 1015
cm 2. Das dotierte Arsen wird bei 9500 C für eine Stunde aktiviert, um eine n- Quellenregion
und Senkenregion 115 und 116 zu bilden, mit einer Ubergangszonentiefe von 0,2 Am.
Nach Schaffung des CVD-SiO2 Filmes 117 auf der gesamten Oberfläche werden in ihm
Kontaktlöcher 118 gebildet. Sodann wird ein Al-Film gebildet und gemustert, um so
Al-Leitungsstreifen 119 und 120 zu schaffen, die mit der Quellen- und Senkenregion
115 und 116 über die Kontaktlööher 118 verbunden sind, wodurch die Herstellung eines
n-Kanal-MOS-IC beendet ist.
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Beim Schritt gemäß Fig. 3F wird der zweite Siliziumnitrid-
film
109 auf der flachen Oberfläche 106b (z.B. die künftige Feldregion des Substrates
101) und auf dem Film 104', der auf der künftigen Elementenregion zurückbleibt,
selektiv geätzt unter Verwendung des CVD-SiO2 Filmes 110' als Maske. Während dieses
selektiven Atzens verhindern der rest-polykristalline Siliziumfilm 104' und der
zweite thermische Oxidfilm 108 das ätzen des ersten Rest-Siliziumnitridfilmes 103',
da diese Filme 104' und 108 auf dem Film 103' zurückbleiben. Das Xtzgeschwindigkeitsverhältnis
von Si3N4 und SiO2 wird sehr groß angesetzt. Wenn daher der zweite Siliziumnitridfilm
109 bedeutend überätzt ist, so wird dennoch der erste Rest-Siliziumnitridfilm 103'
vor dem Dünnerwerden bewahrt. Daraus folgt, daß, wenn gemäß dem Schritt nach Fig.
31 die Feldoxidation unter Verwendung des ersten und zweiten Rest-Siliziumnitridfilmes
103' und 109' als Anti-Oxidierungsmaske durchgeführt wird, die Bildung eines dicken
Oxidfilmes in dem Bereich des Siliziumsubstrates 101 unterhalb des ersten Rest-Siliziumnitridfilmes
103' wegen des in ihm befindlichen Stiftloches verhindert werden kann. Daher kann
der Feldoxidfilm 111 mit guter Steuerbarkeit nur an der gewünschten Stelle des Substrates
101 gebildet werden.
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Aus dem gleichen Grund kann eine Abnahme der Dicke des ersten Rest-Siliziumnitridfilmes
103' als Teil der Anti-Oxidationsmaske im sogenannten Feldoxidationsschritt verhindert
werden. Daher kann der Siliziumnitridfilm 103' auf eine Dicke von 1200 A gehalten
werden. Wenn als Ergebnis die Feldoxidation durchgeführt wird unter der Verwendung
des ersten und zweiten Siliziumnitridfilmes 103' und 109' als Maske, kann die Entstehung
bzw. Anwendung von Spannung auf dem-Siliziumsubstrat 101 von dem Siliziumnitridfilm
103' her verhindert werden, so daß die Bildung
von kristallinen
Defekten im Substrat 101 ebenso verhindert werden. Wenn die Beziehung zwischen der
Dicke deS ersten Siliziumnitridfilmes 103 und der kristallinen Defektdichte des
Siliziumsubstrates gemessen wird, ergeben sich Ergebnisse, die in Fig. 4 zu sehen
sind. Die Defektdichte ist die Zahl der kristallinen Defekte pro cm2, die unter
einem optischen Mikroskop gemessen bzw. beobachtet wurde, und zwar in dem Teildes-Substrates
101, welcher sich dicht am Feldoxidfilm 111 befindet und welcher dem ätzen (wright-Atzen)
unterzogen wurde. Wenn, wie aus Fig.
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4 ersichtlich, die Dicke des ersten Siliziumnitridfilmes o 103 1200
A beträgt, wie im Ausführungsbeispiel 1, kann ein MOS-IC mit einem Substrat 101
von sehr geringer kristalliner Defektdichte gebildet werden. Wie aus Fig. 4 weiter
ersichtlich ist, muß, um einen MOS-IC zu erhalten mit einem Substrat 101 von geringer
kristalliner Defektdichte und mit einem geringen Leck- oder Ableitungsstrom, die
Dicke des ersten Siliziumnitridfilmes 103 2500 A oder weniger sein'und fällt daher
vorzugsweise innerhalb des o Bereiches von 1000 bis 1700 A.
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Wenn die Tiefe der Nut 107, die in der künftigen Feldregion des Siliziumsubstrates
101 gebildet ist, auf 2500 A oder weniger bemessen oder eingestellt wirdr(dies o
war ungefähr 2500 A im Ausführungsbeispiel 1), kann ein Feldoxidfilm 111 mit einer
geringen Fehlergröße und einer zufriedenstellenden Durchschlagspannung erhalten
werden.
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Der Feldoxidfilm wächst durch Oxidierung des Substrates, wobei der
Teil des Substrates verbraucht wird, dessen Dikke ungefähr 45% von der des Filmes
ist. Wenn in diesem Fall ein Versuch unternommen wird, die Dicke des. Feldoxidfilmes
zu vergrößern, kann die Bildung eines "Bird's Beak" nicht verhindert werden. Dabei
kann der ursprüngliche Zweck, die Verhinderung der Fehlergröße, durch das SWAMI
Verfahren
nicht erzielt werden. Wenn andererseits die Dicke des Feldoxidfilmes 111 zu gering
wird, kann er seine Isolationsfunktion nicht zufriedenstellend erfüllen.
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Eingedenk dieser Tatsache hat der Feldoxidfilm 111 vorzugsweise eine
Dicke von ungefähr 8000 A oder weniger.
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Der Feldoxidfilm 111 wird in einer späteren Stufe geätzt.
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Wenn der Feldoxidfilm zu stark geätzt wird und seine Dikke in der
Nähe des Endes der Elementenregion zu klein wird, treten verschiedene Probleme auf,
wie z.B. eine Abnahme der Durchbruchs spannung aufgrund der elektrischen Feldkonzentration.
Aus diesem Grund tritt der Feldoxidfilm vorzugsweise ungefähr um 2000 A aus der
Oberfläche der Elementenregion hervor. Wenn eingedenk dieser Tatsache ein Feldoxidfilm
von 8000 A Dicke geschaffen werden soll, kann eine Tiefe Te der Nut 107, die durch
ätzen des Substrates 101 geschaffen werden soll, berechnet werden durch 8000 = 8000
x 0,5 + Te 2000 (A) unter Annahme des WErtes Te = 2500 (A).
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Wenn daher die Ätztiefe des Substrates 101 in der Feldo region bei
2500 A oder weniger aufrechterhalten wird, kann ein Feldoxidfilm von ausgezeichneter
Charakteristik erhalten bzw. gebildet werden.
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Wenn hierzu zusätzlich der zweite Siliziumnitridfilm 109 dünner ausgebildet
wird als der zweite thermische Oxidfilm 108, wenn z.B. der zweite Siliziumnitridfilm
109 eine
o Dicke von 200 Å aufweist und der zweite thermische Oxid-O
O film 108 eine Dicke von 400 bis 600 A hat (500 A im Aus führungsbeispiel 1), kann
ein Feldoxidfilm mit hoher Präzision geschaffen werden.
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Wenn die Dicke des zweiten Siliziumnitridfilmes 109 größer ist als
die des zweiten thermischen Oxidfilmes 108, wird die Diffusion eines Oxidationsmittels
in dem zweiten thermischen Oxidfilm 108 verhindert. Aus diesem Grund wird der Feldoxidfilm
111 nur in einem Bereich oder Teil geschaffen, der seinen Mittelpunkt im freigelegten
Teil der flachen Oberfläche 106b (des Substrates 101) aufweist, der in der Nut 107
vorgesehen ist. Der Feldoxidfilm 111 wächst nicht wesentlich in einem Bereich, der
durch den zweiten Rest-Siliziumnitridfilm 109' bedeckt ist. In diesem Falle wird
der Teil des Feldoxidfilmes 111,~der oberhalb der Elementenregionoberfläche vorgesehen
bzw. projiziert ist, verringert. Die Dicke des Feldoxidfilmes 111 kann im Nachbarbereich
der Elementenregion verringert werden, so daß die unterschiedlichen Probleme der
oben beschriebenen Art auftreten. Die Dicke des zweiten Siliziumnitridfilmes 109
ist vorzugsweise geringer als die des zweiten thermischen Oxidfilmes 108, um auf
diese Weise mit hoher Präzision den Feldoxidfilm 111 von gewünschter Größe zu schaffen.
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Die Feldoxidation wird nach der Entfernung des rest-polykristallinen
Siliziumfilmes 104' im Beispiel 1 ausgeführt.
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Jedoch kann die Feldoxidation während des Zurückbleibens des rest-polykristallinen
Siliziumfilmes 104' auf dem zweiten Rest-Siliziumnitridfilm 103' durchgeführt werden.
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2. Ausführungsbeispiel Die vorliegende Erfindung wird auch bei der
Herstellung eines n-Kanal-MOS-IC gemäß Ausführungsbeispiel in der selben Weise wie
beim Ausführungsbeispiel 1 angewendet.
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Wie aus Fig. 5A ersichtlich ist, wird ein p--Siliziumsubstrat 101,
das die (100) Ebene aufweist, thermisch oxidiert, um einen ersten thermischen Oxidfilm
102 mit o einer Dicke von ungefähr 500 A auf dem Substrat 101 zu schaffen. Danach
wird ein erster Siliziumnitridfilm 103, o der eine Dicke von ungefähr 1200 A aufweist,
durch das CVD-Verfahren aufgebracht, um die gesamte Oberfläche des ersten thermischen
Oxidfilmes 102 zu bedecken. Ein erster CVD-SiO2 Film 121 (erster Film) wird auf
dem ersten Silio ziumnitridfilm 103 bis zu einer Dicke von 3000 A aufgebracht. Danach
wird, wie aus Fig. SB zu sehen ist, ein Photowiderstandsmuster~1~5durch Photolithographie
auf einer künftigen Elementenregion gebildet. Der erste CVD-SiO2 Film 121, der erste
Siliziumnitridfilm 103 und der erste thermische Oxidfilm 102 werden der Reihe nach
durch das RIE-Verfahren geätzt unter Verwendung eines Gases, das C2F6 enthält, wobei
das Muster 105 als Maske verwendet wird. Ebenso wird unter Verwendung des Musters
105 als Maske das Substrat 101 bis zu einer Tiefe von 2500 A geätzt. In diesem Fall
wird das Substrat 101 in einer sich verjüngenden bzw. konischen Form aufgrund einer
speziellen #igen5chaft:. des C2F6 Gases geätzt, so daß eine umgekehrte trapezförmige
Nut 107 entsteht mit geneigten Oberflächen 106a, die die (111) Ebene aufweisen,
und mit einer. flachen Bodenoberfläche 106b, die die (100) Ebene aufweist. Danach
wird unter Verwendung des Musters 105 als Maske eine p-Verunreinigung, wie z.B.
B , zur Verhinderung der FeldinF
version bei einer Dosis von ungefähr
1 x 1013 cm 2 und beieiner Beschleunigungsenergie von 100 keV ionenimplanX tiert,
um eine bor-dotierte Schicht im Substrat 101 tu schaffen.
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Wie in Fig. 5C zu sehen ist, wird nach der Entfernung des photowiderstandsmusters
105 die resultierende Struktur thermisch oxidiert, um einen zweiten thermischen
Oxido film 108 von 500 A Dicke auf der gesamten Oberfläche zu schaffen unter Einschluß
der Oberfläche der Nut 107, die im Siliziumsubstrat 101 gebildet ist. Danach werden
ein zweiter Siliziumnitridfilm 109 von einer Dicke von 200 A und ein zweiter CVD-SiO2
Film 110 (zweiter Film) von 3000 A Dicke der Reihe nach aufgebracht, um die gesamte
Oberfläche der resultierenden Struktur zu überdecken.
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Der zweite CVD-SiO2 Film 110 wird durch das RIE-Verfahren geätzt.
Als Ergebnis bleiben, wie aus Fig. 5D zu sehen ist, die DVD-SiO2 Filme 110', die
jeweils die geneigten Oberflächen 106a der Nut 107 bedecken, ungeätzt übrig.
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Der freigelegte Teil des zweiten Siliziumnitridfilmes 109 wird sodann
selektiv geätzt unter Verwendung der Rest-CVD-SiO2 Filme 110' als Maske. Da in diesem
Falle ein erster Siliziumnitridfilm 103' überdeckt ist mit einem ersten Rest-CVD-SiO2
Film 121', wird der erste Siliziumnitridfilm 103' nicht geätzt.
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Wie aus Fig. 5E ersichtlich ist, werden die Rest-CVD-SiO2 Filme 110'-,
der zweite thermische Oxidfilm 108, der in der Nut 107 freigelegt ist, und der erste
Rest-CVD-SiO2 Film 121' durch Abätzen unter Verwendung von NH4F geätzt. Als Ergebnis
wird die künftige Elementenregion auf dem Siliziumsubstrat 101 mit dem Restfilm
102' bedeckt, der seiner-
seits mit dem ersten Rest-Siliziumnitridfilm
103' von o einer Dicke von 1200 A bedeckt ist. Gleichzeitig werden die geneigten
Oberflächen 106a der Nut 107 als der Feldregion durch den Restfilm 108' abgedeckt,
der seinerseits durch den zweiten Rest-Siliziumnitridfilm 109' von o 200 A Dicke
abgedeckt bzw. überdeckt ist. Daher wird ein Teil der flachen Oberfläche 106b der
Nut 107 freigelegt.
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Wie aus Fig. 5F ersichtlich ist, wird die thermische Oxidation mit
Dampf bei einer Temperatur von 1000 C unter Verwendung der ersten und zweiten Siliziumnitridfilme
103' und 109' als Anti-Oxidierungsmaske durchgeführt, woo bei ein Feldoxidfilm 111
von 7000 A Dicke in der Nähe der Nut 107 gebildet wird. Während dieses Feldoxidationsprozesses
wird die bor-dotierte Schicht im Siliziumsubstrat 101 aktiviert, um eine p-Schicht
112 zur Verhinderung einer Feldinversion zu schaffen. Wie aus Fig. 5G zu sehen ist,
werden dann der erste und zweite Siliziumnitridfilm 103' und 109' entfernt.
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Wie aus Fig. 5H zu sehen ist, wird ein MOS-Transistor in einer Inselregion
(Elementenregion) des Substrates 101 gebildet, der durch den Feldoxidfilm 111 isoliert
ist. Es sollte festgestellt werden, daß die hervorragenden Bereiche des in den Fig.
5A bis 5G gezeigten Substrates 101 in Fig. 5H dargestellt sind, um so klar die Inselregion
des Substrates 191, das durch den Feldoxidfilm 111 seziert ist, zu zeigen. Insbesondere
wird, wie aus Fig. 5H zu sehen ist, der erste thermische Oxidfilm 102' entfernt
und die thermische Oxidation erneut durchgeführt, um einen o thermischen Oxydfilm
von 200 A Dicke in der Inselregion (Elementenregion) des Substrates 101 zu schaffen,
das durch den Feldoxidfilm 111 isoliert ist.%Einphosphordo-
tierter
polykristalliner Siliziumfilm wird geschaffen, um die gesamte Oberfläche bis zu
einer Dicke von 4000 A zu bedecken. Der polykristalline Siliziumfilm wird sodann
gemustert bzw. als Muster gebildet, um eine Gate-Elektrode 113 zu schaffen. Der
thermische Oxidfilm wird selektiv als Muster ausgebildet unter XVerwendung- der
Gate-Elektrode 113 als Maske, um einen Gate-Oxidfilm 114 zu schaffen.
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Durch Verwendung der Gate-Elektrode 113 und des Feldoxidfilmes 111
als Maske wird As mit einer Dosis von 5 x 1015 cm2 und einer Beschleunigungsenergie
von 50 keV ionenimplantiert. Die resultierende Struktur wird dann wärmebehandelt
bei einer Temperatur von 9500 C für eine Stunde, um die Verunreinigung zu aktivieren,
wobei n+-Quellen- und Senkenregionen 115 und 116 geschaffen werden, von denen jede
eine Übergangszonentiefe von 0,2 ßm aufweist. Danach wird ein CVD-SiO2 Film 117
aufgebracht, um die gesamte Oberfläche zu bedecken. Außerdem wird eine Bemusterung
vorgenommen, um Kontaktausnehmungen oder Löcher 118 zu schaffen. Sodann wird ein
Al-Film abgelagert bzw aufgebracht, um die gesamte Oberfläche zu bedecken.
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Dieser Film wird gemustert, um Al-Verdrahtungsstreifen bzw. Zuleitungsstreifen
119 und 120 zu schaffen, die elektrisch mit der Quellen- und Senkenregion 115 und
116 über die Kontaktausnehmungen 118 jeweils Verbunden sind, wobei ein n-Kanal-MOS-IC
vorbereitet bzw. geschaffen wird.
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Wenn der CVD-SiO2Film 121 als der erste Film im Ausfu~hrungsbeispiel
2 verwendet wird, wird verhindert, daß der Film 103'>der auf der künftigen Elementenregion
zurückbleibt, dünner wird als dies im Ausführungsbeispiel 1 der Fall ist. Wenn zusätzlich
der polykristalline Siliziumfilm 104 als der erste Film im Beispiel 1 verwendet
wird, kann der freigelegte Bereich des Siliziumsubstrates 101 in der Nut 107 geätzt
werden, wenn der rest-polykristalli-
ne Siliziumfilm 104' in dem
in Fig. 3H gezeigten Prozeß geätzt wird. Aus diesem Grund kann der polykristalline
Siliziumfilm 104 keine große Dicke aufweisen. Wenn andererseits der CVD-SiO2 Film
121 als der erste Film im Ausführungsbeispiel 2 verwendet wird, wird das Substrat
101 nicht geätzt.werden. Als Ergebnis kann festgestellt werden, daß die Dicke des
CVD-SiO2 Filmes 121 3000 A sein kann Hierbei werden die folgenden Wirkungen erzielt:
(1) Da der erste Rest-CVD-SiO2 Film 121 auf dem ersten Rst-Siliziumnitridfilm 1031
in der künftigen Elementenregion vorhanden ist, wenn die Rest-CVD-SiO2 Filme 109'
durch das RIE-Verfahren in dem in Fig. 5D gezeigten Prozeß gebildet werden:, kann
ein Schritt oder eine Stufe zwischen der Substratoberfläche der künftigen Elementenregion
und der flachen Oberfläche 106b der Nut 107 groß sein, wobei die Rest-CVD-SiO2 Filme
110' mit guter Steuerbarkeit gebildet werden. Da zusätzlich eine große Stufe gebildet
wird, kann die Nut 107, welche im Substrat 101 entstanden ist, eine kleine Tiefe
aufweisen, wobei ungünstige Effekte, die durch eine tiefe Nut verursacht werden,
verhindert werden.
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(2) Das Photowiderstandsmuster 105 wird als Maske durch KOH geätzt,
wenn das Substrat 102 im Prozeß gemäß Fig. SB geätzt wird, Im allgemeinen wird das
Photowiderstandsmuster 105 entfernt bevor die Ionenimplantation zur Verhinderung
der Feldinversion durchgeführt wird, Im Ausführungsbeispiel 2 bleibt der dicke Erst-Rest
CVD-SiO2 Film 1211 auf der künftigen Elementenregion zurück, sogar nach der Entfernung
des Photowiderstandsmusters 105. Wenn die Verunreinigungsionen implantiert werden
unter Verwendung dieses Filmes 1211 als Maske, erreichen sie nicht die künfti-
ge
Elementenregion des Substrates 101. Die Ionenimplantation kann dann mit hoher Beschleunigungsenergie
ausgeführt werden. Als Ergebnis kann die Schicht zur Verhinderung der Feldintersion
mit guter Steuerbarkeit gebildet werden.
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Wenn zum Vergleich eine p-Verunreinigung, wie z.B. Bor, ionenimplantiert
wird nach der Entfernung des Photowiderstandsmusters 105 und zwar mit Hilfe des
konventionellen SWAMI Verfahrens, wird eine geringe Beschleunigungsenergie verwendet,
um die Verunreinigungsionen daran zu hindern, die künftige Elementenregion zu erreichen.
Wenn jedoch eine geringe Beschleunigungsenergie verwendet wird, wird die Verunreinigung,
die in dem Substratbereich der Nut dotiert ist, z.B. die künftige Feldregion, in
einer Oberflächenschicht verteilt. Somit wird die Verunreinigung in einfacher Weise
in dem Feldoxidfilm im Zeitpunkt der Feldoxidation injiziert. Als Ergebnis ka.nn
die Bildung der Schicht zur Verhinderung der Feldinversion nicht ausreichend gesteuert
werden. Die Verunreinigungskonzentration neigt daher im besonderen zur änderung.
Um diesen Nachteil zu verhindern muß eine hohe Dosis der Verunreinigung ionenimplantiert
werden. Jedoch werden Kristalldefekte im Substratbereich unte dem Feldoxidfilm gebildet,
was zu einer Unannehmlichkeit führt.
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(3) Da der erste CVD-SiO2 Film 121', der auf der künftigen Elementenregion
zurückblieb, gleichzeitig eleminiert werden kann, wenn die Rest-CVD-SiO2 Filme 110'
im Prozeß gemäß Fig. SE entfernt werden, kann der Herstellungsprozeß vereinfacht
werden im Vergleich mit dem Prozeß des Ausführungsbeispieles 1, bei dem ein polykristalliner
Siliziumfilm als erster Film verwendet wird. Um nun die Ätzzeit des ersten CVD-SiO2
Filmes 121' zu verkürzen, muß der
erste Rest-CVD-SiO2 Film 121'
innerhalb eines Zeitintervalles entfernt werden, währenddem die Rest-CVD-SiO2 Filme
110' vollkommen geätzt werden. Zu diesem Zweck wird ein Verfahren verwendet, in
dem die Dicke des ersten CVD-SiO2 Filmes kleiner ist als die des zweiten VCD-SiO2
Filmes 110. Alternativ hierzu wird ein anderes Verfahren verwendet, in dem eine
Verunreinigung, wie z.B. Phosphor oder Arsen, in den ersten CVD-SiO2 Film dotiert
wird, sodaß der durch Verunreinigung dotierte CVD-SiO2 Film eine höhere Atzgeschwindigkeit
aufweist als die des nicht dotierten zweiten CVD-SiO2 Filmes.
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In den Ausführungsbeispielen 1 und 2 werden ein polykristalliner Siliziumfilm
und ein CVD-SiO2 Film als erste Filme jeweils verwendet. Jedoch ist der erste Film
nicht beschränkt auf diese Filme. Z,B. kann der erste Film einen Metallfilm aus
Aluminium oder- -einer Aluminiumlegierung oder ähnlichem aufweisen.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Erfindung
auf die Herstellung von n-Kanal-MOS-ICs angewendet. Jedoch kann die vorliegende
Erfindung auch auf die Herstellung von p-Kanal-MOS-ICs, CMOS (Kpmplementärmetalloxid-Semieonductor)-ICs
oder bipolare ICs angewendet werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das übermäßige Entfernen des
ersten Nitridfilmes auf der künftigen Elementenregion des Halbleitersubstrates verhindert,
so daß die Dicke des Nitridfilmes in geeigneter Weise gesteuert werden kann, wobei
Kristalldefekte im Substrat verhindert werden können. Gleichzeitig kann ein Mikromusterfeldoxidfilm
mit einem kleinen Dimensionsfehler hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine hochintegrierte, stark zuverlässige
Halbleitervorrichtung, in der ein MOS-Transistor in der Elementenregion des Substrates
gebildet wird, welches durch den Feldoxidfilm isoliert ist.
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