DE3837762C2

DE3837762C2 -

Info

Publication number: DE3837762C2
Application number: DE3837762A
Authority: DE
Inventors: Hiroji Ozaki; Masahiro Yoneda; Ikuo Ogoh; Yoshinori Okumura; Wataru Wakamiya; Masao Itami Hyogo Jp Nagatomo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1988-11-07
Publication date: 1993-06-17
Also published as: JPH01124234A; DE3837762A1; US4956692A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung.

Fig. 1 stellt eine Schnittansicht einer Halbleitereinrichtung, insbesondere eines dynamischen RAM (im nachfolgenden als DRAM bezeichnet) eines gefalteten Bitleitungssystemes mit Graben speicherzellen dar, vgl. z. B. Electronics, 16. Okt. 1986, S. 2E/3E.

Nach Fig. 1 sind eine Mehrzahl von Speicherzellen auf einer Oberfläche eines p-Typ-Halbleitersubstrates 1 gebildet, und diese Speicherzellen 12 sind durch einen Isolationsoxidfilm 8 voneinander getrennt. Jede Speicherzelle 12 weist einen Ladungs speicherbereich 16 zum Speichern einer Ladung, ein Übertragungs gatter 18, und einen n-Typ Verunreinigungsbereich 20, der mit einer Bitleitung 22 verbunden ist, auf. Der Ladungsspeicherbe reich 16 weist einen in der Hauptoberfläche des Halbleitersub strates 1 gebildeten Graben 5, und einen auf einem Teil der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates 1 gebildeten n⁺- Verunreinigungsbereich 30, der die inneren Wände des Grabens 5 einschließt, einen Oxidfilm 32 für den Kondensator, der die inneren Wände des Grabens 5 bedeckt, und eine aus Polysilizium oder ähnlichem gebildete Zellplatte 28 zum Auffüllen des Grabens 5 über den Oxidfilm 32 auf. Der Übertragungsgatterbereich 18 weist einen Kanalbereich 34 zwischen dem Verunreinigungsbereich 20 und dem n⁺-Verunreinigungsbereich 30, und eine aus Polysilizium oder ähnlichem gebildete Wortleitung 26 als Gateelektrode über dem Kanalbereich 34, auf. Der Verunreinigungsbereich 20, das Übertra gungsgatter 18 und der n⁺-Verunreinigungsbereich 30 bilden einen Schalttransistor.

Wenn eine vorbestimmte Ladung an die Wortleitung 26 angelegt ist, wird beim Daten-Schreibbetrieb in dem Kanalbereich 34 eine Inversionsschicht gebildet. Folglich wird eine an die Bitleitung 22 angelegte Ladung über den invertierten Kanalbereich 34 auf den Ladungsspeicherbe reich 16 übertragen und in dem n⁺-Verunreinigungsbereich 30 gespeichert. Auf der anderen Seite wird beim Daten-Lesebetrieb eine vorbestimmte Ladung an die Wortleitung 26 angelegt, um die in der n⁺-Verunreinigung 30 gespeicherte Ladung über den invertierten Kanalbereich 34, den Verunreinigungsbereich 20 und die Bitleitung 22 auszulesen.

Der Betrag der so gespeicherten Ladung hängt von einer dem Graben 5 zugewandten Fläche der n⁺-Verunreinigung 30 ab, d.h. die Fläche der inneren Wände des Grabens 5, und dementsprechend trägt die Bildung des Grabens 5 im Vergleich mit der ebenen Fläche zu einer großen Ladungsspeicherkapazität durch den Ladungsspeicherbereich 16 bei. Im besonderen macht es die Bildung des Grabens 5 und der den Graben 5 benutzende Grabenkondensator möglich, für den Konden sator eine relativ große Kapazität zum Speichern von Ladungen im Hinblick auf eine kleine Fläche, die durch eine winzige Speicher zelle besetzt ist, zu gewährleisten.

In solch einem DRAM mit Gräben, die aufgrund dem oben beschriebe nen Hintergrund entwickelt wurden, ist zur Isolation von benach barten Zellen ein Isolationsoxidfilm 8 wie in Fig. 1 gezeigt so vorgesehen, daß eine räumliche Beeinflussung der in den Kondensa toren der benachbarten Zellen gespeicherten Ladungen verhindert wird. Da die Zellen mikroskopisch klein gemacht sind, wird daher ein Abstand zwischen dem Isolationsoxidfilm 8 und dem betreffen den Graben 5 unvermeidbar verringert.

Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für solch einen DRAM unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2E beschrieben.

Zuerst wird ein Oxidfilm 111 auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates 1 gebildet und ein Isolationsoxidfilm 8 wird unter Benutzen eines Nitridfilmes 112, der in einer vorbestimmten Form auf dem Oxidfilm 111 (wie in Fig. 2A gezeigt) strukturiert ist, als Maske, durch ein wohlbekanntes LOCOS-Verfahren gebildet.

Nachdem der Nitridfilm 112 und der Oxidfilm 111 entfernt worden sind, wird dann ein Oxidfilm 113 auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates 1 gebildet, und ein Nitridfilm 114 wird ferner über die ganze Oberfläche sowohl des Oxidfilmes 113 als auch des Isolationsoxidfilmes 8 gebildet. Ein Oxidfilm 115, der als Maske zum Ätzen von Gräben im nachfolgenden Schritt benutzt wird, wird mit einer vorbestimmten Dicke auf dem Nitridfilm 114 durch ein CVD-Verfahren gebildet. Dann wird Fotolack auf dem Oxidfilm 115 gebildet und ein fotolithographischer Prozeß darauf angewendet, wodurch der Fotolack 118 strukturiert wird, und Öffnungen 117 entsprechend den Abschnitten der zu bildenden Gräben aufweist (wie in Fig. 2B gezeigt).

Nachdem der Oxidfilm 115 durch Benutzen des Fotolackes 118 als Maske weggeätzt ist, wird der Fotolack 118 entfernt und das Ätzen zur Bildung von Gräben auf das Halbleitersubstrat 1 einschließlich des Nitridfilmes 114 und des Oxidfilmes 113 durch Benutzen des geätzten Oxidfilmes 115 als eine Maske angewendet, wodurch Gräben 5 einer vorbestimmten Gestalt gebildet werden (wie in Fig. 2C gezeigt).

Darauffolgend wird Naßätzen zur Entfernung des Oxidfilmes 115, der als Maske für das Ätzen für die Bildung der Gräben benutzt wurde, angewendet. An dieser Stelle wird der Nitridfilm 114 nicht geätzt; der Oxidfilm 113 und der als Puffermaterial dienende Isolationsoxidfilm 8 zwischen dem Nitridfilm 114 und dem Halblei tersubstrat 1 werden jedoch gleichzeitig teilweise entfernt, da diese Filme den Innenwänden der Gräben 5 zugewandt sind (wie in Fig. 2D gezeigt).

Nachdem der Nitridfilm 114 entfernt worden ist und der verblei bende Oxidfilm 113 entfernt worden ist, wird abschließend ein weiterer Oxidfilm 116 durch das CVD-Verfahren über der ganzen Fläche der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates 1 einschließ lich der Innenwände der Gräben 5 gebildet, wodurch der Isolationsoxidfilm 8 zur Trennung der benachbarten Elemente zwischen den Gräben 5 gebildet wird (wie in Fig. 2E gezeigt).

Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht den Isolations oxidfilm 8 und den Oxidfilm 116 um einen wie in Fig. 5E gezeigten gebildeten Graben 5.

Gemäß Fig. 3 ist der zwischen der Seitenoberfläche des Grabens 5 und der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates 1 gebildete Winkel spitz auf der Seite des Isolationsoxidfilmes 8, verglichen mit dem Winkel (ungefähr 90°) auf der entgegengesetz ten Seite. Diese Tendenz ist besonders in dem Fall bemerkenswert, bei dem ein Ende des Isolationsoxidfilmes 8 und die seitliche Oberfläche des Grabens 5 aufgrund einer mikroskopischen Größe von jeder Zelle näher zusammenrücken und ein flacher Bereich der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates 1 bei diesem Abschnitt nicht existiert, wie aus der Fig. 2C hervorgeht. Bei solch einem Fall ist die Dicke des Oxidfilmes 116 bei einem Randbe reich "a" des Grabens 5 auf der Seite des Isolationsoxidfilmes 8 sehr klein. Da eine dielektrische Stärke des Oxidfilmes 116 durch die Filmdicke bei diesem Abschnitt definiert wird, werden damit verschiedene Nachteile verursacht, wie zum Beispiel Verringerung der Zuverlässigkeit.

Da die Filmdicke des Oxidfilmes 116 bei diesem Randabschnitt durch das CVD-Verfahren besonders verringert wird, wird zur Vermeidung dieser Verringerung oft ein Verfahren zur Bildung eines Oxidfilmes durch Opferoxidation verwendet.

Entsprechend diesem Verfahren wird ein thermischer Oxidationsfilm einschließlich einem Randabschnitt eines Grabens in einer Atmosphäre bei einer hohen Temperatur von etwa 1050°C oder mehr gebildet, und dieser Film wird entfernt, und thermische Oxidation wird ferner angewendet zur Bildung eines Oxidfilmes, wodurch der Randabschnitt rund gemacht wird. Wenn die Filmdicke des Oxidfilmes bei dem Randabschnitt gleich wird mit dem des flachen Abschnittes durch Benutzen dieses Verfahrens, werden jedoch die dielektrische Stärke und die Zuverlässigkeit des Oxidfilmes im Vergleich mit denen bei einem flachen Aufbau nicht so viel verbessert. Der Grund liegt darin, daß eine große verbleibende mechanische Spannung, die durch die Bildung des Isolationsoxid filmes 8 verursacht wird, in einem Hauptoberflächenabschnitt (b) des Halbleitersubstrates 1 zwischen dem Randabschnitt (a) und dem Isolationsoxidfilm 8 existiert, wodurch eine Verschlechterung der Haftung mit dem Oxidfilm 116 verursacht wird.

Aus der US-PS 43 16 207 ist eine Halbleitereinrichtung bekannt, bei der durch Ätzen V-förmige Gräben gebildet werden. Als Ätzmaske wird ein bemusterter Feldisolationsfilm benutzt. Dieser wiederum wird unter Benutzung einer Maske durch selektive Oxidation herge stellt. Auf den Seitenwänden der V-förmigen Gräben wird ein Gate isolierfilm gebildet. An der Verbindungsstelle des Gateisolierfilmes mit dem Feldisolierfilm entstehen, genau wie oben bereits dis kutiert worden ist, scharfe Kanten, die zu einer Unzuverlässigkeit der Isolation führen.

Aus der EP 01 54 871 A2 ist eine Halbleitereinrichtung mit einem Graben bekannt. Auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates benachbart zu den Grabenwänden wird ein Feldisolationsfilm durch selektives Abscheiden durch das sogenannte LOCOS-Verfahren gebildet. Nachdem der Graben durch paralleles Plasmaätzen unter Benutzung des Feldoxidationsfilmes gebildet ist, wird in dem Graben eine Isolationsschicht gebildet. Bei dieser Art der Herstellung ist es ebenfalls zwangsweise, daß an der Verbindung des Feldiso lationsfilmes und der Grabenisolationsschicht scharfe Kanten auf treten, die eine Unzuverlässigkeit der Isolation nach sich ziehen.

Bei beiden Verfahren bilden sich scharfe Kanten, da die Graben herstellung zeitlich nach der Feldoxidherstellung erfolgt.

Aus der nachveröffentlichten DE 38 09 653 A1 mit älterem Priori tätsrang ist ein Verfahren bekannt, bei dem erst die Gräben gebildet werden, dann das Feldoxid. Bei diesem Verfahren ist eine dicke Isolationsschicht am Boden des Grabens gebildet. Das Verfahren betrifft nicht die Herstellung einer Halbleitereinrichtung, bei der ein auf der Hauptoberfläche des Substrates angeordneter Feld oxidfilm sich nur auf einen Teil der Grabenseitenwand erstreckt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halbleitereinrichtung herzu stellen, bei der ein Oxidfilm, der in einem Graben angeordnet ist, auch im Randabschnitt des Grabens eine relativ hohe Qualität auf weist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten aus Patenanspruch 1.

Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteran sprüchen gekennzeichnet.

Die so hergestellte Halbleitereinrichtung weist eine hohe Zuver lässigkeit auf, da sich ein Ende eines Vogelschnabels des Isolationsoxidfilmes auf der Seitenoberfläche von jedem Graben befindet und dementsprechend ein Rand von jedem Graben nie einen spitzen Winkel aufweist.

In dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren einer Halbleiter einrichtung wird ein Isolationsoxidfilm nach Bildung der Gräben gebildet und dementsprechend übt die Bildung der Gräben keinen nachteiligen Effekt auf die umgebenden Abschnitte aus.

Entsprechend des oben beschrie benen Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung wird der Oxi dationsschritt nach dem teilweisen Entfernen des isolierenden Filmes auf der Seitenoberfläche von jedem Graben ausgeführt, und dementsprechend ist ein Ende eines Vogelschnabels des Isolations oxidfilmes auf der Seitenoberfläche von jedem Graben gebildet.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen dieser Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die einen geschnittenen Aufbau von Spei cherzellen von zwei Bits oder mehr zeigt,

Fig. 2A bis 2E schematische Schnittansichten von Schritten eines Herstellungsverfahrens eines Isolationsoxidfilmes, der nahe Gräben gebildet ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht sowohl des Isolationsoxid filmes nach Fig. 2E, als auch eines Oxidfilmes um den Graben,

Fig. 4A bis 4E schematische Schnittansichten von Schritten eines Herstellungsverfahrens entsprechend eines Ausführungsbei spieles dieser Erfindung, und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Aufbaues von Speicherzellen eines DRAM entsprechend eines Ausführungsbeispieles dieser Erfindung.

Entsprechend der Fig. 4A bis 4E wird das Herstellungsverfahren beschrie ben.

Zuerst wird ein Oxidfilm 2 einer vorbestimmten Dicke auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates 1 wie zum Beispiel Siliziumsubstrat durch ein CVD-Verfahren gebildet. Bei einem CMOS-Prozeß wird dieser Oxidfilm 2 unmittelbar, nach dem Inselbe reiche gebildet sind, gebildet. Bei einem NMOS-Prozeß wird dieser Oxidfilm 2 zu Beginn des Prozesses gebildet. Bei der folgenden Beschreibung dieser Erfindung werden andere Schritte wie zum Beispiel ein Verunreinigungs-Implantationsschritt und ein Verun reinigungs-Diffussionsschritt zum deutlicheren Verständnis der charakteristischen Merkmale dieser Erfindung weggelassen. Es sei jedoch angemerkt, daß beide Schritte während der unten beschrie benen Schritte in geeigneter Weise ausgeführt werden. Ein Foto lack wird über die ganze Oberfläche auf den als Maske benutzten Oxidfilm 2 von vorbestimmter Dicke gebildet und ein fotolitho graphischer Prozeß wird darauf angewendet, zur Bildung eines strukturierten Fotolackes 3, der Öffnungen entsprechend den Abschnitten, wo Gräben gebildet werden sollen, aufweist. Unter Benutzung des Fotolackes 3 als Maske wird der freigelegte Oxidfilm 2 geätzt und entfernt (wie in Fig. 4A gezeigt).

Dann wird der Fotolack 3 entfernt und, unter Benutzung des geätzten Oxidfilmes 2 als Maske wird Ätzen auf das Halbleitersubstrat 1 angewendet, wodurch Gräben 5 einer vorbe stimmten Form gebildet werden (wie in Fig. 4B gezeigt).

Nachdem der Oxidfilm 2 durch einen Naßätzprozeß entfernt worden ist, wird darauffolgend die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates 1 einschließlich der Innenwände der Gräben 5 thermisch oxidiert, so daß ein dünner Oxidfilm 6 gebildet wird. Ferner wird ein Nitridfilm 7 über die ganze Oberfläche davon unter Benutzung des CVD-Verfahrens oder ähnlichem gebildet. Foto lack wird auf der ganzen Oberfläche des Nitridfilmes 7 einschließ lich der Abschnitte des Nitridfilmes 7 in den Gräben 5 zum Auffül len der Gräben gebildet und dann, unter Benutzung eines fotoli thographischen Prozesses, wird der Fotolack strukturiert, so daß dieser Öffnungen 9 aufweist. Es ist wichtig, daß jede struktu rierte Öffnung 9 so gebildet ist, daß sie sich ein wenig in einen Bereich des Halbleitersubstrates 1 zwischen den benachbarten Gräben 5 erstreckt, d.h. die Öffnung 9 wird so gebildet, daß ein Teil des auf einer Seitenoberfläche von jedem Graben gebildeten Nitridfilmes 7 freigelegt wird (wie in Fig. 4C gezeigt).

Unter Benutzung des Fotolackes 38 als Maske wird der freiliegende Nitridfilm 7 geätzt und entfernt. Die Abschnitte des Nitridfilmes 7 auf den Seitenoberflächen der jeweiligen Gräben 5 können ein bißchen überätzt sein, da diese Abschnitte in der Tiefenrichtung der Gräben 5 geätzt werden. Als Ergebnis befindet sich der frei liegende Oxidfilm 6 nicht nur auf einem Bereich des Halbleiter substrates 1 zwischen den Gräben 5, sondern ebenso auf oberen Abschnitten der Seitenoberflächen der Gräben 5 (wie in Fig. 4D gezeigt).

Nachdem der Fotolack 38 entfernt ist, wird abschließend durch Benutzen des verbleibenden Nitridfilmes 7 als Maske Feldoxidation angewendet, wodurch ein Isolationsoxidfilm 8 auf dem Bereich des Halbleitersubstrates 1, der sich zwischen den Gräben befindet, gebildet wird, wobei sich die Vogelschnäbel 9 auf den Seitenoberflä chen der benachbarten Gräben 5, wie durch die gestrichelten Linien gezeigt, befinden (wie in Fig. 4E gezeigt).

Nachdem der Nitridfilm 7 und der Oxidfilm 6 entfernt worden sind, wird die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates 1 einschließ lich der Innenwände der Gräben 5 thermisch oxidiert, wodurch ein mit dem Isolationsoxidfilm 8 gekoppelter Kondensatoroxidfilm über der ganzen Oberfläche gebildet wird. Die nachfolgenden Schritte wie zum Beispiel der Zellplatten-Bildungsschritt sind wohlbekannt und im Umfang dieser Erfindung nicht enthalten. Daher wird deren Beschreibung weggelassen.

Die Fig. 5 entspricht der Fig. 1 und der darin gezeigten Einrichtung, wobei die gleichen Bezugszeichen übernommen worden sind.

Gemäß Fig. 5 sind Speicherzellen für 2 Bits gezeigt, und der Isolationsoxidfilm 8 zur Trennung der Zellen ist durch das oben beschriebene Verfahren gebildet. Der Rand von jedem Graben 5 auf der Seite des Isolationsoxidfilmes 8 ist glatt gemacht worden, und, wie aus der Figur ersichtlich, die Enden der Vogelschnäbel des Isolationsoxidfilmes 8 befinden sich auf den Seitenoberflä chen der Gräben.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Gräben vorgesehen, wobei der Isolationsoxidfilm auf einem Bereich zwischen den Gräben gebildet ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten:

a) Bilden von Gräben (5) in einer Hauptoberfläche eines Halb leitersubstrates (1),
b) Bilden eines Oxidfilmes (6) auf der Hauptoberfläche ein schließlich der inneren Oberfläche der Gräben (5),
c) Bilden eines Nitridfilmes (7) auf dem Oxidfilm (6),
d) Entfernen des Nitridfilmes (7) zwischen den Gräben (5) und auf dem oberen Teil der Seitenoberfläche der Gräben (5) und
e) thermisches Oxidieren des Oxidfilmes (6) unter Benutzung des Nitridfilmes (7) als Maske.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidfilm (6) durch ther misches Oxidationsverfahren gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nitridfilm (7) durch ein CVD-Verfahren gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) die Schritte aufweist:
Bilden eines Fotolackes (38) auf dem Nitridfilm (7),
Strukturieren des Fotolackes (38) und
Entfernen des Nitridfilmes (7), der durch Benutzen des strukturierten Fotolackes (38) als Maske freiliegt.