DE10053463B4 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, mit den Schritten: Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1); Bilden einer ersten Epitaxialschicht (5) auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats und in dem Graben; anschließend an das Bilden der ersten Epitaxialschicht (5) – selektives Ätzen eines Teils der ersten Epitaxialschicht (5) um den Öffnungsabschnitt des Grabens (2) herum; Bilden einer zweiten Epitaxialschicht (6) auf der ersten Epitaxialschicht, um den Graben mit der ersten Epitaxialschicht und der zweiten Epitaxialschicht zu füllen; und Abflachen der Oberfläche des Halbleitersubstrats, auf welchem die erste und zweite Epitaxialschicht gebildet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Substratverarbeitungstechnik zur Bildung eines Halbleiterelements.
  • Um wie in 18 dargestellt eine Dotierungsschicht (doping layer) 101 gleichförmig in Richtung einer Tiefe an einer gewünschten Position in einem Siliziumsubstrat 100 zu bilden, wird nicht nur die Aufmerksamkeit auf eine Substratstruktur gerichtet, welche beim Verringern eines Durchlasswiderstands einer in dem US-Patent 5 438 215 A offenbarten MOS-Anordnung mit einer hohen Halte- bzw. Aushaltespannung (withstand voltage) wirksam ist, sondern es ist ebenfalls wirkungsvoll eine hohe Integration in Richtung der Tiefe unter wirksamer Verwendung der Richtung der Tiefe des Substrats zu ermöglichen.
  • Als verfahren zur Bildung der Dotierungsschicht 101 ist es denkbar die Dotierungsdiffusion von der Oberfläche aus zu verwenden, oder es ist ein Verfahren der Dotierungsionenimplantierung (dopant diffusion implantation) und der Wärmebehandlung denkbar, welche herkömmlicherweise im allgemeinen bei einem Siliziumhalbleiterprozess verwendet wird. Jedoch wird die Tiefe B der Dotierungsschicht 101 durch die Diffusionsrate der Dotierungsstörstelle bzw. -verunreinigung gesteuert. Somit ist es bei einer allgemein verwendeten Wärmebehandlung möglich lediglich die Dotierungsschicht 101 mit einer Tiefe von mehreren μm von der Oberfläche aus zu bilden. Da nebenbei die Diffusion der Dotierungssubstanz isotrop fortschreitet, schreitet die Diffusion nicht nur in der Richtung der Tiefe fort sondern ebenfalls in der seitlichen bzw. lateralen Richtung fort, und es wird enventuell die Dotierungsschicht 101 erlangt, welche eine seitliche Ausdehnung A vergleichbar mit derjenigen der Tiefe besitzt. Somit überschreitet bei der Dotierungsschichtbildung durch die herkömmliche Wärmediffusion ein Seitenverhältnis (= B/A) im Prinzip nicht den Wert ”1”, und es ist die Struktur bei der Bildung einer Anordnung beschränkt.
  • Andererseits wird in der Druckschrift ”A new generation of high power MOSFETs breaks the limit line of silicon” IEDM98 Proc. (1998) von G. Deboy et al. das folgende vorgeschlagen. D. h. es wird zuerst wie in 19A und 19B dargestellt eine Epitaxialschicht 111a auf einem Substrat 110 durch epitaxiales Aufwachsen gebildet, und es wird wie in 19C dargestellt eine Dotierungsschicht 112 durch partielle Dotierungsionenimplantierung mit Fotolithographie und einer Wärmediffusionsbehandlung gebildet. Als nächstes werden wie in 20A und 20B dargestellt das epitaxiale Aufwachsen, die partielle Ionenimplantierung und die Wärmediffusionsbehandlung wiederholt. Als Ergebnis wird wie in 20C dargestellt eine Dotierungsschicht 112, welche sich in Richtung der Tiefe erstreckt, gebildet. Da entsprechend diesem Verfahren die Tiefe der gebildeten Dotierungsschicht (der Dotierungsschicht, welche sich in Richtung der Tiefe erstreckt) 112 durch die Dicke des epitaxialen Aufwachsens bestimmt wird, wird sie nicht durch die Diffusionslänge der Dotierungssubstanz gesteuert.
  • Da jedoch die Ausdehnung in die seitliche Richtung durch die Diffusionslänge in einer Diffusionsbehandlung gesteuert wird, wird die seitliche Ausdehnung, welche äquivalent zu der Schichtdicke eines epitaxialen Aufwachsens ist, zu einer Verarbeitungsgrenze. Somit ist es in dem Fall, bei welchem die Bildung eines tieferen Profils gewünscht wird, hinreichend, wenn die epitaxiale Schichtdicke erhöht wird. Um jedoch die Ausdehnung in die seitliche Richtung zu unterdrücken, ist es nötig die Dicke eines epitaxialen Aufwachsens zu verringern. Als Ergebnis wird die Anzahl von Malen des epitaxialen Aufwachsens und der Diffusionsbehandlung der Dotierungssubstanz erhöht, und es erhöhen sich die Herstellungskosten eines Substrats.
  • Ferner ist ein in der EP 0 053 854 A1 vorgeschlagenes Verarbeitungsverfahren in 21A bis 21C dargestellt. Zuerst werden wie in 21A und 21B dargestellt Gräben 121 in einem Substrat 120 gebildet, und es wird wie in 21C dargestellt eine Epitaxialschicht 122 einer gewünschten Dotierungskonzentration in jeden Graben 121 gefüllt. Bei diesem Verarbeitungsverfahren kann eine Substratbildung durch einen Grabenbildungsschritt und einen Schritt des epitaxialen Aufwachsens durchgeführt werden, und die Anzahl von Schritten ist klein, und es wird erwartet, dass der Durchsatz verbessert ist. Da des weiteren die Form eines Dotierungsschicht nahezu mit einer Grabenform übereinstimmt, ist es denkbar, dass eine willkürliche Form mit einem großen Seitenverhältnis im Vergleich mit dem vorstehenden Verfahren des Wiederholens des epitaxialen Aufwachsens und der Dotierungsdiffusion mehrere Male gebildet werden kann.
  • Es können jedoch wie erwartet große Schwierigkeiten in dem Fall eines Graben füllenden epitaxialen Aufwachsens, eines hohlraumfreien, Graben füllenden epitaxialen Aufwachsens, eines fehlerfreien epitaxialen Aufwachsens und einer hohen Steuerbarkeit der Dotierungskonzentration auftreten. Demgegenüber wurde unter den gegenwärtigen Umständen ein Studium des Graben füllenden epitaxialen Aufwachsens nicht hinreichend durchgeführt, und es sind geeignete Maßnahmen gegenüber diesen Schwierigkeiten und ein Herstellungsverfahren nicht klar.
  • Ferner gibt es ein selektives epitaxiales Verfahren wie eine epitaxiale Aufwachstechnik ähnlich dem Graben füllenden epitaxialen Aufwachsen. Das selektive epitaxiale Verfahren ist ein Verfahren, bei welchem wie in 22A und 22B dargestellt eine Oxidschicht 131 mit Öffnungsabschnitten 132 auf einem Substrat 130 angeordnet wird und wie in 22C dargestellt Epitaxialschichten 133 lediglich auf Abschnitten aufwachsen, an denen die Oberfläche des Siliziumsubstrats 130 bloßgelegt ist. Somit wird eventuell die Struktur erlangt, bei welcher die Epitaxialschichten 133 in die Öffnungsabschnitten 132 der Oxidschicht gefüllt sind. Die selektive Epitaxialtechnik zielt darauf ab eine derartige Struktur zu bilden, bei welcher die Epitaxialschichten 133 als Anordnungsbildungsgebiete eines CMOS und die Oxidschicht 131, welche eine Maske darstellt, als Elementetrennungsgebiete gebildet werden. Ebenfalls wurde bei dem selektiven epitaxialen Aufwachsen das hohlraumfreie, Graben füllende und fehlerfreie epitaxiale Aufwachsen als die hauptsächlichen technischen Schwierigkeiten erkannt bzw. untersucht.
  • Die Druckschrift WO 99/23 703 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, welches einen Graben aufweist, der mit einer Halbleiterschicht epitaktisch aufgefüllt ist. Jedoch wird nicht die im Graben befindliche Epitaxialschicht sondern das Substrat zur Bildung des Grabens selektiv geätzt.
  • Aus der Druckschrift WO 97/40 527 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats bekannt, mit den Schritten: Bilden eines Grabens in einem Halbleitersubstrat; Bilden einer ersten Epitaxialschicht auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats und in dem Graben, wobei die erste Epitaxialschicht fortwährend durch die Verwendung von H2-Gas beider Abscheidung auch geätzt wird; Bilden einer zweiten Epitaxialschicht auf der ersten Epitaxialschicht, wobei der Graben mit der ersten Epitaxialschicht und der zweiten Epitaxialschicht gefüllt wird; und Abflachen der Oberfläche des Halbleitersubstrats, auf welchem die ersten und zweiten Epitaxialschichten gebildet sind. Bei einem derartigen Verfahren tritt während des Aufwachsens der Epitaxialschichten ein Blockieren bzw. Verengen des Öffnungsabschnitts des Grabens auf, was dazu führt, dass sich das Füllvermögen innerhalb des Grabens verschlechtert und innerhalb der Epitaxialschichten Hohlräume gebildet bzw. Kristalldefekte auftreten können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein aus der WO 97/40 527 A1 bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats derart weiterzuentwickeln, dass das Vermögen, einen Graben mit Epitaxialschichten aufzufüllen, verbessert wird, ohne dass Hohlräume erzeugt werden und Kristalldefekte auftreten.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Entsprechend einer Ausgestaltung besitzt ein Halbleitersubstrat einen Graben, welcher eine erste Breite an dem Boden davon und eine zweite Breite an einem Öffnungsabschnitt davon besitzt, die größer als die erste Breite ist. Der Graben ist mit einer Halbleiterschicht gefüllt, die eine Dimension bzw. Abmessung in einer Richtung einer Linie normal zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats besitzt, die größer als eine seitliche Dimension bzw. Abmessung davon ist, welche eine Dimension in einer seitlichen Richtung auf einer willkürlichen bzw. beliebigen Ebene parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, welche den Graben schneidet.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung besitzt ein Halbleitersubstrat eine Halbleiterschicht, welche in einen Graben gefüllt ist und eine Dimension in Richtung einer Linie normal zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats besitzt, die größer als eine seitliche Dimension davon ist, welche eine Dimension in eine seitliche Richtung auf einer willkürlichen Ebene parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats ist, welche den Graben schneidet. Des weiteren ist ein leitfähiges Material in die Halbleiterschicht in den Graben zum Aufnahme eines Potentials der Halbleiterschicht gefüllt.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleitersubstrat hergestellt durch Bilden eines Grabens in einem Halbleitersubstrat; durch Bilden einer ersten Epitaxialschicht auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats und in dem Graben; durch Ätzen eines Teils der ersten Epitaxialschicht und durch Bilden einer zweiten Epitaxialschicht in dem Graben derart, dass der Graben mit den ersten und zweiten Epitaxialschichten gefüllt wird.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung wird ein Halbleitersubstrat hergestellt durch Bilden eines Grabens; Füllen einer amorphen Halbleiterschicht in den Graben; zum Einkristall Kristallisieren (single-christallizing) der amorphen Halbleiterschicht durch eine Festkörperphasenreaktion (solid phase reaction); und Abflachen der Oberfläche des Halbleitersubstrats.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung wird ein Halbleitersubstrat hergestellt durch Bilden eines Grabens; Bilden einer Epitaxialschicht auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats und in dem Graben; Bilden einer Schicht eines leitfähigen Materials auf der Epitaxialschicht derart, dass die Schicht des leitfähigen Materials in die Epitaxialschicht in den Graben gefüllt ist; und Abflachen der Oberfläche des Halbleitersubstrats.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung wird ein Halbleitersubstrat hergestellt durch Bilden eines Grabens mit einer ersten Tiefe in einem Halbleitersubstrat; Bilden einer Epitaxialschicht auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats und in dem Graben; und Entfernen der Epitaxialschicht auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats und eines Oberflächenabschnitts des Halbleitersubstrats derart, dass der Graben eine zweite Tiefe besitzt, welche kleiner als die erste Tiefe ist und vollständig mit der Epitaxialschicht gefüllt ist.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung wird eine Beziehung von B/α < F/2β erfüllt, wenn eine Epitaxialschicht zur Füllung eines Grabens gebildet wird, wobei:
    α eine erste Aufwachsrate der Epitaxialschicht auf dem Boden des Grabens ist;
    β eine zweite Aufwachsrate der Epitaxialschicht auf der Seite des Grabens ist;
    F eine Breite eines Öffnungsabschnitts des Grabens ist; und
    B eine Tiefe des Grabens ist.
  • Somit werden entsprechend den Ausgestaltungen und der vorliegenden Erfindung verschiedene Konstruktionen für ein Halbleitersubstrat, welches eine Halbleiterschicht aufweist, die sich in Richtung der Tiefe des Substrats mit einem gleichförmigen Konzentrationsprofil mit einem großen Seitenverhältnis erstreckt, bzw. ein Verfahren zur Herstellung des Halbleitersubstrats effizient ohne Erzeugen irgendwelcher Hohlräume, Kristalldefekte und dergleichen bereitgestellt.
  • Die vorliegenden Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • 1A bis 1D und 2A bis 2D zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zur Erklärung einer ersten bevorzugten Ausführungsform schrittweise darstellen;
  • 3 zeigt einen Graphen, welcher eine Aufwachsrate einer Epitaxialschicht relativ zu einer Schichtbildungstemperatur als Beispiel darstellt;
  • 4 zeigt einen Graphen, welcher eine HCl-Ätzrate relativ zu einer Substrattemperatur als Beispiel darstellt;
  • 5A bis 5C und 6A bis 6C zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer zweiten bevorzugten Ausführungsform schrittweise darstellen;
  • 7A bis 7D und 8A bis 8C zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer dritten bevorzugten Ausführungsform schrittweise darstellen;
  • 9A bis 9C zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer vierten bevorzugten Ausführungsform schrittweise darstellen;
  • 10 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer fünften bevorzugten Ausführungsform darstellt;
  • 11A bis 11D zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer ersten Ausgestaltung schrittweise darstellen;
  • 12A bis 12D und 13A bis 13D zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer zweiten Ausgestaltung schrittweise darstellen;
  • 14A und 14B zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer dritten Ausgestaltung schrittweise darstellen;
  • 15A und 15B zeigen Querschnittsansichten, welche Halbleitersubstrate zum Erklären einer vierten Ausgestaltung darstellen;
  • 16A bis 16D zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer fünften Ausgestaltung schrittweise darstellen;
  • 17A und 17B zeigen Querschnittsansichten, welche ein Halbleitersubstrat zum Erklären einer sechsten bevorzugten Ausführungsform darstellen;
  • 18 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Halbleitersubstrat zum Erklären eines herkömmlichen Verfahrens darstellt;
  • 19A bis 19C und 20A bis 20C zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären eines herkömmlichen epitaxialen Aufwachsverfahren darstellen;
  • 21A bis 21C zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären eines herkömmlichen Epitaxialverfahrens bezüglich eines Grabens darstellen; und
  • 22A bis 22C zeigen Querschnittsansichten, welche jeweils ein Halbleitersubstrat zum Erklären eines herkömmlichen selektiven epitaxialen Aufwachsens schrittweise darstellen.
  • 11 bis 16 zeigen Ausgestaltungen, welche nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden, sondern lediglich deren Erläuterung dienen.
  • Erste Ausführungsform
  • Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1A bis 1D und 2A bis 2D beschrieben.
  • Zuerst wird eine Struktur eines Halbleitersubstrats dieser Ausführungsform beschrieben. Wie in 2D dargestellt sind Gräben 2 in einem Siliziumsubstrat (einem einkristallinen Siliziumsubstrat) 1 gebildet, welches ein Halbleitersubstrat bildet, und die Gräben 2 sind mit einer einkristallinen Siliziumschicht 3 gefüllt. Die einkristalline Siliziumschicht 3 wird durch (auf)füllendes epitaxiales Aufwachsen gebildet. Dabei ist das Siliziumsubstrat 1 ein N-Typ Siliziumsubstrat, und die einkristalline Siliziumschicht 3 ist eine P-Typ Dotierungsschicht (doping layer). Somit ist ein PN-Übergang an einer Schnittstelle zwischen dem Substrat 1 und der Dotierungsschicht 3 gebildet, und dadurch wird es möglich eine hohe Integration einer Anordnung in Richtung der Tiefe zu erzielen. Hiernach wird die einkristalline Siliziumschicht 3 als Dotierungsschicht bezeichnet. Die Leitfähigkeitstypen des Siliziumsubstrats 1 und der Dotierungsschicht 3 können umgekehrt werden (das Substrat 1 ist ein P-Typ, und die Dotierungsschicht 3 ist ein N-Typ). Bezüglich der Größe der Dotierungsschicht 3 ist eine Dimension bzw. Abmessung B in Richtung einer Linie normal zu der Oberfläche des Substrats größer als eine Dimension bzw. Abmessung A in eine seitliche Richtung auf einer willkürlichen bzw. beliebigen Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrats, welche die Gräben 2 schneidet. Des weiteren wird die Dotierungsschicht 3 mit einer in die Gräben 2 gefüllten Epitaxialschicht gebildet, um wie später beschrieben eine gewünschte Dotierungskonzentration zu besitzen, und besitzt ein in Richtung der Tiefe gleichförmiges Konzentrationsprofil.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Halbleitersubstrats beschrieben.
  • Zuerst wird wie in 1A dargestellt das einkristalline Siliziumsubstrat 1 bereitgestellt bzw. vorbereitet. Danach wird wie in 1B dargestellt eine Siliziumoxidschicht 4, welche zu einer Ätzmaske wird, auf der oberen Oberfläche des einkristallinen Siliziumsubstrats 1 gebildet, und nachdem ein Resistmaterial aufgebracht worden ist, werden Öffnungsabschnitte 4a an gewünschten Gebieten durch Fotolithographie gebildet. D. h., es werden Öffnungen an Grabenbearbeitungspositionen gebildet. Obwohl das Ätzen dieser Oxidschicht ein Trockenätzen oder ein Nassätzen sein kann, wird das Trockenätzen im Hinblick auf ein Durchführen einer Bearbeitung bzw. Verarbeitung mit hoher Genauigkeit bevorzugt.
  • Des weiteren werden wie in 1C dargestellt die Gräben 2 in dem einkristallinen Siliziumsubstrat 1 unter Verwendung der Siliziumoxidschicht 4 als Maske und unter Durchführung eines anisotropen Trockenätzens von den Öffnungsabschnitten 4a aus gebildet. Bezüglich dieses Trockenätzens wird ein RIE-(Reactive Ion Etching)Verfahren, welches üblicherweise in einem Halbleiterprozess verwendet wird, zum Ätzen des Siliziumsubstratgebiets in eine Vertikalrichtung verwendet.
  • Obwohl bezüglich der Grabenbearbeitung der anisotrope Ätzprozess durch Trockenbehandlung verwendet wird, kann ein anisotroper Ätzprozess durch Nassbehandlung verwendet werden. In dem Fall, bei welchem die Grabenbildung durch Nassätzen durchgeführt wird, wird eine in dem Öffnungsabschnitt 4a der Oxidschicht 4 gebildete natürliche Oxidschicht vorausgehend durch Verwaschen (washing) unter Verwendung einer HF-Lösung oder dergleichen entfernt, und danach wird ein Grabenätzen durch eine TMAH-Lösung durchgeführt. Das anisotrope Ätzen durch die TMAH-Lösung verwendet eine derartige Charakteristik, bei welcher eine Ätzrate sich entsprechend den christallographischen Ebenenausrichtungen des Siliziumsubstrats 1 unterscheidet. Daher wird zum Zwecke des Durchführens der Grabenbearbeitung mit einem größeren Seitenverhältnis ein Si-(111)Substrat verwendet, und eine Grabenseite wird auf eine Si-(110)Ebene festgelegt, so dass eine Seitenverhältnisbearbeitung mit einer Selektivität (1:60) der Si-(110)Ebene und der Si-(111)Ebene erreicht werden kann. Als Ätzlösung kann eine KOH-Lösung zusätzlich zu der TMAH-Lösung ebenfalls verwendet werden.
  • Nachdem wie in 1D dargestellt die Oxidschicht 4 als Maske entfernt worden ist, wird darauffolgend wie in 2A dargestellt ein epitaxiales Aufwachsen durchgeführt, so dass eine Epitaxialschicht 5 auf dem Substrat 1 einschließlich der Innenseite des Grabens 2 gebildet wird (die Epitaxialschicht 5 zum Auffüllen wird innerhalb der Gräben 2 gebildet). Detailliert dargestellt, vor der Schichtbildungsbehandlung wird die Oberfläche des Substrats einschließlich der Innenseiten der Gräben 2 gereinigt. Bei dieser Reinigungsbehandlung ist es wirksam eine natürliche Oxidschicht durch die HF-Lösung zu entfernen. In dem Fall, bei welchem die Grabenbildung unter Trockenätzen durchgeführt wird, gibt es dabei einen Fall, bei welchem reaktive Produkte an den Innenseiten der Gräben haften. Daher ist es in diesem Fall wirksam, ein Verwaschen mit Schwefelsäure (H2SO4), einer Wasserstoffperoxidlösung (einer H2O2-Lösung) durchzuführen und danach ein Verwaschen mit der HF-Lösung durchzuführen. Bei dem Verwaschen mit der HF-Lösung ist es ebenfalls möglich die Maskenoxidschicht 4 zu entfernen, welche für die Grabenbildung verwendet wird, und 1D stellt diesen Fall dar.
  • Des weiteren wird es bevorzugt, dass nachdem das verwaschene Substrat 1 in eine LP-CVD-Kammer eingeführt worden ist, eine Wärmebehandlung unter einem geringen Druck in einer Wasserstoffgasatmosphäre derart durchgeführt wird, so dass die natürliche Oxidschicht auf der Oberfläche des Substrats 1 auf eine weiter verbesserte Reinheit entfernt wird. Als Wärmebehandlungsbedingungen werden beispielsweise ein Vakuumdruck von 800 bis 13 mbar (600 bis 10 Torr), eine H2-Fließrate von 20 bis 50 Litern pro Minute, eine Substrattemperatur von 800 bis 1150°C und eine Behandlungszeit von 1 bis 10 Minuten verwendet. Nebenbei bemerkt, bei dieser Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht 5 wird in einem Zustand, bei welchem die Oberfläche des Substrats 1 einem Schichbildungsgas ausgesetzt ist, welches wenigstens ein Schichtbildungsmaterialelement enthält, das Substrat 1 auf einer willkürlichen Temperatur gehalten (es ist dieselbe wie bei der Schichtbildung von anderen Epitaxialschichten).
  • Als nächstes wird wie in 2C dargestellt eine Epitaxialschicht 6 gebildet. Die Schichtbildungsrate, welche von der Balance zwischen Gastransportphänomenen und einer chemischen Reaktion abhängt, könnte durch eine Schichtbildungstemperatur gesteuert werden. Das Verhalten der Schichtbildungsrate in Bezug auf die Bildungstemperatur ist in 3 dargestellt. Für den hohlraumfreien Füllprozess wird es erwünscht eine geringere Temperaturschichtbildungsbedingung zu wählen (Gastransportphänomene << chemische Reaktion). Jedoch besitzt die unter niedriger Temperatur gebildete Schicht eine Menge von Kristalldefekten. Danach ist es wichtig die Schichtbildungstemperatur für das Graben füllende epitaxiale Aufwachsen zu wählen. Ein Beispiel von Schichtbildungsbedingungen ist derart, dass in dem Fall, bei welchem SiH4 als Schichtbildungsgas verwendet wird, ein Vakuumdruck von 800 bis 13 mbar (600 bis 10 Torr), eine H2-Fließrate von 20 bis 50 Litern pro Minute, eine SiH4-Fließrate von 0,2 bis 0,5 Liter pro Minute und eine Substrattemperatur von 700 bis 1150°C verwendet werden.
  • Obwohl die Epitaxialschichten 5 und 6 von sowohl dem Boden als auch der Seite der Gräben 2 epitaxial aufwachsen, wenn die Schichtdicke erhöht wird, tritt passend ein Blockieren der Öffnungsabschnitte der Gräben 2 auf. Daher wird vor dem epitaxialen Aufwachsen entsprechend 2C wie in 2B dargestellt nach der Schichtbildung der Epitaxialschicht 5 die Epitaxialschicht 5 um die Öffnungsabschnitte der Gräben 2 herum durch Einführung von HCL-Gas geätzt. Als Beispiel von Schichtbildungsbedingungen werden ein Vakuumdruck 800 bis 13 mbar (600 bis 10 Torr), eine H2-Fließrate von 20 bis 50 Litern pro Minute, eine HCL-Fließrate von 0,5 bis 1 Liter pro Minute und eine Substrattemperatur von 700 bis 1150°C verwendet.
  • Da es zu dieser Zeit nötig ist die Epitaxialschicht 5 um die Öffnungsabschnitte herum insbesondere selektiv zu ätzen und den Ätzbetrag der Epitaxialschicht 5 an dem Boden der Gräben 2 zu verringern, wird ein Ätzen unter einem Zustand des Steuerns der Zufuhrrate mit hoher Temperatur erwünscht. D. h. bei der Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 5 wird das Substrat 1 auf einer willkürlichen Temperatur gehalten, bei welcher die Ätzreaktion ein Prozess des Steuerns der Zufuhrrate in dem Zustand wird, bei welchem die Oberfläche des Substrats 1 wenigstens dem Ätzgas ausgesetzt wird.
  • Insbesondere könnte wie in 4 dargestellt die Ätzrate, welche ebenfalls von der Balance zwischen den Gastransportphänomenen und einer chemischen Reaktion abhängt, durch eine Behandlungstemperatur gesteuert werden. Für eine Öffnung der blockierten Epitaxialschicht wird es erwünscht eine höhere Temperaturätzbedingung (Gastransportphänomene >> chemische Reaktion) von beispielsweise 1100°C oder mehr zu wählen. Des weiteren besitzt die unter einer hohen Temperatur durchgeführte Ätzbehandlung ebenfalls den Vorteil, dass die Ätzrate hoch ist und der Durchsatz verbessert ist. Sogar wenn bezüglich des Ätzens der Öffnungsabschnitte H2-Gas anstatt von HCl-Gas verwendet wird, übt das H2-Gas das Ätzen auf die Siliziumschicht aus, und es wird erwünscht die hohe Temperaturbedingung (Gastransportphänomene >> chemische Reaktion) ähnlich wie in dem Fall des HCL-Ätzens zu verwenden. Diese Ätzbehandlung durch HCL oder H2 kann durch Einführen von Gas in die LP-CVD-Kammer zur Epitaxialschicht 5 durchgeführt werden. Daher kann die Verbesserung des Durchsatzes ebenfalls im Hinblick darauf erwartet werden, dass die Ätzbehandlung kontinuierlich mit der Schichtbildungsbehandlung durchgeführt werden kann.
  • Nachdem die Epitaxialschicht 5 um die Öffnungsabschnitte des Grabens 12 geätzt worden ist, wird auf ähnliche Weise, wie in 2C dargestellt, die Epitaxialschicht 6 gebildet. Dementsprechend wird das Füllvermögen (filling property) verbessert. In einem Fall, bei welchem die Grabenöffnungsabschnitte blockiert werden und die Bildung von Hohlräumen ebenfalls bei dem zweiten epitaxialen Aufwachsen auftritt, werden der HCL-Ätzschritt für die Epitaxialschicht 6 und der Schritt des epitaxialen Aufwachsen wiederum wiederholt, um das Füllvermögen zu verbessern.
  • Nachdem das (auf)füllende epitaxiale Aufwachsen durchgeführt worden ist, werden danach die Oberflächen der epitaxialen Schichten 5 und 6 auf dem Substrat 1 abgeflacht, und wie in 2D dargestellt werden auf den Gräben 2 verbliebene abgestufte Abschnitte entfernt. Ein CMP-Schritt (CMP: Chemical Mechanical Polish) wird für das Abflachen bzw. Ebnen angenommen. In dem CMP-Schritt gibt es zusätzlich zu dem Abflachen der Oberfläche einen Effekt Teile der Epitaxialschicht, welche eine schlechtere Kristallinizität (crystallinity) besitzen, in der Nähe der jeweiligen Grabenöffnungsabschnitte zu entfernen. Zusätzlich zu dem CMP (Polieren) kann ein Abflachen durch ein Rückätzverfahren mit einer Trockenätzbehandlung durchgeführt werden.
  • Die Struktur der durch die oben beschriebenen Verarbeitungsschritte gebildeten Dotierungsschicht (Dotierungsschicht, welche sich in Richtung der Tiefe erstreckt) unterscheidet sich von derjenigen, welche durch ein herkömmliches Verfahren wie eine thermische Diffusion von der Oberfläche aus gebildet wird. Wie in 2D dargestellt ist es möglich die Dotierungsschicht 3 mit einem großen Seitenverhältnis zu bilden, welches der Beziehung genügt, dass ein Verhältnis ”B/A” der Dimension B der Ausdehnung in Richtung der Linie normal (Richtung der Tiefe) zu der Substratoberfläche zu der Dimension A der seitlichen Ausdehung auf einer willkürlichen Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrats, welche die Halbleiterschicht (Dotierungsschicht) 3 schneidet, größer als ”1” ist. Unter Verwendung des in 2D dargestellten Halbleitersubstrats kann beispielsweise eine MOS-Anordnung eines Hochleistungs-MOSFET's wie in dem US-Patent 5 438 215 A offenbart gebildet werden.
  • Gleichermaßen besitzt diese Ausführungsform die folgenden Merkmale:
    Nachdem die Gräben 2 in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet worden sind, wird die Epitaxialschicht 5 auf dem Substrat 1 einschließlich der Innenseiten der Gräben 2 durch das epitaxiale Aufwachsverfahren gebildet, und des weiteren werden eine Ätzbehandlung eines Teils der Epitaxialschicht 5 und die Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht 6 einmal oder mehrmals durchgeführt, um die Innenseiten der Gräben 2 mit den überlappten epitaxialen Schichten 5 und 6 zu füllen, und schließlich werden die Oberflächen der epitaxialen Schichten 5 und 6 auf dem Substrat 1 abgeflacht.
  • Dabei wird die Epitaxialschicht 5, welche zuerst (direkt) in dem Graben epitaxial aufgewachsen ist, als erste Epitaxialschicht bezeichnet, und es wird die Epitaxialschicht 6, welche nach der Bildung der ersten Epitaxialschicht epitaxial aufgewachsen ist, als die zweite Epitaxialschicht bezeichnet. In diesem Fall werden die Bildung der ersten Epitaxialschicht, das Ätzen des Teils der ersten Epitaxialschicht um den Öffnungsabschnitt herum und das Bilden der zweiten Epitaxialschicht jeweils wenigstens einmal bei dieser Ausführungsform durchgeführt. Jedoch kann nach der Bildung der zweiten Epitaxialschicht das Ätzen von wenigstens der ersten Epitaxialschicht oder der zweiten Epitaxialschicht, welche den Öffnungsabschnitt des Grabens verschmälert, und die Bildung der zweiten Epitaxialschicht einmal oder mehrmals wiederholt werden, um das Füllen des Grabens mit der ersten Epitaxialschicht und der zweiten Epitaxialschicht ohne irgendwelche Hohlräume zu beenden.
  • Somit werden unter Durchführung der Ätzbehandlung des Teils der Epitaxialschicht 5 die Öffnungsabschnitte der Gräben 2 verbreitert, und es wird die Schichtbildung der Epitaxialschicht 6 in diesem Zustand durchgeführt. Somit wird ein Blockieren der Öffnungsabschnitte unterdrückt, und es können die Hohlräume verringert werden. Da die Ätzbehandlung des Teils der Epitaxialschicht 5 und die Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht 6 mehrere Male entsprechend dem (auf)gefüllten Zustand durchgeführt werden, wird das Füllvermögen weiter verbessert. Obwohl Darüber hinaus abgestufte Abschnitte auf der Oberfläche des Substrats 1 nach dem Graben füllenden epitaxialen Aufwachsen gebildet worden sind, kann ein Nachteil bei der Anordnungsbildung in einem nachfolgenden Schritt unter Durchführung der Abflachungsbehandlung vermieden werden.
  • Bei der Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 5 wird eine Gasphasenätzaktion von Wasserstoffchlorid oder Wasserstoff in einer Atmosphäre verwendet, welche Wasserstoffchlorid oder Wasserstoff enthält. Somit wird die chemische Ätztreaktion der Siliziumschicht durch Wasserstoffchlorid oder Wasserstoff für die Putzbehandlung der Epitaxialschicht 5 verwendet, so dass ein Teil, welcher die Öffnungsabschnitte blockiert, unter einer geringen Beschädigung entfernt werden kann.
  • Da die Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht 5 und die Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 5 kontinuierlich in derselben Schichtbildungsvorrichtung durchgeführt werden, kann die optimale Substrattemperatur bei jeder Behandlung ausgewählt werden, wenn die epitaxiale Aufwachs- und die Ätzbehandlung kontinuierlich durchgeführt werden.
  • Da die Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht 5 und die Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 5 abwechselnd durchgeführt werden, können bei Ätzreaktionsbehandlung mit dem Gasmaterial die Epitaxialschichtbildung und die Ätzbehandlung kontinuierlich in der Schichtbildungsvorrichtung durchgeführt werden, wobei das Anhaften von Schadstoffen an der Oberfläche des Substrats verringert werden kann und der Durchsatz verbessert werden kann.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5A bis 5C und 6A bis 6C im wesentlichen anhand von Punkten beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden.
  • Wie in 6C dargestellt sind Gräben 12 in einem Siliziumsubstrat (einem einkristallinen Siliziumsubstrat) 11 gebildet, welches ein Halbleitersubstrat bildet, und es ist eine einkristalline Halbleiterschicht (Dotierungsschicht) 13 in jeden Grabens 12 gefüllt. Wenn bei dieser Ausführungsform zum Zwecke des Unterdrückens der Bildung von Hohlräumen eine (auf)gefüllte Epitaxialschicht 15 innerhalb der Gräben 12 entsprechend 6 aufwächst, wurde die Form jedes Grabens 12 vor dem epitaxialen Aufwachsen ersonnen.
  • Zuerst wird wie in 5A und 5B dargestellt eine Oxidschicht 14 mit Öffnungsabschnitten 14a auf dem Siliziumsubstrat 11 angeordnet. Danach werden wie in 5C dargestellt die Gräbenderart bearbeitet, dass sie eine sich verjüngende Struktur aufweisen. Dementsprechend ist wie in 6A dargestellt der Öffnungsabschnitt relativ zu dem Boden des Grabens 12 verbreitert (F > E). Mit anderen Worten, eine derartige Grabenform wird dahingehend gebildet, dass ein Verhältnis (F/E) einer oberen seitlichen Dimension F des Grabens 12 zu einer seitlichen Dimension E an dem Boden des Grabens 12 gleich ”1” oder größer ist. Sogar wenn die Dicke einer Aufwachsschicht an dem Boden des Grabens 12 im Vergleich mit der Schichtaufwachsdicke an dem Öffnungsabschnitt klein ist, ist es dementsprechend möglich vorzusehen, dass die Epitaxialschicht 15 an dem Boden des Grabens 12 wächst, bevor der Öffnungsabschnitt wie in 6B dargestellt blockiert wird.
  • Da auf die Bildung des sich verjüngenden Grabens 12 ein Seitenverhältnis des Grabens durch die Balance zwischen einer mechanischen Zerstäubungsaktion durch Plasma bei einem Trockenätzen und einer Ätzaktion durch eine isotrope chemische Reaktion durch Radikale bestimmt wird, kann die nach vorn sich verjüngende Verarbeitung durch Verstärkung der isotropen Ätzaktion durch Radikale durchgeführt werden.
  • Nach der Schichtbildung der Epitaxialschicht 15 wie in 6C dargestellt wird die Epitaxialschicht 15 einer Abflachungsbehandlung unterworfen. Da in der auf diese Weise gebildeten einkristallinen Siliziumschicht (Dotierungsschicht) 13 die Struktur an der Grabenbearbeitung reflektiert wird, ist ein Verhältnis (D/C) einer oberen seitlichen Dimension D zu einer seitlichen Dimension C an dem Boden gleich ”1” oder größer. D. h. durch Bilden einer derartigen graden Form dahingehend, dass das Verhältnis (F/E) der seitlichen Dimension des oberen Abschnitts zu der seitlichen Dimension des Bodens des Grabens 12 gleich ”1” oder größer ist, kann das Seitenverhältnis der Halbleiterschicht (Dotierungsschicht) 13 zu ”1” oder größer gemacht werden. Sogar in dem Fall, bei welchem der Graben 12 der sich nach vorn verjüngenden Verarbeitung wie bei dieser Ausführungsform unterworfen wird, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, kann die Schicht um den Öffnungsabschnitt des Grabens herum durch ein HCL- oder H2-Ätzen nach dem füllenden epitaxialen Aufwachsen entfernt werden, so dass das Füllvermögen weiter verbessert werden kann.
  • Gleichermaßen besitzt diese Ausführungsform die folgenden Merkmale:
    Der Graben 12, dessen Breite F an dem Öffnungsabschnitt größer als die Breite E an dem Bodenabschnitt ist, ist in dem Siliziumsubstrat 11 gebildet, und die Dotierungsschicht 13, deren Dimension in Richtung der Linie normal zu der Oberfläche des Substrats größer als die Dimension in die seitliche Richtung auf einer willkürlichen Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrats ist, welche den Graben 12 schneidet, ist in die Innenseite des Grabens 12 gefüllt. Während das Seitenverhältnis (das Verhältnis der Länge zu der Breite) der herkömmlichen Dotierungsschicht (Halbleiterschicht), welche durch thermische Diffusion von der Substratoberfläche aus oder durch Ionenimplantierung Gebiets gebildet wird, prinzipiell nicht den Wert ”1” überschreiten kann, kann somit die Halbleiterschicht gebildet werden, welche ein größeres Seitenverhältnis aufweist, das den Wert ”1” überschreitet. Als Ergebnis wird die Richtung der Tiefe effektiv verwendet, und es können Elemente pro Einheitsfläche in hohem Maße integriert ausgebildet werden.
  • Ebenfalls kann bei der Struktur, in welcher die seitliche Ausdehnung des oberen Abschnitts (Substratoberflächenseite) des Grabens größer ausgebildet ist als diejenige an dem Boden (Substrattiefenseite) des Grabens, das Füllvermögen bei der Bildung der Dotierungsschicht 13 in der Innenseite des Grabens durch das (auf)füllende epitaxiale Aufwachsen verbessert werden. Die Halbleiterschicht 13 in dem Graben 12 kann durch Dotierungsschichten von einer oder mehreren Konzentrationen oder zueinander unabhängigen Leitfähigkeitstypen gebildet werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7A bis 7D und 8A bis 8C hauptsächlich anhand von Punkten beschrieben, welche sich bezüglich der zweiten Ausführungsform unterscheiden. Wie in 8C dargestellt werden die Gräben 22 in einem Siliziumsubstrat (einem einkristallinen Siliziumsubstrat) 21 gebildet, welches ein Halbleitersubstrat bildet, und es wird eine einkristalline Siliziumschicht (Dotierungsschicht) 23 in die Innenseite von jedem der Gräben 22 gefüllt. Ebenfalls wird bei dieser Ausführungsform zum Zwecke des Verringerns der Hohlräume dann, wenn eine (auf)gefüllte Epitaxialschicht 26 in der Innenseite des Grabens 22 aufwächst, die Form des Grabens 22 vor dem epitaxialen Aufwachsen durch ein Verfahren entworfen, welches sich von demjenigen der zweiten Ausführungsform unterscheidet.
  • Insbesondere wird wie in 7A bis 7D dargestellt eine Oxidschicht 24 mit Öffnungsabschnitten 24A auf dem Siliziumsubstrat 21 angeordnet und die Gräben 22 durch eine Trocken- oder Nassbehandlung gebildet. Danach wird wie in 8A dargestellt der Öffnungsabschnitt von jedem der Gräben unter Durchführung einer thermischen Oxidationsbehandlung unter hoher Temperatur oxidiert. D. h. es wird der Öffnungsabschnitt des Grabens 22 durch Bildung einer thermischen Oxidationsschicht 22 verbreitert. Insbesondere kann unter Durchführung einer bei einer Oxidationstemperatur von 1000°C oder mehr, insbesondere von 1100°C oder mehr, der Radius der Kurve der Ecke des Öffnungsabschnitts stark abgerundet und oxidiert werden, und es kann die Breite Form des Öffnungsabschnitts bereitgestellt werden.
  • Danach wird die Oxidschicht 25 durch eine Ätzbehandlung mit einer HF-Lösung oder dergleichen entfernt. Dementsprechend wird der Graben 22 mit dem verbreiterten Öffnungsabschnitt bloßgelegt. Danach wird wie in 8B dargestellt eine Behandlung eines (auf)füllenden epitaxialen Aufwachsens durchgeführt. Zu dieser Zeit kann die Epitaxialschicht 26 an dem Boden des Grabens 22 aufwachsen, bevor der Öffnungsabschnitt des Grabens 22 durch die Epitaxialschicht 26 blockiert wird, und es werden die Hohlräume verringert.
  • Danach wird wie in 8C dargestellt eine Abflachungsbehandlung der epitaxialen Schicht 26 durchgeführt. Ebenfalls kann bei dieser Ausführungsform ähnlich wie bei den ersten und zweiten Ausführungsformen das Seitenverhältnis der Dotierungsschicht 23 auf einen hohen Wert, d. h. auf ”1” oder mehr, gebracht werden. Ferner können ebenfalls in dem Fall, bei welchem der Öffnungsabschnitt des Grabens 22 wie bei dieser Ausführungsform abgerundet und oxidiert wird wie bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben, durch Kombinieren des Schritts des Entfernens des Blockierens des Öffnungsabschnitts durch HCL- oder H2-Ätzen nach dem (auf)füllenden epitaxialen Aufwachsen die Hohlräume verringert werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform unter Bezugnahme 9A bis 9C hauptsächlich anhand von Unterschieden bezüglich den ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird als Grabenformsteuerung vor dem epitaxialen Aufwachsen eine Ätzbehandlung durchgeführt, um einen Grabenöffnungsabschnitt von jedem der Gräben zu verbreitern, so dass ein breiter und flacher Graben 33 an dem Öffnungsabschnitt des Grabens 32 gebildet wird.
  • Als erstes wird wie in 9A dargestellt ein Grabenätzen in Übereinstimmung mit einer gewünschten Diffusionsform durchgeführt, und es wird der Graben 32 gebildet. Eine Maskenoxidschicht wird entfernt. Danach wird wie in 9B dargestellt eine Maske 34 eines Resists oder dergleichen wiederum durch Fotolithographie gebildet. Die Maske 34 besitzt eine Öffnung, welche breiter als eine Grabenöffnungsbreite W1 des Grabens 32 ist. D. h. die Öffnungsbreite der Maske 34 ist größer als die Grabenöffnungsbreite W1.
  • Des weiteren wird eine Trockenätzbehandlung bezüglich der Resistmaske 34 durchgeführt, und wie in 9C dargestellt wird ein Ätzen des Grabenabschnitts (oberer Grabenabschnitt) durchgeführt. Als Ergebnis wird der Graben 33 zur Verbreiterung des Öffnungsabschnitts des Grabens 32 gebildet. Somit ist es bei der Bildung der (auf)füllenden Epitaxialschicht eines nachfolgenden Schritts möglich das Blockieren des Öffnungsabschnitts zu unterdrücken und das Füllvermögen bzw. die Fülleigenschaft zu verbessern.
  • Dabei ist es bezüglich der Größe des Bildungsgebiets des Grabens nötig, dass die Breite W2 größer ausgebildet wird als die Öffnungsbreite W1 des Grabens 32 und eine Tiefe L2 flacher als eine Tiefe L1 des Grabens 32 ausgebildet wird. Übrigens wird die Ätzbehandlung (Bildung des Grabens 33) des Öffnungsabschnitts vor dem Bearbeitungsschritt des Grabens 32 durchgeführt. Nachdem die Ätzbehandlung (Bildung des Grabens 33) des Öffnungsabschnitts mit einer Resistmaske oder einer Oxidschichtmaske durchgeführt worden ist, wird in diesem Fall eine Grabenverarbeitungsstruktur durch eine Oxidschichtmaske oder eine Resistmaske gebildet, und es wird die Ätzbehandlung zur Bildung des Grabens 32 durchgeführt. Entsprechend der Anzahl von Malen der Ätzbehandlung bezüglich des oberen Grabenabschnitts kann die Behandlung mehrere Male durchgeführt werden, bevor oder nachdem der Graben auf dem Substrat 31 gebildet wird.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform hauptsächlich im Hinblick auf Unterschiede bezüglich der ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben.
  • Wie in 10 dargestellt werden bei dieser Ausführungsform die Gräben 42 in einem Siliziumsubstrat 41 gebildet. Zu dieser Zeit wird eine Oxidschicht 43 als Ätzmaske der Gräben 42 gebildet, um zurückzubleiben. In diesem Zustand wird eine Epitaxialschicht 44 durch epitaxiales Aufwachsen gebildet. D. h. die Epitaxialschicht 44 wird in dem Zustand gebildet, bei welchem die Gesamtheit oder ein Teil der als Ätzmaske in dem Grabenbildungschritt des vorausgehenden Schritts verwendeten Schicht 43 verbleibt. In diesem Fall wächst einkristallines Silizium 44a auf der Seitenwand von jedem der Gräben 42 auf, während eine Schicht aus polykristallinem Silizium 44b auf dem oberen Abschnitt der Oxidschicht 43 gebildet wird, da Informationen über die atomare Position des Substrats 41 auf der Oxidschicht 43 nicht erlangt werden können. Die Epitaxialschicht 44, welche zum Blockieren des Öffnungsabschnitts des Grabens 42 geeignet ist, nimmt den Einfluss des polykristallinen Siliziums auf, welches in die seitliche Richtung von der Oxidschicht 43 aus wächst, und wird zu polykristallinem Silizium (sie wird insbesondere zu einer Schicht mit schwacher bzw. schlechter Kristallinizität (crystallinity), in welcher ein polykristallines Gebiet und ein einkristallines Gebiet gemischt sind).
  • In einem derartigen Zustand wird ein Ätzen durchgeführt, während HCL- oder H2-Gas eingeführt wird. Da das polykristalline Silizium 44b eine Ätzrate besitzt, die größer als diejenige des einkristallinen Siliziums ist, ist daraufhin die Ätzrate der Epitaxialschicht 44b an dem Öffnungsabschnitt mit der schlechten Kristallinizität groß im Vergleich mit der Epitaxialschicht 44a mit einer hervorragenden Kristallinizität an dem Boden des Grabens 42. Als Ergebnis kann ein selektives Ätzen der Epitaxialschicht 44 um den Öffnungsabschnitt herum leicht durchgeführt werden. D. h. es kann das polykristalline Silizium um den Grabenöffnungsabschnitt herum selektiv entfernt werden.
  • Wenn das epitaxialen Aufwachsen in diesem Zustand durchgeführt wird, bei welchem die Oxidschichtmaske 43 zurückbleibt, kann gleichermaßen die Ätzbehandlung des Grabenöffnungsabschnitts unter Verwendung von HCL oder H2 effektiver durchgeführt werden (es kann ein selektives Ätzvermögen des Öffnungsabschnitts angehoben werden). Übrigens kann als Material für die Maske eine Nitridschicht anstelle der Oxidschicht verwendet werden. Da polykristallines Silizium ebenfalls auf der Nitridschicht aufwächst, kann derselbe Effekt wie bei der Oxidschicht erzielt werden.
  • Des weiteren kann in einem CMP-Schritt zur Abflachung der Oberfläche der Epitaxialschicht nach dem (auf)füllenden epitaxialen Aufwachsen eine Verarbeitungsgenauigkeit unter Verwendung der Oxidschicht 43 verbessert werden, welche als die Ätzmaske bei der Grabenbildung als Haltepunkterfassungsschicht des Polierens (Polierstopper) verwendet wird. D. h. es wird eine derartige Charakteristik verwendet, so dass dann, wenn die Polierrate der Oxidschicht im Vergleich mit derjenigen der Siliziumschicht klein ist, das Polieren an dem Punkt gestoppt wird, wenn die Oxidschicht 43 bloßgelegt ist. Ähnlich kann ebenfalls in dem Fall, bei welchem das Oberflächeabflachen der Epitaxialschicht durch Zurückätzen mit einer Trockenätzbehandlung durchgeführt wird, die als Ätzmaske verwendete Oxidschicht als Ätzstopper verwendet werden.
  • Übrigens kann wie oben beschrieben bei der Epitaxialschichtbildung ein einkristalliner Halbleiter auf dem Grabenöffungsabschnitt und dem flachen Abschnitt durch Bildung der Epitaxialschicht 44 in dem Zustand gebildet werden, bei welchem die Gesamtheit der Schicht 43 entfernt wird, welche als Ätzmaske des Grabenbildungschritts des vorausgehenden Schritts verwendet wird. Dementsprechend wird die Kristallinizität der Epitaxialschicht um den Grabenöffnungsabschnitt herum verbessert.
  • Erste Ausgestaltung
  • Als nächstes wird eine erste Ausgestaltung unter Bezugnahme auf 11A bis 11D hauptsächlich im Hinblick auf Unterschiede zu den ersten bis fünften Ausführungsformen beschrieben. Wie in 11D dargestellt werden bei dieser Ausgestaltung Gräben 52 in einem Siliziumsubstrat (einem einkristallinen Siliziumsubstrat) 51 gebildet, welches ein Halbleitersubstrat bildet, und es wird eine einkristalline Siliziumschicht (Dotierungsschicht) 53 in die Innenseite jedes Grabens 52 gefüllt.
  • Zuerst wird insbesondere wie in 11A dargestellt der Graben 52 mit einer gewünschten Tiefe an einer gewünschten Position des Siliziumsubstrats 31 gebildet, an welcher die Dotierungsschicht zu bilden ist. Bei diesem Grabenbildungsschritt wird eine anisotrope Ätzbehandlung einer Trockenätzbehandlung oder einer Nassätzbehandlung durchgeführt. Danach wird ein (auf)füllendes epitaxiales Aufwachsen (es wird eine Epitaxialschicht 54 gebildet) auf dem Substrat 1 einschließlich der Innenseite des Grabens 52 gebildet. Zu dieser Zeit wächst die (auf)füllende Epitaxialschicht hauptsächlich auf der Seite des Grabens 52 auf. Als Ergebnis können sogar in dem Fall, bei welchem Aufwachsenden von zueinander gegenüberliegenden Seiten an der Mitte des Grabens miteinander in Kontakt kommen, makroskopisch erscheinende Hohlräume bei den ersten bis vierten Ausführungsformen verringert werden, wobei eine Ungleichförmigkeit in einem atomaren Pegel auftritt und zur Ursache von Kristalldefekten wird.
  • Daher wird bei dieser Ausgestaltung wie in 11A dargestellt ein (auf)füllendes epitaxiales Aufwachsen innerhalb des Grabens 52 durchgeführt. Danach wird wie in 11B dargestellt eine amorphe Siliziumschicht 55 auf dem Substrat 1 einschließlich der Innenseite des Grabens 52 in dem Zustand gebildet, bei welchem Hohlräume an dem mittleren Abschnitt des Grabens 52 vorhanden sind und in die Innenseite des Grabens 52 gefüllt ist. Die amorphe Siliziumschicht 55 wird in einer LP-CVD-Vorrichtung gebildet, bei welcher SiH4 als Schichtbildungsgas und H2 als Trägergas verwendet wird, und es wird eine Schichtbildung bei einer niedrigen Temperatur von 600°C oder weniger durchgeführt. Da die Schichtbildung bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird, ist das Füllvermögen hervorragend, und es kann ein Auffüllen bzw. Füllen sogar in den Hohlräumen durchgeführt werden, welche in dem mittleren Abschnitt des Grabens vorhanden sind.
  • Nachfolgend wird wie in 11C dargestellt eine Festkörperreaktion (solid reaction) durch eine Wärmebehandlung in der LP-CVD-Vorrichtung induziert, und die (auf)gefüllte amorphe Siliziumschicht 55 wird zu einem Einkristall kristallisiert (umgeformt in eine einkristalline Siliziumschicht 56). Zu dieser Zeit besteht eine Gefahr, dass dann, wenn die Dampfphasenreaktion von beiden Seiten des Grabens 52 aufritt, eine Defektschicht an dem mittleren Abschnitt des Grabens gebildet werden kann. Jedoch wird sogar in einem derartigen Fall die Kristalldefektschicht an dem mittleren Abschnitt des Grabens zu der Zeit der Festkörperphasenreaktion (der Zeit der einkristallinen Kristallisation) einer thermischen Relaxation unterworfen. Dabei wird eine Wärmebehandlung bei 900°C oder mehr, vorzugsweise bei 1100°C oder mehr, erfordert, um die Festkörperphasenreaktion (solid phase reaction) hervorzurufen.
  • Ferner ist die Wärmebehandlung für die Festkörperphasenreaktion nicht auf die Behandlung beschränkt, welche in der LP-CVD-Vorrichtung in einer Atmosphäre eines verringerten Drucks durchgeführt wird, sondern sie kann eine unter dem Umgebungsdruck durchgeführte Wärmebehandlung unter Verwendung eines elektrischen Ofens oder dergleichen nach der Herausnahme aus der Schichtbildungsvorrichtung sein. Wenn sie jedoch in der LP-CVD-Vorrichtung durchgeführt wird, kann eine Reihe von Behandlungen in derselben Vorrichtung durchgeführt werden, so dass eine Behandlungszeit gewonnen und die Verbesserung des Durchsatzes erwartet werden kann. Danach wird wie in 11D dargestellt eine Abflachungsbehandlung durchgeführt, um die Oberflächen der Schichten 54 und 56 abzuflachen.
  • Obwohl übrigens die amporphe Schicht 55 gebildet wird, um in den Graben 52 gefüllt zu sein, nachdem die Epitaxialschicht 54 gebildet worden ist, kann das Grabenauffüllen lediglich durch die amorphe Siliziumschicht 55 ohne Verwendung der Epitaxialschicht 54 durchgeführt werden. Da jedoch eine Schichtbildungsrate klein ist, benötigt in dem Fall, bei welchem lediglich das amorphe Silizium in den Graben gefüllt wird, die Schichtbildungsbehandlung eine große Zeitdauer. Ferner kann ebenfalls bei dieser Ausgestaltung ähnlich wie bei den ersten bis vierten Ausführungsformen eine Verarbeitung der Dotierungsschicht mit einem hohen Seitenverhältnis zum Erzielen eines Seitenverhältnisses von ”1” oder mehr durchgeführt werden (auf diese Weise erzielte Wirkungen werden später zusammen dargestellt).
  • Gleichermaßen besitzt diese Ausgestaltung die folgenden Merkmale:
    Die Gräben 52 werden in dem Siliziumsubstrat 51 gebildet, und die amorphe Siliziumschicht 55 wird auf dem Substrat 51 einschließlich der Gräben 52 gebildet und in jeden Graben 52 gefüllt. Des weiteren wird die amorphe Siliziumschicht 55 der Festkörperphasenreaktion durch die Wärmebehandlung unterworfen, um zu einem Einkristall kristallisiert zu werden, und als die nächstes wird die Oberfläche der einkristallinen Siliziumschicht 56 auf dem Substrat 51 abgeflacht. Da die Schichtbildung der amorphen Siliziumschicht 55 bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird, ist das Füllvermögen hervorragend.
  • Obwohl ferner eine Gefahr besteht, dass eine Defektschicht an dem mittleren Abschnitt des Grabens gebildet wird, wenn die Dampfphasenreaktion von beiden Seiten des Grabens 52 aus durchgeführt wird, wird erwartet, dass die Wärmerelaxation auftritt, wenn amorphes Silizium durch die Festkörperphasenreaktion zu einem Einkristall kristallisiert wird. Daher kann der Graben 52 in eine hervorragende einkristalline Schicht gefüllt werden. Obwohl des weiteren abgestufte Abschnitte auf der Substratoberfläche gebildet werden, nachdem die amorphe Siliziumschicht 55 gebildet worden ist, können Nachteile bei der Anordnungsbildung eines nachfolgenden Schritts unter Durchführung der Abflachungsbehandlung vermieden werden.
  • Wenn die Breite des Grabens 52 an dem Öffnungsabschnitt (Seite der Substratoberfläche) größer als die Breite an dem Bodenabschnitt (Seite der Substrattiefe) ist, wird es eventuell möglich das Füllvermögen der amorphen Siliziumschicht 55 zu verbessern. Wenn beispielsweise bei dem Grabenbildungsschritt die thermische Oxidationsbehandlung durchgeführt wird, nachdem die Grabenätzbehandlung durchgeführt worden ist und der Grabenöffnungsabschnitt durch Entfernen der gebildeten Oxidschicht verbreitert worden ist, kann das Füllvermögen der amorphen Siliziumschicht 55 verbessert werden.
  • Wenn bei dem Grabenbildungsschritt die Ätzbehandlung einmal oder mehrmals auf den oberen Grabenabschnitt durchgeführt wird, bevor oder nachdem eine Grabenätzbehandlung durchgeführt worden ist, wird ein Grabenöffnungsabschnitt wie gewünscht unter der Ätzbehandlung verbreitert, so dass das Füllvermögen der amorphen Siliziumschicht 55 verbessert werden kann. Bei der Ätzbehandlung bezüglich des oberen Abschnitts des Grabens 52 wird die Breite des Öffnungsabschnitts größer gemacht als die Breite des Bodens des Grabens 52, und die Ätztiefe wird kleiner gemacht als die Tiefe des Grabens 52.
  • In diesem Fall, bei welchem die amorphe Siliziumschicht 55 ohne die Epitaxialschicht 54 (auf)gefüllt wird, da die Aufwachsrate von amorphen Silizium niedrig ist, besteht die Befürchtung, dass der Durchsatz verringert ist. Jedoch muß bei dieser Ausgestaltung die amorphe Siliziumschicht 55 lediglich (auf)gefüllt werden, nachdem die Epitaxialschicht 54 durch das Dampfphasenaufwachsen gebildet worden ist, und die amorphe Siliziumschicht 55 muß lediglich während der letzten Stufe des Auffüllens bzw. Füllens gebildet werden. Aus diesem Grunde wird der Durchsatz verbessert, und es wird möglich die Hohlräume des mittleren Abschnitts des Grabens und Kristalldefekte zu unterdrücken.
  • Wenn die Schichtbildung der Epitaxialschicht 54 und die Schichtbildung der amorphen Siliziumschicht 55 aufeinander folgend in derselben Schichtbildungsvorrichtung durchgeführt werden, kann ein Anhaften von Schadstoffen an der Oberfläche des Substrats verringert werden kann und der Durchsatz ebenfalls verbessert werden.
  • Nachdem die Epitaxialschicht 54 innerhalb des Grabens 52 gebildet worden ist, kann die Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 54 und die Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht einmal oder mehrere Male wiederholt werden. Gleichermaßen wird die Ätzbehandlung zur Entfernung eines Teils, welcher den Öffnungsabschnitt blockiert, durchgeführt, nachdem die Epitaxialschicht aufgefüllt worden ist, und es wird die Epitaxialschicht weiter gebildet. Dementsprechend wird ein Blockieren des Öffnungsabschnitts durch die aufgefüllte Epitaxialschicht verringert, und es wird das Füllvermögen bei dem Schichtbildungschritt der Epitaxialschicht derart verbessert, dass Hohlräume unterdrückt werden können.
  • Wenn bei der Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 54 dabei die Dampfphasenätzaktion des Wasserstoffchlorids oder des Wasserstoffs in einer Atmosphäre verwendet wird, welche Wasserstoffchlorid oder Wasserstoff enthält, ist es möglich den Teil, welcher den Öffnungsabschnitt blockiert, unter einer geringen Beschädigung zu entfernen.
  • Durch abwechselndes Durchführen der Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht 54 und der Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 54 wird es möglich die optimale Substrattemperatur bei jeder Behandlung unter kontinuierlicher Durchführung des epitaxialen Aufwachsens und der Ätzbehandlung zu wählen. Da ferner die Epitaxialschichtbildung und die Ätzbehandlung aufeinander folgend in der Schichtbildungsvorrichtung durchgeführt werden können, kann insbesondere die Ätzreaktionsbehandlung mit einem Gasmaterial das Anhaften von Schadstoffen an der Oberfläche des Substrats verringern und den Durchsatz verbessern.
  • Bei der Schichtbildungsbehandlung der Epitaxialschicht 54 wird das Substrat auf einer willkürlichen Temperatur in dem Zustand gehalten, bei welchem die Oberfläche des Substrats einem Schichtbildungsgas ausgesetzt ist, welches wenigstens ein Schichtbildungsmaterialelement enthält. Bei der Ätzbehandlung der Epitaxialschicht 54 wird in dem Zustand, bei welchem die Oberfläche des Substrats 51 wenigstens einem Ätzgas ausgesetzt ist, das Substrat auf einer willkürlichen Temperatur gehalten, bei welcher die Ätzreaktion die Steuerreaktion der Zufuhrrate wird. D. h., da bei der Ätzbehandlung es wünschenswert ist den Öffnungsabschnitt selektiv zu ätzen, ist es wirksam die Ätzbehandlung bei einer hohen Temperatur durchzuführen, bei welcher die Steuerung der Zufuhrrate erreicht wird.
  • Wenn das polykristalline Silizium an dem Grabenöffnungsabschnitt durch Bilden der Epitaxialschicht 54 in dem Zustand gebildet wird, bei welchem die Gesamtheit oder ein Teil der Schicht zurückbleibt, welcher als die Ätzmaske in dem Grabenbildungsschritt als dem vorausgehenden Schritt verwendet wird, und wenn das polykristalline Silizium an dem Grabenöffnungsabschnitt bei der Ätzbehandlung selektiv entfernt wird, ist es möglich lediglich den Öffnungsabschnitt selektiv zu entfernen. Wenn die Epitaxialschicht gebildet wird, kann durch Bilden der Epitaxialschicht 54 in dem Zustand, bei welchem die Gesamtheit der Schicht entfernt wird, welche als die Ätzmaske in dem Grabenbildungsschritt als dem vorausgehenden Schritt verwendet wird, ein einkristalliner Halbleiter auf dem Grabenöffungsabschnitt und dem flachen Abschnitt gebildet werden. Als Ergebnis wird die Kristallinizität der Epitaxialschicht des Grabenbildungsabschnitts verbessert.
  • Ferner kann als weiteres Merkmal bei dem Festkörperphasenreaktionsschritt für einkristallines amorphes Silizium durch aufeinander folgendes Ausführen der Wärmebehandlung in derselben Schichtbildungsvorrichtung als dem Schritt des Auffüllens bzw. Füllens der amorphen Siliziumschicht 55 ein Anhaften von Schadstoffen an der Oberfläche des Substrats verringert und der Durchsatz ebenfalls verbessert werden. Wenn ferner ein Abflachen der Oberflächen der Schichten 54 und 56 durch das Rückätzverfahren mit der Trockenätzbehandlung durchgeführt wird, kann der als Ätzmaske verwendete Film als Polierstopper oder Stopper eines Trockenätzens gebildet werden, so dass die Verarbeitungsgenauigkeit beim Abflachen der Oberfläche verbessert werden kann.
  • Zweite Ausgestaltung
  • Als nächstes wird eine zweite Ausgestaltung unter Bezugnahme auf 12A bis 12D und 13A bis 13D hauptsächlich anhand von Unterschieden zu den ersten bis fünftenten Ausführungsformen sowie der ersten Ausgestaltung beschrieben.
  • Wie in 13C dargestellt werden Gräben 62 in einem Siliziumsubstrat (einem einkristallinen Siliziumsubstrat) 61 gebildet, welches ein Halbleitersubstrat bildet. Eine einkristalline Siliziumschicht (Dotierungsschicht) 63 wird in die Innenseite von jedem der Gräben 62 gefüllt, und es wird ein leitfähiges Material 64 in die Innenseite davon gefüllt. Das leitfähige Material 64 wird zur Annahme eines Potentials der Dotierungsschicht 63 angeordnet. Ferner ist das Substrat 61 vom N-Typ, und die Dotierungsschicht 63 ist vom P-Typ (alternativ ist das Substrat 1 vom P-Typ und die Dotierungsschicht 63 vom N-Typ). Daher wird ein PN-Übergang an der Schnittstelle zwischen dem Substrat 61 und der Dotierungsschicht 63 gebildet, und es ist möglich in Richtung der Tiefe eine Anordnung mit hoher Integration zu erlangen.
  • Zuerst wird wie in 12A bis 12D dargestellt ein Ätzen bezüglich des Siliziumsubstrats 61 von einem Öffnungsabschnitt 65a einer Oxidschicht 65 aus durchgeführt, um den Graben 62 an einer gewünschten Tiefe und einer gewünschten Position zu bilden, an welcher die Dotierungsschicht gebildet werden soll. Bezüglich des Ätzens wird eine anisotrope Trocken- oder Nassätzbehandlung angenommen. Der Berarbeitungsschritt des Grabens 62 ist soweit derselbe wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Danach wird wie in 13A dargestellt eine Epitaxialschicht 66 durch ein epitaxiales Aufwachsenverfahren auf dem Substrat 61 einschließlich der Innenseite des Grabens 62 gebildet. Um in dem Aufwachsschritt der Epitaxialschicht 66 das leitfähige Material 64 in dem Graben 62 in einem nachfolgenden Schritt aufzufüllen, wächst die Epitaxialschicht 66 innerhalb des Grabens 62 auf und wird nicht vollständig in den Graben 62 gefüllt.
  • Danach wird wie in 13B dargestellt eine aus einem leitfähigen Material gebildete Schicht (leitfähige Schicht) 67 auf der Epitaxialschicht 66 gebildet und füllt den Graben 62 mit der dazwischen angeordneten Epitaxialschicht 66. Als das für die Schicht 64 (auf)zufüllende leitfähige Material wird im allgemeinen ein Material aus Metall (Metallschicht) als Verdrahtungsmaterial, insbesondere Al, Cu oder dergleichen verwendet. Es ist übrigens möglich die Migration bzw. Wanderung von Al oder Cu durch Bilden einer Schicht aus einem Material wie TiN, welches zu einem Sperrschichtmetall (barrier metal) wird, innerhalb des Grabens im voraus zu verhindern. Bezüglich Al kann eine Schichtbildung durch ein PVD-Verfahren wie ein Zerstäuben oder eine Aufdampfung oder ein CVD-Verfahren durchgeführt werden, und um das Füllvermögen und die Kristallinizität zu verbessern, wird es erwünscht eine Wärmebehandlung bei etwa 600°C nach der Schichtbildung durchzuführen. Bezüglich Cu wird eine Schichtbildung durch ein Cu-Platierungsverfahren (Cu plating method) oder dergleichen durchgeführt.
  • Entsprechend einem anderen leitfähigen Material ist es ebenfalls möglich ein Metallsilicid als Zusammensetzung bzw. Verbindung (compound) aus Metall und Silizium in den Graben zu füllen. Als Metallmaterial, welches ein Metallsilicid bildet, kann Ti, Co, Ni, W, Pd, Pt oder dergleichen verwendet werden, und es kann irgendein Material in dem Graben 62 durch das PVD-Verfahren wie Zerstäuben oder Aufdampfen aufgetragen werden und zu einer Reaktion mit einem Teil der Epitaxialschicht 66 durch eine nachfolgende Wärmebehandlung (300 bis 900°C) zur Bildung von Silicid gebracht werden. Da ein Nettovolumen (net volume) durch die Umwandlung der Metallschicht in Silicid erhöht wird, wird es folglich möglich die Schichten innerhalb des Grabens 62 vollständig aufzufüllen. Bezüglich der Schichtbildung der Metallsilicidschicht kann die Schichtbildung ebenfalls durch das CVD-Verfahren unter Verwendung eines Gasmaterials durchgeführt werden, welches ein Metallsilicidmaterial enthält. Da Metalisilicid chemisch stabil ist, die Zuverlässigkeit groß ist und da die elektrische Leitfähigkeit nahezu gleich derjenigen von Metall ist, wird es bevorzugt es als leitfähiges Material zur Bildung eines Potentials der Dotierungsschicht zu verwenden.
  • Des weiteren kann polykristallines Silizium einer hohen Störstellenkonzentration (ein polykristalines Halbleitermaterial einer hohen Konzentration) als das leitfähige Material verwendet werden. In diesem Fall werden ein Gasmaterial als Dotierungssubstanz und ein Schichtbildungsmaterial durch das CVD-Verfahren eingeführt, und es wird eine Schichtbildung in dem Graben durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird es möglich fortlaufend Schichten in der epitaxialen Aufwachsvorrichtung zu bilden. Übrigens ist es in diesem Fall nötig den Leitfähigkeitstyp der Epitaxialschicht 66 mit dem Leitfähigkeitstyp des polykristallinen Silizium übereinstimmend zu machen. Ferner ist es bei dem Schichtbildungsschritt der Epitaxialschicht 66 und dem Schichtbildungsschritt der leitfähigen Schicht 67 angemessen, dass die Ätzbehandlung des Öffnungsabschnitts durch HCl oder H2, welches in der ersten Ausführungsform verwendet wird, oder dergleichen hinzugefügt wird, um die Bildung von Hohlräumen zu verhindern.
  • Somit sollten wenigstens Metallmaterialien, Metallsilicidmaterialien oder polykristalline Halbleitermaterialien mit hoher Konzentration als das leitfähige Material zum Auffüllen bzw. Füllen verwendet werden. Durch Annahme dieser Materalien kann eine Schicht eines leitfähigen Materials, welche eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit besitzt und ebenfalls chemisch stabil ist, gebildet werden. Wenn polykristallines Silizium mit hoher Konzentration von demselben Leitfähigkeitstyp wie dem Leitfähigkeitstyp der Dotierungsschicht 63 als das leitfähige Material verwendet wird, kann der Kontaktwiderstand der Dotierungsschicht 63 verringert werden.
  • Danach werden wie in 13C dargestellt die Oberflächen der Epitaxialschicht 66 und der leitfähigen Schicht 67 auf dem Substrat 61 durch Polieren abgeflacht, um abgestufte Abschnitte infolge des Schichtaufwachsens zu eliminieren, und es werden Nachteile bei der Anordnungsbildung in einem nachfolgenden Schritt vermieden. Als Ergebnis wird die Dotierungsschicht 63 gebildet, welche ein großes Seitenverhältnis aufweist und das eingebaute leitfähige Material 64 hält. D. h. die Dotierungsschicht 63, bei welcher die Dimension der Richtung der Linie normal zu der Substratoberfläche größer als die Dimension in die seitliche Richtung auf der willkürlichen Ebene parallel zu der Substratoberfläche ist, welche den Graben 62 schneidet, wird in den Graben 62 gefüllt. Während das Seitenverhältnis der herkömmlichen Dotierungsschicht, welche durch die thermische Diffusion von der Substratoberfläche oder dem Ionenimplantierungsgebiet aus gebildet wird, im Prinzip den Wert ”1” überschreiten kann, kann die Halbleiterschicht (Dotierungsschicht) dieser Ausgestaltung ein großes Seitenverhältnis besitzen, so dass die effektive Benutzung in Richtung der Tiefe erreicht wird und es möglich wird Elemente pro Einheitsfläche hoch integriert auszubilden.
  • Ferner wird es durch Auffüllen des leitfähigen Materials 64 in der Dotierungsschicht 63 im Vergleich mit dem Fall, bei welchem eine Verdrahtungsleitung mit der Oberfläche der Dotierungsschicht 63 verbunden wird (als Vergleich mit dem Fall, bei welchem ein Potential von der Oberfläche aufgenommen wird), möglich, dass sich ein elektrisches Feld gleichförmig in der Dotierungsschicht 63 ausbreitet, und es wird möglich einen parasitären Widerstand zwischend der Dotierungsschicht 63 und der Verdrahtungsleitung zu verringern. Insbesondere ist dies in dem Fall wirksam, bei welchem die Grabentiefe größer gemacht und die Dotierungsschicht mit einem höheren Seitenverhältnis gebildet wird.
  • Dritte Ausgestaltung
  • Als nächstes wird eine dritte Ausgestaltung unter Bezugnahme auf 14A und 14B hauptsächlich im Hinblick auf Unterschiede bezüglich den ersten bis fünften Ausführungsformen sowie der ersten und zweiten Ausgestaltung beschrieben. Wie in 14B dargestellt werden Gräben 72 in einem Siliziumsubstrat (einem einkristallinen Siliziumsubstrat) 71 gebildet, welches ein Halbleitersubstrat bildet, und es wird eine einkristalline Siliziumschicht (Dotierungsschicht) 73 in die Innenseite von jedem der Gräben 72 gefüllt.
  • Zuerst wird wie in 14A dargestellt, nachdem der Graben 72 in dem Siliziumsubstrat 71 gebildet worden ist, eine Epitaxialschicht 73 auf dem Substrat 1 einschließlich der Innenseite des Grabens 72 durch ein epitaxiales Aufwachsenverfahren gebildet. Zu dieser Zeit wird sogar in dem Zustand, bei welchem ein Hohlraum an dem oberen Abschnitt des Grabens 72 wie in 14B dargestellt zurückbleibt, das Hohlraumgebiet durch eine Polierbehandlung von der Oberfläche aus bis zu der Tiefe entfernt, wo der Hohlraum nicht vorhanden ist. D. h. das Polieren wird von der Oberfläche der Epitaxialschicht 73 auf dem Substrat 71 aus durchgeführt, um die Epitaxialschicht 73 und das Substrat 71 bis wenigstens zu der Position zu entfernen, welche tiefer als der Öffnungsabschnitt des Grabens 72 befindlich ist. Somit kann sogar dann, wenn der Hohlraum an der Schichtbildung der Epitaxialschicht 73 wenigstens um den Öffnungsabschnitt des Grabens 72 herum gebildet wird, der Hohlraum durch die Polierbehandlung entfernt werden. Darüber hinaus wird die Oberfläche durch diese Polierbehandlung abgeflacht, und es können Nachteile bei der Anordnungsbildung eines nachfolgenden Schritts vermieden werden. Auf diese Weise ist es möglich die Dotierungsschicht 73 mit einem hervorragenden Füllvermögen endgültig bereitzustellen.
  • Dieses Verfahren kann auf ein Verfahren zur Entfernung eines schlechten Auffüllens bzw. Füllens für den oberen Abschnitt des Grabens ebenfalls in dem bezüglich der ersten Ausgestaltung dargestellten Fall angewandt werden, bei welchem das amorphe Silizium aufgefüllt und zu einem Einkristall krisallisiert worden ist, und ebenfalls in dem bezüglich der zweiten Ausgestaltung dargestellten Fall, bei welchem die Epitaxialschicht und das leitende Material (auf)gefüllt worden sind.
  • Dabei wird die Steuerung der Konzentration der Dotierungssubstanz der Dotierungsschicht bezüglich der obigen Ausführungsformen und Ausgestaltungen beschrieben.
  • Die ersten bis fünften Ausführungsformen sowie die ersten bis dritten Ausgestaltungen sind derart entworfen, dass die (auf)gefüllte Epitaxialschicht (einschließlich der amorphen Schicht 55) in dem Graben gebildet wird, so dass die dreidimensionale Dotierungsschicht gebildet wird. Wenn die Dotierungsschicht gebildet wird, wird die Steuerung der Konzentration der Dotierungssubstanz der (auf)gefüllten Schicht benötigt. Beim Mischen einer Dotierungssubstanz (Einführen eines Gasmaterials, welches eine Störstelle bzw. Verunreinigung enthält, welche zu der Dotierungssubstanz wird), bei dem Schichtbildungsschritt der Epitaxialschicht wird ein Gas wie B2H6 oder dergleichen von etwa 0,1 bis 0,5 Liter/Minute eingeführt, so dass B (Bor) in die Epitaxialschicht in dem Fall gemischt wird, bei welchem die P-Typ Schicht gebildet wird. In dem Fall, bei welchem eine N-Typ Schicht gebildet wird, wird ein Gas wie PH3 oder dergleichen von etwa 0,1 bis 0,5 Liter/Minute eingeführt, so dass P (Phosphor) in die Epitaxialschicht gemischt wird.
  • Vierte Ausgestaltung
  • Als nächstes wird eine vierte Ausgestaltung hauptsächlich im Hinblick von Unterschieden zu der ersten Ausführungsformen sowie der ersten Ausgestaltung beschrieben. Bei dieser Ausgestaltung wird eine Wärmebehandlung unter einem verringerten Druck in einer nichtoxidierenden Atmosphäre als Gegenmaßnahme zu dem schlechten Auffüllen des mittleren Grabenteils in dem Fall durchgeführt, bei welchem ein (auf)füllendes epitaxiales Aufwachsen innerhalb des Grabens wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Dementsprechend wird die Bewegung von Siliziumatomen beschleunigt, während die Oxidation der Oberfläche verhindert wird. Somit werden Siliziumatome auf der Oberfläche des Hohlraums umgeordnet, und als Ergebnis kann der Hohlraum verringert werden.
  • Als Schritt- bzw. Stufenbedingungen (step conditions) (Nichtoxidationswärmebehandlung unter verringertem Druck) wird eine Behandlungstemperatur auf 950°C bis 1200°C festgelegt (insbesondere ist es effektiver die Temperatur auf 1100°C oder mehr festzulegen), es wird eine Periodendauer auf 1 bis 20 Minuten festgelegt, und es wird eine Atmosphäre entsprechend einem Vakuum oder eine Atmosphäre mit verringertem Druck (13–400 mbar (10-300 Torr)) bereitgestellt, in welche H2 oder ein Edelgas (He, Ar, usw.) eingeführt wird.
  • Insbesondere wird diese Ausgestaltung auf ein Vergleichsbeispiel angewandt, mit den Schritten: Grabenätzen → HF-Verwaschung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) → Wärmebehandlung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) → Bildung der epitaxialen Schicht → HCL-Ätzen → Bildung einer Re-Epitaxialschicht (Verbesserung des Füllvermögens durch Bildung einer Schicht unter einer niedrigen Temperatur) → primäres Polieren → Opferoxidation (sacrificial oxidation) → letztes Polieren. D. h. diese Ausgestaltung führt Schritte durch des Grabenätzens → der HF-Verwaschung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) → der Wärmebehandlung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) → des Bildens einer Epitaxialschicht → des HCL-Ätzens → des Bildens einer RE-Epitaxialschicht (Verbessern des Füllvermögens durch Schichtbildung unter einer niedrigen Temperatur) → des Nichtoxidationswärmebehandelns unter verringertem Druck → des primären Polierens → einer Opferoxidation → des letzten Polierens.
  • 15A und 15B zeigen vertikale Querschnittsansichten, welche schematisch Epitaxialschichtzustände darstellen, wenn Wirkungen durch die Wärmebehandlung festgestellt werden, welche bei der Nichtoxidation in einer Atmosphäre unter verringertem Druck durchgeführt wird. Zuerst wurde wie in 15A dargestellt eine Epitaxialschicht 5 in einem Graben 2 eines Substrats 1 durchgeführt. Danach wurde eine Wärmebehandlung unter H2, 1150°C, 10 Minuten und 107 mbar (80 Torr) durchgeführt. Als Ergebnis wurde wie in 15B dargestellt der Hohlraum verringert.
  • Detailliert dargestellt, das schlechte Auffüllen bzw. Füllen entsprechend 15A erstreckt sich linear in Richtung der Tiefe des Grabens an der Mitte des Grabenabschnitts. Unter Durchführung der oben beschriebenen Wärmebehandlung von diesem Zustand aus bewegen sich die Atome auf der an der Oberfläche des Hohlraums bloßgelegten Ebene (innere Randoberfläche des Hohlraums) und werden darauf umgeordnet. Dementsprechend werden beide Oberflächen des Hohlraums miteinander verbunden bzw. gebondet, so dass der Hohlraum verringert wird. Als Ergebnis wird wie in 15B dargestellt der Hohlraum von einer Linie aus zu Punkten.
  • Wenn gleichermaßen als das verfahren der Herstellung eines Halbleitersubstrats die Epitaxialschicht gebildet wird, nachdem sie innerhalb des Grabens aufgefüllt worden ist, wird die Wärmebehandlung in der Nichtoxidationsatmosphäre mit niedrigem Druck durchgeführt. Dementsprechend kann der Hohlraum unterdrückt werden. Wenn die Wärmebehandlung in der Nichtoxidationsatmosphäre mit niedrigem Druck kontinuierlich nachfolgend auf die Epitaxialschichtbildung in derselben Schichtbildungsvorrichtung durchgeführt wird, in welcher die Epitaxialschichtbildung durchgeführt wird, kann ein Anhaften von Schadstoffen an der Oberfläche des Substrats verringert werden, und der Durchsatz wird ebenfalls verbessert. Dieses verfahren kann zusätzlich zu der ersten Ausführungsform auf die erste Ausgestaltung angewandt werden. D. h. in dem Schritt des zu einem Einkristall Kristallisierens der in 11B dargestellten amorphen Halbleiterschicht 55 durch eine Festkörperphasenreaktion kann die Wärmebehandlung in der Nichtoxidationsatmosphäre mit niedrigem Druck durchgeführt werden. Wenn zu dieser Zeit die Wärmebehandlung kontinuierlich in derselben Schichtbildungsvorrichtung als dem Schritt des Füllschritts der amorphen Halbleiterschicht durchgeführt wird, kann ein Anhaften von Schadstoffen an der Oberfläche des Substrats verringert werden, und es kann ebenfalls der Durchsatz verbessert werden.
  • Die Nichtoxidationswärmebehandlung kann unter Einführung der Atmosphäre des niedrigen Drucks durchgeführt werden, nachdem die Abflachung durch Polieren durchgeführt worden ist, und in diesem Fall kann sie ebenfalls den Hohlraum durch die Bewegung der Siliziumatome auf der Oberfläche des Hohlraums verringern.
  • Fünfte Ausgestaltung
  • Als nächstes wird eine fünfte Ausgestaltung hauptsächlich im Hinblick auf Unterschiede bezüglich der ersten Ausführungsform sowie der ersten Ausgestaltung beschrieben.
  • Zuerst wird wie in 2A dargestellt nach der Bildung des Grabens 2 auf dem Siliziumsubstrat 1 die Epitaxialschicht 5 gebildet, und es wird wie in 2B dargestellt ein Teil der Epitaxialschicht 5 geätzt. Danach wächst wie in 16A dargestellt die Epitaxialschicht 6 auf, um einen Hohlraum an dem mittleren Abschnitt des Grabens 2 zu verursachen. Danach wird wie in 16B dargestellt eine Abflachungsbehandlung wie ein Polieren bezüglich der Epitaxialschichten 5 und 6 durchgeführt, um den Hohlraum bloßzulegen. Des weiteren wird wie in 16C dargestellt eine Epitaxialschicht 80 wiederum gebildet, um den Hohlraum zu füllen. Dementsprechend kann der Hohlraum gefüllt werden, um zu verschwinden. Wenn zu dieser Zeit eine Schichtbildung des Steuerns der reaktiven Rate bei einer niedrigen Temperatur (600°C oder weniger) durchgeführt wird, wird der Fülleffekt hoch.
  • Detailliert dargestellt, als Schrittbedingungen bzw. -zustände (step conditions) (ein Schritt des erneuten Füllens (refilling) des Hohlraums) ist eine Schichtbildungsvorrichtung als LP-CVD ausgebildet, es wird beispielsweise SiH4 als Schichtbildungsmaterial verwendet, und es wird eine Schichtbildungstemperatur in einem Bereich von 300°C bis 1200°C festgelegt. Da die Siliziumschicht bezüglich einer einkristallinen Schicht, einer polykristallinen Siliziumschicht und einer amorphen Schicht entsprechend der Temperatur der Schichtbildung sich unterschiedlich gestaltet, kann irgendeine verwendet werden.
  • Nachdem die Schicht 80 gebildet worden ist, wird wiederum wie in 16D dargestellt die Abflachungsbehandlung (Polieren oder Zurückätzen) durchgeführt. Insbesondere wird diese Ausgestaltung für ein Vergleichsbeispiel verwendet einschließlich der Schritte des Grabenätzens → der HF-Verwischung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) → der Wärmebehandlung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) c der Bildung der Epitaxialschicht → des HCL-Ätzens → der Bildung der Re-Epitaxialschicht (Verbesserung des Füllvermögens durch eine Schichtbildung unter einer niedrigen Temperatur) → des primären Polierens → der Opferoxidation → des beendenden Polierens.
  • D. h. diese Ausgestaltung wird geschaffen bzw. durchgeführt durch die Schritte des Grabenätzens → der HF-Verwischung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) → der Wärmebehandlung (Entfernen der natürlichen Oxidschicht) → der Bildung der Epitaxialschicht → des HCL-Ätzens → der Bildung der Re-Epitaxialschicht (Verbesserung des Füllvermögens durch Bildung einer Schicht mit einer niedrigen Temperatur) → einer Nichtoxidationwärmebehandlung unter niedrigem Druck (was bezüglich der vierten Ausgestaltung beschrieben worden ist) → des primären Polierens → der Opferoxidation → des vollendenden Polierens → des Auffüllens bzw. Füllens von Silizium (300 bis 1200°C, einkristallines Silizium, Polysilizium oder amorphes Silizium) als ein Schritt des erneuten Füllens (refilling) des Hohlraums → primäres Polieren → beendendes Polieren.
  • Gleichermaßen wird wie bei dem Verfahren des Herstellens eines Halbleitersubstrats in dem Ablachungsbehandlungsschritt an dem Punkt, bei welchem der Hohlraum an dem mittleren Abschnitt der (auf)füllenden Epitaxialschichten 5 und 6 in dem Graben 2 auf der Oberfläche bloßgelegt ist, wird die Epitaxialschicht 80, die einkristalline Siliziumschicht oder die amorphe Schicht gebildet, um in den Hohlraum gefüllt zu werden. Des weiteren wird die Abflachungsbehandlung derart durchgeführt, dass der Hohlraum verringert werden kann. Dieses Verfahren kann zusätzlich zu der ersten Ausführungsform auf die erste Ausgestaltung angewandt werden. D. h., wenn ein Hohlraum entsprechend 11C in dem Ablachungsbehandlungsschritt der (auf)gefüllten Schichten 54 und 56 in dem Graben an dem Punkt hergestellt wird, wenn der Hohlraum der Mitte der (auf)gefüllten Schichten 54 und 56 auf der Oberfläche bloßgelegt ist, wird die Epitaxialschicht 80, die polykristalline Schicht oder die amorphe Schicht gebildet, um in den Hohlraum gefüllt zu werden. Danach wird die Abflachungsbehandlung durchgeführt.
  • Sechste Ausführungsform
  • Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform hauptsächlich anhand von Unterschieden bezüglich der ersten Ausführungsform sowie der ersten Ausgestaltung beschrieben. Wenn bei dieser Ausführungsform entsprechend 17A und 17B eine Aufwachsrate einer Epitaxialschicht 93 an einem Boden eines Grabens 92a ist, eine Aufwachsenrate einer Epitaxialschicht 93 an einer Seite des Grabens 92 β ist, eine Breite des Grabens 92 an dem Öffnungsabschnitt F ist und eine Tiefe des Grabens B ist, gilt die Beziehung B/α < F/2β.
  • Detailliert dargestellt, es wird entsprechend 17A ein Substrat 91 mit dem Graben 92 bereitgestellt bzw. präpariert. Wenn die Epitaxialschicht 93 wie in 17B dargestellt in dem Graben 92 des Substrats 91 aufwächst, werden, da eine Aufwachsverbindungsoberfläche (growth Joint surface) von den Seiten des Grabens zu einem Grund eines Hohlraums wird, wird die Grabenform und die Aufwachsrate der Epitaxialschicht (Seite, Boden) in dem Graben optimiert, so dass die Verbindungsoberfläche dem oberen Abschnitt des anfänglichen Grabens entspricht.
  • Als konkretes Beispiel wird angenommen, dass Si (110) als das Substrat verwendet wird und ein Nassätzen durch TMAH als Grabenätzen durchgeführt wird. In diesem Fall gilt für die Aufwachsraten der Innenseite des Grabens ß = 0,45 μm/Minute und α = 0,38 μm. In dem Fall, bei welchem die Breite F des Öffnungabschnitts 18 μm beträgt, wird die Tiefe B auf weniger als 7,6 μm bei der Grabenstruktur festgelegt, um die obige Beziehung zu erfüllen.
  • Gleichermaßen wird bei dem Verfahren des Herstellens einer Halbleiteranordnung, bei welcher der Graben 92 in dem Halbleitersubstrat 91 gebildet wird, die Epitaxialschicht 93 durch das epitaxiale Aufwachsverfahren auf dem Halbleitersubstrat 91 einschließlich der Innenseite des Grabens 92 gebildet, und es wird die Oberfläche der Epitaxialschicht 93 auf dem Halbleitersubstrat 91 abgeflacht, wobei die obige Beziehung (B/α < F/2β) erfüllt wird. Somit kann das Auftreten des Hohlraums unterdrückt werden.
  • Dieses Verfahren kann auf die erste Ausführungsform angewandt werden. D. h. es können 2A und 2C angewandt werden, wenn die Epitaxialschichten 5 und 6 in dem Graben aufwachsen. Anderenfalls kann dieses Verfahren auf die erste Ausgestaltung angewandt werden. D. h., wenn entsprechend 11A die amorphe Halbleiterschicht in dem Graben 52 aufwächst, wird dafür gesorgt, dass die Beziehung B/α < F/2β erfüllt wird, wobei eine Aufwachsrate der amorphen Siliziumschicht an dem Boden des Grabens α ist, eine Aufwachsrate der amorphen Siliziumschicht an der Seite des Grabens β ist, die Breite des Grabens an dem Öffnungsabschnitt F ist und die Tiefe des Grabens B ist. Wenn andernfalls die Epitaxialschicht 54 in dem Graben 52 wie in 11A dargestellt aufwächst und wenn die amorphe Halbleiterschicht 55 in dem Graben 52 wie in 11B dargestellt aufwächst, kann der Ausdruck mit einer Aufwachsrate α von beiden Schichten 54 und 55 auf dem Grabenboden, einer Aufwachsrate β an der Grabenseite und den Größen G, F des Grabens die Beziehung B/α < F/2β erfüllen.
  • In Bezug auf Beispiele außer den soweit beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen sowie Ausgestaltungen wird bei den obigen ersten bis sechsten Ausführungsformen sowie den ersten bis fünften Ausgestaltungen das Substratverarbeitungsverfahren beschrieben, bei welchem Silizium epitaxial auf dem Siliziumsubstrat aufwächst, so dass eine dreidimensionale Dotierungsschicht gebildet wird. Eine ähnliche Verarbeitungstechnik kann ebenfalls auf ein anderes Halbleitermaterial wie SiC, SiGe oder GaAs angewandt werden, und es ist möglich die Bildung einer Dotierungsschicht für eine hohe Integration in Richtung der Substrattiefe zu realisieren.
  • Bezüglich der Substratstruktur besitzen die ersten sechsten Ausführungsformen sowie die ersten bis fünften Ausgestaltungen einer derartige Struktur, bei welcher die Dotierungsschicht an der Oberfläche des Substrats bloßgelegt ist (beispielsweise ist entsprechend 2D die Dotierungsschicht 3 an der oberen Oberfläche des Substrats bloßgelegt). Jedoch kann eine derartige Struktur dahingehend angenommen werden, dass die Dotierungsschicht intern in dem Substrat enthalten ist, beispielsweise entsprechend 2D eine derartige Struktur, bei welcher eine Siliziumschicht auf der Dotierungsschicht 3 angeordnet ist.
  • Vorstehend wurden ein Halbleitersubstrat und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart. Ein Graben (2) wird in einem Siliziumsubstrat (1) gebildet, und eine Epitaxialschicht (5) wird auf dem Substrat und in dem Graben gebildet. Nachdem ein Teil der um einen Öffnungsabschnitt des Graben herum gebildeten Epitaxialschicht geätzt worden ist, wird eine andere Epitaxialschicht (6) auf dem Substrat und in dem Graben gebildet. Dementsprechend kann der Graben mit den Epitaxialschichten vollständig gefüllt werden. Danach wird die Oberfläche des Substrats abgeflacht.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, mit den Schritten: Bilden eines Grabens (2) in einem Halbleitersubstrat (1); Bilden einer ersten Epitaxialschicht (5) auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats und in dem Graben; anschließend an das Bilden der ersten Epitaxialschicht (5) – selektives Ätzen eines Teils der ersten Epitaxialschicht (5) um den Öffnungsabschnitt des Grabens (2) herum; Bilden einer zweiten Epitaxialschicht (6) auf der ersten Epitaxialschicht, um den Graben mit der ersten Epitaxialschicht und der zweiten Epitaxialschicht zu füllen; und Abflachen der Oberfläche des Halbleitersubstrats, auf welchem die erste und zweite Epitaxialschicht gebildet sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der ersten Epitaxialschicht in einer Nähe des Öffnungsabschnitts des Grabens gebildet und geätzt wird, bevor die zweite Epitaxialschicht gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Halbleitersubstrats durch Polieren abgeflacht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Halbleitersubstrats durch ein Rückätzen mit einer Trockenätzbehandlung abgeflacht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben mit den ersten und zweiten Epitaxialschichten gefüllt wird, um einen Hohlraum an einem ungefähr mittleren Abschnitt davon zu besitzen; die Oberfläche des Halbleitersubstrats abgeflacht wird, bis der Hohlraum darauf bloßgelegt ist; und der durch Abflachen bloßgelegte Hohlraum mit einer Schicht (80) gefüllt wird, welche entweder eine Epitaxialschicht, eine polykristalline Schicht oder eine amorphe Schicht ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben eine erste Breite (E) an einem Boden davon und eine zweite Breite (F) an einem Öffnungsabschnitt davon aufweist, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beziehung B/α < F/2β erfüllt wird, wobei α eine erste Aufwachsrate von jeweils der ersten Epitaxialschicht und der zweiten Epitaxialschicht an einem Boden des Grabens ist; β eine zweite Aufwachsrate von jeweils der ersten Epitaxialschicht und der zweiten Epitaxialschicht an einer Seite des Grabens ist; F eine Breite an dem Öffnungsabschnitt des Grabens ist; und B eine Tiefe des Grabens ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben in dem Halbleitersubstrat durch ein anisotropes Ätzen gebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Schritte: Durchführen einer thermischen Oxidationsbehandlung zur Bildung einer Oxidschicht (25) auf der Oberfläche des Substrats einschließlich einer inneren Oberfläche des Grabens nach der Bildung des Grabens; und Entfernen der Oxidschicht derart, dass ein Öffnungsabschnitt des Grabens vergrößert ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Ätzen eines oberen Abschnitts des Grabens, bevor oder nachdem der Graben in dem Substrat gebildet worden ist, derart, dass ein Öffnungsabschnitt des Grabens vergrößert ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Abschnitt, welcher geätzt wird, bevor oder nachdem der Graben gebildet worden ist, eine Tiefe (L2) aufweist, welche flacher als eine Tiefe (L1) des Grabens ist und eine Breite (W2) größer als eine Breite (W1) an einem Boden des Grabens ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der ersten Epitaxialschicht in einer Atmosphäre, welche Wasserstoffchlorid oder Wasserstoff enthält, durch eine Gasphasenätzaktion des Wasserstoffchlorids oder des Wasserstoffs geätzt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der ersten Epitaxialschicht und das daran anschließende Ätzen des Teils der ersten Epitaxialschicht in einer identischen Schichtbildungsvorrichtung durchgeführt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem die zweite Epitaxialschicht gebildet worden ist, ein Ätzen von wenigstens der ersten oder zweiten Epitaxialschicht und ein Fortführen dss Bildens der zweiten Epitaxialschicht wiederholt durchgeführt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die erste Epitaxialschicht gebildet wird, die Oberfläche des Halbleitersubstrats einem Schichtbildungsgas einschließlich einem Element zur Bildung der ersten Epitaxialschicht ausgesetzt und auf einer ersten Temperatur gehalten wird; und wenn der Teil der ersten Epitaxialschicht geätzt wird, die Oberfläche des Halbleitersubstrats einem Ätzgas ausgesetzt wird und auf einer zweiten Temperatur gehalten wird, bei welcher eine Ätzreaktion ein Prozess des Steuerns der Zufuhrrate wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben in dem Halbleitersubstrat durch eine auf dem Halbleitersubstrat vorgesehene Ätzmaske gebildet wird; und die erste Epitaxialschicht gebildet wird, nachdem die Ätzmaske vollständig von dem Halbleitersubstrat entfernt worden ist, so dass sich die gesamte erste Epitaxialschicht aus einem einkristallinen Halbleiter zusammensetzt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Epitaxialschicht unter Verwendung eines Gases gebildet wird, welches eine Verunreinigung enthält, die zu einer Dotierungssubstanz für die erste Epitaxialschicht wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, des Weiteren gekennzeichnet durch den Schritt des Durchführens einer Wärmebehandlung auf das Substrat unter einem niedrigen Druck und einer Nichtoxidationsatmosphäre, nachdem der Graben mit der ersten Epitaxialschicht und der zweiten Epitaxialschicht gefüllt worden ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der zweiten Epitaxialschicht und die Warmebehandlung unter dem niedrigen Druck und der Nichtoxidationsatmosphäre in einer identischen Schichtbildungsvorrichtung durchgeführt werden.
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