JP2621765B2 - Method for manufacturing element isolation structure of CMOS semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing element isolation structure of CMOS semiconductor device

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JP2621765B2
JP2621765B2 JP5184568A JP18456893A JP2621765B2 JP 2621765 B2 JP2621765 B2 JP 2621765B2 JP 5184568 A JP5184568 A JP 5184568A JP 18456893 A JP18456893 A JP 18456893A JP 2621765 B2 JP2621765 B2 JP 2621765B2
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ion implantation
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はCMOS半導体装置の素
子分離構造の製造方法に関し、特にツイン・ウェルに形
成されるCMOS半導体装置の素子分離構造の製造方法
に関する。
The present invention relates to a CMOS semiconductor device.
The method of manufacturing the isolation structure, especially in the form of twin wells
Manufacturing method of element isolation structure of CMOS semiconductor device formed
About.

【0002】[0002]

【従来の技術】複数のpチャネルMOSトランジスタと
複数のnチャネルMOSトランジスタとを含んでなるC
MOS半導体装置では、同一半導体基板に2種類のMO
Sトランジスタが形成されるため、ウェルが必要であ
る。デジタル回路用のCMOS半導体装置では、微細化
により高集積化が進められている。CMOS半導体装置
を微細化する場合、それぞれのトランジスタの微細化に
対しては、pチャネルMOSトランジスタ並びにnチャ
ネルMOSトランジスタの短チャネル効果に対する配慮
が要求される。それぞれのMOSトランジスタのしきい
値電圧およびオン抵抗を犠牲とせずに、短チャネル効果
に対処するため、CMOS半導体装置では、ツイン・ウ
ェルの採用が主流になっている。このツイン・ウェルの
採用は、CMOS半導体装置のラッチ・アップの値の決
定要因の1つである半導体基板の寄生抵抗が半導体基板
と同導電型のウェル(これの不純物濃度はこの半導体基
板の不純物濃度より高い)の寄生抵抗に置き換えられ
る。このため、ツイン・ウェルは、ラッチ・アップ耐性
の向上の1つの手段として位置ずけられている。
2. Description of the Related Art C including a plurality of p-channel MOS transistors and a plurality of n-channel MOS transistors
In a MOS semiconductor device, two types of MOs are mounted on the same semiconductor substrate.
Since an S transistor is formed, a well is required. 2. Description of the Related Art In CMOS semiconductor devices for digital circuits, high integration has been promoted by miniaturization. When miniaturizing a CMOS semiconductor device, for miniaturization of each transistor, consideration must be given to a short channel effect of a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor. In order to deal with the short channel effect without sacrificing the threshold voltage and the on-resistance of each MOS transistor, twin wells are mainly used in CMOS semiconductor devices. The adoption of the twin wells is such that the parasitic resistance of the semiconductor substrate, which is one of the factors determining the latch-up value of the CMOS semiconductor device, is a well of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate. (Higher than the concentration). For this reason, the twin well is positioned as one means for improving the latch-up resistance.

【0003】上記CMOS半導体装置を微細化するに
は、個々のトランジスタの微細化と共に、素子分離領域
の微細化が要求される。CMOS半導体装置では、イン
バータ回路,NOR回路あるいはNAND回路等が多用
されている。素子並びに配線の配置の経済性から、これ
らの回路を構成するそれぞれのpチャネルMOSトラン
ジスタおよびnチャネルMOSトランジスタは、次のよ
うに配置されている。それぞれのpチャネルMOSトラ
ンジスタはnウェルとpウェルとの境界に隣接した部分
のnウェルの表面に配置され、それぞれのnチャネルM
OSトランジスタはこの境界に隣接した部分のpウェル
の表面に配置されている。さらに、それぞれのpチャネ
ルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジ
スタのチャネル電流の流れる方向(チャネル長方向)が
それぞれ上記境界に平行になるように配置されている。
このため、上記素子分離領域の微細化においては、特に
nウェルとpウェルとの境界における素子分離領域の構
造の選択が重要となる。
In order to miniaturize the above-mentioned CMOS semiconductor device, it is required to miniaturize element isolation regions together with miniaturization of individual transistors. In a CMOS semiconductor device, an inverter circuit, a NOR circuit, a NAND circuit, or the like is frequently used. The p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor constituting these circuits are arranged as follows from the viewpoint of economical arrangement of elements and wirings. Each p-channel MOS transistor is arranged on the surface of the n-well adjacent to the boundary between the n-well and the p-well, and each n-channel MOS transistor
The OS transistor is arranged on the surface of the p-well adjacent to this boundary. Further, the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor are arranged such that the channel current flowing direction (channel length direction) is parallel to the boundary.
Therefore, in miniaturizing the element isolation region, it is particularly important to select the structure of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】現段階における製品へ
の実用化という観点からみると、デジタル回路用のCM
OS半導体装置の素子分離構造には、nウェルとpウェ
ルとの境界における素子分離領域を含めて、LOCOS
型のフィールド酸化膜が採用されている。ウェルがガウ
ス分布型のウェルの場合、nウェルとpウェルとの境界
における素子分離領域の幅は、最小限nウェルの接合の
深さXj(n−well)(もしくはpウェルの接合の
深さXj(p−well))と同程度は必要となる。
From the viewpoint of practical application to products at the present stage, CMs for digital circuits are used.
The element isolation structure of the OS semiconductor device includes a LOCOS including an element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well.
Type field oxide film is employed. When the well is a Gaussian well, the width of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well is at least the junction depth of the n-well Xj (n-well) (or the junction depth of the p-well) Xj (p-well)) is required.

【0005】これは、以下の理由による。nウェルとp
ウェルとの境界の近傍では、n型不純物とp型不純物と
が相殺されるため、nウェルの不純物濃度およびpウェ
ルの不純物濃度はそれぞれこの境界に近ずくに従って低
くなる。この結果、nウェルに形成されるpチャネルM
OSトランジスタのしきい値電圧VTH,pの絶対値は、こ
のpチャネルMOSトランジスタが形成される位置がn
ウェルとpウェルとの境界に近ずくに従って、低くな
る。このため、pチャネルMOSトランジスタは、この
境界から少なくとも所望の距離だけ離れた位置のnウェ
ルに形成される。同様に、pウェルに形成されるnチャ
ネルMOSトランジスタのしきい値電圧VTH,nの値も、
このnチャネルMOSトランジスタが形成される位置が
nウェルとpウェルとの境界に近ずくに従って、低くな
る。このため、nチャネルMOSトランジスタも、この
境界から少なくとも所望の距離だけ離れた位置のpウェ
ルに形成される。電源電圧が主として5V系(もしくは
3V系)であるデジタル回路用のCMOS半導体装置で
は、nウェルとpウェルとの境界における素子分離領域
の幅に対する上述の制約によって、満足出来るラッチ・
アップ耐性を確保することが出来る。
This is based on the following reasons. n-well and p
In the vicinity of the boundary with the well, the n-type impurity and the p-type impurity cancel each other, so that the impurity concentration of the n-well and the impurity concentration of the p-well decrease as approaching this boundary. As a result, the p-channel M formed in the n-well
The absolute value of the threshold voltage V TH, p of the OS transistor is n at the position where the p-channel MOS transistor is formed.
It gets lower as it approaches the boundary between the well and the p-well. Therefore, the p-channel MOS transistor is formed in the n-well at a position at least a desired distance from this boundary. Similarly, the value of the threshold voltage V TH, n of the n-channel MOS transistor formed in the p well is
The position where the n-channel MOS transistor is formed becomes lower as the position approaches the boundary between the n-well and the p-well. Therefore, the n-channel MOS transistor is also formed in the p-well at a position at least a desired distance from this boundary. In a CMOS semiconductor device for a digital circuit whose power supply voltage is mainly a 5V system (or a 3V system), the above-mentioned restriction on the width of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well satisfies the above-mentioned requirements.
Up resistance can be secured.

【0006】上述したように、nウェルとpウェルとの
境界における素子分離領域がLOCOS型のフィールド
酸化膜により構成されると、この領域の微細化は困難に
なる。この対策として、例えば特開昭59−84572
号公報(1984年5月16日公開)に開示された構成
がある。この公開公報の1つの目的はnウェルとpウェ
ルとの境界における素子分離領域を微細化することにあ
り、この目的はnウェルとpウェルとの境界にU字型の
溝を設けることにより達成している。この溝には絶縁膜
が埋め込まれている。この溝の深さは、少なくともnウ
ェルの接合の深さXj(n−well)およびpウェル
の接合の深さXj(p−well)の浅い方と同程度で
ある。この溝により、nウェルとpウェルとが直接に接
触しないようになっている。
As described above, if the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well is formed of a LOCOS type field oxide film, it is difficult to miniaturize this region. As a countermeasure against this, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
There is a configuration disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication (published May 16, 1984). One object of this publication is to miniaturize an element isolation region at the boundary between an n-well and a p-well. This object is achieved by providing a U-shaped groove at the boundary between the n-well and the p-well. doing. An insulating film is embedded in this groove. The depth of this groove is at least as small as the shallower of the junction depth Xj (n-well) of the n-well and the junction depth Xj (p-well) of the p-well. This groove prevents the n-well and the p-well from directly contacting each other.

【0007】しかしながら上記公開公報に記載された素
子分離構造は、形成するのが困難である。ウェル形成時
の熱歪みの発生は、溝を形成した後にウェルを形成して
この溝への絶縁膜の埋め込みを行なうことにより避けら
れる。しかしながら上記公開公報による溝は、そのアス
ペクト比が高い。このため、この溝に絶縁膜を埋め込む
ことが容易でなくなる。例えば、1ミクロン設計ルール
によるガウス分布型のウェルでの場合、Xj(n−we
ll),Xj(p−well)は4〜5μm程度とな
り、溝の幅は最小加工寸法である1μm程度となること
から、溝のアスペクト比は4〜5程度となる。上記公開
公報では、リトログレード・ウェルの採用により溝のア
スペクト比が低くできるとしている。リトログレード・
ウェルでは、ガウス分布型のウェルと異なり、nウェル
とpウェルとの境界の近傍でのn型不純物とp型不純物
との相殺は極めて小さくなる。このため、LOCOS型
のフィールド酸化膜によりこの境界近傍を素子分離する
場合、素子分離領域の最小設計幅(最小出来上がり幅で
はない)は最小加工寸法でよいことになる。従って、溝
の幅が最小加工寸法より大きな値であるならば、素子分
離領域の微細化には寄与しないことになる。すなわち、
アスペクト比も比例縮小則に従うことにより、はじめて
存在意義を有することになる。それ故、上記公開公報で
主張されたリトログレード・ウェルの採用による溝への
絶縁膜の埋め込みの困難性の解消は、成立しない。
However, it is difficult to form the element isolation structure described in the above publication. The occurrence of thermal distortion during the formation of the well can be avoided by forming the well after forming the groove and burying the insulating film in the groove. However, the groove according to the above publication has a high aspect ratio. Therefore, it is not easy to embed the insulating film in the groove. For example, in the case of a Gaussian distribution type well according to the 1 micron design rule, Xj (n-we
11) and Xj (p-well) are about 4 to 5 μm, and the width of the groove is about 1 μm, which is the minimum processing dimension. Therefore, the aspect ratio of the groove is about 4 to 5. The above-mentioned publication discloses that the aspect ratio of the groove can be reduced by employing a retrograde well. Retro grade
In the well, unlike the Gaussian well, the offset between the n-type impurity and the p-type impurity near the boundary between the n-well and the p-well is extremely small. For this reason, when the vicinity of this boundary is separated by a LOCOS type field oxide film, the minimum design width (not the minimum finished width) of the element separation region may be the minimum processing size. Therefore, if the width of the groove is larger than the minimum processing dimension, it does not contribute to miniaturization of the element isolation region. That is,
The aspect ratio also has significance only if it follows the proportional reduction rule. Therefore, the elimination of the difficulty of embedding the insulating film in the trench by employing the retrograde well, which is claimed in the above-mentioned publication, cannot be established.

【0008】ウェル(ツイン・ウェルではないが)周辺
の素子分離領域を成すアスペクト比の高い溝に支障なく
埋設絶縁膜を形成する方法が、特開昭59−55055
号公報(1984年3月29日公開)に開示されてい
る。この方法は、以下のとうりである。まず、n型シリ
コン基板の表面に選択的に窒化シリコン膜が形成され、
この窒化シリコン膜等をマスクにしたエッチングにより
溝が形成される。この溝に隣接した姿態を有してpウェ
ルが形成される。次に、上記窒化シリコン膜をマスクに
した選択酸化により、溝を充填する酸化シリコン膜等が
形成される。この方法によれば上記特開昭59−845
72号公報にみられた欠点は解消するが、別の問題点が
生じる。まず第1に、選択酸化により溝の幅が当初の2
倍になる。第2に、選択酸化によるn型不純物のパイル
・アップにより、この溝の接する部分のnウェルの不純
物濃度が高くなるため、この溝に隣接した部分のnウェ
ルにpチャネルMOSトランジスタを形成することが好
ましくなくなる。これらの結果、この方法では素子分離
領域の微細化の実現があまり期待出来ないことになる。
A method of forming a buried insulating film without hindrance in a trench having a high aspect ratio forming an element isolation region around a well (not a twin well) is disclosed in JP-A-59-55055.
No. (published March 29, 1984). This method is as follows. First, a silicon nitride film is selectively formed on the surface of an n-type silicon substrate,
A groove is formed by etching using the silicon nitride film or the like as a mask. A p-well is formed with a form adjacent to this groove. Next, a silicon oxide film or the like filling the trench is formed by selective oxidation using the silicon nitride film as a mask. According to this method, Japanese Patent Application Laid-Open No.
While the disadvantage seen in the '72 publication is eliminated, another problem arises. First, the width of the groove is reduced to the initial width of 2 by selective oxidation.
Double. Secondly, the pile-up of the n-type impurity by selective oxidation increases the impurity concentration of the n-well in a portion in contact with the trench. Therefore, a p-channel MOS transistor is formed in the n-well in a portion adjacent to the trench Is not preferred. As a result, in this method, it is not expected that the element isolation region is miniaturized.

【0009】従来の溝分離構造は上述の問題点を含むた
め、ツイン・ウェルを有するデジタル回路用のCMOS
半導体装置では(nウェルとpウェルとの境界における
素子分離領域の微細化が実現しなくても)、この領域の
分離構造としての採用は行なわれなかった。
Since the conventional trench isolation structure has the above-mentioned problems, a CMOS for a digital circuit having a twin well is used.
In a semiconductor device (even if miniaturization of an element isolation region at a boundary between an n-well and a p-well is not realized), this region has not been adopted as an isolation structure.

【0010】なお、上記特開昭59−84572号公報
の他の目的はラッチ・アップ耐性の向上にある。この公
開公報に開示された構成は、アナログ回路を含んだCM
OS半導体装置に対しては確かに有効である。一方、デ
ジタル回路のみからなるCMOS半導体装置に対するラ
ッチ・アップ耐性に対しては、上述したように、ツイン
・ウェルの採用のみで十分満足でき、これの採用は一種
の過剰品質を与えることになる。
Another object of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-84572 is to improve the latch-up resistance. The configuration disclosed in this publication discloses a CM including an analog circuit.
This is certainly effective for OS semiconductor devices. On the other hand, as described above, the adoption of the twin well alone can sufficiently satisfy the latch-up resistance with respect to the CMOS semiconductor device including only the digital circuit.

【0011】本発明の目的は、ツイン・ウェルを有する
デジタル回路用のCMOS半導体装置におけるnウェル
とpウェルとが接する境界近傍での素子分離領域を、ラ
ッチ・アップ耐性を犠牲にせずに、容易に微細化できる
製造方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to easily form an element isolation region near a boundary where an n-well and a p-well are in contact with each other in a CMOS semiconductor device for a digital circuit having a twin well without sacrificing latch-up resistance. Can be miniaturized
It is to provide a manufacturing method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明のCMOS半導体
装置の素子分離構造の製造方法の第1の態様は、一導電
型シリコン基板の表面に第1の酸化シリコン膜を形成
し、このシリコン基板の表面にそれぞれ選択的に少なく
とも一方が複数からなるn型イオン注入層およびp型イ
オン注入層を形成する工程と、少なくとも上記n型イオ
ン注入層と上記p型イオン注入層との境界に、所望の幅
を有し,上記n型イオン注入層およびp型イオン注入層
を貫通する所定の深さを有する複数のU字型の溝を形成
する工程と、上記溝の表面に第2の酸化シリコン膜を形
成し、上記n型イオン注入層およびp型イオン注入層を
熱処理によって押し込むことにより接合の深さがそれぞ
れ上記溝の所定の深さより深いガウス分布型のnウェル
およびpウェルを形成する工程と、上記溝に埋め込み絶
縁膜を充填する工程と、上記埋め込み絶縁膜を含めた上
記溝,および上記nウェルおよびpウェルのそれぞれの
活性領域となる領域の上に選択的に窒化シリコン膜を形
成し、少なくとも上記nウェルを覆うフォトレジスト膜
を形成し、上記窒化シリコン膜およびフォトレジスト膜
をマスクにして少なくとも上記pウェルの素子分離領域
のなる領域の表面にp型チャネルストッパー拡散層を形
成し、選択酸化によりLOCOS型のフィールド酸化膜
を形成する工程と、上記nウェルおよびpウェルのそれ
ぞれの活性領域となる領域の表面にゲート絶縁膜を形成
し、ゲート電極を形成し、上記nウェルおよびpウェル
のそれぞれの活性領域となる領域の所定の部分に選択的
に上記溝の所定の深さより浅い接合の深さを有する複数
のn+ 型拡散層を形成し、上記nウェルおよびpウェル
のそれぞれの活性領域となる領域の上記n+ 型拡散層の
形成されていない部分に上記溝の所定の深さより浅い接
合の深さを有する複数のp+ 型拡散層を形成する工程と
を有する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an element isolation structure for a CMOS semiconductor device, comprising: forming a first silicon oxide film on a surface of a one conductivity type silicon substrate; Forming a plurality of n-type ion-implanted layers and p-type ion-implanted layers at least one of which is selectively formed on the surface of the semiconductor device, Forming a plurality of U-shaped grooves having a predetermined width and having a predetermined depth penetrating the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer; and forming a second silicon oxide on the surface of the grooves. A film is formed, and the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer are pressed by heat treatment to form a Gaussian distribution type n-well and a p-well each having a junction depth larger than a predetermined depth of the groove. And filling the trench with a buried insulating film; and selectively forming a silicon nitride film on the trench including the buried insulating film and the active regions of the n-well and the p-well. Forming a photoresist film covering at least the n-well, and forming a p-type channel stopper diffusion layer on at least a surface of the p-well element isolation region using the silicon nitride film and the photoresist film as a mask. Forming a LOCOS type field oxide film by selective oxidation; forming a gate insulating film on the surface of each of the active regions of the n-well and p-well; forming a gate electrode; A junction shallower than a predetermined depth of the groove is selectively formed in a predetermined portion of a region to be an active region of each of the well and the p well. Of forming a plurality of n + -type diffusion layer having a shallow than the predetermined depth of the groove in the n-well and p the n + is not formed part of the diffusion layer in a region to be the respective active regions of the well Forming a plurality of p + -type diffusion layers having a junction depth.

【0013】本発明のCMOS半導体装置の素子分離構
造の製造方法の第2の態様は、一導電型シリコン基板の
表面に第1の酸化シリコン膜を形成し、このシリコン基
板の表面にそれぞれ選択的に少なくとも一方が複数から
なるn型イオン注入層およびp型イオン注入層を形成す
る工程と、全面にシリコン膜を形成し、所定の空隙を有
して上記n型イオン注入層およびp型イオン注入層が形
成されていない部分の上記シリコン基板を覆い,かつ上
記n型イオン注入層およびp型イオン注入層における活
性領域が形成される領域をそれぞれ覆う第1のフォトレ
ジスト膜を形成し、上記第1のフォトレジスト膜をマス
クにして上記シリコン膜,上記第1の酸化シリコン膜お
よび上記シリコン基板を順次エッチングして上記n型イ
オン注入層およびp型イオン注入層を貫通する所定の深
さを有するU字型の溝を形成する工程と、上記溝および
シリコン膜の表面に第2の酸化シリコン膜を形成し、上
記n型イオン注入層およびp型イオン注入層を熱処理に
よって押し込むことにより接合の深さがそれぞれこの溝
の所定の深さより深いガウス分布型のnウェルおよびp
ウェルを形成する工程と、少なくとも底面が上記nウェ
ルのみからなる上記溝の底面の上記nウェルの表面にn
型拡散層を形成し、少なくとも底面が上記pウェルのみ
からなる上記溝の底面の上記pウェルの表面にp型拡散
層を形成する工程と、全面にBPSG膜を堆積してリフ
ローし、酸化シリコン膜のエッチバックを行なう工程
と、上記溝を含めて上記nウェルおよびpウェルを覆う
第2のフォトレジスト膜を形成し、この第2のフォトレ
ジスト膜をマスクにして酸化シリコン膜のエッチングを
行なう工程と、上記シリコン膜を除去した後、上記溝を
含めて上記nウェルおよびpウェル上に窒化シリコン膜
を形成し、選択酸化によりLOCOS型のフィールド酸
化膜を形成する工程と、上記nウェルおよびpウェルの
それぞれの活性領域となる領域の表面にゲート絶縁膜を
形成し、ゲート電極を形成し、上記nウェルおよびpウ
ェルのそれぞれの活性領域となる領域の所定の部分に選
択的に上記溝の所定の深さより浅い接合の深さを有する
複数のn+ 型拡散層を形成し、上記nウェルおよびpウ
ェルのそれぞれの活性領域となる領域の上記n+ 型拡散
層の形成されていない部分に上記溝の所定の深さより浅
い接合の深さを有する複数のp+ 型拡散層を形成する工
程を有する。
According to a second aspect of the method for manufacturing an element isolation structure of a CMOS semiconductor device of the present invention, a first silicon oxide film is formed on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and selectively formed on the surface of the silicon substrate. Forming an n-type ion implanted layer and a p-type ion implanted layer, at least one of which comprises a plurality of layers, forming a silicon film over the entire surface, and having a predetermined gap, the n-type ion implanted layer and the p-type ion implanted Forming a first photoresist film covering a portion of the silicon substrate where a layer is not formed and covering a region where an active region is formed in the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer; The silicon film, the first silicon oxide film, and the silicon substrate are sequentially etched using the first photoresist film as a mask to form the n-type ion-implanted layer and Forming a U-shaped groove having a predetermined depth penetrating the n-type ion-implanted layer; forming a second silicon oxide film on the surface of the groove and the silicon film; Gaussian n-type wells and p-type junctions each having a junction depth deeper than a predetermined depth of the trench by pressing the ion implantation layer by heat treatment.
Forming a well, and forming n on a surface of the n-well on a bottom surface of the groove having at least a bottom surface consisting of only the n-well.
Forming a p-type diffusion layer, forming a p-type diffusion layer on the surface of the p-well on the bottom surface of the groove having at least the bottom surface consisting of only the p-well, depositing a BPSG film over the entire surface and reflowing the silicon oxide. A step of performing etch back of the film, forming a second photoresist film covering the n-well and the p-well including the groove, and etching the silicon oxide film using the second photoresist film as a mask Forming a silicon nitride film on the n-well and p-well including the trench after removing the silicon film, and forming a LOCOS type field oxide film by selective oxidation; A gate insulating film is formed on the surface of each active region of the p-well, a gate electrode is formed, and the active regions of the n-well and the p-well are formed. Forming a plurality of n + -type diffusion layer having a depth of selectively shallow junction than the predetermined depth of the groove in a predetermined portion of the region to be a region, the respective active regions of the n-well and p-well Forming a plurality of p + -type diffusion layers having a junction depth smaller than a predetermined depth of the trench in a portion of the region where the n + -type diffusion layer is not formed.

【0014】好ましくは、上記n型拡散層と上記p型拡
散層とが形成される工程において、上記nウェルと上記
pウェルとの境界の溝の底面にもn型拡散層およびp型
拡散層のどちらか一方が形成される。
Preferably, in the step of forming the n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer, the n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer are also formed on the bottom surface of the groove at the boundary between the n-well and the p-well. Is formed.

【0015】本発明のCMOS半導体装置の素子分離構
造の製造方法の第3の態様は、一導電型シリコン基板の
表面に第1の酸化シリコン膜を形成し、このシリコン基
板の表面にそれぞれ条件の異なる複数回のn型不純物の
イオン注入およびp型不純物のイオン注入をそれぞれ選
択的に行ない、不純物濃度のピーク値がそれぞれこのシ
リコン基板の所定の深さにある少なくとも一方が複数か
らなるn型イオン注入層およびp型イオン注入層を形成
する工程と、少なくとも上記n型イオン注入層と上記p
型イオン注入層との境界に、所望の幅を有し,上記nイ
オン注入層および上記pイオン注入層の不純物濃度のピ
ーク値となる位置の近傍に底面を有するU字型の複数の
溝を形成する工程と、上記溝の表面に第2の酸化シリコ
ン膜を形成し、上記溝に埋め込み絶縁膜を充填する工程
と、上記埋め込み絶縁膜を含めた上記溝,および上記n
型イオン注入層およびp型イオン注入層のそれぞれの活
性領域となる領域の上に選択的に窒化シリコン膜を形成
し、選択酸化によりLOCOS型のフィールド酸化膜を
形成すると同時に上記n型イオン注入層およびp型イオ
ン注入層をそれぞれリトログレード型のnウェルおよび
リトログレード型のpウェルに変換する工程と、上記n
ウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領域となる領域
の表面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形成し、
上記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領域とな
る領域の所定の部分に選択的に複数のn+ 型拡散層を形
成し、上記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領
域となる領域の上記n+ 型拡散層の形成されていない部
分に複数のp+ 型拡散層を形成する工程とを有する。
According to a third aspect of the method for manufacturing an element isolation structure of a CMOS semiconductor device of the present invention, a first silicon oxide film is formed on a surface of a one-conductivity-type silicon substrate, and the first silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate. A plurality of different times of ion implantation of the n-type impurity and ion implantation of the p-type impurity are selectively performed, and the peak value of the impurity concentration is at a predetermined depth of the silicon substrate. Forming an implantation layer and a p-type ion implantation layer;
A plurality of U-shaped grooves having a desired width and having a bottom surface in the vicinity of the peak value of the impurity concentration of the n ion implantation layer and the p ion implantation layer are formed at the boundary with the ion implantation layer. Forming; forming a second silicon oxide film on the surface of the groove; filling the groove with a buried insulating film; forming the groove including the buried insulating film;
A silicon nitride film is selectively formed on each of the active regions of the p-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer, and a LOCOS type field oxide film is formed by selective oxidation; Converting the p-type ion-implanted layer into a retrograde n-well and a retrograde p-well, respectively.
Forming a gate insulating film on the surface of each active region of the well and the p-well, forming a gate electrode,
A plurality of n + -type diffusion layers are selectively formed in predetermined portions of regions to be active regions of the n-well and p-well, and the n-type diffusion layers are selectively formed in regions to be active regions of the n-well and p-well. a is not formed part of + -type diffusion layer and a step of forming a plurality of p + -type diffusion layer.

【0016】本発明のCMOS半導体装置の素子分離構
造の製造方法の第4の態様は、一導電型シリコン基板の
表面に第1の酸化シリコン膜を形成し、このシリコン基
板の表面にそれぞれ条件の異なる複数回のn型不純物の
イオン注入およびp型不純物のイオン注入をそれぞれ選
択的に行ない、不純物濃度のピーク値がそれぞれこのシ
リコン基板の所定の深さにある少なくとも一方が複数か
らなるn型イオン注入層およびp型イオン注入層を形成
する工程と、全面にシリコン膜を形成し、所定の空隙を
有して上記n型イオン注入層およびp型イオン注入層が
形成されていない部分の上記シリコン基板を覆い,かつ
上記n型イオン注入層およびp型イオン注入層における
活性領域が形成される領域をそれぞれ覆う第1のフォト
レジスト膜を形成し、上記第1のフォトレジスト膜をマ
スクにして上記シリコン膜,上記第1の酸化シリコン膜
および上記シリコン基板を順次エッチングして上記n型
イオン注入層およびp型イオン注入層の不純物濃度のピ
ーク値となる位置の近傍に底面を有する複数のU字型の
溝を形成する工程と、上記溝およびシリコン膜の表面に
第2の酸化シリコン膜を形成し、全面にBPSG膜を形
成し、このBPSG膜をリフローし、酸化シリコン膜の
エッチバックを行なう工程と、上記溝を含めて上記nウ
ェルおよびpウェルを覆う第2のフォトレジスト膜を形
成し、上記第2のフォトレジスト膜をマスクにして酸化
シリコン膜のエッチングを行なう工程と、上記シリコン
膜を除去した後、上記溝を含めて上記nウェルおよびp
ウェル上に窒化シリコン膜を形成し、選択酸化によりL
OCOS型のフィールド酸化膜を形成すると同時に上記
n型イオン注入層およびp型イオン注入層をそれぞれリ
トログレード型のnウェルおよびリトログレード型のp
ウェルに変換する工程と、上記nウェルおよびpウェル
のそれぞれの活性領域となる領域の表面にゲート絶縁膜
を形成し、ゲート電極を形成し、上記nウェルおよびp
ウェルのそれぞれの活性領域となる領域の所定の部分に
選択的に複数のn+ 型拡散層を形成し、上記nウェルお
よびpウェルのそれぞれの活性領域となる領域の上記n
+ 型拡散層の形成されていない部分に複数のp+ 型拡散
層を形成する工程とを有する。
According to a fourth aspect of the method of manufacturing an element isolation structure for a CMOS semiconductor device of the present invention, a first silicon oxide film is formed on a surface of a one-conductivity type silicon substrate, and the first silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate. A plurality of different times of ion implantation of the n-type impurity and ion implantation of the p-type impurity are selectively performed, and the peak value of the impurity concentration is at a predetermined depth of the silicon substrate. Forming an implantation layer and a p-type ion implantation layer, and forming a silicon film on the entire surface, and forming a silicon film on a portion of the silicon film having a predetermined gap where the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer are not formed. Forming a first photoresist film covering the substrate and respectively covering a region where the active region is formed in the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer; The silicon film, the first silicon oxide film, and the silicon substrate are sequentially etched by using the first photoresist film as a mask, and peak values of impurity concentrations of the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer are obtained. Forming a plurality of U-shaped grooves having a bottom surface in the vicinity of the position to be formed; forming a second silicon oxide film on the grooves and the surface of the silicon film; forming a BPSG film on the entire surface; Reflowing the film and etching back the silicon oxide film; forming a second photoresist film covering the n-well and the p-well including the trench; using the second photoresist film as a mask; A step of etching the silicon oxide film and, after removing the silicon film, the n well and the p
A silicon nitride film is formed on the well, and L is formed by selective oxidation.
At the same time as the formation of the OCOS type field oxide film, the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer are respectively replaced with a retrograde type n well and a retrograde type p well.
Converting into a well, forming a gate insulating film on the surface of each of the active regions of the n-well and p-well, forming a gate electrode, and forming the n-well and p-well.
A plurality of n + -type diffusion layers are selectively formed in predetermined portions of regions to be active regions of the wells, and n + -type diffusion layers are formed in regions to be active regions of the n-well and the p-well.
A is not formed part of + -type diffusion layer and a step of forming a plurality of p + -type diffusion layer.

【0017】[0017]

【実施例】本発明の説明に先だって、本発明が解決すべ
き問題点の1つであるツイン・ウェルを有するデジタル
回路用のCMOS半導体装置に実用化されているLOC
OS型のフィールド酸化膜からなる素子分離構造の問題
点を、本発明者によるシミュレーション結果の図を参照
して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of the present invention, one of the problems to be solved by the present invention is a LOC which has been put to practical use in a CMOS semiconductor device for a digital circuit having a twin well.
The problem of the element isolation structure composed of the OS type field oxide film will be described with reference to the results of a simulation by the present inventors.

【0018】例えば0.5ミクロン設計ルールを想定し
て、以下に示す条件でツイン・ウェルを形成する。表面
が40nm程度の酸化シリコン膜に覆われた不純物濃度
が1×1015cm-3のp型シリコン基板表面に、それぞ
れ選択的に150keV,1×1013cm-2の燐イオン
注入,70keV,1×1013cm-2のボロンイオン注
入が行なわれ、n型イオン注入層,p型イオン注入層が
形成される。このとき、n型イオン注入層とp型イオン
注入層と境界では、両者は重なり合わずに接しているも
のとする。熱酸化によりシリコン基板表面に形成された
酸化シリコン膜の膜厚を100nm程度に増加させた
後、1200℃,150分間のN2 雰囲気での熱処理に
よる押し込みを行うことにより、ガウス分布型のnウェ
ル,ガウス分布型のpウェルが形成される。図16は、
このときのnウェルとpウェルとの境界を含んだ部分で
の不純物濃度の分布のシミュレーション結果の図であ
る。
For example, assuming a 0.5 micron design rule, a twin well is formed under the following conditions. On the surface of a p-type silicon substrate having an impurity concentration of 1 × 10 15 cm −3 covered with a silicon oxide film having a surface of about 40 nm, phosphorus ion implantation of 150 keV and 1 × 10 13 cm −2 is selectively performed. Boron ion implantation of 1 × 10 13 cm −2 is performed to form an n-type ion implantation layer and a p-type ion implantation layer. At this time, at the boundary between the n-type ion-implanted layer and the p-type ion-implanted layer, they are in contact with each other without overlapping. After increasing the thickness of the silicon oxide film formed on the surface of the silicon substrate by thermal oxidation to about 100 nm, the silicon oxide film is pressed by a heat treatment in an N 2 atmosphere at 1200 ° C. for 150 minutes to thereby provide a Gaussian n-well. , A Gaussian p-well is formed. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a simulation result of an impurity concentration distribution in a portion including a boundary between an n-well and a p-well at this time.

【0019】図16(A)を参照すると、nウェルとp
ウェルとの境界に直交するシリコン基板の垂直断面にお
けるおける燐およびボロンの濃度分布が解る。nウェル
の接合の深さXj(n−well)は約3.6μm,p
ウェルの接合の深さXj(p−well)は約4.0μ
mである。なお、このpウェルはp型シリコン基板に形
成されているためにどこまでがpウェル位置であるか不
明確であるが、ボロンの濃度勾配の外挿により特定(破
線で示した1×1015cm-3のボロンの位置)してあ
る。シリコン基板表面におけるn型イオン注入層とp型
イオン注入層との境界は0.0μmの位置であるが、シ
リコン基板表面におけるnウェルとpウェルとの境界−
0.1μmの位置となり、nウェル側にずれている。こ
れは、シリコン基板がp型であり、燐の拡散係数に比べ
てボロンの拡散係数が大きいためである。この図のみで
は、問題点が不鮮明である。
Referring to FIG. 16A, an n well and a p
The concentration distribution of phosphorus and boron in the vertical section of the silicon substrate orthogonal to the boundary with the well is understood. The junction depth Xj (n-well) of the n-well is about 3.6 μm, p
The well junction depth Xj (p-well) is about 4.0 μm.
m. Since the p-well is formed on the p-type silicon substrate, it is unclear where the p-well is located. However, the p-well is specified by extrapolation of a boron concentration gradient (1 × 10 15 cm indicated by a broken line). -3 boron position). The boundary between the n-type ion-implanted layer and the p-type ion-implanted layer on the surface of the silicon substrate is at a position of 0.0 μm.
The position is 0.1 μm, which is shifted to the n-well side. This is because the silicon substrate is p-type and the diffusion coefficient of boron is larger than that of phosphorus. Only in this figure, the problem is unclear.

【0020】図16(A)に示した所定の深さであるD
−1(=0.2μm),D−2(=0.7μm)および
D−3(=1.2μm)等での水平方向の不純物濃度の
分布を示す図16(B)を参照すると、問題点が鮮明に
なる。それぞれnウェルとpウェルとの境界から2μm
程度以内の範囲では、D−1(およびD−2,D−3)
の深さでの燐およびボロンの濃度の変化が大きい。これ
らの範囲に形成されたpチャネルMOSトランジスタの
T1,pの絶対値とnチャネルMOSトランジスタのV
T1,nとは、これらの範囲外に形成されたpチャネルMO
SトランジスタVT1,pの絶対値とnチャネルMOSトラ
ンジスタのVT1,nとに比べると、それぞれ低くなる。そ
のため、上記範囲内にトランジスタを形成することは避
けられ、上記範囲は素子分離領域として使用されること
になる。すなわち、nウェルとpウェルとの境界での素
子分離領域は大幅に広くしなければならないことにな
る。
A predetermined depth D shown in FIG.
Referring to FIG. 16B showing the distribution of the impurity concentration in the horizontal direction at -1 (= 0.2 μm), D-2 (= 0.7 μm), D-3 (= 1.2 μm), etc. Points become clear. 2 μm from the boundary between n-well and p-well, respectively
Within the range, D-1 (and D-2, D-3)
Changes in the concentrations of phosphorus and boron at different depths. The absolute value of V T1, p of the p-channel MOS transistor formed in these ranges and the V
T1, n is a p-channel MO formed outside these ranges.
The absolute value of the S transistor VT1, p is lower than the VT1, n of the n-channel MOS transistor, respectively. Therefore, forming a transistor in the above range is avoided, and the above range is used as an element isolation region. That is, the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well must be significantly widened.

【0021】このような不純物濃度分布を有するツイン
・ウェルに上記CMOS半導体装置を形成する場合、上
記境界を挟んでnウェルに設けらてたp+ 型拡散層とp
ウェルに設けらてたn+ 型拡散層との間隔は、ラッチ・
アップ耐性を確保するためには、3μm程度必要であ
る。この制約幅は、トランジスタのしきい値に対する制
約幅より小さいが、0.5ミクロン設計ルールによるL
OCOS型のフィールド酸化膜からなる素子分離領域の
出来上がり最小幅(0.7〜0.9μm程度(最小設計
寸法幅は0.5μm))より大きい。このように、ラッ
チ・アップ耐性を得るための制約幅がかなり広いのは、
以下の理由による。上述したように、例えば、D−1に
おける境界近傍での不純物濃度は低くなっていることか
ら、実効的不純物濃度が低い寄生バイポーラ・トランジ
スタにおける電流増幅率を低くするためには、ベース幅
を厚くする必要がある。
When the CMOS semiconductor device is formed in a twin well having such an impurity concentration distribution, the p + type diffusion layer provided in the n well with the p +
The distance between the n + -type diffusion layer provided in the well and the
About 3 μm is required to ensure up resistance. This constraint width is smaller than the constraint width for the transistor threshold value, but L
It is larger than the minimum completed width (about 0.7 to 0.9 μm (minimum design dimension width is 0.5 μm)) of the element isolation region composed of the OCOS type field oxide film. Thus, the range of constraints for obtaining latch-up immunity is quite wide,
For the following reasons. As described above, for example, since the impurity concentration near the boundary at D-1 is low, in order to lower the current amplification factor in a parasitic bipolar transistor having a low effective impurity concentration, the base width must be increased. There is a need to.

【0022】この考察から、nウェルとpウェルとの境
界での素子分離領域の縮小を行なうに際して、次のよう
な配慮が必要となる。例えば、nウェルとpウェルとの
境界での素子分離領域の端部のnウェルに設けられたp
+ 型拡散層に着目すると、この拡散層からpウェルに至
る最短電流経路でのnウェルの不純物濃度は、p型不純
物による相殺を少なくし、低くなる領域が少ないように
する必要がある。
From this consideration, the following considerations are required when reducing the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well. For example, the p-well provided in the n-well at the end of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well
Focusing on the + -type diffusion layer, the impurity concentration of the n-well in the shortest current path from the diffusion layer to the p-well needs to be less offset by the p-type impurity and have a smaller region.

【0023】次に、本発明について図面を参照して説明
する。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0024】CMOS半導体装置の略平面図である図1
(A)と、図1(A)のAA線での略断面図である図1
(B)とを参照すると、本発明の第1の実施例は、0.
5ミクロン設計ルールによる1段のインバータ回路の部
分を例にしたCMOS半導体装置の素子分離構造であ
る。不純物濃度が1×1015cm-3程度のp型シリコン
基板101表面には、ツイン・ウェルが形成されてい
る。このツイン・ウェルは、Xj(n−well)が
3.6μmのガウス分布型のnウェル103と、Xj
(p−well)が4.0μmのガウス分布型のpウェ
ル104とからなる。nウェル103およびpウェル1
04の少なくとも一方は、(図示してないが)複数個形
成されている。
FIG. 1 is a schematic plan view of a CMOS semiconductor device.
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
Referring to (B), the first embodiment of the present invention has a.
This is an element isolation structure of a CMOS semiconductor device in which a one-stage inverter circuit part according to a 5-micron design rule is used as an example. A twin well is formed on the surface of the p-type silicon substrate 101 having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 . The twin well includes a Gaussian n-well 103 having a 3.6 μm Xj (n-well),
(P-well) is composed of a Gaussian distribution type p well 104 having a thickness of 4.0 μm. n-well 103 and p-well 1
At least one of the elements 04 is formed in a plurality (not shown).

【0025】nウェル103とpウェル104との境界
近傍の素子分離領域の素子分離構造は、U字型の溝10
2とこの溝102を充填する埋め込み絶縁膜105とか
らなる溝分離構造である。溝102は(図示してない
が)複数個である。溝102の深さは1.0μmであ
り、幅は1.0μmである。(なお、溝102の幅は
0.5μmまで狭めても支障はないが、図面が煩雑にな
るのを避けるためにこのような値に設定してある。)埋
め込み絶縁膜105は、溝102の表面を直接に覆う第
2の酸化シリコン膜である膜厚60nm程度の酸化シリ
コン膜131cと酸化シリコン膜131c表面上に設け
らてたBPSG膜134とからなる。埋め込み絶縁膜1
05の上面は、概略平坦である。nウェル103とpウ
ェル104との境界近傍の素子分離領域を除くnウェル
103の素子分離領域の素子分離構造は、膜厚500n
m程度のLOCOS型のフィールド酸化膜107からな
る。nウェル103とpウェル104との境界近傍の素
子分離領域を除くpウェル104およびウェルの無い部
分のシリコン基板101表面の素子分離領域の素子分離
構造は、上記フィールド酸化膜107とフィールド酸化
膜107直下に形成されたp型チャネルストッパー拡散
層106とから構成される。
The element isolation structure in the element isolation region near the boundary between the n-well 103 and the p-well 104 has a U-shaped groove 10
2 and a buried insulating film 105 filling the trench 102. There are a plurality of grooves 102 (not shown). The groove 102 has a depth of 1.0 μm and a width of 1.0 μm. (Note that the width of the groove 102 may be reduced to 0.5 μm without any problem, but such a value is set to avoid complicating the drawing.) The buried insulating film 105 is A silicon oxide film 131c having a thickness of about 60 nm, which is a second silicon oxide film directly covering the surface, and a BPSG film 134 provided on the surface of the silicon oxide film 131c. Buried insulating film 1
The upper surface of 05 is substantially flat. The element isolation structure of the element isolation region of the n well 103 excluding the element isolation region near the boundary between the n well 103 and the p well 104 has a film thickness of 500 n
It is composed of a LOCOS type field oxide film 107 of about m. Except for the element isolation region near the boundary between the n-well 103 and the p-well 104, the element isolation structure of the p-well 104 and the element isolation region on the surface of the silicon substrate 101 where there is no well is the field oxide film 107 and the field oxide film 107 described above. And a p-type channel stopper diffusion layer 106 formed immediately below.

【0026】上記インバータ回路を構成するトランジス
タは、nウェル103に形成されたpチャネルMOSト
ランジスタとpウェルに形成されたnチャネルMOSト
ランジスタとである。pチャネルMOSトランジスタ
は、ゲート絶縁膜である膜厚15nmのゲート酸化膜1
08,ゲート電極109およびソース・ドレイン領域で
あるp+ 型拡散層111aからなる。nチャネルMOS
トランジスタは、ゲート酸化膜108,ゲート電極10
9およびソース・ドレイン領域であるn+ 型拡散層11
0aからなる。ここでの両トランジスタのゲート電極
(ゲート電極109)は接続されている。p+ 型拡散層
111bおよびn+ 型拡散層110bは、それぞれpウ
ェル104およびnウェル103表面に設けられてい
る。n+ 型拡散層110a,110bの接合の深さは
0.2μmであり、p+ 型拡散層111a,111bの
接合の深さは0.3μmである。ゲート酸化膜108直
下のnウェル103およびpウェル104表面にはそれ
ぞれにしきい値制御用のイオン注入(いわゆるチャネル
・ドーピング)が施されており、その結果、VT1,pおよ
びVT1,nはそれぞれ−0.6Vおよび0.6Vとなって
いる。
The transistors constituting the inverter circuit are a p-channel MOS transistor formed in the n-well 103 and an n-channel MOS transistor formed in the p-well. The p-channel MOS transistor has a gate oxide film 1 having a thickness of 15 nm, which is a gate insulating film.
08, a gate electrode 109 and ap + -type diffusion layer 111a which is a source / drain region. n-channel MOS
The transistor includes a gate oxide film 108, a gate electrode 10
9 and n + type diffusion layer 11 which is a source / drain region
0a. Here, the gate electrodes (gate electrodes 109) of both transistors are connected. The p + type diffusion layer 111b and the n + type diffusion layer 110b are provided on the surfaces of the p well 104 and the n well 103, respectively. The junction depth of n + -type diffusion layers 110a and 110b is 0.2 μm, and the junction depth of p + -type diffusion layers 111a and 111b is 0.3 μm. Threshold control ion implantation (so-called channel doping) is performed on the surfaces of the n-well 103 and the p-well 104 immediately below the gate oxide film 108. As a result, VT1, p and VT1, n become They are -0.6V and 0.6V, respectively.

【0027】上記トランジスタは層間絶縁膜112によ
り覆われている。層間絶縁膜112には、複数の種類の
コンタクト孔が設けられている。コンタクト孔113a
はn+ 型拡散層110a,110bに達し、コンタクト
孔113bはp+ 型拡散層111a,111bに達し、
コンタクト孔113cはゲート電極109に達する。層
間絶縁膜112上には、電源線である金属配線114
a,接地線である金属配線114bおよび信号線である
金属配線114c等が設けられている。金属配線114
aは、5Vに印加され、コンタクト孔113b(および
+ 型拡散層111b)を介してpウェル104に接続
され、コンタクト孔113aを介してnチャネルMOS
トランジスタの一方のn+ 型拡散層110aに接続され
ている。金属配線114bは、コンタクト孔113a
(およびn+ 型拡散層110b)を介してnウェル10
3に接続され、コンタクト孔113bを介してpチャネ
ルMOSトランジスタの一方のp+ 型拡散層111aに
接続されている。金属配線114cの1つは、コンタク
ト孔113cを介してゲート電極109に接続されてい
る。金属配線114cの別の1つは、コンタクト孔11
3aを介してnチャネルMOSトランジスタの他方のn
+ 型拡散層110aに接続され、さらに、コンタクト孔
113bを介してpチャネルMOSトランジスタの他方
のp+ 型拡散層111aに接続されている。
The transistor is covered with an interlayer insulating film 112. A plurality of types of contact holes are provided in the interlayer insulating film 112. Contact hole 113a
Reaches the n + type diffusion layers 110a and 110b, the contact hole 113b reaches the p + type diffusion layers 111a and 111b,
The contact hole 113c reaches the gate electrode 109. On the interlayer insulating film 112, a metal wiring 114 serving as a power supply line is provided.
a, a metal wiring 114b as a ground line, a metal wiring 114c as a signal line, and the like are provided. Metal wiring 114
a is applied to 5 V, is connected to the p-well 104 through the contact hole 113b (and the p + type diffusion layer 111b), and is connected to the n-channel MOS through the contact hole 113a.
It is connected to one n + type diffusion layer 110a of the transistor. The metal wiring 114b is connected to the contact hole 113a.
(And n + type diffusion layer 110b) via n well 10
3 and is connected to one p + -type diffusion layer 111a of the p-channel MOS transistor via the contact hole 113b. One of the metal wirings 114c is connected to the gate electrode 109 via the contact hole 113c. Another one of the metal wirings 114c is a contact hole 11
3a through the other n-channel MOS transistor
It is connected to the + type diffusion layer 110a, and further connected to the other p + type diffusion layer 111a of the p-channel MOS transistor via the contact hole 113b.

【0028】図2,図3は、nウェル103およびpウ
ェル104が形成(形成条件は後述する)され、酸化シ
リコン膜131cが形成された直後の上記第1の実施例
における燐とボロンとの濃度分布のシミュレーション結
果を示す図である。同図において、2点鎖線は上記溝1
02の位置に対応する。
FIGS. 2 and 3 show that the n-well 103 and the p-well 104 are formed (the formation conditions will be described later) and the phosphorus and boron in the first embodiment immediately after the silicon oxide film 131c is formed. It is a figure showing a simulation result of a concentration distribution. In the figure, the two-dot chain line indicates the groove 1
02 corresponds to the position 02.

【0029】図2(A)を参照すると、nウェル103
とpウェル104との境界(すなわち、溝102)に直
交するp型シリコン基板101の垂直断面におけるおけ
る燐およびボロンの濃度分布が解り、Xj(n−wel
l)=3.6μm,Xj(p−well)=4.0μm
などが得られる。なお、pウェル104はp型シリコン
基板101に形成されているためにどこまでがpウェル
位置であるか不明確であるが、ボロンの濃度勾配の外挿
により特定(破線で示した1×1015cm-3のボロンの
位置)してある。燐およびボロンの濃度勾配が急減に変
化する場所は、溝102の底面直下に集中している。こ
れにより、例えば、nウェル103およびpウェル10
4の境界以外でのnウェル103表面の端部近傍を除く
と、溝102の側面と近接する部分を含めて、nウェル
103の燐の濃度分布がほぼ均一であると推測できる。
Referring to FIG. 2A, n-well 103
The concentration distribution of phosphorus and boron in the vertical cross section of the p-type silicon substrate 101 orthogonal to the boundary (i.e., the groove 102) between the gate and the p-well 104 is found, and Xj (n-wel
l) = 3.6 μm, Xj (p-well) = 4.0 μm
And so on. Since the p-well 104 is formed on the p-type silicon substrate 101, it is unclear how far the p-well is located. However, it is specified by extrapolation of the boron concentration gradient (1 × 10 15 shown by a broken line). cm- 3 boron position). The places where the concentration gradients of phosphorus and boron suddenly change are concentrated immediately below the bottom surface of the groove 102. Thereby, for example, the n-well 103 and the p-well 10
Excluding the vicinity of the end of the surface of the n-well 103 other than at the boundary of No. 4, it can be assumed that the concentration distribution of phosphorus in the n-well 103 is substantially uniform, including the portion adjacent to the side surface of the groove 102.

【0030】図2(A)に示した所定の深さであるD−
1(=0.2μm),D−2(=0.7μm)およびD
−3(=1.2μm)等での水平方向の不純物濃度の分
布を示す図2(B)を参照すると、上記推測の正しいこ
とが明らかになる。すなわち、深さがD−1におけるn
ウェル103の燐の濃度,およびpウェル104のボロ
ンの濃度は、それぞれ概ね同じである。このため、例え
ば、nウェル103およびpウェル104の境界以外の
nウェル103表面の端部近傍を除き、チャネル領域の
一端が溝102の側面に接するpチャネルMOSトラン
ジスタを含めて、チャネル・ドーピングの併用により、
所望のVT1,pを有するpチャネルMOSトランジスタは
nウェル103表面の任意の場所に形成できる。nチャ
ネルMOSトランジスタについても、同様である。深さ
がD−2におけるnウェル103の燐の濃度,およびp
ウェル104のボロンの濃度も、それぞれ概ね同じであ
る。ミュレーション結果の図示は省略するが、溝102
の幅が0.5μm,深さが0.8μmの場合、D−1で
の燐およびボロン濃度の均一性はチャネル・ドーピング
により補償出来る程度には維持される。D−2での燐お
よびボロン濃度は溝102近傍で多少低くなるが、それ
ぞれのVT1,pおよびVT1,nにはほとんど影響しないこと
から、トランジスタを設けることはできる。この現象
は、nウェル103へのボロンの回り込みとpウェル1
04への燐の回り込みとにより生じる。しかしながら、
溝102の幅が0.5μm,深さが0.7μmの場合、
D−1での燐およびボロン濃度も溝102近傍で多少低
くなり、チャネル・ドーピングによりかろうじて補償出
来る程度となり、トランジスタの形成には好ましくなく
なる。従って、本実施例では溝102の深さは、少なく
とも0.8μm程度は必要である。
The predetermined depth D- shown in FIG.
1 (= 0.2 μm), D-2 (= 0.7 μm) and D
Referring to FIG. 2B showing the distribution of the impurity concentration in the horizontal direction at -3 (= 1.2 μm) or the like, it is clear that the above assumption is correct. That is, n at a depth of D-1
The concentration of phosphorus in the well 103 and the concentration of boron in the p-well 104 are substantially the same. For this reason, for example, except for the vicinity of the edge of the surface of the n-well 103 other than the boundary between the n-well 103 and the p-well 104, the channel doping including the p-channel MOS transistor having one end of the channel region in contact with the side surface of the groove 102 is performed. By combination
A p-channel MOS transistor having a desired VT1, p can be formed at an arbitrary position on the surface of the n-well 103. The same applies to the n-channel MOS transistor. Concentration of phosphorus in n-well 103 at depth D-2, and p
The boron concentrations in the wells 104 are also substantially the same. Although the illustration of the simulation result is omitted, the groove 102
Is 0.5 .mu.m and the depth is 0.8 .mu.m, the uniformity of phosphorus and boron concentration at D-1 is maintained to the extent that channel doping can compensate. Although the concentration of phosphorus and boron at D-2 slightly decreases in the vicinity of the trench 102, it hardly affects the respective VT1, p and VT1, n , so that a transistor can be provided. This phenomenon is caused by boron sneaking into n-well 103 and p-well 1
04. However,
When the width of the groove 102 is 0.5 μm and the depth is 0.7 μm,
The concentration of phosphorus and boron in D-1 also slightly decreases in the vicinity of the trench 102, and becomes barely compensated by channel doping, which is not preferable for forming a transistor. Therefore, in this embodiment, the depth of the groove 102 needs to be at least about 0.8 μm.

【0031】図2(A)に示した所定位置であるH−1
p(=0.4μm),H−2p(=2.5μm),H−
3p(=4.4μm)等での深さ方向のボロン濃度の分
布を示す図3(A)と、所定位置であるH−1n(=−
0.1μm),H−2n(=−2.5μm),H−3n
(=−4.3μm)等での深さ方向の燐濃度の分布を示
す図3(B)と参照すると、H−2pとH−3pとでの
ボロン濃度の分布は概ね同じであり、H−2nとH−3
nとでの燐濃度の分布も概ね同じである。図示は省略し
てあるあるが、溝102の近傍(図2(A)での0.6
μおよび−0.6μmの位置)における深さ方向のボロ
ン濃度の分布および深さ方向の燐濃度の分布は、それぞ
れ深さが1.0μm程度まではほぼ同じである。従っ
て、溝の側面でのそれぞれのウェルの不純物濃度の低減
は極めて少なく、寄生バイポーラ・トランジスタのベー
ス領域の不純物濃度がかなり高い値に維持されるため、
このトランジスタの電流増幅率は低くなる。すなわち、
溝の幅および深さを増大しなくても、ラッチ・アップ耐
性は確保出来る。また、溝102の幅が0.5μmの場
合、溝102の近傍(図2(A)での0.6μmおよび
−0.6μmの位置)におけるボロン濃度の深さ方向の
分布および燐濃度の深さ方向の分布は、それぞれ深さが
0.7μm程度まではほぼ同じである。H−1pおよび
H−1nでのボロン濃度の分布および燐濃度の分布を見
ると、溝102直下においてもそれぞれ1016cm-3
度の濃度は維持されている。
The predetermined position H-1 shown in FIG.
p (= 0.4 μm), H−2p (= 2.5 μm), H−
FIG. 3A showing the distribution of the boron concentration in the depth direction at 3p (= 4.4 μm) and the like, and H-1n (= −
0.1 μm), H-2n (= −2.5 μm), H-3n
(= −4.3 μm) and the like, referring to FIG. 3B showing the distribution of the phosphorus concentration in the depth direction, the distribution of the boron concentration between H-2p and H-3p is substantially the same. -2n and H-3
The distribution of the phosphorus concentration between n and n is almost the same. Although illustration is omitted, the vicinity of the groove 102 (0.6 in FIG.
The distribution of the boron concentration in the depth direction and the distribution of the phosphorus concentration in the depth direction at the positions of μ and −0.6 μm) are substantially the same up to a depth of about 1.0 μm. Therefore, the reduction of the impurity concentration of each well on the side surface of the trench is extremely small, and the impurity concentration of the base region of the parasitic bipolar transistor is maintained at a considerably high value.
The current amplification factor of this transistor decreases. That is,
Latch-up resistance can be ensured without increasing the width and depth of the groove. When the width of the groove 102 is 0.5 μm, the distribution of the boron concentration in the depth direction and the depth of the phosphorus concentration in the vicinity of the groove 102 (at the positions of 0.6 μm and −0.6 μm in FIG. 2A). The distribution in the vertical direction is substantially the same up to a depth of about 0.7 μm. Looking at the distribution of the boron concentration and the distribution of the phosphorus concentration in H-1p and H-1n, the concentration of about 10 16 cm −3 is maintained under the groove 102, respectively.

【0032】図2,図3等の結果から、上記第1の実施
例では、ラッチ・アップ耐性を犠牲にせずに、溝の幅は
最小加工寸法である0.5μmまで縮小することが可能
である。一方、溝の深さは少なくとも0.8μm程度は
必要である。従って、本実施例の採用により、nウェル
とpウェルとの境界での素子分離領域の幅は、最小加工
寸法にまで縮小出来る。また、この溝の深さがn+ 型拡
散層およびp+ 型拡散層の接合の深さよりことから、こ
の溝を介してpウェルに設けらてたn+ 型拡散層とnウ
ェルに設けられたp+ 型拡散層との素子分離は、十分に
行なわれる。
From the results of FIGS. 2 and 3, etc., in the first embodiment, the width of the groove can be reduced to the minimum processing size of 0.5 μm without sacrificing the latch-up resistance. is there. On the other hand, the depth of the groove must be at least about 0.8 μm. Therefore, by employing this embodiment, the width of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well can be reduced to the minimum processing size. Further, since the depth of this groove is greater than the junction depth of the n + -type diffusion layer and the p + -type diffusion layer, the groove is provided in the n + -type diffusion layer and the n-well provided in the p-well through the groove. The element isolation from the p + type diffusion layer is sufficiently performed.

【0033】なお、上記第1の実施例では、p型のシリ
コン基板が用いられているが、n型のシリコン基板に対
しても、本実施例は適用できる。
Although the p-type silicon substrate is used in the first embodiment, the present embodiment can be applied to an n-type silicon substrate.

【0034】CMOS半導体装置の素子分離構造の主要
製造工程の略断面図であり、図1(A)のAA線での略
断面図である図4,図5を参照すると、上記第1の実施
例の溝分離構造は、以下のように製造される。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a main manufacturing process of an element isolation structure of a CMOS semiconductor device, and FIG. 4 is a schematic sectional view taken along the line AA of FIG. The example groove isolation structure is manufactured as follows.

【0035】まず、不純物濃度が1×1015cm-3程度
のp型シリコン基板101表面に、熱酸化もしくはCV
D法により、数100nm程度の膜厚の酸化シリコン膜
151が形成される。n型イオン注入層が形成される領
域に開口部を有するフォトレジスト膜152aが形成さ
れ、このフォトレジスト膜152aをマスクにして酸化
シリコン膜151がエッチングされ、シリコン基板10
1表面に露出部が形成される〔図4(A)〕。
First, the surface of a p-type silicon substrate 101 having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm -3 is thermally oxidized or CV-coated.
By the method D, a silicon oxide film 151 having a thickness of about several 100 nm is formed. A photoresist film 152a having an opening in a region where an n-type ion-implanted layer is formed is formed. Using this photoresist film 152a as a mask, the silicon oxide film 151 is etched, and
An exposed portion is formed on one surface [FIG. 4 (A)].

【0036】次に、フォトレジスト膜152aが除去さ
れる。その後、熱酸化により、シリコン基板101表面
の露出部に第1の酸化シリコン膜である膜厚40nm程
度の酸化シリコン膜131aが形成される。上記酸化シ
リコン膜151をマスクにして、150keV,1×1
13cm-2の燐のイオン注入行なわれ、n型イオン注入
層132が形成される〔図4(B)〕。
Next, the photoresist film 152a is removed. Thereafter, a silicon oxide film 131a having a thickness of about 40 nm, which is a first silicon oxide film, is formed on the exposed portion of the surface of the silicon substrate 101 by thermal oxidation. Using the silicon oxide film 151 as a mask, 150 keV, 1 × 1
An ion implantation of 0 13 cm -2 of phosphorus is performed to form an n-type ion implantation layer 132 (FIG. 4B).

【0037】次に、酸化シリコン膜151,131aが
除去さる。このとき、シリコン基板101の表面は、n
型イオン注入層132の端部において段差が形成され
る。この段差は、次のフォトリソグラフィ工程における
目合わせに利用される。シリコン基板101の表面に
は、熱酸化により、第1の酸化シリコン膜である膜厚4
0nm程度の酸化シリコン膜131bが再び形成され
る。上記段差を利用して、p型イオン注入層が形成され
る領域に開口部を有するフォトレジスト膜152bが形
成される。このフォトレジスト膜152bをマスクにし
て、70keV,1×1013cm-2のボロンのイオン注
入行なわれ、p型イオン注入層133が形成される〔図
4(C)〕。なお、この段階では上記酸化シリコン膜1
31bの段差を図示してあるが、以降の図ではこの段差
は省略する。
Next, the silicon oxide films 151 and 131a are removed. At this time, the surface of the silicon substrate 101 is n
A step is formed at the end of the ion implantation layer 132. This step is used for alignment in the next photolithography step. On the surface of the silicon substrate 101, a first silicon oxide film having a thickness of 4
A silicon oxide film 131b of about 0 nm is formed again. By utilizing the steps, a photoresist film 152b having an opening in a region where the p-type ion implantation layer is formed is formed. Using this photoresist film 152b as a mask, boron ions of 70 keV and 1 × 10 13 cm −2 are implanted to form a p-type ion implanted layer 133 (FIG. 4C). At this stage, the silicon oxide film 1
Although a step 31b is shown, the step is omitted in the following figures.

【0038】上記フォトレジスト膜152bが除去さ
れ、フォトレジスト膜152cが形成される。このフォ
トレジスト膜152cは、n型イオン注入層132とp
型イオン注入層133との境界に対して幅1.0μmの
開口部を有する。このフォトレジスト膜152cをマス
クにして、酸化シリコン膜131b,n型イオン注入層
132並びにp型イオン注入層133,シリコン基板1
01が順次エッチングされ、底面がシリコン基板101
に達するU字型の溝102が形成される。この溝102
の深さ(n型イオン注入層132並びにp型イオン注入
層133の上面からの深さ)は1.0μmであり、アス
ペクト比は1である〔図4(D)〕。
The photoresist film 152b is removed, and a photoresist film 152c is formed. The photoresist film 152c is formed by the n-type ion implantation layer 132 and the p-type
It has an opening having a width of 1.0 μm with respect to the boundary with the ion implantation layer 133. Using the photoresist film 152c as a mask, the silicon oxide film 131b, the n-type ion implantation layer 132, the p-type ion implantation layer 133, and the silicon substrate 1
01 is sequentially etched, and the bottom surface is
Is formed. This groove 102
(Depth from the upper surface of the n-type ion implantation layer 132 and the p-type ion implantation layer 133) is 1.0 μm, and the aspect ratio is 1 (FIG. 4D).

【0039】次に、上記フォトレジスト膜152cが除
去される。その後、熱酸化により、溝102表面には第
2の酸化シリコン膜である膜厚60nmの酸化シリコン
膜131cが形成される。この熱酸化により、第1の酸
化シリコン膜である酸化シリコン膜131bの膜厚も1
00nm程度になる。続いて、N2 雰囲気で1200
℃,150分間の熱処理が行なわれ、n型イオン注入層
132とp型イオン注入層133とがnウェル103と
pウェル104とになる。この熱処理による押し込みの
前には溝102の底面はシリコン基板101からなる
が、これにより、溝102の底面直下にはnウェル10
3とpウェル104との接合が形成される。また、溝1
02の無いところでのnウェル103表面の端部は、n
型イオン注入層132の端部のあった位置から3μm程
度外側に広がっている〔図5(A)〕。
Next, the photoresist film 152c is removed. Thereafter, a silicon oxide film 131c having a thickness of 60 nm, which is a second silicon oxide film, is formed on the surface of the groove 102 by thermal oxidation. Due to this thermal oxidation, the thickness of the silicon oxide film 131b as the first silicon oxide film is also reduced to 1
It is about 00 nm. Then, 1200 in N 2 atmosphere
A heat treatment at 150 ° C. for 150 minutes is performed, so that the n-type ion implantation layer 132 and the p-type ion implantation layer 133 become the n-well 103 and the p-well 104. Before the press-in by this heat treatment, the bottom surface of the groove 102 is made of the silicon substrate 101.
3 and the p-well 104 are formed. Groove 1
02, the end of the surface of the n-well 103 is n
It extends outward by about 3 μm from the position where the end of the type ion implantation layer 132 was located (FIG. 5A).

【0040】次に、例えばTEOSを原料の1つに使用
したCVD法により、膜厚0.5〜1.0μm程度のB
PSG膜が、全面に堆積される。このBPSG膜がリフ
ローされる。本実施例においては、溝102の占有面積
が少ないことから、このリフローにより、BPSGの上
面はほぼ平坦になる。なお、BPSG膜を堆積し,リフ
ローした段階での溝102への充填を考慮すると、溝1
02のアスペクト比は高々3程度であることが好まし
い。このため、本実施例における溝102の深さは、
0.8〜1.5μmの範囲が好ましい。次に、酸化シリ
コン系の膜に対するエッチバックを行ない、溝102内
にのみBPSG膜134を残す。これにより、この溝1
02は酸化シリコン膜131cとBPSG膜134とか
らなる埋め込み絶縁膜105により充填されることにな
り、本実施例の溝分離構造が完成する〔図5(B)〕。
なおこのとき、酸化シリコン膜131bの膜厚が多少薄
くなるのは避けられないが、この酸化シリコン膜131
bが完全に無くなることは好ましくない。このために
は、弗酸系のウェットエッチングの併用,排気ガス中の
ボロンもしくは燐の濃度変化を検出しながら酸化シリコ
ン膜のドライエッチングを行なう等の方法がある。
Next, for example, by a CVD method using TEOS as one of the raw materials, a B film having a thickness of about 0.5 to 1.0 μm is formed.
A PSG film is deposited on the entire surface. This BPSG film is reflowed. In this embodiment, since the area occupied by the groove 102 is small, the upper surface of the BPSG becomes almost flat by this reflow. Considering the filling of the groove 102 at the stage where the BPSG film is deposited and reflowed, the groove 1
The aspect ratio of 02 is preferably at most about 3. For this reason, the depth of the groove 102 in this embodiment is
The range of 0.8 to 1.5 μm is preferred. Next, the silicon oxide-based film is etched back to leave the BPSG film 134 only in the groove 102. Thereby, this groove 1
02 is filled with the buried insulating film 105 composed of the silicon oxide film 131c and the BPSG film 134, and the trench isolation structure of this embodiment is completed (FIG. 5B).
At this time, it is unavoidable that the thickness of the silicon oxide film 131b is somewhat reduced.
It is not preferable that b is completely eliminated. For this purpose, there are a method of using hydrofluoric acid-based wet etching and a method of performing dry etching of the silicon oxide film while detecting a change in the concentration of boron or phosphorus in the exhaust gas.

【0041】次に、nウェル103およびpウェル10
4表面の活性領域が形成される領域上に、窒化シリコン
膜153が形成される。続いて、フォトレジスト膜15
2dが形成さる。このフォトレジスト膜152dは、溝
102を含めたnウェル103上とpウェル104上に
形成された窒化シリコン膜153とを覆っている。この
フォトレジスト膜152dをマスクにしたボロンのイオ
ン注入により、p型チャネルストッパー拡散層106が
形成される〔図5(C)〕。なお、pウェル104には
このp型チャネルストッパー拡散層106は必要である
が、ウェル103,104の無い領域ではこのp型チャ
ネルストッパー拡散層106は設けなくてもよい。次
に、フォトレジスト膜152dが除去された後、公知の
方法で膜厚500nm程度のフィールド酸化膜107が
形成される。上記窒化シリコン膜153が除去され、n
ウェル103とpウェル104との境界の素子分離領域
を除いた部分の素子分離領域が形成される〔図5
(D)〕。
Next, the n-well 103 and the p-well 10
The silicon nitride film 153 is formed on the four regions where the active regions are formed. Subsequently, the photoresist film 15
2d is formed. The photoresist film 152d covers the n-well 103 including the groove 102 and the silicon nitride film 153 formed on the p-well 104. By ion implantation of boron using the photoresist film 152d as a mask, a p-type channel stopper diffusion layer 106 is formed (FIG. 5C). Although the p-type channel stopper diffusion layer 106 is necessary for the p-well 104, the p-type channel stopper diffusion layer 106 may not be provided in a region where the wells 103 and 104 are not provided. Next, after the photoresist film 152d is removed, a field oxide film 107 having a thickness of about 500 nm is formed by a known method. The silicon nitride film 153 is removed, and n
An element isolation region other than the element isolation region at the boundary between the well 103 and the p-well 104 is formed [FIG.
(D)].

【0042】その後、酸化シリコン膜131bが除去さ
れる。さらに、公知の製造方法により、ゲート酸化膜の
形成,チャネル・ドーピングの実施,ゲート電極の形成
等が行なわれ、図1に図示したCMOS半導体装置が得
られる。
After that, the silicon oxide film 131b is removed. Further, formation of a gate oxide film, channel doping, formation of a gate electrode, and the like are performed by a known manufacturing method, and the CMOS semiconductor device shown in FIG. 1 is obtained.

【0043】CMOS半導体装置の略平面図である図6
(A)と、図6(A)のAA線,BB線およびCC線で
の略断面図である図6(B),図7(A)および図7
(B)とを参照すると、本発明の第2の実施例も、0.
5ミクロン設計ルールによる1段のインバータ回路の部
分を例にしたCMOS半導体装置の素子分離構造であ
る。上記第1の実施例との構造上の主な相違点は、nウ
ェル203表面並びにpウェル204表面の端部,およ
びnウェル203並びにpウェル204内の活性領域の
周囲の素子分離構造が、上記第1の実施例と同様の溝分
離構造からなることである。
FIG. 6 is a schematic plan view of a CMOS semiconductor device.
(A) and FIGS. 6 (B), 7 (A) and 7 which are schematic cross-sectional views taken along lines AA, BB and CC in FIG. 6 (A).
Referring to (B), the second embodiment of the present invention also has a.
This is an element isolation structure of a CMOS semiconductor device in which a one-stage inverter circuit part according to a 5-micron design rule is used as an example. The main structural difference from the first embodiment is that the element isolation structure around the surface of the n-well 203 and the end of the surface of the p-well 204 and the active region in the n-well 203 and the active region in the p-well 204 are: It has a groove separation structure similar to that of the first embodiment.

【0044】不純物濃度が1×1015cm-3程度のp型
シリコン基板201表面には、ツイン・ウェルが形成さ
れている。このツイン・ウェルは、Xj(n−wel
l)が概略3.6μmのガウス分布型のnウェル203
と、Xj(p−well)が概略4.0μmのガウス分
布型のpウェル204とからなる。nウェル203およ
びpウェル204の少なくとも一方は、(図示してない
が)複数個形成されている。
On the surface of the p-type silicon substrate 201 having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 , a twin well is formed. This twin well is Xj (n-wel
1) Gaussian-type n-well 203 of approximately 3.6 μm
And a Gaussian p-type well 204 having Xj (p-well) of approximately 4.0 μm. At least one of the n-well 203 and the p-well 204 is formed in a plurality (not shown).

【0045】nウェル203表面並びにpウェル204
表面の端部(nウェル203とpウェル204との境界
を含んでいる)に沿って、所望の幅のU字型の溝202
とこの溝202を充填する埋め込み絶縁膜205とから
なる溝分離構造が設けられている。埋め込み絶縁膜20
5は、溝202の表面を直接に覆う第2の酸化シリコン
膜である膜厚60nmの酸化シリコン膜231と、この
酸化シリコン膜231を覆うBPSG膜234とから構
成されている。さらに、nウェル203内並びにpウェ
ル204内の活性領域の周囲にも、所望の幅のU字型の
溝202とこの溝202を充填する埋め込み絶縁膜20
5とからなる溝分離構造が設けられている。nウェル2
03内の素子分離領域において、上記溝203の設けら
れていない部分の素子分離構造は、膜厚500nm程度
のLOCOS型のフィールド酸化膜207からなる。p
ウェル204内の素子分離領域における上記溝203の
設けられていない部分の素子分離構造,およびnウェル
203並びにpウェル204の外側のシリコン基板20
1表面の素子分離構造は、フィールド酸化膜207とこ
のフィールド酸化膜207の直下に設けられたp型チャ
ネルストッパー拡散層206とからなる。溝202の深
さは1.0μmであり、この溝202の最小の幅は0.
5μmである。なお、上記第1の実施例と同様に、上記
境界における溝202の幅は0.5μmまで狭めても支
障はないが、図面が煩雑になるのを避けるために1.0
μmに設定してある。
The surface of the n-well 203 and the p-well 204
Along the edge of the surface (including the boundary between n-well 203 and p-well 204), a U-shaped groove 202 of desired width
And a buried insulating film 205 filling the groove 202 is provided. Buried insulating film 20
Reference numeral 5 denotes a 60 nm-thick silicon oxide film 231 which is a second silicon oxide film directly covering the surface of the groove 202, and a BPSG film 234 covering the silicon oxide film 231. Further, a U-shaped groove 202 having a desired width and a buried insulating film 20 filling the groove 202 are also formed around the active regions in the n-well 203 and the p-well 204.
5 is provided. n-well 2
In the element isolation region 03, the element isolation structure where the groove 203 is not provided is made of a LOCOS type field oxide film 207 having a thickness of about 500 nm. p
The element isolation structure where the trench 203 is not provided in the element isolation region in the well 204, and the silicon substrate 20 outside the n-well 203 and the p-well 204
The element isolation structure on one surface includes a field oxide film 207 and a p-type channel stopper diffusion layer 206 provided immediately below the field oxide film 207. The depth of the groove 202 is 1.0 μm, and the minimum width of the groove 202 is 0.1 μm.
5 μm. As in the case of the first embodiment, the width of the groove 202 at the boundary may be reduced to 0.5 μm without any problem.
It is set to μm.

【0046】なお、例えば(nウェル203とpウェル
204との境界を含んだ)nウェル203表面の端部に
沿った部分の除いて、nウェル203内の活性領域の周
囲にに設けられた溝202の直下では、溝202の無い
部分に比べて、Xj(n−well)の値が小さくな
る。これは、この部分のnウェル203が、燐の回り込
みにより形成されるためである。このため、溝202の
幅は、あまり広くする(アスペクト比を小さくしすぎ
る)ことは好ましくない。
It is to be noted that, for example, except for the portion along the edge of the surface of the n-well 203 (including the boundary between the n-well 203 and the p-well 204), it is provided around the active region in the n-well 203. Immediately below the groove 202, the value of Xj (n-well) is smaller than in a portion without the groove 202. This is because the n-well 203 in this portion is formed by wrapping around phosphorus. For this reason, it is not preferable that the width of the groove 202 be too wide (the aspect ratio is made too small).

【0047】上記インバータ回路を構成するトランジス
タは、nウェル203に形成されたpチャネルMOSト
ランジスタとpウェルに形成されたnチャネルMOSト
ランジスタとである。pチャネルMOSトランジスタ
は、ゲート絶縁膜である膜厚15nmのゲート酸化膜2
08,ゲート電極209およびソース・ドレイン領域で
あるp+ 型拡散層211aからなる。nチャネルMOS
トランジスタは、ゲート酸化膜208,ゲート電極20
9およびソース・ドレイン領域であるn+ 型拡散層21
0aからなる。ここでの両トランジスタのゲート電極
(ゲート電極209)は接続されている。p+ 型拡散層
211bおよびn+ 型拡散層210bは、それぞれpウ
ェル204およびnウェル203表面に設けられてい
る。n+ 型拡散層210a,210bの接合の深さは
0.2μmであり、p+ 型拡散層211a,211bの
接合の深さは0.3μmである。ゲート酸化膜208直
下のnウェル203およびpウェル204表面にはそれ
ぞれにしきい値制御用のイオン注入が施されており、そ
の結果、VT1,pおよびVT1,nはそれぞれ−0.6Vおよ
び0.6Vとなっている。
The transistors constituting the inverter circuit are a p-channel MOS transistor formed in the n-well 203 and an n-channel MOS transistor formed in the p-well. The p-channel MOS transistor has a gate oxide film 2 having a thickness of 15 nm as a gate insulating film.
08, a gate electrode 209, and ap + -type diffusion layer 211a that is a source / drain region. n-channel MOS
The transistor comprises a gate oxide film 208, a gate electrode 20
9 and n + type diffusion layer 21 serving as a source / drain region
0a. Here, the gate electrodes (gate electrodes 209) of both transistors are connected. The p + -type diffusion layer 211b and the n + -type diffusion layer 210b are provided on the surfaces of the p-well 204 and the n-well 203, respectively. The junction depth of n + -type diffusion layers 210a and 210b is 0.2 μm, and the junction depth of p + -type diffusion layers 211a and 211b is 0.3 μm. Ion implantation for threshold control is performed on the surface of the n-well 203 and p-well 204 immediately below the gate oxide film 208, respectively. As a result, VT1, p and VT1 , n become -0.6V and It is 0.6V.

【0048】上記トランジスタは層間絶縁膜212によ
り覆われている。層間絶縁膜212には、複数の種類の
コンタクト孔が設けられている。コンタクト孔213a
はn+ 型拡散層210a,210bに達し、コンタクト
孔213bはp+ 型拡散層211a,211bに達し、
コンタクト孔213cはゲート電極209に達する。層
間絶縁膜212上には、電源線である金属配線214
a,接地線である金属配線214bおよび信号線である
金属配線214c等が設けられている。金属配線214
aは、5Vに印加され、コンタクト孔213b(および
+ 型拡散層211b)を介してpウェル204に接続
され、コンタクト孔213aを介してnチャネルMOS
トランジスタの一方のn+ 型拡散層210aに接続され
ている。金属配線214bは、コンタクト孔213a
(およびn+ 型拡散層210b)を介してnウェル20
3に接続され、コンタクト孔213bを介してpチャネ
ルMOSトランジスタの一方のp+ 型拡散層211aに
接続されている。金属配線214cの1つは、コンタク
ト孔213cを介してゲート電極209に接続されてい
る。金属配線214cの別の1つは、コンタクト孔21
3aを介してnチャネルMOSトランジスタの他方のn
+ 型拡散層210aに接続され、さらに、コンタクト孔
213bを介してpチャネルMOSトランジスタの他方
のp+ 型拡散層211aに接続されている。
The above transistor is covered with an interlayer insulating film 212. A plurality of types of contact holes are provided in the interlayer insulating film 212. Contact hole 213a
Reaches the n + type diffusion layers 210a and 210b, the contact hole 213b reaches the p + type diffusion layers 211a and 211b,
The contact hole 213c reaches the gate electrode 209. On the interlayer insulating film 212, a metal wiring 214 serving as a power supply line is provided.
a, a metal wiring 214b as a ground line, a metal wiring 214c as a signal line, and the like are provided. Metal wiring 214
a is applied to 5 V, is connected to the p-well 204 through the contact hole 213b (and the p + type diffusion layer 211b), and is connected to the n-channel MOS through the contact hole 213a.
It is connected to one n + type diffusion layer 210a of the transistor. The metal wiring 214b has a contact hole 213a.
(And n + type diffusion layer 210b) through n well 20
3 and is connected to one p + -type diffusion layer 211a of the p-channel MOS transistor via a contact hole 213b. One of the metal wirings 214c is connected to the gate electrode 209 via the contact hole 213c. Another one of the metal wirings 214 c is a contact hole 21.
3a through the other n-channel MOS transistor
It is connected to the + type diffusion layer 210a, and further connected to the other p + type diffusion layer 211a of the p-channel MOS transistor via the contact hole 213b.

【0049】上記第2の実施例におけるnウェル203
とpウェル204との境界近傍での水平方向並びに垂直
方向の燐濃度の分布およびボロン濃度の分布は、上記第
1の実施例と同じである。本実施例のCOM半導体装置
の製造方法も、上記第1の実施例と同じである。このた
め、本実施例は上記第1の実施例の有する効果を有して
いる。さらに本実施例では、トランジスタが設けられた
活性領域は溝で囲まれているため、LOCS型のフィー
ルド酸化膜と異なり、実効チャネル幅の減少による狭チ
ャネル効果が起りにくくなる。
The n-well 203 in the second embodiment described above
The distribution of the phosphorus concentration and the distribution of the boron concentration in the horizontal and vertical directions near the boundary between the P-well 204 and the p-well 204 are the same as those in the first embodiment. The method of manufacturing the COM semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment. For this reason, the present embodiment has the effects of the first embodiment. Further, in this embodiment, since the active region in which the transistor is provided is surrounded by the groove, unlike the LOCS type field oxide film, the narrow channel effect due to the decrease in the effective channel width is less likely to occur.

【0050】なお、前述の特開昭59−84572号公
報には、深い溝によりウェルを素子分離し、浅い溝によ
りウェル内の素子の分離を行なうことが記載されてい
る。この公報に記載させた深い溝の問題点はすでに指摘
したので言及しないが、上記第2の実施例は同じ深さの
浅い溝によりウェルおよび素子の分離を行なうことか
ら、製造方法の簡潔さからみても、本実施例の方が上記
公報より優れている。
In the above-mentioned JP-A-59-84572, it is described that the wells are separated from each other by a deep groove, and the elements in the well are separated from each other by a shallow groove. Although the problem of the deep groove described in this publication has already been pointed out, it will not be mentioned here. As seen, this embodiment is superior to the above publication.

【0051】さらになお、上記第2の実施例でも上記第
1の実施例と同様にp型のシリコン基板が用いられてい
るが、n型のシリコン基板に対しても本実施例の適用は
可能である。
Further, in the second embodiment, a p-type silicon substrate is used as in the first embodiment, but the present embodiment can be applied to an n-type silicon substrate. It is.

【0052】CMOS半導体装置の略平面図である図8
(A)と、図8(A)のAA線,BB線およびCC線で
の略断面図である図8(B),図9(A)および図9
(B)とを参照すると、本発明の第3の実施例は、0.
5ミクロン設計ルールによる2段のインバータ回路の部
分を例にしたCMOS半導体装置の素子分離構造であ
る。上記第2の実施例との構造上の第1の相違点は、n
ウェル303並びにpウェル304の素子分離領域の素
子分離構造が、すべて上記第1の実施例と同様の溝分離
構造からなることである。第2の相違点は、nウェル3
03およびpウェル304の境界での溝302を除い
て、nウェル303に設けられた溝302の底面にはn
型拡散層315が形成され、pウェル304に設けられ
た溝302の底面にはp型拡散層316が形成され、さ
らにnウェル303およびpウェル304の境界での溝
302の底面にはp型拡散層316(もしくはn型拡散
層315)が形成されていることである。
FIG. 8 is a schematic plan view of a CMOS semiconductor device.
9A and FIG. 8B, FIG. 9A and FIG.
Referring to FIG. 3B, the third embodiment of the present invention has the following configuration.
This is an element isolation structure of a CMOS semiconductor device in which a part of a two-stage inverter circuit based on a 5-micron design rule is taken as an example. The first structural difference from the second embodiment is that n
The element isolation structures in the element isolation regions of the well 303 and the p well 304 are all formed of the same groove isolation structure as in the first embodiment. The second difference is that the n-well 3
03 and the bottom of the groove 302 provided in the n-well 303 except for the groove 302 at the boundary of the p-well 304
A p-type diffusion layer 315 is formed on the bottom of the groove 302 provided in the p-well 304, and a p-type diffusion layer 316 is formed on the bottom of the groove 302 at the boundary between the n-well 303 and the p-well 304. That is, the diffusion layer 316 (or the n-type diffusion layer 315) is formed.

【0053】不純物濃度が1×1015cm-3程度のp型
シリコン基板301表面には、ツイン・ウェルが形成さ
れている。このツイン・ウェルは、Xj(n−wel
l)が概略3.6μmのガウス分布型のnウェル303
と、Xj(p−well)が概略4.0μmのガウス分
布型のpウェル304とからなる。nウェル303およ
びpウェル304の少なくとも一方は、(図示してない
が)複数個形成されている。本実施例の溝分離構造は、
U字型の溝302とこの溝302を充填する埋め込み絶
縁膜305とからなる。この埋め込み絶縁膜305は、
溝302の表面を直接に覆う第2の酸化シリコン膜であ
る膜厚60nmの酸化シリコン膜331と、この酸化シ
リコン膜331を覆うBPSG膜334とから構成され
ている。nウェル303並びにpウェル304が設けら
れていない部分のシリコン基板301表面の素子分離構
造は、膜厚500nm程度のLOCOS型のフィールド
酸化膜307からなる。このフィールド酸化膜307の
直下には、p型チャネルストッパー拡散層は設けられて
いないが、必要に応じて設けてもよい。溝302の深さ
は0.8μmであり、この溝302の最小の幅は0.5
μmである。なお、上記第1の実施例と同様に、上記境
界における溝302の幅は0.5μmまで狭めても支障
はないが、図面が煩雑になるのを避けるために0.8μ
mに設定してある。n型拡散層315およびp型拡散層
316を設けるのは、アスペクト比が低い幅の広い部分
での溝302直下において、nウェル303およびpウ
ェル304の不純物濃度が低下するのをそれぞれ補完す
るするためである。n型拡散層315およびp型拡散層
316の不純物濃度は、それぞれ1017cm-3程度であ
る。さらにこのp型拡散層316は、pウェル304に
おいて、チャネルストッパーとして機能する。
A twin well is formed on the surface of the p-type silicon substrate 301 having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 . This twin well is Xj (n-wel
l) is a Gaussian-type n-well 303 having a size of about 3.6 μm.
And a Gaussian-type p-well 304 having Xj (p-well) of approximately 4.0 μm. At least one of the n-well 303 and the p-well 304 is formed in a plurality (not shown). The groove separation structure of the present embodiment,
It comprises a U-shaped groove 302 and a buried insulating film 305 filling the groove 302. This buried insulating film 305
A silicon oxide film 331 having a thickness of 60 nm, which is a second silicon oxide film that directly covers the surface of the groove 302, and a BPSG film 334 that covers the silicon oxide film 331. The element isolation structure on the surface of the silicon substrate 301 where the n-well 303 and the p-well 304 are not provided is composed of a LOCOS type field oxide film 307 having a thickness of about 500 nm. A p-type channel stopper diffusion layer is not provided immediately below the field oxide film 307, but may be provided as needed. The depth of the groove 302 is 0.8 μm, and the minimum width of the groove 302 is 0.5 μm.
μm. As in the case of the first embodiment, the width of the groove 302 at the boundary may be reduced to 0.5 μm without any problem.
m. The provision of the n-type diffusion layer 315 and the p-type diffusion layer 316 complements the lowering of the impurity concentration of the n-well 303 and the p-well 304 immediately below the groove 302 at the wide portion where the aspect ratio is low. That's why. The impurity concentration of each of the n-type diffusion layer 315 and the p-type diffusion layer 316 is about 10 17 cm −3 . Further, the p-type diffusion layer 316 functions as a channel stopper in the p-well 304.

【0054】上記2段のインバータ回路を構成するトラ
ンジスタは、nウェル303に形成された2つのpチャ
ネルMOSトランジスタとpウェル304に形成された
2つのnチャネルMOSトランジスタとである。これら
のpチャネルMOSトランジスタは、ゲート絶縁膜であ
る膜厚15nmのゲート酸化膜308と、ゲート電極3
09a,309bと、ソース・ドレイン領域であるp+
型拡散層311aa,311abとからそれぞれ構成さ
れる。これらのnチャネルMOSトランジスタは、ゲー
ト酸化膜308と、ゲート電極309a,309bと、
ソース・ドレイン領域であるn+ 型拡散層310aa,
311abとからそれぞれ構成される。それぞれ対を成
すnチャネルMOSトランジスタとpチャネルMOSト
ランジスタとのゲート電極(ゲート電極309a,およ
びゲート電極309b)は、それぞれに接続されてい
る。p+ 型拡散層311bおよびn+ 型拡散層310b
は、それぞれpウェル304およびnウェル303表面
に設けられている。n+ 型拡散層310aa,310a
b,310bの接合の深さは0.2μmであり、p+
拡散層311aa,311ab,311bの接合の深さ
は0.3μmである。ゲート酸化膜308直下のnウェ
ル303およびpウェル304表面にはそれぞれにしき
い値制御用のイオン注入が施されており、その結果、V
T1,pおよびVT1,nはそれぞれ−0.6Vおよび0.6V
となっている。
The transistors constituting the two-stage inverter circuit are two p-channel MOS transistors formed in n-well 303 and two n-channel MOS transistors formed in p-well 304. These p-channel MOS transistors include a gate oxide film 308 having a thickness of 15 nm, which is a gate insulating film, and a gate electrode 3
09a, 309b and p +
And diffusion mold layers 311aa and 311ab. These n-channel MOS transistors include a gate oxide film 308, gate electrodes 309a and 309b,
N + type diffusion layers 310aa, which are source / drain regions,
311ab. The gate electrodes (gate electrode 309a and gate electrode 309b) of the paired n-channel MOS transistor and p-channel MOS transistor are connected to each other. P + -type diffusion layer 311b and n + -type diffusion layer 310b
Are provided on the surfaces of the p-well 304 and the n-well 303, respectively. n + type diffusion layers 310aa, 310a
b, 310b have a junction depth of 0.2 μm, and the junction depth of p + -type diffusion layers 311aa, 311ab, 311b has a depth of 0.3 μm. Ion implantation for threshold control is performed on the surface of the n-well 303 and the surface of the p-well 304 immediately below the gate oxide film 308, respectively.
T1, p and VT1 , n are -0.6V and 0.6V, respectively.
It has become.

【0055】上記トランジスタは層間絶縁膜312によ
り覆われている。層間絶縁膜312には、複数の種類の
コンタクト孔が設けられている。コンタクト孔313a
はn+ 型拡散層310aa,310ab,310bに達
し、コンタクト孔313bはp+ 型拡散層311aa,
311ab,311bに達し、コンタクト孔313cは
ゲート電極309b等に達する。層間絶縁膜312上に
は、電源線である金属配線314a,接地線である金属
配線314bおよび信号線である金属配線314ca,
313cb等が設けられている。金属配線314aは、
5Vに印加され、コンタクト孔313b(およびp+
拡散層311b)を介してpウェル304に接続され、
コンタクト孔313aを介してそれぞれのnチャネルM
OSトランジスタの一方のn+ 型拡散層310aa,3
10abにそれぞれに接続されている。金属配線314
bは、コンタクト孔313a(およびn+ 型拡散層31
0b)を介してnウェル303に接続され、コンタクト
孔313bを介してそれぞれのpチャネルMOSトラン
ジスタの一方のp+ 型拡散層311aa,311abに
それぞれ接続されている。金属配線314caは、コン
タクト孔313cを介してゲート電極309bに接続さ
れ、nチャネルMOSトランジスタの他方のn+ 型拡散
層310aaに接続され、さらに、コンタクト孔313
bを介してpチャネルMOSトランジスタの他方のp+
型拡散層311aaに接続されているている。金属配線
314cbは、コンタクト孔313aを介してnチャネ
ルMOSトランジスタの他方のn+ 型拡散層310ab
に接続され、さらに、コンタクト孔313bを介してp
チャネルMOSトランジスタの他方のp+ 型拡散層31
1abに接続されている。
The above transistor is covered with an interlayer insulating film 312. A plurality of types of contact holes are provided in the interlayer insulating film 312. Contact hole 313a
Reach the n + type diffusion layers 310aa, 310ab, 310b, and the contact holes 313b form the p + type diffusion layers 311aa,
311ab and 311b, and the contact hole 313c reaches the gate electrode 309b and the like. On the interlayer insulating film 312, a metal wiring 314a serving as a power supply line, a metal wiring 314b serving as a ground line, and a metal wiring 314ca serving as a signal line are provided.
313 cb and the like are provided. The metal wiring 314a is
5V, connected to the p-well 304 via the contact hole 313b (and the p + -type diffusion layer 311b),
Each n-channel M through contact hole 313a
One n + -type diffusion layer 310aa, 3 of the OS transistor
10ab is connected to each. Metal wiring 314
b denotes the contact hole 313a (and the n + type diffusion layer 31)
0b), and is connected to one of the p + -type diffusion layers 311aa and 311ab of each p-channel MOS transistor via a contact hole 313b. Metal interconnection 314ca is connected to gate electrode 309b via contact hole 313c, is connected to the other n + -type diffusion layer 310aa of the n-channel MOS transistor, and further has contact hole 313c.
b, the other p + of the p-channel MOS transistor
It is connected to the mold diffusion layer 311aa. Metal interconnection 314cb is connected to the other n + -type diffusion layer 310ab of the n-channel MOS transistor via contact hole 313a.
And through a contact hole 313b.
The other p + type diffusion layer 31 of the channel MOS transistor
1ab.

【0056】上記第3の実施例におけるnウェル303
とpウェル304との境界近傍での水平方向並びに垂直
方向の燐濃度の分布およびボロン濃度の分布は、上記第
1の実施例と概ね同じである。また、ウェル303,3
04内の活性領域を取り巻く素子分離構造は、上記第2
の実施例と実質的に同じである。このことから、本実施
例は上記第2の実施例の有する効果を有することにな
る。さらに本実施例では、n型拡散層315とp形拡散
層316とを設けたため、溝302のアスペクト比に対
する自由度が生じる。このため、逆説的ではあるが、溝
302の幅を可能なかぎり(最小加工寸法まで)狭める
ことが出来ることになり、CMOS半導体装置の素子分
離領域の微細化にとっては、上記第2の実施例より有効
になる。
The n-well 303 in the third embodiment is described.
The distribution of the phosphorus concentration and the distribution of the boron concentration in the horizontal and vertical directions near the boundary between the P-well 304 and the p-well 304 are substantially the same as those in the first embodiment. Also, wells 303 and 3
The device isolation structure surrounding the active region in
Is substantially the same as the embodiment of FIG. From this, this embodiment has the effect of the second embodiment. Further, in this embodiment, since the n-type diffusion layer 315 and the p-type diffusion layer 316 are provided, the degree of freedom of the aspect ratio of the groove 302 is increased. For this reason, although paradoxically, the width of the groove 302 can be reduced as much as possible (to the minimum processing dimension). Be more effective.

【0057】なお、上記第3の実施例も、上記第1,第
2の実施例と同様にp型のシリコン基板が用いられてい
るが、n型のシリコン基板に対しても本実施例は適用で
きる。
Although the third embodiment uses a p-type silicon substrate similarly to the first and second embodiments, this embodiment also applies to an n-type silicon substrate. Applicable.

【0058】次に、上記第3の実施例の素子分離構造の
形成方法について、説明する。この形成方法は、n型拡
散層315,p型拡散層316およびBPSG膜334
の形成に、本発明者が先に出願した特開昭61−159
749号公報(1986年7月19日公開)に記載され
た手法(深さは同じであるか幅が同一でない(幅の広い
ものもある)複数の溝に埋め込み絶縁膜を充填する方
法)を利用している。
Next, a method of forming the element isolation structure of the third embodiment will be described. The method of forming the n-type diffusion layer 315, the p-type diffusion layer 316, and the BPSG film 334
Was formed by applying the method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-159
No. 749 (published on Jul. 19, 1986) (a method of filling a plurality of trenches having the same depth or the same width but not the same width (there are also some wide ones) with a buried insulating film). We are using.

【0059】CMOS半導体装置の素子分離構造の主要
製造工程の略断面図であり、図8(A)のCC線での略
断面図である図10,図11とを併せて参照すると、上
記第3の実施例の溝分離構造は、以下のように製造され
る。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a main manufacturing process of an element isolation structure of a CMOS semiconductor device. Referring to FIGS. 10 and 11 which are schematic cross-sectional views taken along the line CC of FIG. The groove separation structure of the third embodiment is manufactured as follows.

【0060】まず、上記第1の実施例と同様の方法によ
り、第1の酸化シリコン膜である膜厚40nmの酸化シ
リコン膜331b,n型イオン注入層332およびp型
イオン注入層(図示せず)が、p型シリコン基板301
の表面に形成される。続いて、全面に膜厚0.3〜0.
6μmの多結晶シリコン膜354が形成される。さら
に、この多結晶シリコン膜354上に、第1のフォトレ
ジスト膜であるところの溝が形成される領域に開口部を
有するフォトレジスト膜352aが形成される〔図10
(A)〕。
First, a 40 nm-thick silicon oxide film 331b, which is a first silicon oxide film, an n-type ion implantation layer 332, and a p-type ion implantation layer (not shown) are formed in the same manner as in the first embodiment. ) Is a p-type silicon substrate 301
Formed on the surface. Subsequently, a film thickness of 0.3 to 0.
A 6 μm polycrystalline silicon film 354 is formed. Further, on this polycrystalline silicon film 354, a photoresist film 352a having an opening in a region where a groove as a first photoresist film is formed is formed (FIG. 10).
(A)].

【0061】次に、上記フォトレジスト膜352aをマ
スクにして、上記多結晶シリコン膜354,酸化シリコ
ン膜331b,n型イオン注入層332並びにp型イオ
ン注入層を含めたシリコン基板301が順次エッチング
され、溝302が形成される。この溝302の底面はn
型イオン注入層332もしくはp型イオン注入層を貫通
してシリコン基板301に在り、これのn型イオン注入
層332並びにp型イオン注入層の上面からの深さは
0.8μmである。(この段階での溝302の実効的な
アスペクト比は、多結晶シリコン膜354の存在によ
り、高くなっている。溝302の深さを上記第1,第の
実施例のそれより浅くしてあるのは、可能な限りこの実
効的なアスペクト比を低くするためである。)続いて、
フォトレジスト膜352aが除去される。熱酸化によ
り、第2の酸化シリコン膜である膜厚60nmの酸化シ
リコン膜331が、溝302並びに多結晶シリコン膜3
54の表面に形成される。上記第1,第2の実施例と同
じ条件での熱処理が施され、n型イオン注入層332お
よびp型イオン注入層がそれぞれnウェル303および
pウェル304に変化する。
Next, using the photoresist film 352a as a mask, the silicon substrate 301 including the polycrystalline silicon film 354, the silicon oxide film 331b, the n-type ion implantation layer 332 and the p-type ion implantation layer is sequentially etched. , Groove 302 is formed. The bottom of the groove 302 is n
The silicon substrate 301 penetrates the p-type ion implantation layer 332 or the p-type ion implantation layer and has a depth of 0.8 μm from the upper surface of the n-type ion implantation layer 332 and the p-type ion implantation layer. (The effective aspect ratio of the trench 302 at this stage is higher due to the presence of the polycrystalline silicon film 354. The depth of the trench 302 is made shallower than that of the first and the first embodiments. In order to reduce this effective aspect ratio as much as possible.)
The photoresist film 352a is removed. By the thermal oxidation, the silicon oxide film 331 having a thickness of 60 nm, which is the second silicon oxide film, is formed in the trench 302 and the polycrystalline silicon film 3.
54 are formed on the surface. The heat treatment is performed under the same conditions as in the first and second embodiments, and the n-type ion implantation layer 332 and the p-type ion implantation layer are changed to the n-well 303 and the p-well 304, respectively.

【0062】次に、nウェル303とpウェル304と
の境界近傍上並びにpウェル304上を覆うフォトレジ
スト膜(図示せず)が形成される。このフォトレジスト
膜と上記多結晶シリコン膜354とをマスクにして、5
×1012〜2×1013cm-2程度の燐のイオン注入が概
ね溝302に垂直に行なわれ、燐濃度が1017cm-3
度のn型拡散層315が形成される。このフォトレジス
ト膜が除去された後、同様の方法により、ボロン濃度が
1017cm-3程度のp型拡散層316が形成される〔図
10(B),図8(B),図9〕。これらn型拡散層3
15,p型拡散層316の形成により、溝302の幅の
広い部分でもnウェル303,pウェル304がそれぞ
れ分断されずに、溝302の底面直下にそれぞれ実効的
にnウェル303,pウェル304が形成されることに
なる。
Next, a photoresist film (not shown) covering the vicinity of the boundary between the n-well 303 and the p-well 304 and the p-well 304 is formed. Using this photoresist film and the polycrystalline silicon film 354 as masks,
The ion implantation of phosphorus of about × 10 12 to 2 × 10 13 cm −2 is performed substantially perpendicularly to the groove 302, and an n-type diffusion layer 315 having a phosphorus concentration of about 10 17 cm −3 is formed. After removing the photoresist film, a p-type diffusion layer 316 having a boron concentration of about 10 17 cm −3 is formed by the same method [FIGS. 10B, 8B, and 9]. . These n-type diffusion layers 3
By forming the p-type diffusion layer 316, the n-well 303 and the p-well 304 are not separated from each other even in the wide portion of the trench 302, and the n-well 303 and the p-well 304 are respectively provided directly below the bottom of the trench 302. Is formed.

【0063】次に、全面にBPSG膜334aが堆積さ
れ、さらに、リフローされる。リフローされたBPSG
膜334aの上面は、同一の平面上にはない〔図10
(C)〕。ウェル303,304の無い領域でのBPS
G膜334aの膜厚は、ウェル303,304の在る領
域での多結晶シリコン膜354上のBPSG膜334a
の膜厚より厚くなっている。これは、ウェル303,3
04の在る領域での溝302の占有面積の密度が高いた
めである。
Next, a BPSG film 334a is deposited on the entire surface, and reflowed. Reflowed BPSG
The upper surface of the film 334a is not on the same plane [FIG.
(C)]. BPS in the area without wells 303 and 304
The thickness of the G film 334a is determined by the BPSG film 334a on the polycrystalline silicon film 354 in the region where the wells 303 and 304 are located.
It is thicker than the film thickness. This is the well 303,3
This is because the density of the area occupied by the groove 302 in the area where the area 04 is located is high.

【0064】次に、BPSG膜334aが所定の膜厚だ
けエッチバックされる。これにより、溝302内とウェ
ル303,304の無い領域の一部の多結晶シリコン膜
354上とに、BPSG膜334が残置される。BPS
G膜334が残置されない多結晶シリコン膜354の表
面は、酸化シリコン膜331も除去される。これによ
り、溝302内には、酸化シリコン膜331とBPSG
膜334とからなる埋め込み絶縁膜305が形成される
〔図11(A)〕。
Next, the BPSG film 334a is etched back by a predetermined thickness. As a result, the BPSG film 334 is left in the trench 302 and on a part of the polycrystalline silicon film 354 in the region without the wells 303 and 304. BPS
The silicon oxide film 331 is also removed from the surface of the polycrystalline silicon film 354 where the G film 334 is not left. As a result, the silicon oxide film 331 and the BPSG
A buried insulating film 305 including the film 334 is formed (FIG. 11A).

【0065】次に、第2のフォトレジスト膜であるウェ
ル303,304を覆うフォトレジスト膜352bが形
成される。これをマスクにしたエッチングにより、多結
晶シリコン膜354上に残置されたBPSG膜334と
多結晶シリコン膜354表面の酸化シリコン膜331と
が除去される〔図11(B)〕。
Next, a photoresist film 352b covering the wells 303 and 304 as the second photoresist film is formed. By etching using this as a mask, the BPSG film 334 remaining on the polycrystalline silicon film 354 and the silicon oxide film 331 on the surface of the polycrystalline silicon film 354 are removed (FIG. 11B).

【0066】上記フォトレジスト膜352bが除去され
た後、例えばCHF3 のように酸化シリコン膜に対する
エッチングの選択性のあるガスを用いたドライエッチン
グが行なわれ、多結晶シリコン膜354が除去され、酸
化シリコン331bが露出される〔図11(C),図8
(A),図9〕。この後、溝302上を含めてウェル3
03,304上を覆う窒化シリコン膜(図示せず)が形
成され、フィールド酸化膜307が形成される。
After the photoresist film 352b is removed, dry etching is performed using a gas having a selectivity for etching the silicon oxide film, such as CHF 3 , to remove the polycrystalline silicon film 354 and oxidize. The silicon 331b is exposed [FIG. 11 (C), FIG.
(A), FIG. 9]. Thereafter, the well 3 including the groove 302 is formed.
A silicon nitride film (not shown) is formed to cover the layers 03 and 304, and a field oxide film 307 is formed.

【0067】上記窒化シリコン膜が除去された後、上記
第1の実施例の製造方法と同様、酸化シリコン膜331
bが除去される。さらに、公知の製造方法により、ゲー
ト酸化膜の形成,チャネル・ドーピングの実施,ゲート
電極の形成等が行なわれ、図8および図9に図示したC
MOS半導体装置が得られる。
After the silicon nitride film is removed, a silicon oxide film 331 is formed in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment.
b is removed. Further, formation of a gate oxide film, execution of channel doping, formation of a gate electrode, and the like are performed by a known manufacturing method .
A MOS semiconductor device is obtained.

【0068】CMOS半導体装置の略平面図である図1
2(A)と、図12(A)のAA線での略断面図である
図12(B)とを参照すると、本発明の第4の実施例
は、0.5ミクロン設計ルールによる2段のインバータ
回路の部分を例にしたCMOS半導体装置の素子分離構
造である。上記第3の実施例との構造上の主な相違点
は、nウェル403およびpウェル404がリトログレ
ード型のウェルであることと、溝402の底面直下には
n型拡散層もp型拡散層316も形成されていないこと
とである。
FIG. 1 is a schematic plan view of a CMOS semiconductor device.
Referring to FIG. 2A and FIG. 12B, which is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 12A, the fourth embodiment of the present invention has Is an element isolation structure of a CMOS semiconductor device in which the inverter circuit portion is used as an example. The main structural differences from the third embodiment are that the n-well 403 and the p-well 404 are retrograde wells, and that the n-type diffusion layer is just That is, the layer 316 is not formed.

【0069】不純物濃度が1×1015cm-3程度のp型
シリコン基板401表面には、ツイン・ウェルが形成さ
れている。このツイン・ウェルは、Xj(n−wel
l)が概略1.5μm,燐濃度のピークが概略0.8μ
mの深さにあるリトログレード型のnウェル403と、
Xj(p−well)が概略1.5μm,ボロン濃度の
ピークが概略0.6μmの深さにあるリトログレード型
のpウェル404とからなる。nウェル403およびp
ウェル404の少なくとも一方は、(図示してないが)
複数個形成されている。本実施例の溝分離構造は、U字
型の溝402とこの溝402を充填する埋め込み絶縁膜
405とからなる。この埋め込み絶縁膜405は、溝4
02の表面を直接に覆う第2の酸化シリコン膜である膜
厚60nmの酸化シリコン膜431と、この酸化シリコ
ン膜431を覆うBPSG膜434とから構成されてい
る。nウェル403並びにpウェル404が設けられて
いない部分のシリコン基板401表面の素子分離構造
は、膜厚300nm程度のLOCOS型のフィールド酸
化膜407からなる。このフィールド酸化膜407の直
下には、p型チャネルストッパー拡散層は設けられてい
ないが、必要に応じて設けてもよい。溝402の深さは
0.8μmである。この溝402の底面は、nウェル4
03の燐濃度がピークとなる位置にあり、pウェル40
4のボロン濃度がピークとなる位置の近傍にある。この
ため、pウェル404における溝402の底面にも、上
記第3の実施例のようなチャネルストッパーとして機能
するp型拡散層をあえて設ける必要はなくなる。この溝
402の最小の幅は0.5μmである。なお、上記第3
の実施例と同様に、上記境界における溝402の幅は
0.5μmまで狭めても支障はないが、図面が煩雑にな
るのを避けるために0.8μmに設定してある。
A twin well is formed on the surface of p-type silicon substrate 401 having an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 . This twin well is Xj (n-wel
l) is approximately 1.5 μm, and the peak of the phosphorus concentration is approximately 0.8 μm
a retrograde n-well 403 at a depth of m
Xj (p-well) consists of a retrograde p-well 404 having a depth of about 1.5 μm and a boron concentration peak of about 0.6 μm. n-well 403 and p
At least one of the wells 404 (not shown)
A plurality are formed. The groove isolation structure of this embodiment includes a U-shaped groove 402 and a buried insulating film 405 filling the groove 402. This buried insulating film 405 is
A silicon oxide film 431 having a thickness of 60 nm, which is a second silicon oxide film directly covering the surface of the silicon oxide film 02, and a BPSG film 434 covering the silicon oxide film 431. The element isolation structure on the surface of the silicon substrate 401 where the n-well 403 and the p-well 404 are not provided is composed of a LOCOS field oxide film 407 having a thickness of about 300 nm. A p-type channel stopper diffusion layer is not provided immediately below the field oxide film 407, but may be provided as needed. The depth of the groove 402 is 0.8 μm. The bottom of this groove 402 is
03 is located at the peak, and the p-well 40
4 is near the peak position. Therefore, it is not necessary to provide a p-type diffusion layer functioning as a channel stopper in the bottom of the groove 402 in the p-well 404 as in the third embodiment. The minimum width of the groove 402 is 0.5 μm. Note that the third
Similarly to the embodiment, the width of the groove 402 at the above boundary can be reduced to 0.5 μm without any problem, but is set to 0.8 μm to avoid complicating the drawing.

【0070】上記2段のインバータ回路を構成するトラ
ンジスタは、nウェル403に形成された2つのpチャ
ネルMOSトランジスタとpウェル404に形成された
2つのnチャネルMOSトランジスタとである。これら
のpチャネルMOSトランジスタは、ゲート絶縁膜であ
る膜厚8nmのゲート酸化膜408と、ゲート電極40
9a,409bと、ソース・ドレイン領域であるp+
拡散層411aa,411abとからそれぞれ構成され
る。これらのnチャネルMOSトランジスタは、ゲート
酸化膜408と、ゲート電極409a,409bと、ソ
ース・ドレイン領域であるn+ 型拡散層410aa,4
11abとからそれぞれ構成される。それぞれ対を成す
nチャネルMOSトランジスタとpチャネルMOSトラ
ンジスタとのゲート電極(ゲート電極409a,および
ゲート電極409b)は、それぞれに接続されている。
+ 型拡散層411bおよびn+ 型拡散層410bは、
それぞれpウェル404およびnウェル403表面に設
けられている。n+ 型拡散層410aa,410ab,
410bの接合の深さは0.15μmであり、p+型拡
散層411aa,411ab,411bの接合の深さは
0.2μmである。ゲート酸化膜408直下のnウェル
403およびpウェル404表面にはそれぞれにしきい
値制御用のイオン注入が施されており、その結果、V
T1,pおよびVT1,nはそれぞれ−0.6Vおよび0.6V
となっている。
The transistors constituting the two-stage inverter circuit are two p-channel MOS transistors formed in n-well 403 and two n-channel MOS transistors formed in p-well 404. These p-channel MOS transistors include a gate oxide film 408 having a thickness of 8 nm as a gate insulating film and a gate electrode 40.
9a and 409b, and p + -type diffusion layers 411aa and 411ab, which are source / drain regions, respectively. These n-channel MOS transistors have a gate oxide film 408, gate electrodes 409a and 409b, and n + -type diffusion layers 410aa and 410aa as source / drain regions.
11ab. The gate electrodes (gate electrode 409a and gate electrode 409b) of the paired n-channel MOS transistor and p-channel MOS transistor are connected to each other.
The p + -type diffusion layer 411b and the n + -type diffusion layer 410b
They are provided on the surface of p-well 404 and n-well 403, respectively. n + type diffusion layers 410aa, 410ab,
The junction depth of 410b is 0.15 μm, and the junction depth of p + -type diffusion layers 411aa, 411ab, and 411b is 0.2 μm. The surface of the n-well 403 and the surface of the p-well 404 immediately below the gate oxide film 408 are respectively ion-implanted for controlling the threshold value.
T1, p and VT1 , n are -0.6V and 0.6V, respectively.
It has become.

【0071】上記トランジスタは層間絶縁膜412によ
り覆われている。層間絶縁膜412には、複数の種類の
コンタクト孔が設けられている。コンタクト孔413a
はn+ 型拡散層410aa,410ab,410bに達
し、コンタクト孔413bはp+ 型拡散層411aa,
411ab,411bに達し、コンタクト孔413cは
ゲート電極409b等に達する。層間絶縁膜412上に
は、電源線である金属配線414a,接地線である金属
配線414bおよび信号線である金属配線413ca,
413cb等が設けられている。金属配線414aは、
5Vに印加され、コンタクト孔413b(およびp+
拡散層411b)を介してpウェル404に接続され、
コンタクト孔413aを介してそれぞれのnチャネルM
OSトランジスタの一方のn+ 型拡散層410aa,4
10abにそれぞれに接続されている。金属配線414
bは、コンタクト孔413a(およびn+ 型拡散層41
0b)を介してnウェル403に接続され、コンタクト
孔413bを介してそれぞれのpチャネルMOSトラン
ジスタの一方のp+ 型拡散層411aa,411abに
それぞれ接続されている。金属配線414caは、コン
タクト孔413cを介してゲート電極409bに接続さ
れ、nチャネルMOSトランジスタの他方のn+ 型拡散
層410aaに接続され、さらに、コンタクト孔413
bを介してpチャネルMOSトランジスタの他方のp+
型拡散層411aaに接続されているている。金属配線
414cbは、コンタクト孔413aを介してnチャネ
ルMOSトランジスタの他方のn+ 型拡散層410ab
に接続され、さらに、コンタクト孔413bを介してp
チャネルMOSトランジスタの他方のp+ 型拡散層41
1abに接続されている。
The above transistor is covered with an interlayer insulating film 412. A plurality of types of contact holes are provided in the interlayer insulating film 412. Contact hole 413a
Reach the n + -type diffusion layers 410aa, 410ab, and 410b, and the contact holes 413b form the p + -type diffusion layers 411aa, 411aa.
411ab and 411b, and the contact hole 413c reaches the gate electrode 409b and the like. On the interlayer insulating film 412, a metal wiring 414a as a power supply line, a metal wiring 414b as a ground line, and a metal wiring 413ca as a signal line,
413 cb and the like are provided. The metal wiring 414a is
5V, connected to the p-well 404 via the contact hole 413b (and the p + type diffusion layer 411b),
Each n-channel M via contact hole 413a
One n + type diffusion layer 410aa, 4 of the OS transistor
10ab is connected to each. Metal wiring 414
b denotes the contact hole 413a (and the n + type diffusion layer 41).
0b), is connected to the n-well 403, and is connected to one of the p + -type diffusion layers 411aa and 411ab of each p-channel MOS transistor via the contact hole 413b. Metal interconnection 414ca is connected to gate electrode 409b via contact hole 413c, is connected to the other n + -type diffusion layer 410aa of the n-channel MOS transistor, and further has contact hole 413ca.
b, the other p + of the p-channel MOS transistor
It is connected to the mold diffusion layer 411aa. The metal wiring 414cb is connected to the other n + -type diffusion layer 410ab of the n-channel MOS transistor through the contact hole 413a.
And through the contact hole 413b.
The other p + type diffusion layer 41 of the channel MOS transistor
1ab.

【0072】図13,図14は、酸化シリコン膜431
cが形成され、フィールド酸化膜407とnウェル40
3とpウェル404とが同時に形成(形成条件は後述す
る)された直後の上記第4の実施例における燐とボロン
との濃度分布のシミュレーション結果を示す図である。
同図において、2点鎖線は上記溝402の位置に対応す
る。
FIGS. 13 and 14 show a silicon oxide film 431.
c is formed, the field oxide film 407 and the n-well 40 are formed.
FIG. 13 is a diagram showing a simulation result of the concentration distribution of phosphorus and boron in the fourth embodiment immediately after the third and p-wells 404 are simultaneously formed (formation conditions will be described later).
In the figure, the two-dot chain line corresponds to the position of the groove 402.

【0073】図13(A)を参照すると、nウェル40
3とpウェル404との境界に直交するp型シリコン基
板401の垂直断面におけるおける燐およびボロンの濃
度分布が解り、Xj(n−well)=1.5μm,X
j(p−well)=1.5μmなどが得られる。な
お、pウェル404はp型シリコン基板401に形成さ
れているためにどこまでがpウェル位置であるか不明確
であるが、ボロンの濃度勾配の外挿により特定(破線で
示した1×1015cm-3のボロンの位置)してある。燐
およびボロンの濃度勾配が急減に変化する場所は、上記
境界での溝402の底面直下に集中している。例えば、
燐の濃度が1×1017cm-3,1×1016cm-3,およ
び1×1015cm-3となる深さは、上記境界での溝40
2の底面直下を除いて、それぞれほぼ同じ深さとなって
いる。ボロンについても同様のことが言える。
Referring to FIG. 13A, n well 40
The concentration distribution of phosphorus and boron in the vertical cross section of the p-type silicon substrate 401 orthogonal to the boundary between the p-type silicon substrate 3 and the p-well 404 is found, and Xj (n-well) = 1.5 μm, X
j (p-well) = 1.5 μm is obtained. Although p-well 404 is unclear or far because it is formed on the p-type silicon substrate 401 is p-well located, 1 × 10 15 shown identified by extrapolation of the concentration gradient of boron (in dashed lines cm- 3 boron position). The places where the concentration gradients of phosphorus and boron suddenly change are concentrated immediately below the bottom surface of the groove 402 at the boundary. For example,
The depth at which the concentration of phosphorus is 1 × 10 17 cm −3 , 1 × 10 16 cm −3 , and 1 × 10 15 cm −3 is determined by the groove 40 at the above boundary.
Except immediately below the bottom surface of No. 2, each has almost the same depth. The same is true for boron.

【0074】図13(A)に示した所定の深さであるD
−1(=0.2μm),D−2(=0.7μm)および
D−3(=1.2μm)等での水平方向の不純物濃度の
分布を示す図13(B)を参照すると、深さがD−1に
おけるnウェル403の燐の濃度,およびpウェル40
4のボロンの濃度は、それぞれ概ね同じである。このこ
とから、nウェル403へのボロンの回り込みおよびp
ウェル404への燐の回り込みの影響は無視できること
が解る。このため、チャネル領域の一端が溝402の側
面に接するpチャネルMOSトランジスタを含めて、チ
ャネル・ドーピングの併用により、所望のVT1,pを有す
るpチャネルMOSトランジスタはnウェル403表面
の任意の場所に形成できる。nチャネルMOSトランジ
スタについても、同様である。深さがD−2におけるn
ウェル403の燐の濃度,およびpウェル404のボロ
ンの濃度も、それぞれ概ね同じである。
The predetermined depth D shown in FIG.
13 (B) showing the distribution of impurity concentration in the horizontal direction at -1 (= 0.2 μm), D-2 (= 0.7 μm), D-3 (= 1.2 μm), etc. Is the concentration of phosphorus in n-well 403 at D-1 and p-well 40
The boron concentrations of No. 4 are substantially the same. This indicates that boron wraps around the n-well 403 and p
It can be seen that the influence of the phosphorus wrap around the well 404 is negligible. For this reason, the p-channel MOS transistor having the desired V T1, p including the p-channel MOS transistor in which one end of the channel region is in contact with the side surface of the trench 402 can be formed at any position on the surface of the n-well 403 by the combined use of channel doping. Can be formed. The same applies to the n-channel MOS transistor. N at depth D-2
The concentration of phosphorus in the well 403 and the concentration of boron in the p-well 404 are also substantially the same.

【0075】図13(A)に示した所定位置であるH−
1p(=0.2μm),H−2p(=2.5μm)等で
の深さ方向のボロン濃度の分布を示す図14(A)と、
所定位置であるH−1n(=−0.2μm),H−2n
(=−1.9μm)等での深さ方向の燐濃度の分布を示
す図14(B)と参照すると、以下のことが明らかにな
る。H−2pとH−2nとから、pウェル404のボロ
ン濃度のピークが概略0.6μmの深さにあり、nウェ
ル403の燐濃度のピークが概略0.8μmの深さにあ
る。H−1pとH−1nとから、溝402直下において
もpウェル404とnウェル403との不純物濃度は、
それぞれ1017cm-3程度に維持されている。また、p
ウェル404とnウェル403との不純物濃度の深さ方
向の分布も、それぞれ問題となることがらは無い。ただ
し、この溝402の幅が狭い(例えば、0.5μm)と
きには、溝402の深さがボロン濃度のピークとなる値
(0.6μm)より浅くなると、それぞれのウェルへの
逆導電型の不純物の回り込みの影響が生じ、0.4μm
の深さでは顕著になる。本実施例における溝402の深
さの下限は0.5μmである。本実施例における溝40
2の深さの下限値が上記第1の実施例に比べて低いの
は、ウェル形成のための熱処理温度が低い(後述する)
ことと、この熱処理前の溝402直下におけるn型領域
およびp型領域のそれぞれの不純物濃度が比較的高いた
めである。pウェル404とnウェル403との境界に
設けられた溝402の底面にも、pウェル404および
nウェル403のそれぞれに不純物濃度の比較的高い部
分が残っている。このため、本実施例によるラッチ・ア
ップ耐性は上記第1,第2,第3の実施例より優れてい
る。
The predetermined position H- shown in FIG.
FIG. 14A showing the distribution of the boron concentration in the depth direction at 1p (= 0.2 μm), H-2p (= 2.5 μm), and the like;
H-1n (= −0.2 μm), H−2n at predetermined positions
14B showing the distribution of the phosphorus concentration in the depth direction at (= -1.9 μm) or the like, the following becomes clear. From H-2p and H-2n, the peak of the boron concentration of the p well 404 is at a depth of about 0.6 μm, and the peak of the phosphorus concentration of the n well 403 is at a depth of about 0.8 μm. From H-1p and H-1n, the impurity concentration of the p well 404 and the n well 403 just below the trench 402 is
Each is maintained at about 10 17 cm -3 . Also, p
The distribution of the impurity concentration in the well 404 and the n-well 403 in the depth direction does not cause any problem. However, when the width of the groove 402 is narrow (for example, 0.5 μm), if the depth of the groove 402 becomes shallower than the peak value of the boron concentration (0.6 μm), impurities of the opposite conductivity type are added to each well. Of 0.4 μm
It becomes remarkable at the depth of. The lower limit of the depth of the groove 402 in this embodiment is 0.5 μm. Groove 40 in this embodiment
The reason why the lower limit of the depth 2 is lower than that of the first embodiment is that the heat treatment temperature for forming a well is low (described later).
This is because the impurity concentrations of the n-type region and the p-type region immediately below the groove 402 before the heat treatment are relatively high. Also at the bottom of the groove 402 provided at the boundary between the p-well 404 and the n-well 403, a portion having a relatively high impurity concentration remains in each of the p-well 404 and the n-well 403. For this reason, the latch-up resistance according to this embodiment is superior to the first, second, and third embodiments.

【0076】なお、上記第4の実施例も、上記第1,第
2,第3の実施例と同様にp型のシリコン基板が用いら
れているが、n型のシリコン基板に対しても本実施例は
適用できる。
Although the fourth embodiment uses a p-type silicon substrate similarly to the first, second, and third embodiments, the present embodiment is also applicable to an n-type silicon substrate. Embodiments are applicable.

【0077】次に、上記第4の実施例の素子分離構造の
形成方法について説明する。本実施例の形成方法におい
ても、BPSG膜434の形成には、上記特開昭61−
159749号公報に記載された手法を利用している。
Next, a method of forming the element isolation structure of the fourth embodiment will be described. Also in the formation method of this embodiment, the formation of the BPSG film
The technique described in US Pat.

【0078】CMOS半導体装置の素子分離構造の主要
製造工程の略断面図であり、図12(A)のAA線での
略断面図である図15を参照すると、上記第4の実施例
の溝分離構造は、以下のように製造される。
FIG. 15 is a schematic sectional view of a main manufacturing process of an element isolation structure of a CMOS semiconductor device, and FIG. 15 is a schematic sectional view taken along line AA of FIG. The separation structure is manufactured as follows.

【0079】まず、熱酸化により、p型シリコン基板4
01の表面に、第1の酸化シリコン膜である膜厚40n
mの酸化シリコン膜431bが、形成される。nウェル
が形成される領域に、選択的に、600keVでの2×
1013cm-2の燐イオン注入と200kevでの6×1
12cm-2の燐イオン注入とが行なわれ、n型イオン注
入層432が形成される。続いて、pウェルが形成され
る領域に開口部を有するフォトレジスト膜452が形成
される。このフォトレジスト膜452をマスクにして、
300keVでの2×1013cm-2のボロンイオン注入
と100kevでの4×1012cm-2のボロンイオン注
入とが行なわれ、p型イオン注入層433が形成される
〔図15(A)〕。
First, the p-type silicon substrate 4 is thermally oxidized.
01 on the surface of the first silicon oxide film
An m-th silicon oxide film 431b is formed. In the region where the n-well is to be formed, 2 ×
10 13 cm -2 phosphorus ion implantation and 6 × 1 at 200 keV
A phosphorus ion implantation of 0 12 cm -2 is performed, and an n-type ion implantation layer 432 is formed. Subsequently, a photoresist film 452 having an opening in a region where the p-well is to be formed is formed. Using this photoresist film 452 as a mask,
Boron ion implantation of 2 × 10 13 cm −2 at 300 keV and boron ion implantation of 4 × 10 12 cm −2 at 100 keV are performed to form a p-type ion implantation layer 433 [FIG. 15 (A)]. ].

【0080】次に、上記フォトレジスト膜452が除去
される。続いて、上記第3の実施例と同様に、全面に膜
厚0.3〜0.6μmの多結晶シリコン膜454が形成
され、この多結晶シリコン膜354上に形成した第1の
フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにたエッチング
により溝402が形成される。この溝302の底面はn
型イオン注入層432およびp型イオン注入層433の
高濃度の部分にあり、これのn型イオン注入層432並
びにp型イオン注入層433の上面からの深さは0.8
μmである。上記第1のフォトレジスト膜が除去された
後、950℃程度の熱酸化により、第2の酸化シリコン
膜である膜厚60nmの酸化シリコン膜431が、溝4
02並びに多結晶シリコン膜454の表面に形成され
る。この熱酸化による熱処理により、n型イオン注入層
432とp型イオン注入層433とは、それぞれn型イ
オン注入層432aとp型イオン注入層433aとにな
る〔図15(B)〕。
Next, the photoresist film 452 is removed. Subsequently, similarly to the third embodiment, a polycrystalline silicon film 454 having a thickness of 0.3 to 0.6 μm is formed on the entire surface, and the first photoresist film formed on the polycrystalline silicon film 354 is formed. A groove 402 is formed by etching using a mask (not shown). The bottom of the groove 302 is n
In the high-concentration portions of the p-type ion implantation layer 432 and the p-type ion implantation layer 433, and the depth from the upper surface of the n-type ion implantation layer 432 and the p-type ion implantation layer 433 is 0.8
μm. After the first photoresist film is removed, a 60 nm-thick silicon oxide film 431 as a second silicon oxide film is formed by thermal oxidation at about 950 ° C.
02 and the surface of the polycrystalline silicon film 454. By the heat treatment by the thermal oxidation, the n-type ion implantation layer 432 and the p-type ion implantation layer 433 become an n-type ion implantation layer 432a and a p-type ion implantation layer 433a, respectively (FIG. 15B).

【0081】次に、上記第3の実施例と同様の方法によ
り、溝402を埋め込むBPSG膜434が形成され
る。これにより、溝402内には、酸化シリコン膜43
1とBPSG膜434とからなる埋め込み絶縁膜405
が形成される〔図15(C)〕。
Next, a BPSG film 434 filling the trench 402 is formed by the same method as in the third embodiment. Thereby, the silicon oxide film 43 is formed in the groove 402.
1 and a buried insulating film 405 composed of a BPSG film 434
Is formed [FIG. 15 (C)].

【0082】次に、溝402上を含めてn型イオン注入
層432aおよびp型イオン注入層433a上を覆う窒
化シリコン膜453が形成される。例えば、980℃の
熱酸化により、膜厚300nm程度のフィールド酸化膜
407が形成され、同時に、n型イオン注入層432a
およびp型イオン注入層433aはそれぞれnウェル4
03およびpウェル404に変化する〔図15
(D)〕。
Next, a silicon nitride film 453 covering the n-type ion implantation layer 432a and the p-type ion implantation layer 433a including the groove 402 is formed. For example, a field oxide film 407 having a thickness of about 300 nm is formed by thermal oxidation at 980 ° C., and at the same time, the n-type ion implantation layer 432 a
And the p-type ion implantation layer 433a
03 and p-well 404 [FIG.
(D)].

【0083】上記窒化シリコン膜453が除去された
後、上記第1の実施例等の製造方法と同様に、酸化シリ
コン膜431bが除去される。さらに、公知の製造方法
により、ゲート酸化膜の形成,チャネル・ドーピングの
実施,ゲート電極の形成等が行なわれ、図12に図示し
たCMOS半導体装置が得られる。
After the silicon nitride film 453 is removed, the silicon oxide film 431b is removed in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment and the like. Further, formation of a gate oxide film, channel doping, formation of a gate electrode, and the like are performed by a known manufacturing method, and the CMOS semiconductor device shown in FIG. 12 is obtained.

【0084】上記第4の実施例は、上記第3の実施例の
有する効果を有する。また、前述したように、本実施例
は上記第1の実施例等より優れたラッチ・アップ耐性を
得られる。本実施例では、第3の実施例に見られたウェ
ルの分断等を避けるための溝直下へのn型,およびp型
拡散層の接地は、必要でない。これは、溝が形成された
時点でこの溝の底面が高濃度のn型イオン注入層,ある
いは高濃度のp型イオン注入層からなるためである。こ
のため、上記第3の実施例と比べて、本実施例はフォト
リソグラフィ工程が2回少なくなるという製造法の利点
も有する。
The fourth embodiment has the same effects as the third embodiment. Further, as described above, the present embodiment can obtain a better latch-up resistance than the first embodiment and the like. In this embodiment, it is not necessary to ground the n-type and p-type diffusion layers directly under the groove in order to avoid the division of the well and the like seen in the third embodiment. This is because when the groove is formed, the bottom surface of the groove is formed of a high-concentration n-type ion implantation layer or a high-concentration p-type ion implantation layer. Therefore, as compared with the third embodiment, this embodiment also has an advantage of a manufacturing method in which the number of photolithography steps is reduced by two.

【0085】なお、上記第4の実施例ではnウェルおよ
びpウェル内の全ての素子分離領域の素子分離構造が溝
分離構造であるが、上記第1の実施例と同様にnウェル
およびpウェルの境界近傍のみが溝分離構造であっても
よく、また、上記第2の実施例と同様にnウェルおよび
pウェルの端部とnウェル並びにpウェル内の活性領域
の周辺のみが溝分離構造であってもよい。これらの場
合、特にウェル内に設けたフィールド酸化膜の直下に
は、チャネル・ストッパー拡散層を設ける必要はない。
In the fourth embodiment, the element isolation structure in all the element isolation regions in the n-well and the p-well is a trench isolation structure. However, as in the first embodiment, the n-well and the p-well May be a trench isolation structure only in the vicinity of the boundary of the trench, and similarly to the second embodiment, only the edges of the n-well and the p-well and the periphery of the active region in the n-well and the p-well may have the trench isolation structure. It may be. In these cases, it is not necessary to provide a channel stopper diffusion layer immediately below the field oxide film provided particularly in the well.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ツ
イン・ウェルを有するのCMOS半導体装置のnウェル
とpウェルとの境界における素子分離領域の素子分離構
造が、U字型の溝とこの溝を充填する埋め込み絶縁膜と
からなる溝分離構造である。この素子分離構造の近傍に
おけるnウェルおよびpウェル表面の不純物濃度は、そ
れぞれこの素子分離構造から十分に離れた位置における
不純物濃度と概ね同じである。ガウス分布型のツイン・
ウェルでは、溝側面に沿ったそれぞれのウェルの不純物
濃度は、それぞれ逆導電型不純物の侵入にって低下され
る度合が少ない。リトログレード型のツイン・ウェルで
は、溝側面に沿ったそれぞれのウェルの不純物濃度は、
それぞれ逆導電型不純物の侵入による低下が更に少なく
なる。このため、ラッチ・アップ耐性は確保され、この
素子分離構造の採用によりnウェルとpウェルとの境界
での素子分離領域の幅は最小加工寸法にまで支障なく狭
めることが可能となり、上記CMOS半導体装置のnウ
ェルとpウェルとの境界における素子分離領域の微細化
の実現に大きく寄与する。
As described above, according to the present invention, the element isolation structure of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well of the CMOS semiconductor device having the twin well has a U-shaped groove. This is a trench isolation structure including a buried insulating film filling the trench. The impurity concentration on the surface of the n-well and p-well in the vicinity of the element isolation structure is substantially the same as the impurity concentration at a position sufficiently distant from the element isolation structure. Gaussian twin
In the well, the impurity concentration of each well along the groove side surface is less likely to be reduced by the invasion of the opposite conductivity type impurity. In a retrograde twin well, the impurity concentration in each well along the trench side is
In each case, the decrease due to the penetration of the impurity of the opposite conductivity type is further reduced. Therefore, the latch-up resistance is ensured, and the adoption of the element isolation structure makes it possible to narrow the width of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well to the minimum processing size without any trouble. This greatly contributes to miniaturization of the element isolation region at the boundary between the n-well and the p-well of the device.

【0087】また、この溝の深さは、nウェルの接合の
深さおよびpウェルの接合の深さより浅く、かつ、nウ
ェル表面に設けられたpチャネルMOSトランジスタの
+型拡散層の接合の深さおよびpウェル表面に設けら
れたnチャネルMOSトランジスタのn+ 型拡散層の接
合の深さより深いた。このため、この溝のアスペクト比
は従来の溝分離構造の溝のアスペクト比に比べて低くな
る。従来のようなアスペクト比の高い溝を用いないた
め、この溝に埋め込み絶縁膜を充填する際の支障は回避
される。この結果、本発明はツイン・ウェルを有するデ
ジタル回路用のCMOS半導体装置の素子分離構造とし
て、実際に使用することが可能となる。
The depth of this groove is smaller than the depth of the junction of the n-well and the depth of the junction of the p-well, and is the junction of the p + -type diffusion layer of the p-channel MOS transistor provided on the surface of the n-well. And the depth of the junction of the n + -type diffusion layer of the n-channel MOS transistor provided on the surface of the p-well. For this reason, the aspect ratio of this groove is lower than that of the groove of the conventional groove separation structure. Since a trench having a high aspect ratio is not used as in the related art, trouble in filling the trench with a buried insulating film can be avoided. As a result, the present invention can be actually used as an element isolation structure of a CMOS semiconductor device for a digital circuit having a twin well.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の略平面図,および略断
面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view and a schematic sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図2(A)は、上記第1の実施例を説明するた
めの図であり、nウェルとpウェルとの境界の近傍での
不純物濃度の分布のシミュレーション結果の図である。
図2(B)は、図2(A)に示したシリコン基板の所定
の深さでの不純物濃度の分布のシミュレーション結果の
図である。
FIG. 2A is a view for explaining the first embodiment, and is a view showing a simulation result of an impurity concentration distribution near a boundary between an n-well and a p-well.
FIG. 2B is a diagram showing a simulation result of the distribution of the impurity concentration at a predetermined depth of the silicon substrate shown in FIG.

【図3】上記第1の実施例を説明するための図であり、
図2(A)に示したシリコン基板の所定位置における深
さ方向でのボロン濃度,および燐濃度の分布のシミュレ
ーション結果の図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the first embodiment,
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of a distribution of a boron concentration and a phosphorus concentration in a depth direction at a predetermined position of the silicon substrate shown in FIG.

【図4】上記第1の実施例の主要製造工程の略断面図で
あり、図1(A)のAA線での略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a main manufacturing process of the first embodiment, and is a schematic sectional view taken along line AA of FIG.

【図5】上記第1の実施例の主要製造工程の略断面図で
あり、図1(A)のAA線での略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a main manufacturing process of the first embodiment, which is a schematic sectional view taken along line AA of FIG. 1 (A).

【図6】本発明の第2の実施例の略平面図,および略断
面図である。
FIG. 6 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図7】上記第2の実施例の略断面図であり、図6
(A)のBB線,およびCC線での略断面図である。
7 is a schematic sectional view of the second embodiment, and FIG.
It is a schematic sectional drawing in the BB line and CC line of (A).

【図8】本発明の第3の実施例の略平面図,および略断
面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view and a schematic sectional view of a third embodiment of the present invention.

【図9】上記第3の実施例の略断面図であり、図8
(A)のBB線,およびCC線での略断面図である。
9 is a schematic sectional view of the third embodiment, and FIG.
It is a schematic sectional drawing in the BB line and CC line of (A).

【図10】上記第3の実施例の主要製造工程の略断面図
であり、図8(A)のCC線での略断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a main manufacturing process of the third embodiment, and is a schematic sectional view taken along line CC of FIG. 8A.

【図11】上記第3の実施例の主要製造工程の略断面図
であり、図8(A)のCC線での略断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view of a main manufacturing process of the third embodiment, and is a schematic sectional view taken along line CC of FIG. 8A.

【図12】本発明の第4の実施例の略平面図,および略
断面図である。
FIG. 12 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view of a fourth embodiment of the present invention.

【図13】図13(A)は、上記第4の実施例を説明す
るための図であり、nウェルとpウェルとの境界の近傍
での不純物濃度の分布のシミュレーション結果の図であ
る。図13(B)は、図13(A)に示したシリコン基
板の所定の深さでの不純物濃度の分布のシミュレーショ
ン結果の図である。
FIG. 13A is a diagram for explaining the fourth embodiment, and is a diagram of a simulation result of an impurity concentration distribution near a boundary between an n-well and a p-well. FIG. 13B is a diagram showing a simulation result of the distribution of the impurity concentration at a predetermined depth in the silicon substrate shown in FIG.

【図14】上記第4の実施例を説明するための図であ
り、図13(A)に示したシリコン基板の所定位置にお
ける深さ方向でのボロン濃度,および燐濃度の分布のシ
ミュレーション結果の図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the fourth embodiment, showing a simulation result of the distribution of the boron concentration and the phosphorus concentration in the depth direction at a predetermined position of the silicon substrate shown in FIG. FIG.

【図15】上記第4の実施例の主要製造工程の略断面図
であり、図12(A)のAA線での略断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a main manufacturing process of the fourth embodiment, which is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図16】図16(A)は、従来の素子分離構造の問題
点を説明するための図であり、nウェルとpウェルとの
境界の近傍での不純物濃度の分布のシミュレーション結
果の図である。図16(B)は、図16(A)に示した
シリコン基板の所定の深さでの不純物濃度の分布のシミ
ュレーション結果の図である。
FIG. 16A is a diagram for explaining a problem of the conventional element isolation structure, and is a diagram of a simulation result of an impurity concentration distribution near a boundary between an n-well and a p-well. is there. FIG. 16B is a diagram showing a simulation result of the distribution of the impurity concentration at a predetermined depth in the silicon substrate shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201,301,401 p型シリコン基板 102,202,302,402 溝 103,203,303,403 nウェル 104,204,304,404 pウェル 105,205,305,405 埋め込み絶縁膜 106,206 p型チャネルストッパー拡散層 107,207,307,407 フィールド酸化膜 108,208,308,408 ゲート酸化膜 109,209,309a,309b,409a,40
9b ゲート電極 110a,110b,210a,210b,310a
a,310ab,310b,410aa,410ab,
410b n+ 型拡散層 111a,111b,211a,211b,311a
a,311ab,311b,411aa,411ab,
411b p+ 型拡散層 112,212,312,412 層間絶縁膜 113a〜113c,213a〜213c,313a〜
313c コンタクト孔 114a〜114c,214a〜214c,314a,
314b,314ca,314cb,414a,414
b,414ca,414cb 金属配線 131a,131b,131c,151,231,33
1,331b,431,431b 酸化シリコン膜 132,332,432,432a n型イオン注入
層 133,433,433a p型イオン注入層 134,234,334,334a,434 BPS
G膜 152a〜152d,352a,352b,452
フォトレジスト膜 153,453 窒化シリコン膜 315 n型拡散層 316 p型拡散層 354,454 多結晶シリコン膜
101, 201, 301, 401 p-type silicon substrate 102, 202, 302, 402 groove 103, 203, 303, 403 n-well 104, 204, 304, 404 p-well 105, 205, 305, 405 buried insulating film 106, 206 P-type channel stopper diffusion layers 107, 207, 307, 407 Field oxide films 108, 208, 308, 408 Gate oxide films 109, 209, 309a, 309b, 409a, 40
9b Gate electrodes 110a, 110b, 210a, 210b, 310a
a, 310ab, 310b, 410aa, 410ab,
410b n + type diffusion layer 111a, 111b, 211a, 211b, 311a
a, 311ab, 311b, 411aa, 411ab,
411b p + type diffusion layers 112, 212, 312, 412 interlayer insulating films 113a to 113c, 213a to 213c, 313a to
313c contact holes 114a to 114c, 214a to 214c, 314a,
314b, 314ca, 314cb, 414a, 414
b, 414ca, 414cb Metal wiring 131a, 131b, 131c, 151, 231, 33
1,331b, 431,431b Silicon oxide film 132,332,432,432a N-type ion implantation layer 133,433,433a P-type ion implantation layer 134,234,334,334a, 434 BPS
G film 152a to 152d, 352a, 352b, 452
Photoresist film 153,453 Silicon nitride film 315 N-type diffusion layer 316 P-type diffusion layer 354,454 Polycrystalline silicon film

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一導電型シリコン基板の表面に第1の酸
化シリコン膜を形成し、前記シリコン基板の表面にそれ
ぞれ選択的に少なくとも一方が複数からなるn型イオン
注入層およびp型イオン注入層を形成する工程と、 少なくとも前記n型イオン注入層と前記p型イオン注入
層との境界に、所望の幅を有し,前記n型イオン注入層
並びにp型イオン注入層を貫通する所定の深さを有する
複数のU字型の溝を形成する工程と、 前記溝の表面に第2の酸化シリコン膜を形成し、前記n
型イオン注入層およびp型イオン注入層を熱処理によっ
て押し込むことにより、接合の深さがそれぞれ前記溝の
所定の深さより深いガウス分布型のnウェルおよびpウ
ェルを形成する工程と、 前記溝に埋め込み絶縁膜を充填する工程と、 前記埋め込み絶縁膜を含めた前記溝,および前記nウェ
ルおよびpウェルのそれぞれの活性領域となる領域の上
に選択的に窒化シリコン膜を形成し、少なくとも前記n
ウェルを覆うフォトレジスト膜を形成し、前記窒化シリ
コン膜およびフォトレジスト膜をマスクにして少なくと
も前記pウェルの素子分離領域のなる領域の表面にp型
チャネルストッパー拡散層を形成し、選択酸化によりL
OCOS型のフィールド酸化膜を形成する工程と、 前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領域とな
る領域の表面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形
成し、前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領
域となる領域の所定の部分に選択的に前記溝の所定の深
さより浅い接合の深さを有する複数のn+ 型拡散層を形
成し、前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領
域となる領域の前記n+ 型拡散層の形成されていない部
分に前記溝の所定の深さより浅い接合の深さを有する複
数のp+ 型拡散層を形成する工程とを有することを特徴
とするCMOS半導体装置の素子分離構造の製造方法。
1. A first silicon oxide film is formed on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and at least one of the plurality of n-type ion implantation layers and p-type ion implantation layers is selectively formed on the surface of the silicon substrate. Forming a predetermined depth at least at a boundary between the n-type ion-implanted layer and the p-type ion-implanted layer and having a desired width and penetrating the n-type and p-type ion-implanted layers. Forming a plurality of U-shaped grooves having a thickness of; forming a second silicon oxide film on the surface of the grooves;
Forming a Gaussian-type n-well and a p-well each having a junction depth larger than a predetermined depth of the groove by indenting the p-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer by heat treatment; Filling an insulating film; and selectively forming a silicon nitride film on the trench including the buried insulating film and on the active regions of the n-well and the p-well.
Forming a photoresist film covering the well, forming a p-type channel stopper diffusion layer on at least the surface of the p-well where the element isolation region is to be formed by using the silicon nitride film and the photoresist film as a mask;
Forming an OCOS type field oxide film; forming a gate insulating film on a surface of a region to be an active region of each of the n-well and p-well; forming a gate electrode; A plurality of n + -type diffusion layers having a junction depth shallower than a predetermined depth of the groove are selectively formed in a predetermined portion of a region to be an active region of the n-well and the p-well; Forming a plurality of p + -type diffusion layers having a junction depth shallower than a predetermined depth of the groove in a portion of the region where the n + -type diffusion layer is not formed. A method for manufacturing an element isolation structure of a CMOS semiconductor device.
【請求項2】 一導電型シリコン基板の表面に第1の酸
化シリコン膜を形成し、前記シリコン基板の表面にそれ
ぞれ選択的に少なくとも一方が複数からなるn型イオン
注入層およびp型イオン注入層を形成する工程と、 全面にシリコン膜を形成し、所定の空隙を有して前記n
型イオン注入層およびp型イオン注入層が形成されてい
ない部分の前記シリコン基板を覆い,かつ前記n型イオ
ン注入層およびp型イオン注入層における活性領域が形
成される領域をそれぞれ覆う第1のフォトレジスト膜を
形成し、前記第1のフォトレジスト膜をマスクにして前
記シリコン膜,前記第1の酸化シリコン膜および前記シ
リコン基板を順次エッチングして前記n型イオン注入層
およびp型イオン注入層を貫通する所定の深さを有する
U字型の溝を形成する工程と、 前記溝およびシリコン膜の表面に第2の酸化シリコン膜
を形成し、前記n型イオン注入層およびp型イオン注入
層を熱処理によって押し込むことにより接合の深さがそ
れぞれこの溝の所定の深さより深いガウス分布型のnウ
ェルおよびpウェルを形成する工程と、 少なくとも底面が前記nウェルのみからなる前記溝の底
面の前記nウェルの表面にn型拡散層を形成し、少なく
とも底面が前記pウェルのみからなる前記溝の底面の前
記pウェルの表面にp型拡散層を形成する工程と、 全面にBPSG膜を形成し、前記BPSG膜をリフロー
し、酸化シリコン膜のエッチバックを行なう工程と、 前記溝を含めて前記nウェルおよびpウェルを覆う第2
のフォトレジスト膜を形成し、前記第2のフォトレジス
ト膜をマスクにして酸化シリコン膜のエッチングを行な
う工程と、 前記シリコン膜を除去し、前記溝を含めて前記nウェル
およびpウェル上に窒化シリコン膜を形成し、選択酸化
によりLOCOS型のフィールド酸化膜を形成する工程
と、 前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領域とな
る領域の表面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形
成し、前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領
域となる領域の所定の部分に選択的に前記溝の所定の深
さより浅い接合の深さを有する複数のn+ 型拡散層を形
成し、前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領
域となる領域の前記n+ 型拡散層の形成されていない部
分に前記溝の所定の深さより浅い接合の深さを有する複
数のp+ 型拡散層を形成する工程を有することを特徴と
するCMOS半導体装置の素子分離構造の製造方法。
2. A first silicon oxide film is formed on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and at least one of the plurality of n-type ion implantation layers and p-type ion implantation layers is selectively formed on the surface of the silicon substrate. Forming a silicon film on the entire surface, and forming a silicon film with a predetermined gap.
A first portion covering the silicon substrate in a portion where the p-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer are not formed, and a region covering an active region in the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer, respectively; A photoresist film is formed, and the silicon film, the first silicon oxide film and the silicon substrate are sequentially etched using the first photoresist film as a mask to form the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer. Forming a U-shaped groove having a predetermined depth that penetrates through; forming a second silicon oxide film on the surface of the groove and the silicon film; and forming the n-type ion-implanted layer and the p-type ion-implanted layer. Forming a Gaussian distribution type n-well and a p-well each having a junction depth deeper than a predetermined depth of the groove by heat treatment. An n-type diffusion layer is formed on the surface of the n-well at least on the bottom surface of the groove having only the n-well, and the p-type diffusion layer is formed on the bottom surface of the groove at least on the bottom surface of the groove having only the p-well. Forming a mold diffusion layer, forming a BPSG film on the entire surface, reflowing the BPSG film, and etching back the silicon oxide film; and covering the n-well and the p-well including the groove.
Forming a photoresist film, etching the silicon oxide film using the second photoresist film as a mask, removing the silicon film, and nitriding the n-well and p-well including the trench. Forming a silicon film and forming a LOCOS type field oxide film by selective oxidation; forming a gate insulating film on a surface of each of the active regions of the n-well and p-well to form a gate electrode; Forming a plurality of n + -type diffusion layers having a junction depth shallower than a predetermined depth of the trench in a predetermined portion of a region to be an active region of each of the n-well and the p-well; multiple having wells and p each active region and a region the n + -type depth of shallow junction than the predetermined depth of the grooves formed are not even part of the diffusion layer of the well method of manufacturing the element isolation structure of the CMOS semiconductor device characterized by comprising the step of forming a p + -type diffusion layer.
【請求項3】 前記n型拡散層と前記p型拡散層とが形
成される工程において、前記nウェルと前記pウェルと
の境界の溝の底面にもn型拡散層およびp型拡散層のど
ちらか一方が形成されることを特徴とする請求項記載
のCMOS半導体装置の素子分離構造の製造方法。
3. The step of forming the n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer, wherein the n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer also have a bottom surface of a groove at a boundary between the n-well and the p-well. 3. The method according to claim 2 , wherein at least one of them is formed.
【請求項4】 一導電型シリコン基板の表面に第1の酸
化シリコン膜を形成し、このシリコン基板の表面にそれ
ぞれ条件の異なる複数回のn型不純物のイオン注入およ
びp型不純物のイオン注入をそれぞれ選択的に行ない、
不純物濃度のピーク値がそれぞれこのシリコン基板の所
定の深さにある少なくとも一方が複数からなるn型イオ
ン注入層およびp型イオン注入層を形成する工程と、 少なくとも前記n型イオン注入層と前記p型イオン注入
層との境界に、所望の幅を有し,前記nイオン注入層お
よび前記pイオン注入層の不純物濃度のピーク値となる
位置の近傍に底面を有するU字型の複数の溝を形成する
工程と、 前記溝の表面に第2の酸化シリコン膜を形成し、前記溝
に埋め込み絶縁膜を充填する工程と、 前記埋め込み絶縁膜を含めた前記溝,および前記n型イ
オン注入層およびp型イオン注入層のそれぞれの活性領
域となる領域の上に選択的に窒化シリコン膜を形成し、
選択酸化によりLOCOS型のフィールド酸化膜を形成
すると同時に前記n型イオン注入層およびp型イオン注
入層をそれぞれリトログレード型のnウェルおよびリト
ログレード型のpウェルに変換する工程と、 前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領域とな
る領域の表面にゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形
成し、前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領
域となる領域の所定の部分に選択的に複数のn+ 型拡散
層を形成し、前記nウェルおよびpウェルのそれぞれの
活性領域となる領域の前記n+ 型拡散層の形成されてい
ない部分に複数のp+ 型拡散層を形成する工程とを有す
ることを特徴とするCMOS半導体装置の素子分離構造
の製造方法。
4. A first silicon oxide film is formed on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and a plurality of times of ion implantation of an n-type impurity and ion implantation of a p-type impurity under different conditions are performed on the surface of the silicon substrate. Selectively perform each,
Forming at least one of a plurality of n-type ion-implanted layers and p-type ion-implanted layers, each of which has a peak value of impurity concentration at a predetermined depth of the silicon substrate; A plurality of U-shaped grooves having a desired width and having a bottom surface near the peak of the impurity concentration of the n-ion implantation layer and the p-ion implantation layer are formed at the boundary with the ion implantation layer. Forming, forming a second silicon oxide film on the surface of the groove, filling the groove with a buried insulating film, forming the groove including the buried insulating film, the n-type ion-implanted layer, selectively forming a silicon nitride film on each active region of the p-type ion implantation layer;
Forming a LOCOS-type field oxide film by selective oxidation, and simultaneously converting the n-type ion-implanted layer and the p-type ion-implanted layer into a retrograde-type n-well and a retrograde-type p-well, respectively; A gate insulating film is formed on the surface of each of the active regions of the p-well, a gate electrode is formed, and a plurality of active regions are selectively formed in predetermined portions of the active regions of the n-well and the p-well. forming an n + -type diffusion layer, and forming a plurality of p + -type diffusion layer on the n + is not formed part of the diffusion layer of each of the active region and a region of the n-well and p-well A method for manufacturing an element isolation structure of a CMOS semiconductor device, comprising:
【請求項5】 一導電型シリコン基板の表面に第1の酸
化シリコン膜を形成し、このシリコン基板の表面にそれ
ぞれ条件の異なる複数回のn型不純物のイオン注入およ
びp型不純物のイオン注入をそれぞれ選択的に行ない、
不純物濃度のピーク値がそれぞれこのシリコン基板の所
定の深さにある少なくとも一方が複数からなるn型イオ
ン注入層およびp型イオン注入層を形成する工程と、 全面にシリコン膜を形成し、所定の空隙を有して前記n
型イオン注入層およびp型イオン注入層が形成されてい
ない部分の前記シリコン基板を覆い,かつ前記n型イオ
ン注入層およびp型イオン注入層における活性領域が形
成される領域をそれぞれ覆う第1のフォトレジスト膜を
形成し、前記第1のフォトレジスト膜をマスクにして前
記シリコン膜,前記第1の酸化シリコン膜および前記シ
リコン基板を順次エッチングして前記n型イオン注入層
およびp型イオン注入層の不純物濃度のピーク値となる
位置の近傍に底面を有する複数のU字型の溝を形成する
工程と、 前記溝およびシリコン膜の表面に第2の酸化シリコン膜
を形成し、全面にBPSG膜を形成し、このBPSG膜
をリフローし、酸化シリコン膜のエッチバックを行なう
工程と、 前記溝を含めて前記nウェルおよびpウェルを覆う第2
のフォトレジスト膜を形成し、前記第2のフォトレジス
ト膜をマスクにして酸化シリコン膜のエッチングを行な
う工程と、 前記シリコン膜を除去した後、前記溝を含めて前記nウ
ェルおよびpウェル上に窒化シリコン膜を形成し、選択
酸化によりLOCOS型のフィールド酸化膜を形成する
と同時に前記n型イオン注入層およびp型イオン注入層
をそれぞれリトログレード型のnウェルおよびリトログ
レード型のpウェルに変換する工程と、前記nウェルお
よびpウェルのそれぞれの活性領域となる領域の表面に
ゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形成し、前記nウ
ェルおよびpウェルのそれぞれの活性領域となる領域の
所定の部分に選択的に複数のn+ 型拡散層を形成し、前
記nウェルおよびpウェルのそれぞれの活性領域となる
領域の前記n+ 型拡散層の形成されていない部分に複数
のp+ 型拡散層を形成する工程とを有することを特徴と
するCMOS半導体装置の素子分離構造の製造方法。
5. A first silicon oxide film is formed on a surface of a one conductivity type silicon substrate, and a plurality of times of ion implantation of an n-type impurity and ion implantation of a p-type impurity are performed on the surface of the silicon substrate under different conditions. Selectively perform each,
Forming a plurality of n-type ion implantation layers and p-type ion implantation layers, each of which has at least one of a plurality of impurity concentration peak values at a predetermined depth of the silicon substrate; N
A first portion that covers a portion of the silicon substrate where the p-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer are not formed, and covers a region where an active region is formed in the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer, respectively; A photoresist film is formed, and the silicon film, the first silicon oxide film and the silicon substrate are sequentially etched using the first photoresist film as a mask to form the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer. Forming a plurality of U-shaped grooves having a bottom surface near the position where the impurity concentration peaks, forming a second silicon oxide film on the grooves and the surface of the silicon film, and forming a BPSG film on the entire surface. A step of reflowing the BPSG film and etching back the silicon oxide film; and a step of covering the n-well and the p-well including the trench.
Forming a photoresist film and etching the silicon oxide film using the second photoresist film as a mask; and, after removing the silicon film, removing the silicon film and leaving the trench on the n-well and the p-well. A silicon nitride film is formed, a LOCOS type field oxide film is formed by selective oxidation, and at the same time, the n-type ion implantation layer and the p-type ion implantation layer are converted into a retrograde n-well and a retrograde p-well, respectively. Forming a gate insulating film on a surface of each of the active regions of the n-well and the p-well, forming a gate electrode, and forming a predetermined region of the active region of the n-well and the p-well. selectively forming a plurality of n + -type diffusion layer in a portion, of the region to be the respective active regions of the n-well and p-well Method of manufacturing the element isolation structure of the CMOS semiconductor device characterized by a step of forming a plurality of p + -type diffusion layer on the serial n + -type diffusion layer is not formed part of.
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