DE10003014B4 - Verfahren zur Herstellung einer planaren und dicht struktuierten Silizium-auf-Isolator-Struktur - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer planaren und dicht struktuierten Silizium-auf-Isolator-Struktur Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer planaren Silizium-auf-Isolator-Struktur (SOI-Struktur) mit Bereichen ohne bedeckendes-Oxid auf einem Substrat, das einen Siliziumwafer (10), eine Oxidschicht (12), eine Siliziumschicht (14) und eine Nitridschicht (18) umfasst, wobei das Substrat eine Oberseite besitzt und das Verfahren folgende Schritte umfasst
(a) Bilden eines Grabens im Substrat (22), der von der Oberseite bis zum Siliziumwafer reicht und Seitenwände sowie einen Boden besitzt, wobei die Seitenwände Seitenwand-Siliziumbereiche (25) aufweisen;
(b) Bilden von Oxidschichten auf dem Grabenboden (28) und den Seitenwand-Siliziumbereichen (30), um eine Grabenboden-Oxidschicht und Grabenseitenwand-Oxidschichten zu erzeugen;
(c) Bilden einer schützenden Seitenwand (32) auf der Grabenseitenwand, die sich über die Grabenseitenwand-Oxidschicht erstreckt und einen Teil der Grabenboden-Oxidschicht bedeckt;
(d) Abtragen der gesamten Grabenboden-Oxidschicht (28), die nicht unter der schützenden Seitenwand liegt;
(e) Auffüllen des Grabens mit einem Halbleiter (34) mindestens bis zur Oberseite;
(f) Entfernen der Nitridschicht (18) und der an die Nitridschicht angrenzenden...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Silizium-auf-Isolator-Struktur (Silicon-on-insulator – SOI) und speziell eine Planare, dicht strukturierte SOI-Struktur und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur.
  • Strukturierte SOI-Strukturen bestehen aus SOI- und Nicht-SOI-Bereichen (oder Grundmaterialbereichen). Strukturierte SOI-, Strukturen sind für Schaltungen nützlich, die sowohl konventionelle als auch SOI-Vorrichtungen erfordern. Solche, Schaltungen sind beispielsweise ML-DRAM-Schaltungen (Merged Logic Dynamic Random Access Memory – Mischlogik-DRAM).
  • Ein Verfahren, das zur Erzeugung strukturierter SOI-Wafers eingesetzt wird, beinhaltet die Abscheidung epitaktischen Siliziums (selektives Epitaxialverfahren) auf selektiv gebildeten Grabenstrukturen. Die Entwicklung der Fähigkeit, enge Gräben in Siliziumsubstrate zu ätzen, hat die Wichtigkeit des selektiven Epitaxialverfahrens gesteigert.
  • Wenn diese engen Gräben erfolgreich mit einem Siliziummaterial gefüllt werden können, ist es möglich, dicht beieinander liegende Siliziuminseln zu bilden, die durch eine Isolierschicht wie ein Oxid voneinander isoliert sind.
  • Der erste Schritt zur Herstellung dicht beieinander liegender Siliziuminseln, die durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind, ist die Bildung von Gräben. In diesem Schritt wird das SOI-Substrat in den Bereichen, wo ein Nicht-SOI-Substrat gewünscht wird, selektiv bis zur Oberfläche der Basisschicht weggeätzt. Dann wird der Graben durch einen selektiven Epitaxialprozeß gefüllt.
  • Bei diesem Verfahren wird das epitaktische Aufwachsen von Silizium genutzt, das selektiv auf freiliegendes Silizium, und in erster Linie auf den freiliegenden Siliziumwafer am Boden des geätzten Grabens, wirkt. Die selektive epitaktische Abscheidung wird erreicht, wenn Siliziumatome mit hoher Oberflächenmobilität auf einzelne Siliziumkristallstellen wandern, wo eine Kristallisationskernbildung begünstigt wird. Als Resultat dieses selektiven Epitaxialprozesses wird der Graben mit Silizium gefüllt. Die resultierende Struktur umfaßt einen SOI-Bereich und einen Nicht-SOI-Bereich mit einem siliziumgefüllten Graben.
  • Leider können beim selektiven Epitaxialverfahren einige Probleme auftreten. Ein Problem ist die Ausbildung einer beschädigten Siliziumkristallstruktur. Dieses Problem ist die Folge davon, daß zwei oder mehr Wachstumsquellen vorhanden sind. Während des epitaktischen Wachstums von Silizium im Graben ist es höchst wünschenswert, Silizium von einer einzigen Quelle aus wachsen zu lassen. Eine Aufgabe des selektiven Epitaxialverfahrens besteht darin, den Graben mit Silizium zu füllen, das die gleiche Kristallgitterstruktur aufweist wie der darunter liegende Siliziumwafer, so daß das Silizium, das den Graben füllt, praktisch eine Erweiterung des Siliziumwafers ist. Wo zwei oder mehr Siliziumwachstumsquellen vorhanden sind, ist die resultierende epitaktische Siliziumstruktur beschädigt, weil das Silizium dazu neigt, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Orientierungen zu wachsen. Die gewünschte gleichmäßige Siliziumkristallstruktur wird deshalb nicht erreicht.
  • Ein zweites Problem ist die Entstehung von Unebenheiten. Wenn epitaktisches Silizium auf dem Siliziumschichtbereich der Grabenseitenwand aufwächst, entsteht zwischen dem SOI-Bereich und dem Nicht-SOI-Bereich eine Unebenheit. Diese Unebenheit hat mehrere Nachteile. Die gravierendste Folge ist die geringere Fähigkeit, kleine, dicht strukturierte SOI- und Nicht-SOI-Bereiche zu erzeugen. Darüber hinaus sind diese Unebenheiten in nachfolgenden Planarisierungsschritten hinderlich, wo sie oft teure und zeitaufwendige zusätzliche Verarbeitungsschritte erforderlich machen.
  • Patentschrift US 5,208,172 beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden eines Transistors, der gegenüber der Substratoberfläche erhaben ist und vertikal zu dieser orientiert ist. Das bekannte Verfahren geht von einem Halbleitersubstrat 12 aus, auf dem eine dielektrische Schicht 16 ausgebildet ist. Darüber befindet sich eine elektrische leitende Schicht 18, die von einer zweiten dielektrischen Schicht 20 überlagert wird. Als Halbleitersubstrat 12 kann ein Siliziumwafer verwendet werden. Bei der dielektrischen Schicht 16 kann es sich um eine Oxidschicht handeln. Die elektrisch leitende Schicht 18 kann durch eine Siliziumschicht gebildet werden und die dielektrische Schicht 20 kann in Form einer Nitridschicht realisiert sein. In mehreren Ätzschritten, die alle von der Oberseite dieses Schichtaufbaus ausgehen, wird eine Öffnung erzeugt, die sich durch die dielektrische Schicht 20, die elektrisch leitende Schicht 18 und die dielektrische Schicht 16 bis zum Halbleitersubstrat 12 erstreckt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Seitenwandoxidschicht 22 im Bereich der elektrisch leitenden Schicht 18 erzeugt. Diese Seitenwandoxidschicht dient als Gateoxid für die in der elektrische leitenden Schicht 18 realisierte Kontroll- bzw. Gate-Elektrode. Als unerwünschter Nebeneffekt bildet sich bei diesem Verfahrensschritt auch eine dünne dielektrische Schicht am Grabenboden aus.
  • Die Nachteile der Verwendung des selektiven Epitaxialverfahrens zum Auffüllen von Gräben lassen erkennen, daß immer noch ein Bedarf besteht, das epitaktische Aufwachsen von Silizium aus dem Siliziumschichtbereich der Grabenseitenwände zu eliminieren. Um die Nachteile des selektiven Epitaxialprozesses zu überwinden, wurde ein neues Verfahren entwickelt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Auffüllen eines Grabens mittels eines selektiven Epitaxialprozesses bereitzustellen, bei dem das Verfahren die gewünschte gleichmäßige Kristallstruktur der darunter liegenden Siliziumschicht ausbildet und außerdem keine Unebenheiten zwischen den SOI- und den Nicht-SOI-Bereichen bildet.
  • Um diese Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Planaren SOI-Struktur mit Bereichen ohne verdecktes Oxid bereit. Mit dem selektiven Epitaxialverfahren wird eine Planare SOI-Struktur mit einem Graben gebildet, der mit einer gleichmäßigen Kristallstruktur gefüllt ist, welche zu der Kristallgitterstruktur des darunter liegenden Siliziumwafers paßt. Darüber hinaus schränkt die vorliegende Erfindung die Bildung von Unebenheiten zwischen dem SOI-Bereich und dem Nicht-SOI-Bereich der Planaren SOI-Struktur ein.
  • Die erfindungsgemäße SOI-Schicht umfaßt einen Siliziumwafer, eine Oxidschicht und eine Siliziumschicht. Die Struktur weist Gräben auf, die von der Oberseite der Struktur zum Siliziumwafer reichen und mit einem Halbleitermaterial gefüllt sind. Die Gräben besitzen eine Oberseite, einen Boden und Seitenwände mit Seitenwand-Siliziumbereichen. Die Silizium-Seitenwandbereiche der Grabenseitenwände sind von Grabenseitenwand-Oxidschichten bedeckt. Eine schützende Seitenwand erstreckt sich über die Grabenseitenwände und die Grabenseitenwand-Oxidschicht von der Grabenoberseite zum Grabenboden.
  • Bei der Herstellung einer Planaren SOI-Struktur nach der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Substrat aus einem Siliziumwafer, einer Oxidschicht, einer Siliziumschicht und einer Nitridschicht erzeugt. Das Substrat besitzt eine Oberseite. Das Verfahren umfaßt allgemein folgende Schritte:
    • (a) Bilden eines Grabens im Substrat, der von der Oberseite des Substrats bis zum Siliziumwafer reicht und Seitenwände sowie eine Unterseite besitzt, wobei die Seitenwände Seitenwand-Siliziumbereiche aufweisen;
    • (b) Bilden einer Oxidschicht auf dem Grabenboden und einer Oxidschicht auf den Seitenwand-Siliziumbereichen, um eine Grabenboden-Oxidschicht und ein Grabenseitenwand-Oxidschichten zu erzeugen;
    • (c) Bilden einer schützenden Seitenwand auf der Grabenseitenwand, die sich über die Grabenseitenwand-Oxidschicht erstreckt und einen Teil der Grabenboden-Oxidschicht bedeckt.
    • (d) Abtragen der gesamten Grabenboden-Oxidschicht, die nicht unter der schützenden Seitenwand liegt; und
    • (e) Auffüllen des Grabens mit einem Halbleitermaterial mindestens bis zur Oberseite.
  • Selbstverständlich ist sowohl die obige allgemeine Beschreibung als auch die nachstehende ausführliche Beschreibung der Erfindung nicht restriktiv, sondern rein exemplarisch zu verstehen.
    •
  • Die vorliegende Erfindung läßt sich am besten anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß der gängigen Praxis entsprechend die verschiedenen Elemente der Zeichnungen nicht maßstäblich gezeichnet sind, sondern daß vielmehr der Klarheit halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente willkürlich vergrößert oder verkleinert dargestellt sind. Die Zeichnungen haben folgenden Inhalt:
  • 1 zeigt eine Schemazeichnung einer SOI-Struktur mit einem Siliziumwafer, einer Oxidschicht, einer Siliziumschicht, einer schützenden Oxidschicht und einer Nitridschicht.
  • 2 ist eine Schemazeichnung der SOI-Struktur aus 1, in der die Nitridschicht, die schützende Oxidschicht, die Siliziumschicht und die Oxidschicht teilweise entfernt wurden, so daß ein Graben entstanden ist.
  • 3 ist eine schematische Darstellung der SOI-Struktur aus 2, in der auf dem Grabenboden und dem Seitenwand-Siliziumbereich Oxidschichten gebildet worden sind, so daß eine Grabenboden-Oxidschicht und Grabenseitenwand-Oxidschichten entstanden sind.
  • 4 zeigt schematisch die SOI-Struktur aus 3, nachdem an den Seitenwänden des Grabens schützende Seitenwände erzeugt worden sind.
  • 5 zeigt schematisch die SOI-Struktur aus 4, in der der nicht unter den schützenden Seitenwänden liegende Teil der Grabenboden-Oxidschicht entfernt worden ist.
  • 6 zeigt schematisch die SOI-Struktur aus 5, in der der Graben mit einem Halbleiter aufgefüllt worden ist.
  • 7 zeigt schematisch die SOI-Struktur aus 6, in der die Nitridschicht, die schützende Oxidschicht, Teile der schützenden Seitenwände und ein Teil des Halbleitermaterials entfernt worden sind.
  • 8 schließlich ist eine Schemazeichnung der SOI-Struktur aus 7, in der die Grabenboden-Oxidschicht, die Grabenseitenwand-Oxidschicht und schützende Seitenwände zu einem mit einem Oxid gefüllten Graben geätzt worden sind.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente in allen Zeichnungen. Die Zeichnungen sind rein illustrativ und nicht einschränkend zu verstehen, und sie sind beigefügt, um die Erklärung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu vereinfachen.
  • In 1 beinhaltet der erste Schritt in der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß ein Substrat 1 erzeugt wird, das aus einem Siliziumwafer 10 besteht, auf dem eine Oxidschicht 12, eine Siliziumschicht 14 und eine Nitridschicht 18 gebildet wurden. Substrat 1 (und speziell Nitridschicht 18 von Substrat 1) hat eine freiliegende Oberfläche 20. Die Nitridschicht 18 ist eine nach dem Stand der Technik übliche Nitridschicht, z.B. aus Siliziumnitrid, Bornitrid und Oxynitrid. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Bildung der Nitridschicht 18 Siliziumnitrid verwendet.
  • Das Substrat 1 kann außerdem auch eine schützende Oxidschicht 16 enthalten. Auf der Siliziumschicht 14 liegend schützt die Oxidschicht 16 die Siliziumschicht 14 vor Beschädigungen bei der Bildung der Nitridschicht 18. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der Oxidschicht 12 ca. 220 nm bis ca. 400 nm, die Dicke der Siliziumschicht 14 ca. 100 nm bis ca. 300 nm, die Dicke der schützenden Oxidschicht 16 ca. 5 nm bis ca. 15 nm und die Dicke der Nitridschicht 18 ca. 220 nm bis ca. 500 nm. Die Verfahren zur Herstellung des Substrats 1 sind allgemein bekannt und nicht kritisch für die vorliegende Erfindung.
  • Der nächste Schritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, in den gewünschten Nicht-SOI-Bereichen der in 1 dargestellten Struktur Gräben zu erzeugen. Dieser Schritt wird mit konventionellen Verfahren, z.B. durch Maskierung und Ätzen, ausgeführt. Es wird ein Graben 22 wie in 2 gebildet, der von der freiliegenden Oberfläche 20 des Substrats 1 zum Siliziumwafer reicht.
  • Der Graben 22 besitzt Seitenwände 24 und einen Boden 26. Die Grabenseitenwände 24 sind vorzugsweise so geformt, daß sie im wesentlichen senkrecht zur freiliegenden Oberfläche 20 angeordnet sind. Die Grabenseitenwände 24 werden vorzugsweise mit Trockenätzverfahren geätzt. Beispiele für geeignete Trockenätzverfahren sind reaktives Ionenätzen (RIE) und Plasmaätzen. An der freiliegenden Siliziumschicht 14 bildet sich ein Seitenwand-Siliziumbereich 25 der Grabenseitenwände 24.
  • Nach der Erzeugung des Grabens 22 besteht der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, auf dem Grabenboden 26 und an dem Seitenwand-Siliziumbereich 25 eine Oxidschicht zu bilden. Auf diese Weise wird eine Grabenboden-Oxidschicht 28 und eine Grabenseitenwand-Oxidschicht 30 gebildet. Diese Struktur ist in 3 dargestellt. Die Grabenboden-Oxidschicht 28 und die Grabenseitenwand-Oxidschicht 30 schützen den Grabenboden 26 und den Seitenwand-Siliziumbereich 25 vor Beschädigungen im nachfolgenden Schritt, in dem schützende Seitenwände gebildet werden. Dieser Schritt wird unten beschrieben. Außerdem entfernt die Grabenboden-Oxidschicht 28 beschädigtes Silizium, das im Ätzschritt bei der Bildung des Grabens 22 entstanden ist, vom Grabenboden 26.
  • Nach der Bildung der Grabenboden-Oxidschicht 28 und der Grabenseitenwand-Oxidschicht 30 werden an den Grabenseitenwänden 24 schützende Seitenwände 32 gebildet wie in 4. Die schützenden Seitenwände 32 bedecken den Seitenwand-Siliziumbereich 25 vollständig. Obwohl die Grabenseitenwand-Oxidschicht 30 den Seitenwand-Siliziumbereich 25 bedeckt, dienen die schützenden Seitenwände 32 im nachfolgenden Schritt, in dem der Graben 22 durch ein weiter unten beschriebenes selektives Epitaxialverfahren aufgefüllt wird, als Barrieren, die ein epitaktisches Siliziumwachstum auf dem Seitenwand-Silizi- umbereich 25 verhindern. Ohne diese Barriere bilden sich als Resultat des epitaktischen Siliziumwachstums auf dem freiliegenden Seitenwand-Siliziumbereich 25 gern Unebenheiten auf der freiliegenden Oberfläche 20 von Substrat 1, zwischen den SOI- und den Nicht-SOI-Bereichen (siehe 8). Die Eliminierung der Bildung von Unebenheiten wahrt die Fähigkeit, kleine, dicht strukturierte SOI- und Nicht-SOI-Bereich zu erzeugen, und vereinfacht auch die nachfolgende Planarisierung.
  • Außerdem verhindern die schützenden Seitenwände 32 ein epitaktisches Wachstum, das von dem Seitenwand-Siliziumbereich 25 ausgeht. Es ist höchst wünschenswert, daß nur eine einzige Quelle epitaktischen Wachstums vorhanden ist. Durch Beschränkung des Wachstums auf eine einzige Quelle wird eine Beschädigung der Kristallgitterstruktur des neu gebildeten Silizium verhindert.
  • Bei der Erzeugung der schützenden Seitenwände 32 wird zuerst mit konventionellen Abscheidungsverfahren wie der Niederdruckgasphasenabscheidung (LPCVD) Nitrid auf den Grabenseitenwänden 24 abgeschieden. Nach der Abscheidung wird das Nitrid trockengeätzt, vorzugsweise mittels RIE, um schützende Seitenwände 32 zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem verwendeten Nitrid um Siliziumnitrid.
  • Vorzugsweise sollten sowohl die schützenden Seitenwände 32, als auch die Nitridschicht 18 aus Siliziumnitrid bestehen. In einem nachfolgenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Grabenboden-Oxidschicht 28 durch Naßätzen entfernt. Siliziumnitrid hat sich als resistent gegenüber den Chemikalien erwiesen, die üblicherweise zum Entfernen der Grabenboden-Oxidschicht 28 verwendet werden. Da sowohl die Nitridschicht 18 als auch die schützenden Seitenwände 32 aus Siliziumnitrid bestehen, kann die Abtragung der Grabenboden-Oxidschicht 28 erfolgen, ohne daß die Nitridschicht 18 und die schützenden Seitenwände 32 beschädigt werden.
  • Wie in 5 zu sehen ist, wird im nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens der Teil der Grabenboden-Oxid schicht 28, der nicht unter den schützenden Seitenwänden 32 liegt, entfernt. Dies geschieht durch Wegätzen eines Teils der Grabenboden-Oxidschicht 28 mittels konventioneller Naßätzverfahren, z.B. durch Naßätzen mit Fluorwasserstoff. In diesem Naßätzschritt werden Siliziuminseln weggewaschen. Diese Siliziuminseln sind bei der Herstellung des Substrats am Grabenboden 26 entstanden. Außerdem schützt die Grabenboden-Oxidschicht 28 den Grabenboden 26 vor einer Beschädigung während der Bildung der schützenden Seitenwände 32.
  • Nachdem die Grabenboden-Oxidschicht 28 weggeätzt worden ist, wird der Graben 22 mittels des selektiven Epitaxialverfahrens mit einem Halbleitermaterial 34 aufgefüllt. Das Ergebnis dieses Schrittes ist die in 6 abgebildete Struktur. Die Kristallgitterstruktur des zugrunde liegenden Siliziumwafers 10 sollte in der Epitaxialschicht dupliziert werden, so daß der Halbleiter 34 praktisch eine Erweiterung des Siliziumwafers 10 ist. Die schützenden Seitenwände 32 verhindern ein Wachstum des Halbleitermaterials 34 auf dem Seitenwand-Siliziumbereich 25 und verhindern auf diese Weise die Bildung von Unebenheiten. Die Nitridschicht 18 und die schützende Oxidschicht 16 dienen auch als Barrieren beim selektiven Epitaxialprozeß. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleitermaterial 34 Silizium.
  • Wie in 7 zu sehen ist, werden im nächsten Schritt die Nitridschicht 18 und der an die Nitridschicht 18 angrenzende Teil der schützenden Seitenwände 32 entfernt. Diese Schichten werden mit konventionellen Naßätzverfahren entfernt, z.B. mit Phosphorsäure. Anschließend wird die schützende Oxidschicht 16 (falls vorhanden) ebenfalls mit konventionellen Naßätzverfahren entfernt, z.B. mit Fluorwasserstoff.
  • Nach der Entfernung der Nitridschicht 18, eines Teils der schützenden Seitenwände 32 und der schützenden Oxidschicht 16 können konventionelle Schritte angewendet werden, um die Verarbeitung des SOI-Substrats abzuschließen. Vorzugsweise wird die Struktur aus 7 durch konventionelle Verfahren, z.B. durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) planarisiert. Zusätzlich zur Planarisierung können die Grabenboden-Oxidschicht 28, die Grabenseitenwand-Oxidschicht 30 und die schützenden Seitenwände 32 aus 7 so geätzt werden, daß sie einen kleineren Graben (im Vergleich zu Graben 22) bilden, der dann mit einem Oxid gefüllt wird. 8 zeigt den resultierenden Oxidbereich 36, der den Nicht-SOI-Bereich 38 vom aktiven SOI-Bereich 40 der SOI-Struktur isoliert.
  • In einer Ausführungsform wurde durch die im folgenden genannten Schritte eine planare SOI-Struktur mit scharf begrenzten Bereichen ohne bedecktes Oxid auf einem Substrat erzeugt. Mittels Trennung durch Implantieren von Sauerstoff (SIMOX-Verfahren) wurde eine hohe Dosis von Sauerstoffionen in einen Siliziumwafer 10 implantiert, der danach einem Ausheilungsprozeß unterzogen wurde. Durch diesen Prozeß wurde eine 300 nm dicke Oxidschicht 12 unter einer 220 nm dicken Siliziumschicht 14 auf dem Siliziumwafer 10 erzeugt. Anschließend wurde auf der Siliziumschicht 14 eine 10 nm dicke schützende Oxidschicht 16 erzeugt, auf der dann eine 300 nm dicke Siliziumnitridschicht 18 abgeschieden wurde. Ein Teil der Nitridschicht 18 wurde photolithographisch und durch selektives RIE entfernt, so daß ein Teil der schützenden Oxidschicht 16 freigelegt wurde.
  • Dann wurde mittels selektivem RIE ein Graben 22 geätzt, der von der freiliegenden Oberfläche 20 der Nitridschicht 18 bis zum Siliziumwafer 10 reicht. Der Graben 22 wurde mit dem RCA-Verfahren gereinigt, auf das in "Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 1 – Process Technology", S. 516-517 (1986), von S. Wolf und R.N. Tauber verwiesen wird. Anschließend wurde der Graben 22 bei 1000°C ausgeheilt, um (1) eine 10 nm dicke Grabenboden-Oxidschicht 28 auf dem Grabenboden 26 und der Grabenseitenwand-Oxidschicht 30 auf dem Seitenwand-Siliziumbereich 25 der Grabenseitenwände 24 aufwachsen zu lassen und (2) durch das selektive RIE bei der Bildung des Grabens 22 entstandene Schäden am Siliziumwafer zu reparieren.
  • Schützende Seitenwände 32 wurden gebildet, indem auf den Grabenseitenwänden 24 mittels LPCVD (Niederdruckgasphasenabscheidung) 500 nm Siliziumnitrid abgeschieden wurden, gefolgt von selektivem RIE, das das Siliziumnitrid in die Form der schützenden Seitenwände 32 geätzt hat. Anschließend wurde der Teil der Grabenboden-Oxidschicht 28, der nicht unter den schützenden Seitenwänden 32 liegt, mit Fluorwasserstoff geätzt, der auch restliche Siliziuminseln, die sich bei der Herstellung des Substrats auf dem Grabenboden 26 gebildet hatten, entfernt hat. Mit einem selektiven Epitaxialverfahren wuchs Silizium auf dem freiliegenden Silizium des Grabenbodens 26 auf, so daß der Graben 22 gefüllt wurde.
  • Dann wurden die Nitridschicht 18 und ein an die Nitridschicht 18 angrenzender Teil der schützenden Seitenwände 32 mit Phosphorsäure entfernt. Die schützende Oxidschicht 16 wurde dann mit Fluorwasserstoff entfernt. Anschließend wurde die Struktur ausgeheilt, um durch das selektive Epitaxialverfahren entstandene Schäden zu beheben, und durch CMP planarisiert. Dann wurden die verbliebenen Teile der Grabenboden-Oxidschicht 28, der Grabenseitenwand-Oxidschicht 30 und der schützenden Seitenwände 32 weggeätzt, so daß ein Graben entstand. Dieser Graben wurde dann mit einem Oxid gefüllt.
  • Auch wenn die vorliegende Erfindung oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, soll sie dennoch nicht auf die dargestellten Details beschränkt sein. Vielmehr können innerhalb des Schutzumfangs und Bereichs der Erfindung Details variiert werden, ohne daß dies eine Abweichung vom Geist der Erfindung darstellen würde.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung einer planaren Silizium-auf-Isolator-Struktur (SOI-Struktur) mit Bereichen ohne bedeckendes-Oxid auf einem Substrat, das einen Siliziumwafer (10), eine Oxidschicht (12), eine Siliziumschicht (14) und eine Nitridschicht (18) umfasst, wobei das Substrat eine Oberseite besitzt und das Verfahren folgende Schritte umfasst (a) Bilden eines Grabens im Substrat (22), der von der Oberseite bis zum Siliziumwafer reicht und Seitenwände sowie einen Boden besitzt, wobei die Seitenwände Seitenwand-Siliziumbereiche (25) aufweisen; (b) Bilden von Oxidschichten auf dem Grabenboden (28) und den Seitenwand-Siliziumbereichen (30), um eine Grabenboden-Oxidschicht und Grabenseitenwand-Oxidschichten zu erzeugen; (c) Bilden einer schützenden Seitenwand (32) auf der Grabenseitenwand, die sich über die Grabenseitenwand-Oxidschicht erstreckt und einen Teil der Grabenboden-Oxidschicht bedeckt; (d) Abtragen der gesamten Grabenboden-Oxidschicht (28), die nicht unter der schützenden Seitenwand liegt; (e) Auffüllen des Grabens mit einem Halbleiter (34) mindestens bis zur Oberseite; (f) Entfernen der Nitridschicht (18) und der an die Nitridschicht angrenzenden Teile der schützenden Seitenwände (32); und (g) Planarisieren der entstandenen Oberflächenstruktur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat außerdem eine schützende Oxidschicht zwischen der Nitridschicht und der Siliziumschicht umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die schützende Seitenwand Siliziumnitrid umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Nitridschicht Siliziumnitrid umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bildung eines Grabens das Trockenätzen des Substrats umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bildung einer schützenden Seitenwand die Abscheidung einer Nitridschicht auf der Grabenseitenwand und das Ätzen der Nitridschicht umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auffüllens des Grabens mit einem Halbleiter einen selektiven Epitaxialprozess umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Halbleiter Silizium ist.
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