DE4212503A1 - Halbleiterbaustein und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Halbleiterbaustein und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung bzw. einen
Halbleiterbaustein und ein Verfahren zu seiner Herstellung,
mit einem versenkten Feldoxid von umgekehrter T-Form, das für
Submikrometer-MOS-Bausteine geeignet ist.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Halbleiterbaustein,
bei dem ein Feldoxid unter Anwendung des herkömmlichen LOCOS-
Verfahrens (lokale Siliziumoxidation) ausgebildet ist.
In der bekannten Technologie wird bei der Herstellung von
MOS-Bausteinen das Feldoxid zur Isolierung von Bauelementen
unter Anwendung des herkömmlichen LOCOS-Verfahrens (lokale
Siliziumoxidation) ausgebildet.
So läßt man, wie in Fig. 1 dargestellt, unter Verwendung
einer (hier nicht dargestellten) Nitridschicht das Feldoxid 2
auf einen Feldbereich des Si-Substrats 1 aufwachsen, im fest
gelegten Teil wird das Gate 3 ausgebildet, und dann werden
die vorgegebenen Störstellen implantiert, um den Source- und
Drain-Bereich 4 auszubilden. Da ferner das Feldoxid 2 beim
Aufwachsen nur wenig in das Si-Substrat 1 eingedrungen ist,
werden die vorgegebenen Störstellen in einen Feldbereich im
plantiert, um einen Kanalstopp zur Isolierung von Transisto
ren zu bilden.
Der herkömmliche Herstellungsprozeß zur Bildung des Feldoxids
weist jedoch insofern Nachteile auf, als die nutzbare Fläche
des Bausteins wegen der Entstehung eines "Vogelschnabels"
verringert und die Kapazität durch den pn-Übergang vergrößert
wird. Ferner entsteht durch Beschädigung des Kantenteils ein
Leckstrom, so daß der Baustein nicht vollständig isoliert
werden kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleiterbaustein
mit versenktem Feldoxid von umgekehrter T-Form sowie ein Ver
fahren zur Herstellung des Halbleiterbausteins und zur Aus
bildung eines versenkten Feldoxids von umgekehrter T-Form
durch Implantation von Sauerstoff- oder Stickstoffionen be
reitzustellen.
Zur Lösung der obigen Aufgabe der Erfindung wird ein Halb
leiterbaustein geschaffen, der durch ein versenktes Feldoxid
von umgekehrter T-Form isoliert wird, dessen unterer Teil
breiter ist als der obere Teil.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für den Halblei
terbaustein weist die folgenden Schritte auf:
aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Nitrid-Anschlußschicht oder -Kissenschicht, einer ersten Nitridschicht und einer ersten Oxidschicht auf ein Si-Substrat;
Freilegen des Si-Substrats im Feldbereich und Ausbildung einer Seitenwand aus einer zweiten Nitridschicht;
erste Implantation von Störstellen in das freigelegte Sub strat bis zur vorgegebenen Tiefe;
Entfernen der ersten Oxidschicht und der zweiten Nitrid schicht und aufeinanderfolgendes Aufbringen einer zweiten Oxidschicht und einer dritten Nitridschicht auf die gesamte Oberfläche;
Ätzen der dritten Nitridschicht, um den festgelegten Teil des Si-Substrats freizulegen;
mplantation von Störstellen mit niedrigerer Energie als bei der ersten Ionenimplantation;
Ausbildung eines Feldoxids durch Wärmebehandlung der in das Substrat implantierten Störstellen;
Entfernen der restlichen dritten Nitridschicht, der zweiten Nitridschicht, der ersten Nitridschicht und der Nitrid-An schlußschicht; und
Ausbildung eines Transistors im aktiven Bereich, der durch das Feldoxid isoliert wird.
aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Nitrid-Anschlußschicht oder -Kissenschicht, einer ersten Nitridschicht und einer ersten Oxidschicht auf ein Si-Substrat;
Freilegen des Si-Substrats im Feldbereich und Ausbildung einer Seitenwand aus einer zweiten Nitridschicht;
erste Implantation von Störstellen in das freigelegte Sub strat bis zur vorgegebenen Tiefe;
Entfernen der ersten Oxidschicht und der zweiten Nitrid schicht und aufeinanderfolgendes Aufbringen einer zweiten Oxidschicht und einer dritten Nitridschicht auf die gesamte Oberfläche;
Ätzen der dritten Nitridschicht, um den festgelegten Teil des Si-Substrats freizulegen;
mplantation von Störstellen mit niedrigerer Energie als bei der ersten Ionenimplantation;
Ausbildung eines Feldoxids durch Wärmebehandlung der in das Substrat implantierten Störstellen;
Entfernen der restlichen dritten Nitridschicht, der zweiten Nitridschicht, der ersten Nitridschicht und der Nitrid-An schlußschicht; und
Ausbildung eines Transistors im aktiven Bereich, der durch das Feldoxid isoliert wird.
Die Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nachstehend an
hand bevorzugter Ausführungsbeispiele und anhand der Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Halbleiterbaustein, in dem
unter Verwendung des herkömmlichen LOCOS-Verfahrens ein Feld
oxid ausgebildet ist;
Fig. 2(a) bis (e) Schnitte während des Herstellungsverfahrens
für einen Halbleiterbaustein, wobei nach einer Ausführungs
form der Erfindung ein versenktes Feldoxid von umgekehrter T-
Form ausgebildet wird.
Im folgenden werden anhand von Fig. 2 ein erfindungsgemäßer
Halbleiterbaustein und ein erfindungsgemäßes Verfahren zu
seiner Herstellung näher erläutert.
Fig. 2(a) bis (e) zeigen Schnittdarstellungen zum Herstel
lungsverfahren für einen Halbleiterbaustein mit versenktem
Feldoxid von umgekehrter T-Form nach einer Ausführungs
form der Erfindung.
Auf ein Si-Substrat 11 werden nacheinander eine Nitrid-An
schlußschicht 12, eine erste Nitridschicht 13 und eine erste
Oxidschicht 14 aufgebracht, und das Si-Substrat 11 wird unter
Verwendung einer aktiven Maske (hier nicht dargestellt) im
Feldbereich freigelegt.
Dann wird eine dünne zweite Nitridschicht aufgebracht und
nach dem RIE-Verfahren (reaktives Ionenätzverfahren) geätzt,
um an der Seite die Seitenwand 15 auszubilden.
Die festgelegten Störstellen, wie z. B. Sauerstoff- oder
Stickstoffionen, werden in das freiliegende Si-Substrat 11
bis zur vorgegebenen Tiefe implantiert.
Dabei wird die Ionenimplantation so ausgeführt, daß die Stör
stellen von der Oberfläche des Si-Substrats 11 her bis in
eine Tiefe der Größenordnung von 0,5 µm mit einer Energie von
etwa 150 bis 250 keV implantiert werden. Die Dosis beträgt
dabei etwa 1017 bis 1019 (Ionen)/cm2.
Danach werden, wie in Fig. 2(b) gezeigt, die erste Oxid
schicht 14 und die Seitenwand 15 entfernt und nacheinander
die zweite Oxidschicht 16 und die dritte Nitridschicht 17 auf
die gesamte Oberfläche aufgebracht.
Dann wird, wie in Fig. 2(c) gezeigt, zur Bildung der Seiten
wand 17a die dritte Nitridschicht 17 nach dem RIE-Verfahren
geätzt, und die Sauerstoff- bzw. Stickstoffionen werden mit
niedrigerer Energie in das Si-Substrat 11 implantiert.
Dabei wird die Ionenimplantation so ausgeführt, daß die Stör
stellen von der Oberfläche des Si-Substrats 11 her bis in
eine Tiefe der Größenordnung von 0,2 µm mit einer Energie von
etwa 50 bis 100 keV implantiert werden. Die Dosis beträgt da
bei etwa 1017 bis 1019 (Ionen)/cm2.
Danach erfolgt, wie in Fig. 2(d) gezeigt, eine Wärmebehand
lung des mit Sauerstoffionen dotierten Bereichs bei Tempera
turen von etwa 800°C bis 950°C, um das Feldoxid 18 auszubil
den.
Die Seitenwand, die zweite Oxidschicht 16, die erste Nitrid
schicht 13 und die Nitrid-Anschlußschicht 12 werden entfernt.
Damit ist das versenkte Feldoxid 18 von umgekehrter T-Form
gebildet.
Danach werden, wie in Fig. 2(e) gezeigt, das Gate 19 und der
Source- und Drain-Bereich 20 in dem aktiven Bereich ausgebil
det, der durch das erfindungsgemäße versenkte Feldoxid 18 von
umgekehrter T-Form isoliert wird.
Nach der Erfindung wird wegen der präzisen Isolierungswirkung
zwischen den Bausteinen der Ionenimplantationsprozeß zur Aus
bildung eines Kanalstopp-Bereichs überflüssig, und die Fläche
der pn-Grenzschicht kann verringert werden, so daß die Grenz
schichtkapazität geringer wird.
Da ferner die durch das LOCOS-Verfahren (lokale Siliziumoxi
dation) erhaltene Kante nicht mit der Grenzschichtkante zu
sammenfällt, entsteht durch eine Beschädigung der Kante kein
Leckstrom. Wegen der umgekehrten T-Form des versenkten Feld
oxids wird die nutzbare Breite des Bausteins größer als bei
Verwendung einer Maske. Da kein Vogelschnabel entsteht, kann
das durch die geringe Breite verursachte Problem gelöst wer
den.
Claims (7)
1. Halbleitervorrichtung, die durch ein in einem Si-Substrat
versenktes Feldoxid isoliert wird, dessen unterer Teil brei
ter ist als der obere Teil.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Feldoxid eine umgekehrte T-Form aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit
folgenden Schritten:
aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Nitrid-Anschlußschicht, einer ersten Nitridschicht und einer ersten Oxidschicht auf ein Si-Substrat;
Freilegen des Si-Substrats im Feldbereich und Ausbilden einer Seitenwand aus einer zweiten Nitridschicht;
erstes Implantieren von Störstellen in das freigelegte Sub strat bis zu einer vorgegebenen Tiefe;
Entfernen der ersten Oxidschicht und der zweiten Nitrid schicht und aufeinanderfolgendes Aufbringen einer zweiten Oxidschicht und einer dritten Nitridschicht auf die gesamte Oberfläche;
Ätzen der dritten Nitridschicht, um einen festgelegten Teil des Si-Substrats freizulegen
Implantieren von Störstellen mit niedrigerer Energie als bei der ersten Ionenimplantation;
Ausbilden eines Feldoxids durch Wärmebehandlung der in das Substrat implantierten Störstellen;
Entfernen der restlichen dritten Nitridschicht, der zweiten Nitridschicht, der ersten Nitridschicht und der Nitrid-An schlußschicht; und
Ausbilden eines Transistors im aktiven Bereich, der durch das Feldoxid isoliert wird.
aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Nitrid-Anschlußschicht, einer ersten Nitridschicht und einer ersten Oxidschicht auf ein Si-Substrat;
Freilegen des Si-Substrats im Feldbereich und Ausbilden einer Seitenwand aus einer zweiten Nitridschicht;
erstes Implantieren von Störstellen in das freigelegte Sub strat bis zu einer vorgegebenen Tiefe;
Entfernen der ersten Oxidschicht und der zweiten Nitrid schicht und aufeinanderfolgendes Aufbringen einer zweiten Oxidschicht und einer dritten Nitridschicht auf die gesamte Oberfläche;
Ätzen der dritten Nitridschicht, um einen festgelegten Teil des Si-Substrats freizulegen
Implantieren von Störstellen mit niedrigerer Energie als bei der ersten Ionenimplantation;
Ausbilden eines Feldoxids durch Wärmebehandlung der in das Substrat implantierten Störstellen;
Entfernen der restlichen dritten Nitridschicht, der zweiten Nitridschicht, der ersten Nitridschicht und der Nitrid-An schlußschicht; und
Ausbilden eines Transistors im aktiven Bereich, der durch das Feldoxid isoliert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
dritte Nitridschicht zur Ausbildung einer Seitenwand nach dem
RIE-Verfahren geätzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Ionenimplantation mit Sauerstoff- oder Stick
stoffionen als Störstellen-Ionen, einer Energie von etwa 150
keV bis 250 keV und einer Dosis in der Größenordnung von 1017
bis 1019 (Ionen)/cm2 ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zweite Ionenimplantation mit Sauer
stoff- oder Stickstoffionen als Störstellen-Ionen, einer
Energie von etwa 50 keV bis 100 keV und einer Dosis in der
Größenordnung von 1017 bis 1019 (Ionen)/cm2 ausgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Eindringtiefe im Si-Substrat bei der
ersten Ionenimplantation 0,5 µm bis 0,2 µm beträgt und bei
der zweiten Ionenimplantation von der Oberfläche des Si-
Substrats bis zu 0,2 µm reicht.
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