DE4129665A1 - Verfahren zur herstellung eines bauteilisolationsbereiches in einem halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines bauteilisolationsbereiches in einem halbleiterbauelement

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements und insbesondere ein Verfahren zur Bildung eines Bauteilisolationsbereiches in dem Halbleiterbauelement.
Bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements ist ein Verfahren zur elektrischen Isolierung entsprechender Bauteile innerhalb des Halbleiterbauelements notwendig, um eine fehlerfreie Bedienung des Halbleiterbauelements zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, eine Feldoxidschicht zwischen den Bauteilen durch lokale Oxidation zu bilden, um auf diese Weise einen Bauteilisolationsbereich in einem Halbleiterbauelement zu bilden.
In Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines bekannten Isolationsbereiches dargestellt. Eine Feldoxidschicht 8 ist als Bauteilisolationsbereich durch das bekannte Verfahren der lokalen Oxidation von Silizium (LOCOS) gebildet.
Bei der LOCOS-Technik wird eine Nitridschicht 6 auf einem Substrat 2 eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet und darauffolgend die auf einem erwünschten Bauteilisolationsbereich gebildete Nitridschicht entfernt. Dann wird ein Oxidationsverfahren durchgeführt, um eine dick ausgebildete Feldoxidschicht 8 lokal nur auf dem Bereich zu bilden, auf dem ein Teil des Substrats 2 freiliegt, um, wie dargestellt, den Bauteilisolationsbereich zu bilden.
Unter Verwendung des Isolationsverfahrens, wie vorstehend beschrieben, wird die Feldoxidschicht 8 nur auf dem Bereich gebildet, auf dem das Substrat nicht mit der Nitridschicht bedeckt ist, während die Feldoxidschicht 8 nicht auf den anderen Bereichen gebildet wird, in denen das Substrat mit der Nitridschicht bedeckt ist. Dadurch erfolgt ein Wachstum der Feldoxidschicht in die Tiefe des Substrats. Allerdings verursacht eine exzessive Ausdehnung der Feldoxidschicht 8 meistens große Spannungen in den Grenzflächen zwischen der Nitridschicht 6 und dem Siliziumsubstrat 2, so daß Defekte 12 der Bauteile auftreten können. Diese Defekte führen unvermeidlich zu einer Verschlechterung der Isolierung in dem Halbleiterbauelement.
Als ein Verfahren zur Verbesserung des obengenannten Defektes wird eine Pufferoxidschicht 4 auf dem Substrat 2 unter der Nitridschicht abgelagert. Folglich dient die Pufferoxidschicht 4 als Puffer zwischen der Nitridschicht 6 und dem Siliziumsubstrat 2, wenn die Feldoxidschicht 8 gebildet wird, so daß Spannungen im Substrat reduziert werden. Da allerdings die Pufferoxidschicht 4 vom Isolationsbereich in den Elementbereich während der lokalen Oxidation expandiert, wird die Größe des Isolationsbereiches vergrößert, indem das sogenannte Vogelschnabel-Phänomen auftritt. Das heißt, Sauerstoffteilchen gelangen unter die Nitridschicht 6 durch die Pufferoxidschicht 4, so daß die Oxidschicht in Form eines Vogelschnabels wächst und die Nitridschicht 6 anhebt. Dadurch treten Spannungen aufgrund der Flächenexpansion des Isolationsbereiches und der Volumenexpansion der Oxidschicht unterhalb der Nitridschicht auf und verursachen Defekte des Bauelements. Diese wiederum erzeugen viele Defekte, die Schwierigkeiten bei der Reduktion der Größe des Halbleiterbauelements in den Nanometerbereich erzeugen.
Bei einem anderen Verfahren zur Lösung des vorgehend beschriebenen Problems wird eine polykristalline Siliziumschicht, im folgenden als Polysiliziumschicht bezeichnet, zwischen der Pufferoxidschicht und der Nitridschicht eingefügt und dann oxidiert. Auf diese Weise können die Spannungen im Substrat und das Vogelschnabel-Phänomen durch Oxidation der Polysiliziumschicht einigermaßen verringert werden, ohne direkt Defekte auf der Substratfläche zu erzeugen. Allerdings ist es auch bei einem solchen Verfahren nahezu unmöglich, das Vogelschnabel-Phänomen aufgrund der Oxidation der Polysiliziumschicht zu vermeiden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bildung eines Bauteilisolationsbereiches bereitzustellen, bei dem das Auftreten des Vogelschnabel-Phänomens und von exzessiven Spannungen auf dem Substrat weitestgehend reduziert ist.
Zur Lösung der Aufgabe sind bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Pufferoxidschicht und eine Nitridschicht aufeinanderfolgend auf einem Substrat gebildet. Der Nitridschichtabschnitt, der nur auf einem vorbestimmten Bauteilisolationsbereich gebildet ist, wird selektiv entfernt. Darauffolgend wird eine Polysiliziumschicht mit einer größeren Dicke als die Nitridschicht auf dem Substrat gebildet. Die Oberflächen der Nitrid- und Polysiliziumschichten werden durch ein Polierverfahren eingeebnet. Dann wird die Polysiliziumschicht, die auf dem Bauteilisolationsbereich zwischen den Nitridschichten gebildet ist, oxidiert, um den Bauteilisolationsbereich zu bilden.
Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Lösungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele davon anhand der in der Zeichnungen beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines vorbekannten Bauteilisolationsbereiches;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Bauteilisolationsbereiches;
Fig. 3A bis 3E ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteilisolationsbereiches;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteilisolationsbereiches und
Fig. 5A bis 5E ein Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Bauteilisolationsbereiches gemäß Fig. 4.
Gemäß Fig. 2 ist eine Pufferoxidschicht 16 auf einem Siliziumsubstrat 14 eines ersten Zeitfähigkeitstyps gebildet, in dem ein durch Ionenimplantation gebildeter Kanalstoppbereich 26 des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist. Eine isolierende Oxidschicht 24, die durch Oxidation von Polysilizium 22 hergestellt wird, ist auf der Oberfläche des Kanal-Stopp-Ionenimplantationsbereichs 26 gebildet.
Gemäß Fig. 3A sind eine Pufferoxidschicht 16 von 100 Å-500 Å Dicke und eine Nitridschicht 18 von 1000 Å-3000 Å Dicke auf dem Siliziumsubstrat 14 entsprechend durch Oxidation und chemische Dampfabscheidung gebildet.
Gemäß Fig. 3B wird die auf einem vorbestimmten Isolationsbereich gebildete Nitridschicht selektiv durch Photolithographie entfernt und darauffolgend werden Verunreinigungsionen des ersten Leitfähigkeitstyps in das Substrat 14 implantiert, um den Isolationseffekt zu verbessern.
Gemäß Fig. 3C wird eine Polysiliziumschicht 20 mit größerer Dicke als die Nitridschicht 18 auf dem Substrat 14 mittels chemischer Dampfabscheidung gebildet.
Gemäß Fig. 3D wird durch ein chemisches Polierverfahren eine Einebnung durch geführt, bis die Oberfläche der Nitridschicht 18 freiliegt.
In Fig. 3E wird die Polysiliziumschicht 22, die zwischen den Seitenwänden der Nitridschicht 18 verblieben ist, durch eine Naßoxidation oxidiert, um die Isolationsoxidschicht 24 zu bilden. In diesem Fall ist der Kanal-Stopp-Ionenimplantationsbereich 26, der eine höhere Konzentration als das Substrat 14 aufweist, durch Diffusion der Verunreinigungsionen, die mit einer vorbestimmten Tiefe während des Verfahrensschrittes nach Fig. 3B in das Substrat 14 implantiert wurden, unter der Isolationsoxidschicht 24 gebildet. Darauffolgend wird die Nitridschicht 18 durch Naßätzen entfernt, um schließlich das Verfahren zur Bildung des Bauteilisolationsbereiches zu beenden.
Gemäß der Erfindung wird die Isolationsschicht durch die Oxidschicht gebildet, welche zwischen den inneren Seitenwänden der Nitridschichten angeordnet ist, ohne auf der Substratfläche direkte Defekte zu verursachen.
Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Gemäß Fig. 4 ist eine Pufferoxidschicht 30 auf einem Siliziumsubstrat 28 des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet, in welchem ein Kanalstopp-Ionenimplantationsbereich 46 des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist. Eine Isolationsoxidschicht 44 ist auf der Oberfläche des Kanalstopp-Ionenimplantationsbereiches 46 durch Oxidation einer Polysiliziumschicht 4 gebildet. Die Isolationsoxidschicht 44 weist eine erste Breite, ähnlich der Breite des Kanalstopp-Ionenimplantationsbereiches 46 und eine zweite, gegenüber der ersten Breite geringere Breite auf.
In Fig. 5A ist eine Pufferoxidschicht 30 mit einer Dicke 100 Å-500 Å auf dem Siliziumsubstrat 28 des ersten Leitfähigkeitstyps durch Oxidation gebildet.
Nachfolgend wird eine erste Polysiliziumschicht 32 von 500 Å-2000 Å Dicke und die Nitridschicht 36 von 1000 Å-3000 Å Dicke aufeinanderfolgend auf der Pufferoxidschicht 30 mittels chemischer Dampfabscheidung abgelagert.
In Fig. 5B wird die auf einem bestimmten Isolationsbereich gebildete Nitridschicht 36 selektiv durch Photolithographie entfernt und Verunreinigungsionen des ersten Leitfähigkeitstyps werden in das Substrat 28 implantiert, um den Isolationseffekt zu verbessern.
In Fig. 5C wird eine zweite Polysiliziumschicht 40 mit einer größeren Dicke als die Nitridschicht 36 auf dem Substrat 28 durch chemische Dampfabscheidung abgelagert.
In Fig. 5D wird ein chemisches Polierverfahren zur Einebnung durchgeführt, bis die Oberfläche der Nitridschicht 36 freiliegt.
Gemäß Fig. 5E wird die Polysiliziumschicht 42, die zwischen den inneren Seitenwänden der Nitridschichten 36 verblieben ist, durch eine Naßoxidation oxidiert, um die isolierende Oxidschicht 44 zu bilden. In diesem Fall wird der Kanalstopp-Ionenimplantationsbereich 46, dessen Konzentration höher als die des Substrats 28 ist, unter der isolierenden Oxidschicht 44 gebildet, indem die Verunreinigungsionen, die mit eine vorgegebenen Tiefe während des Verfahrens gemäß Fig. 5B in das Substrat 28 implantiert wurden, diffundiert. Darauffolgend werden die Nitridschicht 36 und die Polysiliziumschicht 32 nacheinander entfernt, um so die Bildung des Bauteilisolationsbereiches zu beenden.
In der Ausführungsform der Erfindung gemäß der Fig. 5A bis 5E sind Spannungen auf dem Substrat erheblich verringert, indem die Polysiliziumschicht 32 zwischen die Pufferoxidschicht 30 und die Nitridschicht 36 eingefügt wird, wenn die isolierende Oxidschicht 44 gebildet wird.
Außerdem wird die zweite Polysiliziumschicht 40 auf dem Substrat 28 nach dem Verfahrensschritt gemäß Fig. 5B gebildet und dann in obengenannter Ausführungsform eine Einebnung der Oberfläche vorgenommen. Allerdings kann die zweite Polysiliziumschicht 42 selektiv auf der Oberfläche der ersten Polysiliziumschicht 32, welche auf dem Isolationsbereich gebildet ist, abgelagert werden, so daß eine Einebnung der Oberfläche unnötig ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Pufferoxidschicht 30 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 28 aufgetragen und dann aufeinanderfolgend die Polysilizium und die Nitridschichten 32, 36 bzw. die Nitridschicht 36 allein abgelagert. Darauffolgend wird die Nitridschicht 36, die auf dem Bauteilisolationsbereich gebildet ist, selektiv entfernt und die Polysiliziumschicht 32 mit einer Dicke ähnlich der Dicke der Nitridschicht zwischen den Seitenwänden der Nitridschichten 36 ausgebildet. Schließlich kann die isolierende Oxidschicht 44 durch Oxidation der Polysiliziumschicht ohne Erzeugen direkter Defekte auf der Substratfläche gebildet werden.
Folglich wird gemäß der Erfindung das Auftreten des Vogelschnabel-Phänomens im Isolationsbereich minimiert.
Weiterhin werden gemäß der Erfindung die Spannungen im Substrat und Defekte des Bauelements minimiert, da eine Oxidation des Substrats nicht stattfindet.
Obwohl die Erfindung insbesondere hinsichtlich ausgewählter Ausführungsbeispiele dargestellt wurde, sind Modifikationen im Detail möglich, ohne den erfindungsgemäßen Gedanken zu verlassen.

Claims (11)

1. Ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenelement-Iso­ lationsbereiches bei einem Halbleiterbauelement mit den Verfahrensschritten:
  • a) Bilden einer ersten und zweiten isolierenden Schicht (16, 18) auf der gesamten Oberfläche eines Halbleitersubstrats (14) eines ersten Leitfähigkeitstyps;
  • b) Entfernen eines Teils der zweiten isolierenden Schicht, der auf einem bestimmten Oberflächenabschnitt der ersten isolierenden Schicht (14) gebildet ist;
  • c) Ablagern einer ersten polykristallinen Siliziumschicht (20) auf der gesamten Oberfläche des Substrats (14) und darauffolgend Durchführen eines Einebnungsprozesses, bis die Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht (18) freigelegt ist;
  • d) Oxidieren der ersten polykristallinen, von der freigelegten zweiten isolierenden Schicht (16), umgebenden Siliziumschicht (22), um einen Zwischenelement-Isolationsbereich (24, 44) zu bilden, und
  • e) Entfernen der verbleibenden zweiten isolierenden Schicht (18).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste isolierende Schicht (18) eine Oxidschicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste isolierende Schicht eine Dicke von 100 Å-500 Å aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite isolierende Schicht (18) eine Nitridschicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite isolierende Schicht (18) eine Dicke von 1000 Å-3000 Å aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Zwischenelement-Isolationsbereiches (24, 44) im wesentlichen in Abhängigkeit von der Dicke der zweiten isolierenden Schicht (18) kontrolliert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einebnungsverfahren durch mechanisches Polieren durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verfahrensschritt zur Implantation von Verunreinigungsionen des ersten Leitfähigkeitstyps in das Substrat (14) folgend auf den Verfahrensschritt (d), um so einen Kanalstoppbereich zu bilden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt, in dem eine zweite polykristalline Siliziumschicht (32) zwischen der ersten isolierenden Schicht (30) und der zweiten isolierenden Schicht (36) gebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Siliziumschicht (32) eine Dicke von ungefähr 500 Å-2000 Å aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste polykristalline Siliziumschicht (40) selektiv auf der zweiten polykristallinen Siliziumschicht (32) abgelagert wird, welche nach Entfernen des Teils der zweiten isolierenden Schicht (36) freigelegt ist.
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