DE102004063148A1 - Isolierverfahren bei Halbleiter-Bauelementen - Google Patents
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Abstract
Es werden hier Isolierverfahren für die Verwendung bei Halbleiter-Bauelementen offen gelegt. Zu einem beispielhaften Verfahren gehört Folgendes: Ausbilden einer Hartmaskenschicht durch aufeinander folgendes Übereinanderschichten einer Siliziumoxidschicht, einer Siliziumnitridschicht und einer Schicht aus einem thermisch erzeugten Oxid auf einem Halbleitersubstrat, Ausbilden einer Hartmaskenschicht-Struktur durch Strukturieren der Hartmaskenschicht, um eine Oberfläche des Halbleitersubstrats freizulegen, die einem Feldbereich entspricht, Ausbilden eines Abstandshalters an jeder Seitenwand der Hartmaskenschicht-Struktur durch Berücksichtigen einer dem Rückbildungssoll entsprechenden Menge pro Seite, Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat durch Ätzen der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats, Füllen des Grabens mit einer Isolierschicht und Entfernen der Hartmaskenschicht-Struktur und des Abstandshalters.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Offenlegung betrifft Halbleiter-Bauelemente und insbesondere Isolierverfahren bei Halbleiter-Bauelementen.
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- Im allgemeinen besteht ein bekanntes Bauelement-Isolierverfahren aus folgenden Schritten: Aufwachsen einer Padoxidschicht zur Si3N4-Entspannung, Ausbilden einer Oxidschicht auf der Padoxidschicht und Ausbilden einer Oxidschicht als Maskenschicht für die Grabenätzung auf der Nitridschicht. Zu dem bekannten Verfahren gehört ebenfalls das Strukturieren der Maskenschicht, das Durchführen der Grabenätzung zum Ausbilden eines Grabens, das Ausführen einer Rückbildung unter Verwendung einer H3PO4-Ablösung zur Verhinderung einer Kerbe und Sicherstellung einer aktiven Breite, das erneute Aufwachsen einer Oxidschicht auf einen Feldbereich und das Isolieren eines aktiven Bereichs vom Feldbereich durch Ausführen von CMP (chemisch-mechanischem Polieren) auf der Oxidschicht.
-
1 ist ein Flussdiagramm eines bekannten Verfahrens für das Ausbilden einer Bauelement-Isolierschicht bei einem Halbleiter-Bauelement. Die2A bis2H sind Querschnittsdarstellungen eines Halbleiter-Bauelements in verschiedenen Stadien des bekannten Verfahrens. - In
1 und2A wird eine Siliziumoxidschicht1 als Pufferschicht auf einem Halbleitersubstrat10 ausgebildet. Eine Siliziumnitridschicht2 wird auf der Siliziumoxidschicht1 ausgebildet. Eine Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid wird dann auf der Siliziumnitridschicht2 ausgebildet (S101). - In
1 und2B wird die Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid mit Fotolack beschichtet. Der Fotolack wird belichtet und entwickelt, damit eine Fotolack-Struktur4 ausgebildet wird. Die belichtete Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid, die Nitridschicht2 und die Oxidschicht1 werden nacheinander durch Trockenätzen unter Verwendung der Fotolack-Struktur4 als Ätzmaske geätzt (S102). - In
1 und2C wird die Fotolack-Struktur durch O2-Plasmabehandlung entfernt (S103). - In
1 und2D wird eine freigelegte Oberfläche des Siliziumsubstrats10 durch Trockenätzen unter Verwendung der verbleibenden Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid und der verbleibenden Nitridschicht2 als Ätzmaske geätzt, um in dem Substrat10 einen Graben5 auszubilden (S104). - In
1 und2E erfolgt an dem Graben5 unter Verwendung einer H3PO4-Ablösung eine Rückbildung, um unter der Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid eine Ausnehmung6 auszubilden (S105). - In
1 und2F wird über dem Substrat einschließlich des Grabens5 und der Ausnehmung6 eine Oxidschicht7 für das Ausbilden eines Feldbereichs ausgebildet (S106). - In
1 und2G erfolgt ein chemischmechanisches Polieren (CMP) der Oxidschicht7 von2F , bis die Siliziumnitridschicht2 freiliegt (S107). - In
1 und2H wird ein aktiver Bereich durch Oxid-Nassätzen und H3PO4-Ablösungsätzen auf eine Feldhöhe abgestimmt, und die verbleibende Siliziumnitridschicht2 und die verbleibende Oxidschicht1 werden entfernt (S108). - Infolgedessen wird ein aktiver Bereich und ein Feldbereich fertiggestellt.
- Bei dem bekannten Rückbildungsverfahren unter Verwendung des Trockenätzens kann die Rückbildungswirkung durch das Abscheiden und Ätzen von Abstandshaltern unterstützt werden, um verschiedene Probleme des Nassätzens zu lösen.
- Beim Rückbildungsprozess durch Trockenätzen erweist es sich jedoch als schwierig, den aktiven Bereich davor zu bewahren, dass er durch das Öffnen der Maske angegriffen wird. Dementsprechend ist es möglich, dass der aktive Bereich während des Ätzens zerstört wird.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Flussdiagramm eines bekannten Verfahrens für das Ausbilden einer Bauelement-Isolierschicht bei einem Halbleiter-Bauelement. - Die
2A bis2H sind Querschnittsdarstellungen eines Halbleiter-Bauelements in verschiedenen Stadien der Bearbeitung nach1 . -
3 ist ein Flussdiagramm eines offengelegten beispielhaften Verfahrens für das Ausbilden einer Bauelement-Isolierschicht bei einem Halbleiter-Bauelement. - Die
4A bis4H sind Querschnittsdarstellungen eines Halbleiter-Bauelements in verschiedenen Stadien der Bearbeitung nach3 . - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Hier wird offengelegt, ein Isolierverfahren zur Verwendung bei Halbleitern, durch das ein aktiver Angriff vermieden und im Fall des Einsatzes einer Rückbildung durch Trockenätzen zur Grabenisolierung ein stabiler aktiver Bereich abgesichert wird.
- In
3 und4A wird eine Siliziumoxidschicht1 als Pufferschicht auf einem Halbleitersubstrat10 ausgebildet. Eine Siliziumnitridschicht2 wird auf der Siliziumoxidschicht1 ausgebildet. Eine Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid wird auf der Siliziumnitridschicht2 ausgebildet (S301). Bei diesem Beispiel wird die Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid, die Siliziumnitridschicht2 und die Siliziumoxidschiht1 als Hartmaske für das Trockenätzen des Halbleitersubstrats10 aus Silizium verwendet. - In
3 und4B wird die Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid mit Fotolack beschichtet. Der Fotolack wird belichtet und entwickelt, damit eine Fotolack-Struktur4 ausgebildet wird. Die belichtete Hardmaske wird dann durch Trockenätzen unter Verwendung der Fotolack-Struktur4 als Ätzmaske geätzt (S302). Um eine spezifische Bauelement-Eigenschaft zu erhalten, lässt sich dabei die Beschädigung des Siliziumsubstrates10 möglicherweise verhindern, indem die Siliziumoxidschicht1 und die Siliziumnitridschicht2 der Hartmaske geätzt werden. Daher kann beim Ätzen der Hartmaskenschicht ein hohes Ätzselektionsverhältnis zwischen der Siliziumoxidschicht1 und der Siliziumnitridschicht2 verwendet werden, das eine Geschwindigkeit für das Stoppen der entsprechenden Ätzung an der Siliziumoxidschicht1 zur Entspannung übersteigt. Bei einem Beispiel beträgt das hohe Ätzselektionsverhältnis zwischen der Siliziumoxidschicht1 und der Siliziumnitridschicht2 10:1. Als Bedingung dafür, dass die Siliziumnitrid-Trockenätzung das entsprechende hohe Ätzselektionsverhältnis erhält, wird HBr-Grundgas bei einer Temperatur von über 50° verwendet. - In
3 und4C wird die Fotolack-Struktur durch O2-Plasmabehandlung/Ablösung entfernt. Dann wird eine Abstandshalterschicht11 über dem Substrat10 einschließlich der verbleibenden Maske und einer belichteten Oberfläche des Substrates10 abgeschieden. Dabei wird die Abstandshalterschicht11 in einer Dicke abgeschieden, die die kritische Abmessung und ein Rückbildungssoll kompensiert (S303). - Bei den Beispielen aus
3 und4D wird die Abstandshalterschicht11 rückgeätzt, um einen auf jeder Seitenwand der verbleibenden Hartmaske verbleibenden Abstandshalter11 auszubilden (S304). Dabei muss die Ätzmenge eine dem Rückbildungssoll entsprechende Menge pro Seite berücksichtigen. - In
3 und4E wird eine freigelegte Oberfläche des Siliziumsubstrats10 durch Trockenätzen unter Verwendung der verbleibenden Hartmaske einschließlich der Schicht3 aus einem thermisch erzeugten Oxid und der Nitridschicht2 und des Abstandshalters11 als Ätzmaske geätzt, um in dem Substrat10 einen Graben5 auszubilden (S305). Im Vergleich zur bekannten Grabenausbildung in2E stellt die hier offengelegte Grabenausbildung die Unterätzung der Siliziumnitridschicht2 sicher, ohne einen zusätzlichen Prozess zu verwenden. - In
3 und4F wird über dem Substrat einschließlich des Grabens5 eine Oxidschicht7 für das Ausbilden eines Feldbereichs ausgebildet (S306). In3 und4G erfolgt ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) der Oxidschicht7 von2F , bis die Siliziumnitridschicht2 freiliegt (S307). - In
3 und4H wird ein aktiver Bereich durch Oxid-Nassätzen und H3PO4-Ablösung auf eine Feldhöhe abgestimmt, und die verbleibende Siliziumnitridschicht2 und die verbleibende Oxidschicht1 sowie der Abstandshalter11 werden entfernt (S308). - Infolgedessen wird ein aktiver Bereich und ein Feldbereich fertiggestellt.
- Wie hier offengelegt wird dementsprechend eine Beschädigung des Substrats verhindert, indem eine Maske unter Verwendung einer hohen Selektivität zwischen einer Siliziumnitridschicht und einer Padoxidschicht geöffnet wird, wodurch ein stabiler aktiver Bereich sichergestellt wird. Zusätzlich wird eine Beschädigung des aktiven Bereiches bei der Trockenrückbildung verhindert, wenn ein aktiver Bereich des Halbleiter-Bauelements ausgebildet wird.
- Gemäß einem Beispiel gehört folgendes zu einem offengelegten Verfahren: Ausbilden einer Hartmaskenschicht durch aufeinander folgendes Übereinanderschichten einer Siliziumoxidschicht, einer Siliziumnitridschicht und einer Schicht aus einem thermisch erzeugten Oxid auf einem Halbleitersubstrat, Ausbilden einer Hartmaskenschicht-Struktur durch Strukturieren der Hartmaskenschicht, um eine Oberfläche des Halbleitersubstrats freizulegen, die einem Feldbereich entspricht, Ausbilden eines Abstandshalters an jeder Seitenwand der Hartmaskenschicht-Struktur durch Berücksichtigen einer dem Rückbildungssoll entsprechenden Menge pro Seite, Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat durch Entfernen der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats, Auffüllen des Grabens mit einer Isolierschicht und Entfernen der Hartmaskenschicht-Struktur und des Abstandshalters.
- Bei einem Beispiel erfolgt die Rückbildung durch Trockenätzen. Die Hartmaskenschicht wird unter Verwendung eines hohen Ätzselektionsverhältnisses zwischen der Siliziumoxidschicht und der Siliziumnitridschicht strukturiert, das eine Geschwindigkeit für das Stoppen der entsprechenden Ätzung an der Siliziumoxidschicht zur Entspannung übersteigt. Das hohe Ätzselektionsverhältnis kann gemäß einem Beispiel 10:1 betragen. Als Bedingung dafür, dass die Trockenätzung das hohe Ätzselektionsverhältnis erhält, wird HBr-Grundgas bei einer Temperatur von über 50° verwendet.
- Wenn der Abstandshalter ausgebildet wird, wird unter Berücksichtigung einer dem Rückbildungssoll entsprechenden Menge pro Seite eine Ätzmenge eingestellt.
- Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der am 30. Dezember 2003 eingereichten koreanischen Anmeldung Nr. P2003-0100537, die durch Verweis darauf hier mit aufgenommen ist.
- Es sind hier zwar bestimmte, gemäß den Lehren der Erfindung konstruierte Vorrichtungen beschrieben worden, der Schutzbereich des vorliegenden Patents ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das vorliegende Patent gilt ganz im Gegenteil für jede beliebige Vorrichtung, jedes beliebige Verfahren und jeden beliebigen hergestellten Artikel, die wörtlich oder der Lehre von Äquivalenten entsprechend ganz in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Claims (5)
- Isolierverfahren für ein Halbleiter-Bauelement, das folgendes umfasst: Ausbilden einer Hartmaskenschicht durch aufeinander folgendes Übereinanderschichten einer Siliziumoxidschicht, einer Siliziumnitridschicht und einer Schicht aus einem thermisch erzeugten Oxid auf einem Halbleitersubstrat, Ausbilden einer Hartmaskenschicht-Struktur durch Strukturieren der Hartmaskenschicht, um eine Oberfläche des Halbleitersubstrats freizulegen, die einem Feldbereich entspricht, Ausbilden eines Abstandshalters an jeder Seitenwand der Hartmaskenschicht-Struktur durch Berücksichtigen einer dem Rückbildungssoll entsprechenden Menge pro Seite, Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat durch Ätzen der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats, Füllen des Grabens mit einer Isolierschicht und Entfernen der Hartmaskenschicht-Struktur und des Abstandshalters.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Rückbildung durch Trockenätzen erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Hartmaskenschicht unter Verwendung eines hohen Ätzselektionsverhältnisses zwischen der Siliziumoxidschicht und der Siliziumnitridschicht strukturiert wird, das eine Geschwindigkeit für das Stoppen der entsprechenden Ätzung an der Siliziumoxidschicht zur Entspannung übersteigt.
- Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als Bedingung, dass die Trockenätzung das hohe Ätzselektionsverhältnis erhält, HBr-Grundgas bei einer Temperatur von über 50° verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausbilden des Abstandshalters eine Ätzmenge umfasst, die durch Berücksichtigen einer dem Rückbildungssoll entsprechenden Menge pro Seite eingestellt ist.
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