DE19501549A1

DE19501549A1 - Mit einem Grabenelementisolierfilm versehene Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE19501549A1
Application number: DE19501549A
Authority: DE
Inventors: Jae Kap Kim
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1995-07-20
Also published as: AR000229A1; JPH07283305A; JP2793141B2; KR960014456B1; US5624866A; KR950024300A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Grabenele mentisolierfilm versehene Halbleitervorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben, und insbesondere eine Halbleitervorrichtung mit einer Grabenelementisolierstruktur, die einen eingeebneten Elementisolierfilm hat, der in einem Graben geringer Weite ausgebildet ist, der an der Grenze zwi schen einem aktiven Bereich und einem Feldbereich vorgesehen ist, und mit einem dicken Oxidfilm, der auf dem Feldbereich nach dem Ausbilden eines Gate-Oxidfilms selektiv ausgebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrich tung.

Bei der Herstellung hochintegrierter Halbleitervorrichtungen ist herkömmlicherweise ein Prozeß lokaler Oxidation von Si licium (LOCOS) verwendet worden, um Elementisolierfilme zum Isolieren aktiver Elemente auszubilden. Ein derartiger Ele mentisolierfilm, der unter Verwendung eines LOCOS-Prozesses ausgebildet wird, bestimmt einen verminderten aktiven Bereich aufgrund eines übermäßigen Vogelschnabels und hat eine unzu reichende Dichte, wodurch er eine verschlechterte Elementiso lierfunktion aufweist.

Fig. 1 zeigt ein Layout von Masken, die bei der Herstellung eines Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistors (MOSFET) aus gebildet werden, der mit einem Elementisolierfilm unter Ver wendung des herkömmlichen LOCOS-Prozesses ausgebildet wird. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugsziffern A und B eine Ele mentisoliermaske und eine Gate-Elektrodenmaske. In diesem Fall ist ein innerhalb der Elementisoliermaske A bestimmter Bereich ein aktiver Bereich C, während ein außerhalb der Ele mentisoliermaske A bestimmter Bereich ein Feldbereich D ist, wo der Elementisolierfilm ausgebildet ist.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I von Fig. 1 unter Verdeutlichung der Ausbildung eines Ele mentisolierfilms in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen LOCOS-Prozeß, und der Ausbildung eines MOSFET an dem aktiven Bereich. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein Elementisolierfilm 2 an dem Feldbereich auf dem Halbleitersubstrat 1 unter Verwen dung der in Fig. 1 gezeigten Elementisoliermaske ausgebildet. An einem aktiven Bereich auf dem Halbleitersubstrat 1 werden ein Gate-Oxidfilm 3 und eine Gate-Elektrode 4 ausgebildet. Daraufhin werden Verunreinigungs- oder Fehlstellenionen eines Leitungstyps, der sich von demjenigen des Substrats 1 unter scheidet, in den aktiven Bereich implantiert, wodurch Source- /Drain-Elektroden 5 ausgebildet werden.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1 unter Verdeutlichung der Ausbildung eines Ele mentisolierfilms in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen LOCOS-Prozeß und der Ausbildung eines MOSFET an dem aktiven Bereich. Wie in Fig. 3 gezeigt, verläuft die Gate-Elektrode 4 seitlich derart, daß sie den Elementisolierfilm 2 überlappt.

Wenn die Ausbildung des Elementisolierfilms durch Verwendung des vorstehend genannten herkömmlichen LOCOS-Prozesses er reicht wird, ist der aktive Bereich aufgrund eines übermäßi gen Vogelschnabels vermindert. Darüber hinaus hat der Ele mentisolierfilm eine geringe Tiefe und ist in das Halbleiter substrat eingegraben. Die Funktion des Elementisolierfilms hinsichtlich der Isolierung von Elementen voneinander, die an dem aktiven Bereich ausgebildet sind, wird verschlechtert, wodurch ein Leckstrom erzeugt wird.

Um dieses Problem zu lösen, das auftritt, wenn der Ele mentisolierfilm unter Verwendung des herkömmlichen LOCOS-Pro zesses ausgebildet wird, ist die Ausbildung eines Elementiso lierfilms vorgeschlagen worden, der eine Grabenstruktur hat.

Ein derartiger Grabenelementisolierfilm ist jedoch dann mit einem Problem behaftet, wenn ein Graben großer Weite ausge bildet wird, wobei der Elementisolierfilm, der in dem Graben vergraben ist, schwer einzuebnen ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht unter Beseiti gung des vorstehend genannten Problems im Zusammenhang mit einem Graben großer Weite darin, eine Halbleitervorrichtung mit einer Grabenelementisolierstruktur zu schaffen, die einen Einebnungselementisolierfilm hat, der in einem Graben gerin ger Weite ausgebildet ist, der an der Grenze zwischen einem aktiven Bereich und einem Feldbereich vorgesehen ist, und mit einem dicken Oxidfilm, der selektiv auf dem Feldbereich nach dem Ausbilden eines Gate-Oxidfilms ausgebildet ist, und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich der Halbleitervorrich tung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung dieser Halbleitervorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 4.

Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung eine Halbleitervor richtung mit einem Grabenelementisolierfilm, der in einem Grabenabschnitt eines Halbleitersubstrats entsprechend einer Grenze zwischen einem Feldbereich und einem aktiven Bereich ausgebildet ist, der mit einem Metalloxidhalbleiterfeldef fekttransistor ausgebildet ist, wobei der Grabenelementiso lierfilm eine geringe Weite hat, einem dicken Oxidfilm, der auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats entsprechend ei nem Abschnitt des Feldbereichs ausgebildet ist, der ohne Gra ben ausgebildet ist, und einer Gate-Elektrodenleitung, die den aktiven Bereich und den dicken Oxidfilm überlappt, der an dem Feldbereich ausgebildet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfah ren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die Schritte Ausbilden eines Grabens mit einer vorbestimmten Weite und einer vorbestimmten Tiefe in einem Abschnitt eines Halbleitersubstrats entsprechend einer Grenze zwischen einem Feldbereich und einem aktiven Bereich, und daraufhin Vergra ben eines Isolierfilms in dem Graben derart, daß der Isolier film eine eingeebnete Oberfläche hat, wodurch ein Grabenele mentisolierfilm ausgebildet wird, Implantieren einer Verun reinigung lediglich in einem Abschnitt des Halbleiter substrats entsprechend dem Feldbereich, wodurch eine Verun reinigungsimplantationsschicht ausgebildet wird, Ausbilden eines Gate-Oxidfilms auf einem Abschnitt des Halbleiter substrats entsprechend dem aktiven Bereich und eines dicken Oxidfilms auf der Verunreinigungsimplantationsschicht an dem Feldbereich unter Verwendung eines Oxidationsprozesses und Ausbilden einer Gate-Elektrode, die den Gate-Oxidfilm und den dicken Oxidfilm überlappt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel haft näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Layoutansicht von Masken, die für die Herstellung eines MOSFET angeordnet sind, der mit einem Elementisolier film unter Verwendung eines herkömmlichen LOCOS-Prozesses ausgebildet wird,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I von Fig. 1 unter Verdeutlichung der Ausbildung eines Elementiso lierfilms gemäß dem herkömmlichen LOCOS-Prozeß und der Aus bildung eines MOSFET an einem aktiven Bereich,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1 unter Verdeutlichung der Ausbildung eines Elementiso lierfilms gemäß dem herkömmlichen LOCOS-Prozeß und der Aus bildung eines MOSFET an dem aktiven Bereich,

Fig. 4 eine Layoutansicht von Masken, die zur Herstellung ei nes MOSFET angeordnet sind, der mit einem Elementisolierfilm versehen ist, der eine Grabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung hat,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I von Fig. 4 unter Verdeutlichung der Ausbildung des Grabenele mentisolierfilms und des MOSFET an einem aktiven Bereich ge mäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 6 bis 9 Querschnittsansichten entlang der Linie II-II von Fig. 4 unter Verdeutlichung der Ausbildung eines Graben elementisolierfilms und eines MOSFET an dem aktiven Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 bis 3 sind eingangs zum Stand der Technik erläu tert worden.

Fig. 4 zeigt ein Layout von Masken, die für die Herstellung eines MOSFET angeordnet sind, der mit einem Elementisolier film versehen ist, der eine Grabenstruktur gemäß der vorlie genden Erfindung hat. In Fig. 4 bezeichnen die Bezugsziffern B und E eine Gate-Elektrodenmaske und eine Grabenelementiso liermaske. In diesem Fall ist ein innerhalb der Grabenele mentisoliermaske E bestimmter Bereich ein aktiver Bereich C, während ein außerhalb der Grabenelementisoliermaske E be stimmter Bereich ein Feldbereich D ist.

Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1-1 von Fig. 4 unter Verdeutlichung der Ausbildung des Grabenele mentisolierfilms und des MOSFET an dem aktiven Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein Graben 20 mit einer Tiefe von 0,2 bis 1 µm und einer Weite von 0,3 bis 3 µm auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet, der an einer Grenze des aktiven Bereichs ange ordnet ist, unter Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Graben elementisoliermaske gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Isolierfilm wird daraufhin in dem Graben 20 derart vergraben, daß er eine eingeebnete Oberfläche hat, wodurch ein Graben elementisolierfilm 11 ausgebildet wird. Unter Verwendung ei ner Maske werden Verunreinigungsionen selektiv in einem Ab schnitt des Halbleitersubstrats 10 implantiert, der dem Feld bereich entspricht. Daraufhin wird die Ausbildung eines Gate- Oxidfilms 13 und einer Gate-Elektrode 14 durchgeführt. Verun reinigungsionen eines Leitungstyps, der sich von demjenigen des Halbleitersubstrats 10 unterscheidet, werden daraufhin in dem aktiven Bereich implantiert, wodurch Source-/Drain-Elek troden 15 ausgebildet werden. Während der Ausbildung des Gate-Oxidfilms 13 wird ein dicker Oxidfilm 12 auf dem Ab schnitt des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet, der dem Feld bereich entspricht, weil die Aufwachsrate des Oxidfilms an dem Feldbereich hoch ist.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen Querschnittsansichten entlang der Li nie II-II von Fig. 4 unter Verdeutlichung der Ausbildung ei nes Grabenelementisolierfilms und der Ausbildung eines MOSFET an dem aktiven Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt die Ausbildung des Grabens 20, die durch Auswäh len eines Abschnitts des Halbleitersubstrats 10 erreicht wird, der dem Grenzabschnitt des aktiven Bereichs entspricht, der durch die Bezugsziffer 24 bezeichnet ist und mit einer vorbestimmten Weite zu dem Feldbereich verläuft, der mit der Bezugsziffer 23 versehen ist, unter Verwendung der Grabenele mentisoliermaske (der Maske E von Fig. 4), Ätzen des selek tierten Abschnitts des Halbleitersubstrats 10 mit einer vor bestimmten Dicke, wodurch der Graben 20 ausgebildet wird, und daraufhin Vergraben des Isolierfilms in dem Graben 20 derart, daß der Isolierfilm eine eingeebnete Oberfläche hat, wodurch der Grabenelementisolierfilm 6 ausgebildet wird.

Fig. 7 zeigt die Ausbildung einer Verunreinigungsimplanta tionsschicht 16. Die Verunreinigungsimplantationsschicht 16 wird durch Implantieren einer Verunreinigung ausgebildet, bei der es sich um eine Verunreinigung handelt, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Arsen (As), Phosphor (P), Argon (Ar) und Silicium (Si) oder einem Gemisch aus zwei Ver unreinigungen besteht, die aus dieser Gruppe ausgewählt sind, in den Abschnitt des Halbleitersubstrats 10, der dem Feldbe reich entspricht mit einer Konzentration von 5E14 bis 5E16. Während der darauf folgenden Ausbildung des Gate-Oxidfilms wird ein dicker Oxidfilm auf dem Abschnitt des Halbleiter substrats 10 ausgebildet, der der Verunreinigungsimplanta tionsschicht 16 entspricht, weil die Aufwachsrate des Oxid films auf den dotierten Abschnitt des Halbleitersubstrats be trächtlich höher ist als diejenige auf dem undotierten Ab schnitt des Halbleitersubstrats. Dort, wo der Feldoxidfilm unter Verwendung eines 800°C-Naßoxidationsprozesses unter der Bedingung der Implantation von As mit einer Konzentration von 5E15 aufgewachsen wird, ist die Oxidationsrate auf dem do tierten Abschnitt des Halbleitersubstrats höher als diejenige auf dem undotierten Abschnitt des Halbleitersubstrats, und zwar etwa um das Zehnfache.

Die Verunreinigungsimplantationsschicht 16 kann an sämtlichen Abschnitten des Feldbereichs 23 oder lediglich an einem Ab schnitt des Feldbereichs 23 ausgebildet werden, der die Gate- Elektrode überlappt.

Fig. 8 zeigt die Ausbildung des Gate-Oxidfilms 13 und des dicken Oxidfilms 12. Wie in Fig. 8 gezeigt, wird der Gate- Oxidfilm 13 ausgebildet, damit er eine vorbestimmte Dicke an dem aktiven Bereich hat, in dem die gesamte freiliegende Oberfläche der resultierenden Struktur, die nach der Ausbil dung der Verunreinigungsimplantationsschicht 16 erhalten wird, einem Oxidationsprozeß ausgesetzt wird. Durch den Oxi dationsprozeß wird der dicke Oxidfilm 12 auf der Verunreini gungsimplantationsschicht 16 ausgebildet. Wie vorstehend er wähnt, besteht der Grund dafür, daß der Oxidfilm 12 eine große Dicke hat, darin, daß die Aufwachsrate des Oxidfilms auf der Verunreinigungsimplantationsschicht 16 höher ist als diejenige auf dem Abschnitt des Halbleitersubstrats 10, der dem aktiven Bereich entspricht.

Fig. 9 zeigt die Ausbildung der Gate-Elektrode 14. Wie in Fig. 9 gezeigt, wird die Gate-Elektrode 14 derart ausgebil det, daß sie den dicken Oxidfilm 12 selbst am Feldbereich überlappt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, schafft die Erfindung einen Grabenelementisolierfilm, der mit einer ge ringen Weite an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Feldbereich ausgebildet ist. Es ist deshalb möglich, eine verbesserte Elementisolierfunktion zu erreichen, während ein in dem Graben ausgebildeter Isolierfilm leicht eingeebnet werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein dicker Oxidfilm außerdem an dem Feldbereich ausgebildet, der mit keinem Graben versehen ist, wodurch die Ausbildung eines pa rasitären Kondensators zwischen dem Halbleitersubstrat und der Gate-Elektrode verhindert wird. Dies führt zu einer ver minderten parasitären Kapazität an dem Feldbereich zwischen dem Halbleitersubstrat und der Gate-Elektrode. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung vermindert wird.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung aus Illustrationszwecken beschrieben worden sind, erschließt sich dem Fachmann, daß eine Vielzahl von Abwandlungen, Zusätzen und Ersätzen möglich sind, ohne vom Umfang und Geist der Er findung abzuweichen, die in den beiliegenden Ansprüchen of fenbart sind.

Claims

1. Halbleitervorrichtung mit

- einem Grabenelementisolierfilm, der in einem Grabenab schnitt eines Halbleitersubstrats entsprechend einer Grenze zwischen einem Feldbereich und einem aktiven Be reich ausgebildet ist, der mit einem Metalloxidhalblei terfeldeffekttransistor ausgebildet ist, wobei der Gra benelementisolierfilm eine geringe Weite hat,
- einem dicken Oxidfilm, der auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats entsprechend einem Abschnitt des Feldbereichs ausgebildet ist, der ohne Graben ausgebil det ist, und
- einer Gate-Elektrodenleitung, die den aktiven Bereich und den dicken Oxidfilm überlappt, der an dem Feldbe reich ausgebildet ist.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Graben eine Tiefe von 0,2 bis 1 µm hat.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Graben eine Weite von 0,3 bis 3 µm hat.

4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, um fassend die Schritte

- Ausbilden eines Grabens mit einer vorbestimmten Weite und einer vorbestimmten Tiefe in einem Abschnitt eines Halbleitersubstrats entsprechend einer Grenze zwischen einem Feldbereich und einem aktiven Bereich, und dar aufhin Vergraben eines Isolierfilms in dem Graben der art, daß der Isolierfilm eine eingeebnete Oberfläche hat, wodurch ein Grabenelementisolierfilm ausgebildet wird,
- Implantieren einer Verunreinigung lediglich in einem Abschnitt des Halbleitersubstrats entsprechend dem Feldbereich, wodurch eine Verunreinigungsimplantations schicht ausgebildet wird,
- Ausbilden eines Gate-Oxidfilms auf einem Abschnitt des Halbleitersubstrats entsprechend dem aktiven Bereich und eines dicken Oxidfilms auf der Verunreinigungsim plantationsschicht an dem Feldbereich unter Verwendung eines Oxidationsprozesses und
- Ausbilden einer Gate-Elektrode, die den Gate-Oxidfilm und den dicken Oxidfilm überlappt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung der Verunreinigungsimplantationsschicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Arsen, Phosphor, Argon und Silicium oder einem Gemisch von zwei Verunreinigungen besteht, die aus dieser Gruppe ausgewählt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung der Verunreinigungsimplantationsschicht ei ne Konzentration von 5E14 bis 5E16 hat.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungsimplantationsschicht auf sämtlichen Ab schnitten des Feldbereichs ausgebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungsimplantationsschicht lediglich an einem Ab schnitt des Feldbereichs ausgebildet ist, der die Gate- Elektrode überlappt.