DE69034230T2

DE69034230T2 - Planare Isoliertechnik für integrierte Schaltungen

Info

Publication number: DE69034230T2
Application number: DE69034230T
Authority: DE
Inventors: Steven J. Summit Hillenius; William Thomas Summit Lynch; Lalita Manchanda; Mark Richard Morristown Pinto; Shiela Watchung Vaidya
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: CA2016449C; JPH0366145A; EP0410633A3; EP1143505A3; EP0410633A2; DE69034230D1; KR910003782A; CA2016449A1; DE69034048D1; EP1143505A2; EP1143505B1; US5373180A; DE69034048T2; EP0410633B1; KR940004995B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente und insbesondere Halbleiterbauelemente mit großflächigen Oxiden, wie etwa Feldoxiden.
2. Allgemeiner Stand der Technik
Bei einer Vielzahl elektronischer Bauelemente werden relativ große Flächen, z.B. 20 bis 90 Prozent des Bauelementflächeninhalts aus dielektrischem Material, dazu verwendet, einen aktiven Bereich des Bauelements von einem anderen zu isolieren und/oder zu verhindern, daß elektrische Felder in einem Bereich aktive Bauelemente in einem anderen Bereich beeinträchtigen. Beispiele für derartige große Oxidbereiche sind das Feldoxid in der MOS-Technologie sowie der Feldoxidisolationsbereich in der Bipolartechnologie. Im ersteren Fall sind in 1 typische Konfigurationen gezeigt, wobei 10 und 11 die jeweiligen Drains der Feldeffekttransistoren 8 und 9 sind, während 12 und 13 die Sourceelektroden und 15 und 16 die Gates dieser Transistoren sind.
Die Zwischenverbindung zwischen Gates muß so konfiguriert sein, daß diese Verbindungen bildende elektrische Leiter die Funktionsweise des Bauelements nicht beeinträchtigen und so, daß die Funktion eines Feldeffekttransistors die Funktion eines anderen nicht stört. Diese Wünsche werden in der Regel durch ein Feldoxid 17 erfüllt. Dieses Feldoxid wird üblicherweise thermisch bis auf eine ausreichende Dicke gewachsen – allgemein im Bereich 100 bis 1 000 nm –, um zu verhindern, daß elektrische Felder, die von Verbindungszügen erzeugt werden, die durch Überqueren des Bereichs über das Feldoxid Gates und Übergänge verbinden, einen ladungsinvertierten Bereich unter dem Oxid erzeugen. Durch diese Invertierung können Leckströme unter dem Feldoxidbereich zwischen Transistoren fließen. Analog wird in der Regel aus dem gleichen Grund in der Bipolartechnologie ein großes Oxid eingesetzt.
Da die Designregeln strenger werden, d.h., da die Designregeln von 1 μm auf 0,6 μm und feiner abnehmen, erzeugen die mit großflächigen dielektrischen Bereichen verbundenen großen Nichtplanaritäten erhebliche Verarbeitungsschwierigkeiten. So nimmt im allgemeinen beispielsweise ein auf einer nichtplanaren Oberfläche abgeschiedener Photoresist im wesentlichen die gleiche Kontur wie diese Oberfläche an. Somit sind auf dem Photoresist fokussierte Bilder zwar an einem Punkt auf der Resistoberfläche scharf, aber in den anderen Bereichen der Resistoberfläche, die zu der ersten nicht koplanar sind, unscharf. So verschlechtert sich die lithographische Auflösung.
Beim Ätzen einer nichtplanaren Oberfläche kommt es außerdem zu weiteren Schwierigkeiten. Wenn Gatematerial im Bereich 4 geätzt und beseitigt wird, bleibt ein Teil zurück, der in der Regel als Stringer (dünner Metallfaden) bezeichnet wird, der durch weiteres Ätzen ebenfalls entfernt werden muß, nachdem das Gatematerial von den Oberflächen 20 und 21 entfernt worden ist. Durch dieses Entfernen werden jedoch die Oberflächen 20 und 21 freigelegt und weiter geätzt und deshalb möglicherweise verschlechtert. Infolgedessen werden Nichtplanaritäten für strenge Designregeln bevorzugt vermieden.
Es sind Versuche angestellt worden, durch großflächige Dielektrika eingeführte Nichtplanaritäten durch das Verdünnen des verwendeten Dielektrikums, z.B. Oxids, zu begrenzen. Diese Versuche haben zu unzufriedenstellenden Ergebnissen geführt. Insbesondere beeinflussen bei dünnen Dielektrika, wie etwa dünnen Feldoxiden, in den darüberliegenden elektrischen Verbindungszügen erzeugte elektrische Felder stark das unter dem Oxid liegende Silizium. Das Ergebnis dieser Wechselwirkung ist zweifach. Die Kapazität steigt an, was zu einer Abnahme der Geschwindigkeit des Bauelements führt. Außerdem müssen Spannungen durch den Verbindungszug begrenzt werden, so daß der Bereich 2 nicht ausreichend invertiert wird und erhebliche Leckströme von z.B. 10^–7 bis 10^–9 A zwischen den Bauelementen 8 und 9 erzeugt. Versuche, die Effekte eines verdünnten Feldoxids durch Vergrößern der Dotiersubstanzkonzentrationen im Substrat zu kompensieren, führen auch zu einer vergrößerten Übergangskapazität. Infolgedessen war keine Verbesserung möglich, obwohl mit dem Feldoxid verbundene Nichtplanaritäten unerwünschte Effekte verursachen.
US 4,571,819 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines im wesentlichen planaren Grabenisolationsoxids. Bei dem Verfahren wird innerhalb eines Grabens abgeschiedenes dotiertes Siliziumoxid aufgeschmolzen, damit etwaige Hohlräume darin zusammenfallen und so eine Oberflächenplanarität erzeugt wird. Innerhalb des Grabens gestattet eine darunterliegende geschichtete Verbundstruktur das Aufschmelzen des dotierten Isolationsoxids.
Kurze Darstellung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bauelement bereitgestellt, das folgendes umfaßt: 1) ein Substrat, 2) einen ersten und zweiten aktiven Bereich mit Silizium, 3) einen Bereich aus dielektrischem Material, wobei das dielektrische Material so in dem Bauelement positioniert ist, daß es die Wechselwirkung einer Ladung oder eines elektrischen Felds durch das Substrat begrenzt, und 4) aktive Bauelemente in dem ersten und zweiten aktiven Bereich. Das Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, daß: das dielektrische Material eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 1000 nm aufweist und einen Graben zwischen dem ersten und zweiten aktiven Bereich belegt und direkt mit dem ersten und zweiten aktiven Bereich in Kontakt ist, die Oberfläche des Bereichs aus dielektrischem Material sich mindestens 20 nm über der Ebene der Oberfläche des aktiven Bereichs an einer Grenzfläche des dielektrischen Materials und des Siliziums des aktiven Bereichs erstreckt, und das Dotierstoffniveau in den aktiven Siliziumbereichen bis zur Tiefe von 100 nm von der Oberfläche des aktiven Bereichs an der Grenzfläche Silizium/dielektrisches Material mindestens 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt.
Indem ein in einem Graben ausgebildetes großflächiges Dielektrikum, z.B. Feldoxid, verwendet wird, das spezifischen geometrischen Anforderungen genügt, werden die Isolationszwecke des Dielektrikums beibehalten, während die Planarität und ihre damit verbundenen Vorzüge gewonnen werden. Ein Beispiel, das kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, besteht darin, ein oder mehrere vergrabene leitende Bereiche 30, die sich im wesentlichen in gleicher Richtung mit der Oxidseitenwand erstrecken, wie in 3 gezeigt, auszubilden. Bei Fehlen dieses Bereichs oder dieser Bereiche kann ein ähnlicher Effekt in einer Anordnung erzielt werden, die so ausgestaltet ist wie in 2 gezeigt. Bei dieser Anordnung sollte die Oberfläche des Feldoxids an der Grenzfläche mindestens 20 nm über der Oberfläche des Siliziums liegen, in dem der aktive Bereich definiert ist, wie in 2 gezeigt, und die Dotierstoffkonzentration im aktiven Siliziumbereich bis auf eine Tiefe von mindestens 100 nm unter der Oberfläche sollte am Übergang zwischen Silizium und Feldoxid mindestens 10¹ ⁷ Atome/cm³ betragen.
Zur Herstellung der gewünschten Konfiguration sind verschiedene Verfahren möglich. Bei einer Ausführungs form wird ein Graben im aktiven Bereich ausgebildet. Die Oberfläche des Grabens wird oxidiert, Feldoxid wird innerhalb des Grabens abgeschieden und dann zur gewünschten geometrischen Konfiguration zurückgeätzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
1 veranschaulicht in der Technik eingesetzte typische Konfigurationen; 2 veranschaulicht eine die Erfindung verkörpernde Konfiguration; 3 veranschaulicht eine Konfiguration, die kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, die aber verwendet werden kann, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen und die 4 und 5 veranschaulichen Herstellungsvorgänge, die angepaßt werden können, um ein Bauelement gemäß dieser Erfindung herzustellen.
Ausführliche Beschreibung
Wie erörtert gestattet ein in einen Graben gefülltes, großflächiges Dielektrikum mit einer spezifischen Konfiguration, einen im wesentlichen planaren Bereich herzustellen und gleichzeitig eine Streukapazität oder unerwünschte Verarmungseffekte zu vermeiden. (Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird mit dem Ausdruck „in einen Graben gefüllt" keine Herstellungssequenz bezeichnet, sondern lediglich das Aussehen nach dem Ende der Herstellung angedeutet. So kann beispielsweise das Bauelement ausgebildet werden, indem der Feldoxidbereich gebaut und er dann von einem aktiven Bereich umgeben wird oder indem zuerst ein Graben geätzt und der Graben mit dem entsprechenden Feldoxidbereich gefüllt wird. Außerdem ist ein Grabenfeldoxid ein Feldoxid, das über der Substratoberfläche weniger Oxid als Feldoxid unter dieser Oberfläche aufweist.) Die besondere, erforderliche Geometrie ist in 2 gezeigt. In 3, die die vorliegende Erfindung nicht veranschaulicht, liegt ein vergrabener leitender Bereich 30 zwischen den dielektrischen Bereichen 34 und 35 vor. Der leitende Bereich sollte sich im wesentlichen in gleicher Richtung mit der Seitenwand erstrecken. In dieser Konfiguration sollte der leitende Bereich gemessen entlang der Richtung senkrecht zur Grabenseitenwand am Mittelpunkt zwischen dem untersten Punkt des Grabens und der oberen Hauptfläche des Siliziums einen Querschnitt zwischen etwa 20 nm und 200 nm aufweisen. Es ist schwer, Bereiche, die dünner sind als 20 nm, ohne Nadellöcher oder Hohlräume herzustellen, während Bereiche, die dicker sind als 200 nm, im allgemeinen unerwünschterweise eine größere Kapazität zum Gateverbindungszug aufweisen und/oder einen erheblich tieferen Graben erfordern.
Der spezifische Widerstand des Bereichs sollte in der Regel unter 0,1 Ohm-cm liegen. Spezifische Widerstände über 0,1 Ohm-cm führen zur Möglichkeit einer vorübergehenden Ladungsansammlung und eines schlechten Kontakts zum Substrat. Wenn der leitende Bereich Polysilizium ist, dann wird der spezifische Widerstand im allgemeinen durch Einführen von n- oder p-Dotiersubstanzen, wie etwa Bor, Arsen, Antimon und/oder Phosphor eingestellt. (N-Dotiersubstanzen werden in der Regel über einer N-Wanne und p-Dotiersubstanzen über einer p-Wanne verwendet.) Mit typischen Dotiersubstanzkonzentrationen im Bereich zwischen 10¹⁶ und 10²¹ cm³ erhält man den gewünschten spezifischen Widerstand. Das Vorliegen des leitenden Bereichs entlang der Seitenwand ist signifikant. Wenn dieser Bereich entlang des Grabenbodens vorliegt, hat dies einen weniger signifikanten Effekt, und es ist nicht wesentlich, da das durch die elektrischen Leiter erzeugte Feld zwischen aktiven Bauelementen kein Leck verursacht, wenn an den Seitenwänden ein Leiterbereich vorliegt. Das Vorliegen eines leitenden Bereichs entlang des Grabenbodens ist zwar oftmals erwünscht, somit aber nicht wesentlich.
Die Dicke des Oxids 35 zwischen der vergrabenen leitenden Schicht und den Grabenwänden sollte in der Regel im Bereich zwischen 10 und 50 nm liegen. Außerdem sollte die obere Kante 39 des leitenden Bereichs 30 bevorzugt oxidiert sein, um einen Kurzschluß zwischen dem leitenden Bereich und dem Gateinterconnect zu vermeiden. Wenn ein vergrabener leitender Bereich verwendet wird, sollte der obere Bereich 34 des Feldoxids ausreichend dick sein, um im Gateinterconnect eine übermäßige parasitäre Kapazität zu vermeiden, d.h., er sollte nicht mehr als 10% zur parasitären Kapazität beitragen. In der Praxis ist der leitende Bereich etwa bei 37 elektrisch mit dem Wannenbereich verbunden, so daß die leitende Schicht auf dem Wannenpotential gehalten wird. Diese Verbindung wird durch Techniken, wie etwa Ätzen des dünnen Oxids zwischen der Wanne und dem leitenden Bereich hergestellt, wobei standardmäßige Lithographietechniken verwendet werden, gefolgt von der Ausbildung der leitenden Schicht einschließlich der Zwischenverbindung. Bei einem CMOS-Bauelement wird diese Verbindung bevorzugt hergestellt 1) zur p-Wanne oder 2) sowohl zur p-Wanne als auch zur n-Wanne. Falls eine Verbindung zu beiden Wannen hergestellt wird, sollte außerdem der leitende Bereich unterbrochen werden (in 3 bei 90 schemenhaft gezeigt).
In der in 2 gezeigten Konfiguration wird kein vergrabener leitender Bereich verwendet. Die Oberfläche des Dielektrikums sollte in dieser Konfiguration sorgfältig gesteuert werden. Um die wünschenswerten Ergebnisse zu produzieren, sollte die Oberfläche 41 des Dielektrikums, d.h. des Feldoxids, mindestens 20 nm über der Oberfläche 22 des aktiven Bereichs liegen und die Dotierstoffkonzentration im aktiven Siliziumbereich sollte bis zu einer Tiefe von mindestens 100 nm unter der Oberfläche am Übergang zwischen Silizium und Feldoxid mindestens 10¹⁷ Atome/cm³ betragen. (Wie in diesem Kontext verwendet, bedeutet "über" gemessen ab der Siliziumoberfläche in Richtung des darüberliegenden Oxids. Der aktive Bereich ist ein beliebiger Bereich, der ein aktives Bauelement, wie etwa einen Kondensator, Transistor, eine Diode und einen Widerstand enthält.) Da wesentliche Nichtplanaritäten nicht erwünscht sind, ist es vorteilhaft, die Anforderung hinsichtlich der 20 nm-Stufe nicht wesentlich zu übersteigen.
Bei beiden Konfigurationen sollte der dielektrische Bereich 21 oder 34 eine Dicke allgemein im Bereich zwischen 100 nm und 1 000 nm aufweisen. Dicken unter 100 nm führen zu einer übermäßigen Kapazität, während Dicken über 1 000 nm zu Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung der Planarität führen. Geeignete Materialien für den dielektrischen Bereich, z.B. Feldoxid, sind thermische Oxide, Aufschleuderoxide und abgeschiedene Oxide, wie etwa durch chemische Dampfabscheidung abgeschiedene Oxide.
Eine zweckmäßige Vorgehensweise zum Herstellen der in 3 gezeigten Konfiguration ist in 4 dargestellt. Bei dieser Vorgehensweise wird ein Graben 40 an der gewünschten Stelle geätzt. Bei CMOS-Anwendungen ist der Graben in der Regel zwischen den aktiven Bauelementen in einer Wanne und/oder zwischen den Wannen 43 und 44 positioniert. Im letzteren Fall kann, wie oben erörtert, am Boden des Feldoxids eine Öffnung in den elektrischen Leiter geätzt werden. Diese Aufgabe wird bei einer Ausführungsform durch konventionelle Photolithographie erzielt, oder indem ein Dielektrikum, z.B. ein Oxid oder ein Nitrid, durch einen in Sze, supra, Kapitel 11, beschriebenen Prozeß entlang der Grabenseitenwände über dem Leiter abgeschieden wird. Dieses Dielektrikum wird dann als Maske verwendet, um den ganzen Leiter am Grabenboden zu ätzen, oder um den Leiter durch Prozesse, wie durch Oxidation, in einen Isolator umzuwandeln. Die zum Ätzen von Öffnungen in den Leiter zwischen Wannen am Boden des Feldoxids verwendete Photolithographiemaske muß nicht eingesetzt werden, falls über dem Grenzbereich zwischen p- und n-Wanne ein Siliziumbereich vorliegt, der keine aktiven Bauelemente enthält und von Feldoxid umgeben ist. Dieser Siliziumbereich kann während der ursprünglichen Grabenätzung definiert werden. Bei dieser Konfiguration muß der leitende Bereich nicht an den Seitenwänden des Siliziumbereichs vorliegen, da ohne aktive Bauelemente aufweist.
Die Tiefe des Grabens sollte allgemein im Bereich zwischen 100 nm und 1 000 nm liegen. Gräben, die flacher sind als 100 nm, führen zu einer übermäßigen Kapazität, während es unbequem ist, Gräben zu ätzen, die tiefer sind als 1 000 nm. Dann wird auf den freiliegenden Oberflächen 52 und 53 ein dielektrisches Material ausgebildet. Dieses Material ist allgemein ein Dielektrikum oder eine Kombination aus Dielektrika, wie etwa ein thermisches Oxid, ein abgeschiedenes Oxid oder ein abgeschiedenes Dielektrikum, z.B. ein Siliziumnitrid, das, wie in VLSI-Technology, 2. Auflage, Hrsg. S.M. Sze, McGraw 1E11, 1988, Kapitel 3, beschrieben, ausgebildet wird. Auch die Oberfläche 43 und 44 sollte durch ein Dielektrikum geschützt werden, wie etwa das gleiche Dielektrikum, das man auf der Oberfläche 52 und 53 antrifft.
Eine Schicht aus Polysilizium 45, wie bei 4B gezeigt, die die zuvor beschriebene Dicke aufweist, wird dann auf dem Oxid abgeschieden. Geeignete Vorgehensweisen zum Abscheiden des Polysiliziums sind chemische Dampfabscheidung und Sputterabscheidung, wie in Sze supra, Kapitel 6, beschrieben ist. Es ist außerdem möglich, den vergrabenen leitenden Bereich durch einen Prozeß, wie er etwa in dem US-Patent 4,825,278 vom 25. April 1989 beschrieben ist, elektrisch mit einem Wannenbereich zu verbinden. Das dielektrische Material 48 wird dann, wie in 4C gezeigt, abgeschieden. Ein zweckmäßiges Verfahren zum Herstellen dieses Dielektrikums ist über den Einsatz von Aufschleudergläsern, wie in der am 29. Februar 1988 eingereichten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 161,876 (Smolinsky und Ryan) beschrieben ist. Das Dielektrikum sollte mit einer ausreichenden Dicke abgeschieden werden, so daß die Oberfläche im Bereich 48 höher liegt als die Oberfläche des Polysiliziums im Bereich 45.
Um eng beabstandete Strukturmerkmale zu planarisieren, wird dann eine Opferschicht, die ausreichend dick ist, um die Oxidschicht zu planarisieren, abgeschieden. Bei dieser Opferschicht handelt es sich vorteilhafterweise um Photoresistmaterial. Das Photoresistmaterial wird dann über plasmaunterstützte Prozeduren und Plasmaverbindungen geätzt, wie etwa in Sze, supra, Kapitel 5 beschrieben ist. Das Ätzen wird fortgesetzt, bis ausreichend Oxid entfernt ist, daß die in 4D gezeigte Konfiguration erhalten wird. Das freigelagte Polysilizium über dem aktiven Bereich wird beispielsweise durch herkömmliches reaktives Ionenätzen entfernt, wobei das Polysilizium entlang der Seitenwände und des Bodens der Feldoxidfläche beibehalten wird. Dann wird die Kante des freiliegenden Polysiliziumbereichs an der Oberseite der Seitenwand, beispielsweise durch thermische Oxidierung, passiviert.
Bei einem vorteilhaften Ansatz zum Planarisieren weit beabstandeter Strukturmerkmale wird die Feldoxidschicht mit einer Dicke, die etwa gleich der Grabentiefe ist, beispielsweise mit Hilfe der chemischen Dampfabscheidung abgeschieden, und dann wird auf der Oxidschicht ein Photoresist oder ein anderes durch Strahlung definierbares Material abgeschieden. Dieses Material wird dann durch herkömmliche Techniken beschrieben. Die Struktur des Schreibens wird sorgfältig gewählt. Insbesondere ist die Struktur das Negativ der Grabenmaske, und diese Negativstruktur wird an allen Kanten um eine Entfernung von mindestens der Dicke des abgeschiedenen Oxids reduziert. (Falls nach dieser Reduzierung zwei Kanten um weniger als die lithographisch kleinste auflösbare Abmessung voneinander getrennt sind, werden sie aus der definierten Struktur eliminiert.)
Nach diesem Schreiben wird das unmaskierte Oxid solange geätzt, bis das darunterliegende Polysilizium in dem über dem aktiven Bereich liegenden Gebiet freiliegt. (Das Polysilizium wirkt wie ein Ätzstopp für übliche Ätzmittel, wie etwa Plasmen auf Chlorfluorkohlenstoffbasis, mit denen das Oxid geätzt wird. Das Überätzen stellt deshalb kein Problem dar.) Dieses Oxidätzen hat zum Ergebnis, daß im Feldoxid Kerben entstehen. Diese Kerben weisen entlang den Grabenflächen verjüngte Kanten und durch die Maskenkanten definierte, fast vertikale Kanten auf. Diese Kerben sind relativ klein. Die Breite der resultierenden Kerben, gemessen an ihrer Oberseite, variiert in Abhängigkeit von der Grabenabmessung von einer kleinsten Breite, die gleich der Oxiddicke ist, bis zu einer größten Breite, die gleich der kleinsten auflösbaren Abmessung des Lithographiewerkzeugs plus zwei Oxiddicken ist. Bei einer Oxiddicke von 0,5 μm und einer kleinsten auflösbaren Abmessung von 1 μm liegt deshalb die Breite an der Oberseite der Kerben in der Regel im Bereich zwischen etwa 0,5 μm und etwa 2,0 μm. Die Breite am Boden der Kerben liegt im Bereich von etwa 0 bis 1,0 μm. Mindestens eine Kante jeder Kerbe ist verjüngt. Nach dem Entfernen des maskierenden Materials werden somit durch eine zweite Abscheidung von Oxid diese Kerben leicht gefüllt, ohne daß Hohlräume zurückbleiben oder in der resultierenden Oberfläche eine wesentliche Nichtplanarität produziert wird. Durch das Ätzen dieser Oberfläche erhält man somit sogar für extrem großflächige Feldoxidbereiche problemlos ein planares Feldoxid. Die über dem aktiven Bereich liegende Polysiliziumschicht wirkt wieder als ein zweckmäßiger Ätzstopp und ein Schutz für die aktiven Bereiche. Es ist möglich, die freiliegende Polysiliziumschicht zu entfernen und den dann freiliegenden aktiven Bereich zu bearbeiten, damit man die aktiven Bauelemente und Interconnects erhält. Das Entfernen des freiliegenden Polysiliziums führt auch zu einer erwünschten Erweiterung des Feldoxidbereichs, der sich über der Ebene der aktiven Fläche erstreckt.
Bei einer alternativen Vorgehensweise wird vor dem Ätzen (damit man die in 4A gezeigte Konfiguration erhält) ein Ätzstopp 51, wie etwa Siliziumnitrid (oder Siliziumnitrid über einem Oxid) unstrukturiert abgeschieden und gleichzeitig mit dem darunterliegenden Silizium geätzt, wodurch die in 5A gezeigte Konfiguration zurückbleibt. Durch thermische Oxidierung wird dann entlang den Grabenwänden ein Oxid erzeugt. Danach werden durch Abscheidung ein Polysiliziumbereich und der dielektrische Bereich ausgebildet. Um den Nitridbereich 51 freizulegen, werden dann der Feldoxidbereich und das freiliegende Polysilizium zurückgeätzt, wie in 5B gezeigt. Es ist möglich, dann mit Hilfe eines selektiven Polysiliziumätzens und nachfolgender Oxidierung die Kante 65 des Polysiliziums zu entfernen und zu passivieren. (Ein späteres Entfernen des Nitrids ist ebenfalls möglich.) Diese alternative Vorgehensweise zum Herstellen eines vergrabenen leitenden Bereichs hat den Vorteil, daß sichergestellt wird, daß sich die Feldoxidschicht über der Siliziumoberfläche erstreckt und die leitende Schicht durch ein Oxid geschützt wird.
Wie oben erörtert, beinhaltet eine weitere Ausführungsform: das Ausbilden eines kontinuierlichen Feldoxids über der Oberfläche des Substrats, das Ätzen von Bereichen in diesem kontinuierlichen Feldoxid für die aktiven Bereiche, das Ausbilden der leitenden Seitenwandbereiche und dann die Verwendung selektiver epitaktischer Prozesse zur Ausbildung des aktiven Bereichs aus Silizium in den zuvor geätzten Gebieten.
Zum Herstellen der Konfiguration der in 2 gezeigten Ausführungsform wird eine ähnliche Prozedur eingesetzt, außer daß eine Abscheidung einer leitenden Polysiliziumschicht entfällt. Die nachfolgende Bearbeitung zum Herstellen des gewünschten Bauelements ist wohlbekannt. Beispiele für diese Bearbeitung sind in Reviews wie Sze, supra, Kapitel 11, beschrieben.
Bei der Bipolartechnologie ist auch die Verwendung eines vergrabenen leitenden Bereichs in einem planaren großflächigen Oxid nützlich, um eine Invertierung unter Feldoxidbereichen zu verhindern. Die für das Ausbilden eines derartigen Bereichs beschriebene Vorgehensweise gleicht im wesentlichen denen, die in Verbindung mit der CMOS-Technologie erörtert wurden.
Das folgende Beispiel veranschaulicht Vorgehensweisen, die mit der Erfindung verbunden sind.
BEISPIEL
Ein Siliziumsubstrat (Hauptfläche in der Kristallebene 100) wurde bearbeitet. Auf beiden Hauptflächen des Substrats wurde mit einer Sauerstoffumgebung und einer Temperatur von etwa 900°C ein 35 nm dickes thermisches Oxid aufgewachsen. Eine etwa 200 nm dicke Siliziumnitridschicht wurde auf den thermisch aufgewachsenen Oxiden abgeschieden, wobei eine chemische Niederdruckdampfabscheidung mit einer Gasströmung SiH₂Cl₂ + NH₃ verwendet wurde. Durch thermische Oxidierung bei 900°C in Sauerstoff wurde dann auf dem Nitrid eine dünne Oxidschicht ausgebildet. In einem auf die aktive Seite des Wafers aufgeschleuderten, positiv wirkenden Nahultraviolett-Resist wurden dann Bereiche geöffnet. Diese Öffnungen befanden sich an Stellen, wo das Feldoxid schließlich ausgebildet werden sollte. Die Belichtung und die Entwicklung des Resist erfolgten durch herkömmliche Lithographietechniken. Die nicht bedeckten Bereiche des dünnen Oxids und des darunterliegenden Nitrids wurden dann geätzt, wobei ein herkömmliches reaktives Ionenätzen verwendet wurde, wobei das Plasmagas 10 Norm-cm³ Freon 23 (CHF₃) und 90 Norm-cm³ O₂ enthielt. Das Ätzen durch das Nitrid dauerte etwa 4,2 Minuten, und mit einer Überätzung wurde eine vollständige Räumung sichergestellt. Nach dem Ätzen wurde der Resist entfernt.
Unter Verwendung des strukturierten Siliziumnitrids als Maske wurden Gräben in den Siliziumwafer geätzt. Die Grabenätzung erfolgte mit einem Plasmagas, das 85 Norm-cm³ CFCl₃, 16 Norm-cm³ Cl₂ und 90 Norm-cm³ Ar enthielt. Das Ätzen wurde solange fortgesetzt, bis eine Tiefe von 500 nm erreicht war. Die freiliegenden Oberflächen des Grabens wurden dann 8 Minuten lang in Dampf bei 900°C oxidiert. Durch dieses Oxidieren entstand eine etwa 50 nm dicke Oxidschicht. Um eine saubere unbeschädigte Oberfläche herzustellen, wurde das aufgewachsene Oxid durch Eintauchen des Wafers in eine wäßrige 30:1-HF-Lösung entfernt. Auf den Grabenwänden wurde wieder unter Verwendung einer Sauerstoffumgebung und einer Temperatur von 900°C ein Oxid aufgewachsen. Die Oxidation wurde solange fortgesetzt, bis eine Oxiddicke von 25 nm erhalten wurde. Das aufgewachsene Oxid wurde dann durch 30 Sekunden langes Eintauchen in eine wäßrige 100:1-HF-Lösung gereinigt.
Unmittelbar nach der Reinigung wurden 100 nm Polysilizium mit einer chemischen Niederdruckdampfabscheidungstechnik mit Silan als dem Vorläufergas abgeschieden. Durch Oxidieren in Sauerstoff bei 900°C wurde auf der Polysiliziumoberfläche eine 20 nm dicke Siliziumdioxidschicht ausgebildet. Eine 500 nm dicke Schicht aus undotiertem Siliziumdioxid wurde dann abgeschieden, indem der Wafer bei einer Temperatur von 750°C einer Atmosphäre aus Tetraethoxysilan zusammen mit einem trockenen N₂-Strom ausgesetzt wurde. Mit Ausnahme der Seitenwände des Grabens wurde das ganze Siliziumdioxid entfernt, indem der Wafer 12,5 Minuten lang mit einer kurzen Überätzung einer reaktiven Ionenätzungsatmosphäre ausgesetzt wurde, die 75 Norm-cm³ CHF₃ und 12 Norm-cm³ O₂ enthielt. Unter Verwendung des zurückbleibenden Siliziumdioxids als Maske wurden die freiliegenden Bereiche des Polysiliziums entfernt, wobei ein in molekularem Chlor gezündetes Plasma verwendet wurde. Das Ätzen wurde solange fortgesetzt, bis das Polysilizium entfernt war. Zur Ausbildung des Feldoxidbereichs wurde dann mit dem oben beschriebenen chemischen Tetraethoxysilan-Niederdruckdampfabscheidungsprozeß 1 μm Siliziumdioxid abgeschieden. Die Struktur wurde dann durch Polieren mit einem gleichzeitigen mechanischen und chemischen Polieren planarisiert.
Querschnitts-Transmissionselektronenmikroskopie der resultierenden Struktur zeigte ein im wesentlichen planares Substrat mit einem vergrabenen Feldoxid und einem leitenden Bereich, der durch ein dünnes Oxid von den Grabenseitenwänden getrennt ist.

Claims

Bauelement, das folgendes umfaßt: ein Substrat, einen ersten und zweiten aktiven Bereich mit Silizium, einen Bereich aus dielektrischem Material (41), wobei das dielektrische Material so in dem Bauelement positioniert ist, daß es die Wechselwirkung einer Ladung oder eines elektrischen Felds durch das Substrat begrenzt, und aktive Bauelemente in dem ersten und zweiten aktiven Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material (41) eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 1000 nm aufweist und einen Graben zwischen dem ersten und zweiten aktiven Bereich belegt und direkt mit dem ersten und zweiten aktiven Bereich in Kontakt ist, die Oberfläche (41) des Bereichs aus dielektrischem Material sich mindestens 20 nm über der Ebene der Oberfläche (22) des aktiven Bereichs an einer Grenzfläche des dielektrischen Materials und des Siliziums des aktiven Bereichs erstreckt, und das Dotierstoffniveau in den aktiven Siliziumbereichen bis zur Tiefe von 100 nm von der Oberfläche des aktiven Bereichs an der Grenzfläche Silizium/dielektrisches Material mindestens 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei das Bauelement eine integrierte Schaltung umfaßt und die aktiven Bauelemente Bipolartransistoren enthalten.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei das Bauelement eine integrierte Schaltung umfaßt und die aktiven Bauelemente (8, 9) Feldeffekttransistoren mit einer Gateelektrode (15, 16), einer Source elektrode (12, 13) und einer Drainelektrode (10, 11) enthalten.
Bauelement nach Anspruch 3, wobei eine elektrische Verbindung für die Gateelektrode so angeordnet ist, daß sie über einem Abschnitt der Oberfläche (41) des dielektrischen Materials verläuft, die sich mindestens 20 nm über der Ebene der Oberfläche (22) des aktiven Gebiets erstreckt.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Material (17) ein Siliziumoxid umfaßt.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei eine Tiefe des Grabens im Bereich von 100 nm bis 1000 nm liegt.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei der Graben eine untere Oberfläche und eine seitliche Oberfläche aufweist und das dielektrische Material die untere Oberfläche und die seitliche Oberfläche kontaktiert.