JP2763105B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2763105B2
JP2763105B2 JP63078748A JP7874888A JP2763105B2 JP 2763105 B2 JP2763105 B2 JP 2763105B2 JP 63078748 A JP63078748 A JP 63078748A JP 7874888 A JP7874888 A JP 7874888A JP 2763105 B2 JP2763105 B2 JP 2763105B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に素子分
離領域に溝を形成して素子分離を行う工程の改良に関す
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an improvement in a process of forming a groove in an element isolation region to perform element isolation.

(従来の技術) 半導体集積回路における素子分離技術は、集積度およ
び特性の点で非常に重要である。従来、バイポーラ集積
回路で一般に行われているpn接合分離は、分離領域の面
積が大きくなり、また寄生容量が大きいということが問
題になっている。
(Prior Art) Element isolation technology in a semiconductor integrated circuit is very important in terms of integration degree and characteristics. Conventionally, in a pn junction isolation generally performed in a bipolar integrated circuit, there is a problem that an area of an isolation region is large and a parasitic capacitance is large.

これに対し最近、半導体基板に溝を形成してこの溝に
誘導体層を埋込む溝分離(トレンチ・アイソレーショ
ン)構造が提案されている。この分離構造では、溝底部
に反転防止用の不純物添加層を形成して素子間のリーク
や耐圧低下を防止することが必要になる。また溝底部に
不純物添加層を形成するに当たって、溝側壁部にも不純
物が添加されては、素子特性に悪影響を与えるので、こ
れも防止しなければならない。
On the other hand, a trench isolation (trench isolation) structure in which a groove is formed in a semiconductor substrate and a dielectric layer is embedded in the groove has recently been proposed. In this isolation structure, it is necessary to form an impurity-added layer for preventing inversion at the bottom of the groove to prevent leakage between elements and reduction in breakdown voltage. In addition, when an impurity-added layer is formed at the bottom of the groove, addition of an impurity to the side wall of the groove adversely affects the device characteristics.

第4図(a)〜(c)は、その様な点を考慮した従来
の溝分離構造の製造工程を示す。p型Si基板61にn+型埋
込層62を介してn型層63をエピタキシャル成長させたウ
ェーハを用い、先ず熱酸化してSiO2膜64を形成し、この
上にCVDによりSi3N4膜65を堆積する。更にこの上にCVD
によりSiO2膜66を厚く堆積し、フォトレジスト・マスク
(図示せず)を用いてSiO2膜66に溝形成用の開口を設け
る。そしてこのSiO2膜66をマスクとして下地基板を反応
性イオンエッチングにより選択エッチングして溝67を形
成する((a))。反応性イオンエッチング時、溝67の
内部にはポリマーが付着するので、これはNH4F水溶液で
エッチング除去する。次に熱酸化により溝67の内面に25
0Å程度のSiO2膜68を形成し、その後多結晶シリコン膜
の堆積と反応性イオンエッチング法による全面エッチン
グにより溝67の側壁に選択的に多結晶シリコン膜69を残
す。そしてボロンのイオン注入により、溝67の底部に反
転防止層であるp+型層70を形成する((b))。このイ
オン注入工程で溝上部平坦面はSi3N4膜65がマスクとな
り、また溝67の側面は多結晶シリコン膜69がマスクとな
って、溝67の底部にのみ選択的にp+型層70が形成される
ことになる。その後、Si3N4膜65および多結晶シリコン
膜69を除去し、熱酸化法により溝67を含む基板全面をSi
O2膜71で覆った後、溝67内に誘電体層として多結晶シリ
コン層72を埋込む((c))。埋め込んだ多結晶シリコ
ン層72の表面を熱酸化膜で覆って、素子分離が完成す
る。
4 (a) to 4 (c) show a manufacturing process of a conventional groove separation structure in consideration of such points. Using a wafer in which an n-type layer 63 is epitaxially grown on a p-type Si substrate 61 via an n + -type buried layer 62, a thermal oxidation is first performed to form a SiO 2 film 64, on which a Si 3 N 4 film is formed by CVD. A film 65 is deposited. Further on this, CVD
The SiO 2 film 66 is thickly deposited by using the above method, and an opening for forming a groove is formed in the SiO 2 film 66 using a photoresist mask (not shown). Then, using the SiO 2 film 66 as a mask, the underlying substrate is selectively etched by reactive ion etching to form a groove 67 ((a)). During the reactive ion etching, the polymer adheres to the inside of the groove 67, and is removed by etching with an NH 4 F aqueous solution. Next, 25 is applied to the inner surface of the groove 67 by thermal oxidation.
A SiO 2 film 68 having a thickness of about 0 ° is formed, and thereafter, the polycrystalline silicon film is selectively left on the side walls of the groove 67 by depositing the polycrystalline silicon film and etching the entire surface by reactive ion etching. Then, a p + -type layer 70 as an inversion prevention layer is formed at the bottom of the groove 67 by ion implantation of boron ((b)). In this ion implantation step, the Si 3 N 4 film 65 serves as a mask on the flat surface on the top of the groove, and the polycrystalline silicon film 69 serves as a mask on the side surface of the groove 67, and the p + type layer is selectively formed only on the bottom of the groove 67. 70 will be formed. After that, the Si 3 N 4 film 65 and the polycrystalline silicon film 69 are removed, and the entire surface of the substrate including the groove 67 is removed by thermal oxidation.
After covering with the O 2 film 71, a polycrystalline silicon layer 72 is buried in the groove 67 as a dielectric layer ((c)). The surface of the buried polycrystalline silicon layer 72 is covered with a thermal oxide film to complete element isolation.

この従来法において、溝67を形成しその底部に選択的
にイオン注入を行うためには、上述のように基板にSiO2
膜64とSi3N4膜65の積層マスクが必要であり、また溝側
面への不純物導入を阻止するために、溝側面にSiO2膜68
を形成する工程が不可欠である。ところが、溝67を反応
性イオンエッチング法で形成すると、溝の上部および底
部に曲率の小さい鋭いコーナーが形成され、溝側壁のSi
O2膜68を形成する熱酸化工程でSiO2膜とSi3N4膜の粘性
および熱膨張率の相違によってこれらのコーナーに大き
い歪みが集中する。この歪みの集中は転位発生の原因と
なるから、溝67の側面のSiO2膜68を例えば1000Å程度の
十分な厚さまで熱酸化により形成することは難しい。そ
こで前述のようにこのSiO2膜68は250Å程度として、更
にその側面に多結晶シリコン膜69を選択的に形成する、
という工程をとっている。これは、工程を複雑なものと
する。
In this conventional method, in order to form the groove 67 and selectively perform ion implantation at the bottom thereof, it is necessary to form SiO 2 on the substrate as described above.
A stacked mask of the film 64 and the Si 3 N 4 film 65 is required, and the SiO 2 film 68
Is indispensable. However, when the groove 67 is formed by the reactive ion etching method, sharp corners with small curvature are formed at the top and bottom of the groove, and the Si on the side wall of the groove is formed.
In the thermal oxidation process for forming the O 2 film 68, a large strain is concentrated on these corners due to the difference in viscosity and coefficient of thermal expansion between the SiO 2 film and the Si 3 N 4 film. Since the concentration of the strain causes dislocation, it is difficult to form the SiO 2 film 68 on the side surface of the groove 67 by thermal oxidation to a sufficient thickness of, for example, about 1000 °. Therefore, as described above, the SiO 2 film 68 is set to about 250 °, and a polycrystalline silicon film 69 is selectively formed on the side surface.
The process is called. This complicates the process.

上記従来例でSi3N4膜65を用いずに、この部分にCVDに
よる厚いSiO2膜を用いることが考えられる。このように
すれば、ストレス集中はある程度緩和されるものの十分
ではない。厚いCVDSiO2膜の下に食い込む形で熱酸化膜
が成長するため、やはり熱酸化工程での転位発生を誘導
する。
Instead of using the Si 3 N 4 film 65 in the above conventional example, it is conceivable to use a thick SiO 2 film by CVD in this portion. In this way, stress concentration is reduced to some extent, but not enough. Since the thermal oxide film grows under the thick CVD SiO 2 film, it also induces dislocation generation in the thermal oxidation process.

また従来法では、溝形成後の後処理としてNH4F溶液に
よるポリマー除去工程が入るが、このときSiO2膜にサイ
ドエッチングが入ってコーナー部の基板面が露出する。
そうすると、後のイオン注入工程で素子領域に無用なp
型反転層が形成され、素子のリーク電流増大や耐圧低下
などの原因となる。
Further, in the conventional method, a polymer removal step using an NH 4 F solution is included as a post-treatment after the formation of the groove. At this time, the SiO 2 film is subjected to side etching, and the corner surface of the substrate is exposed.
Then, in the subsequent ion implantation step, unnecessary p
A mold inversion layer is formed, which causes an increase in leak current and a decrease in breakdown voltage of the element.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来の溝分離法では、溝底部に反転防止
層を形成するイオン注入工程でのマスク材形成工程で溝
コーナーに歪みが集中して転位が発生したり、またこれ
を抑制しようとすると溝側壁への不純物導入が避けられ
ずに、素子のリーク電流の増大や耐圧の低下をもたら
す、という問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional groove separation method, in the mask material forming step in the ion implantation step of forming an inversion prevention layer at the groove bottom, strain is concentrated at the groove corner and dislocation occurs. In order to suppress this, there is a problem that an impurity is unavoidably introduced into the trench side wall, resulting in an increase in leak current and a decrease in breakdown voltage of the device.

本発明は、この様な問題を解決した半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which solves such a problem.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、半導体基板の素子分離領域に選択エッチン
グにより溝を形成した後、この溝を含む基板面全面に、
溝の底部で薄く上部で厚くなる条件でマスク材となる被
膜を堆積し、この被膜の膜厚差を利用して溝底部にのみ
選択的に不純物をイオン注入して不純物添加層を形成す
る。その後、マスク材を除去して改めて熱酸化等により
基板全面に絶縁性を有する被膜を形成する。溝内部には
誘電体層を埋込み形成して、溝分離構造を完成する。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) In the present invention, after a groove is formed by selective etching in an element isolation region of a semiconductor substrate, the entire surface of the substrate including the groove is
A film serving as a mask material is deposited under the condition that the film is thinner at the bottom of the groove and thicker at the upper portion, and impurities are selectively ion-implanted only at the bottom of the groove by utilizing the difference in film thickness of the film to form an impurity-added layer. Thereafter, the mask material is removed, and an insulating film is formed on the entire surface of the substrate by thermal oxidation or the like. A dielectric layer is buried in the trench to complete the trench isolation structure.

(作用) 本発明においては、一度の工程で形成された一層から
なるマスク材の膜厚差をマスク効果に利用して溝底部に
選択的なイオン注入を行う。この様なマスク材としては
例えば常圧CVDによりSiO2膜堆積することにより形成で
きる。常圧CVDによりSiO2膜を形成すると、基板平坦面
で5000Å程度とした時、4〜6μmの深さの溝底部では
1000Å程度となる。この様なマスク材を形成することに
より、溝の側面へのイオン注入防止のための熱酸化工程
が要らなくなり、従ってコーナーへの歪み集中もなくな
る。素子分離工程で高温の熱酸化工程が不要になると、
既に形成されている高濃度埋込み層等の不純物拡散層の
不純物分布のだれを防止することができる。これは高速
化に有利な、エピタキシャル層の薄膜化を可能とする。
また溝の側面に耐イオン注入マスクを形成する特別の工
程は不要であり、工程が簡単になる。
(Operation) In the present invention, selective ion implantation is performed at the bottom of the groove by utilizing a difference in film thickness of a single-layer mask material formed in one process for a mask effect. Such a mask material can be formed, for example, by depositing an SiO 2 film by normal pressure CVD. When a SiO 2 film is formed by normal pressure CVD, when the substrate flat surface is about 5000 mm, at the groove bottom with a depth of 4 to 6 μm
It is about 1000Å. By forming such a mask material, a thermal oxidation step for preventing ion implantation into the side surface of the groove is not required, and therefore, concentration of distortion at the corner is also eliminated. When the high-temperature thermal oxidation process becomes unnecessary in the element separation process,
It is possible to prevent the impurity distribution of the impurity diffusion layer such as the high-concentration buried layer that has already been formed. This enables the epitaxial layer to be thinner, which is advantageous for speeding up.
Further, a special step of forming an ion implantation resistant mask on the side surface of the groove is not required, and the step is simplified.

(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described.

第1図(a)〜(d)は一実施例の素子分離工程を示
す。p型Si基板11にn+型埋込み層12を介してコレクタ層
となるn型層13をエピタキシャル成長させたウェーハを
形成し、その表面に熱酸化により薄くSiO2膜14を形成す
る((a))。その表面にCVDによりSiO2膜15を厚く堆
積し、フォトレジスト・マスクの形成とエッチングによ
り素子分離領域に開口をもうけて下地基板を露出させ、
反応性イオンエッチングによりp型Si基板11に達する深
さ4μm,幅1.4μm程度の素子分離溝16を形成する
((b))。溝16の形成後、マスク材として用いたCVDS
iO2膜15および熱酸化膜14はNH4F水溶液でエッチング除
去し、同時に溝16内に付着したポリマーもこの水溶液で
除去する。その後、露出した基板全面に基板温度400℃
で常圧CVDによりSiO2膜17を堆積する((c))。この
とき得られるSiO2膜17は、基板の溝上部平坦面での厚み
をd1=5000Å程度とすると、溝16の側壁では上部でd2
5000Å程度、下部でd3=2000Å程度となり、底部でd4
1000Å程度となる。なお、常圧CDV−SiO2膜の下地に基
板全面に薄く熱酸化膜を形成してもよい。次にこのSiO2
膜17の膜厚差を利用して溝16の底部に選択的にボロンを
イオン注入して、p+型層18を形成する。例えばドーズ量
1014/cm2、加速電圧40keVの条件で、溝16の底部にのみ
p+型層18を形成することができる。この後、SiO2膜17を
除去し、改めて熱酸化により全面にSiO2膜19を形成す
る。そして、多結晶シリコン層10を溝内部に埋込む
((d))。埋込み誘電体として多結晶シリコン層を用
いるのは、基板と同じ材料を用いることによって熱膨張
係数の差による無用な歪みの発生を防止するために有効
であるからである。
1 (a) to 1 (d) show an element isolation step of one embodiment. A wafer is formed by epitaxially growing an n-type layer 13 serving as a collector layer on a p-type Si substrate 11 via an n + -type buried layer 12, and a thin SiO 2 film 14 is formed on the surface by thermal oxidation ((a)). ). A thick SiO 2 film 15 is deposited on the surface by CVD, an opening is formed in the element isolation region by forming and etching a photoresist mask, and the underlying substrate is exposed,
An element isolation groove 16 having a depth of about 4 μm and a width of about 1.4 μm reaching the p-type Si substrate 11 is formed by reactive ion etching ((b)). CVDS used as mask material after formation of groove 16
The iO 2 film 15 and the thermal oxide film 14 are removed by etching with an NH 4 F aqueous solution, and at the same time, the polymer adhered in the groove 16 is also removed with this aqueous solution. Then, a substrate temperature of 400 ° C is applied over the entire exposed substrate.
Then, an SiO 2 film 17 is deposited by normal pressure CVD ((c)). Assuming that the thickness of the SiO 2 film 17 obtained at this time on the flat surface above the groove of the substrate is d 1 = 5000 °, d 2 =
5,000Å, d 3 = 2000 下部 at the bottom, d 4 = at the bottom
It is about 1000Å. Note that a thin thermal oxide film may be formed over the entire surface of the substrate under the normal pressure CDV-SiO 2 film. Next, this SiO 2
Boron is selectively ion-implanted into the bottom of the groove 16 by utilizing the thickness difference of the film 17 to form the p + -type layer 18. For example, dose
Only at the bottom of groove 16 under conditions of 10 14 / cm 2 and acceleration voltage of 40 keV
The p + type layer 18 can be formed. Thereafter, the SiO 2 film 17 is removed, and a SiO 2 film 19 is formed on the entire surface again by thermal oxidation. Then, the polycrystalline silicon layer 10 is embedded in the trench ((d)). The polycrystalline silicon layer is used as the buried dielectric because using the same material as the substrate is effective in preventing the occurrence of unnecessary distortion due to the difference in thermal expansion coefficient.

この後図示しないが、溝内部の多結晶シリコン層10の
表面にSiO2膜を形成して、絶縁分離が完了する。溝によ
り分離された各素子領域には、n型層13をコレクタとす
るトランジスタが通常の工程に従って形成され、バイポ
ーラ集積回路が得られる。
Thereafter, although not shown, an SiO 2 film is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 10 inside the trench, and the insulation separation is completed. In each element region separated by the groove, a transistor having the n-type layer 13 as a collector is formed according to a normal process, and a bipolar integrated circuit is obtained.

この実施例によれば、溝底部へのイオン注入の際の耐
イオン注入マスクは一層の常圧CVD−SiO2膜であり、従
来法のように溝コーナーに歪みが集中することはない。
従って、転位の発生は抑制され、また溝側壁への無用な
不純物導入もない。また熱工程が低減される結果、埋込
み拡散層の不純物再拡散が防止され、例えばバイポーラ
集積回路において高速化に有利なエピタキシャル層の薄
膜化を実現することができる。以上の結果、高周波特性
や接合特性等の諸特性に優れた高性能の半導体集積回路
が得られる。また、その素子分離工程は従来法に比べて
簡単である。
According to this embodiment, the mask for ion implantation at the time of ion implantation at the bottom of the groove is a single layer of normal pressure CVD-SiO 2 film, and the strain is not concentrated on the corner of the groove unlike the conventional method.
Therefore, the generation of dislocations is suppressed, and there is no unnecessary introduction of impurities into the trench side walls. Further, as a result of the reduction in the number of heat steps, re-diffusion of impurities in the buried diffusion layer is prevented, and for example, a thinner epitaxial layer which is advantageous in increasing the speed in a bipolar integrated circuit can be realized. As a result, a high-performance semiconductor integrated circuit having excellent characteristics such as high-frequency characteristics and junction characteristics can be obtained. Further, the element isolation process is simpler than the conventional method.

上記実施例では、溝底部で薄くなるような膜形成法と
して常圧CVDを利用したが、一回の工程で同様の膜厚差
が生じる他の方法を用いることが可能である。例えば、
シランガスと酸素を流してCVDでSiO2膜を堆積させるこ
とにより、溝底部で薄くなる膜を形成することができ
る。具体的に例えば、基板温度400℃,圧力0.1torrの減
圧CVDによりSiO2膜を堆積した場合にも所望の膜を得る
ことができる。また溝底部で薄くなる膜は、スパッタに
よっても形成することができる。例えば基板温度200
℃,圧力3×10-1pa,パワー6kWの条件でSiO2膜またはAl
膜をスパッタにより堆積することにより、溝底部で薄く
なる膜を得ることができる。
In the above-described embodiment, normal pressure CVD is used as a film forming method to make the film thinner at the bottom of the groove. However, another method that produces the same film thickness difference in one process can be used. For example,
By flowing a silane gas and oxygen to deposit an SiO 2 film by CVD, a film that becomes thinner at the groove bottom can be formed. Specifically, for example, a desired film can be obtained even when a SiO 2 film is deposited by low-pressure CVD at a substrate temperature of 400 ° C. and a pressure of 0.1 torr. Further, a film that becomes thinner at the groove bottom can also be formed by sputtering. For example, substrate temperature 200
Temperature, pressure 3 × 10 -1 pa, power 6kW, SiO 2 film or Al
By depositing the film by sputtering, a film that becomes thinner at the groove bottom can be obtained.

第2図(a)〜(f)は、本発明の他の実施例の製造
工程を示す断面図である。この実施例では、先の実施例
に対して更に素子分離用溝のコーナー部に起因する転位
の発生を防止するための手当を考慮している。先ず第2
図(a)に示すように、p型Si基板21上にn+型埋込み層
22を介してコレクタ層となるn型エピタキシャル層23を
形成する。続いて表面を酸化してSiO2膜24を形成し、更
にその上にCVD法によりSi3N4膜25を形成する。以下にお
いては、基板21,n+型埋込み層22およびn型エピタキシ
ャル層23を含めて下地基板20と呼ぶことにする。この
後、Si3N4膜25をパターニングした後、第2図(b)に
示すようにCVD法によりSiO2膜26を全面に堆積する。続
いてSiO2膜26および24を一部開口し、下地基板20の表面
を露出させる。その後、残したCVD−SiO2膜26をマスク
として、開口を通して下地基板20をRIEでエッチング
し、素子分離用溝27を形成する。この溝27の深さは、n+
型埋込み層22を貫通して基板21に十分達する深さであ
る。溝27の底部には、反転防止の目的でボロンをイオン
注入する。なおこの状態では、下地基板20に形成した溝
27の上部コーナー部28aおよび底部コーナー部28bは急峻
なものとなっている。
2 (a) to 2 (f) are cross-sectional views showing manufacturing steps of another embodiment of the present invention. In this embodiment, an allowance for preventing the occurrence of dislocation due to the corner of the element isolation groove is further taken into consideration in the previous embodiment. First, second
As shown in FIG. 2A, an n + -type buried layer is formed on a p-type Si substrate 21.
An n-type epitaxial layer 23 serving as a collector layer is formed via 22. Subsequently, the surface is oxidized to form a SiO 2 film 24, and a Si 3 N 4 film 25 is further formed thereon by a CVD method. Hereinafter, the substrate 21, the n + -type buried layer 22, and the n-type epitaxial layer 23 will be referred to as a base substrate 20. Thereafter, after patterning the Si 3 N 4 film 25, an SiO 2 film 26 is deposited on the entire surface by a CVD method as shown in FIG. 2 (b). Subsequently, the SiO 2 films 26 and 24 are partially opened to expose the surface of the base substrate 20. After that, using the remaining CVD-SiO 2 film 26 as a mask, the underlying substrate 20 is etched by RIE through the opening to form an element isolation groove 27. The depth of this groove 27 is n +
This depth is sufficient to penetrate the mold burying layer 22 and reach the substrate 21. At the bottom of the groove 27, boron is ion-implanted for the purpose of preventing inversion. In this state, the groove formed in the base substrate 20 is
The top corner portion 28a and the bottom corner portion 28b of 27 are steep.

次いでマスク材のCVD−SiO2膜26とその下のSiO2膜24
をNH4F水溶液でエッチング除去し、パターニングしたSi
3N4膜25および下地基板20の表面を露出させる。
Next, the CVD-SiO 2 film 26 of the mask material and the SiO 2 film 24 thereunder
Was removed by etching with NH 4 F aqueous solution, and patterned Si
3 N 4 to expose the surface of the film 25 and the underlying substrate 20.

次いで第2図(c)に示すように、溝27を含む下地基
板20の表面全面に第1の被膜として多結晶シリコン膜29
をCVD法により堆積する。このCVD法により形成した多結
晶シリコン膜29は、溝27の上部コーナー部28aの部分29a
では薄く、また溝27の下部コーナー部28bの部分29bでは
厚くなる。従って、多結晶シリコン膜29で覆われた溝27
の表面形状は4つのコーナー部で丸みが形成されたもの
となる。
Next, as shown in FIG. 2 (c), a polycrystalline silicon film 29 as a first film is formed on the entire surface of the base substrate 20 including the groove 27.
Is deposited by a CVD method. The polycrystalline silicon film 29 formed by this CVD method has a portion 29a of the upper corner 28a of the groove 27.
Is thinner, and the portion 29b of the lower corner 28b of the groove 27 becomes thicker. Therefore, the trench 27 covered with the polycrystalline silicon film 29
Has a round shape at four corners.

次いで、第2図(d)に示すように、多結晶シリコン
膜29をCDE法等の等方性エッチング法によりエッチング
除去し、下地基板20および溝27の表面を露出させる。こ
のとき溝27の上部コーナー部28aにおいては、多結晶シ
リコン膜29の膜厚が薄いため基板エッチングが早期に開
始される。これにより、素子分離用溝27の上部コーナー
部30aを丸めることができる。一方、溝27の底部コーナ
ー部28bの多結晶シリコン膜29bは厚いため、基板エッチ
ングが遅れて開始される。これにより、底部コーナー部
30bも丸めることができる。この底部コーナー部30bでは
多結晶シリコン膜29の一部を残すように多結晶シリコン
膜29をエッチングしても、同様の丸め形状を得ることが
できる。
Next, as shown in FIG. 2 (d), the polycrystalline silicon film 29 is etched and removed by an isotropic etching method such as a CDE method to expose the surfaces of the base substrate 20 and the grooves 27. At this time, in the upper corner portion 28a of the groove 27, the substrate etching is started early because the thickness of the polycrystalline silicon film 29 is small. Thereby, the upper corner portion 30a of the element isolation groove 27 can be rounded. On the other hand, since the polycrystalline silicon film 29b at the bottom corner 28b of the groove 27 is thick, substrate etching is started with a delay. This allows the bottom corner
30b can be rounded. Even if the polycrystalline silicon film 29 is etched to leave a part of the polycrystalline silicon film 29 at the bottom corner portion 30b, a similar rounded shape can be obtained.

次いで、第2図(e)に示すように、露出した基板全
面に常圧CVD法によりSiO2膜32を堆積する。これによ
り、溝27の上部で厚く底部で薄いマスク材が得られる。
そしてこのSiO2膜32の膜厚差を利用して溝27の底部に選
択的にボロンをイオン注入してp+型層34を形成する。こ
の後、溝27の底部コーナー部30a,30bの多結晶シリコン
膜を残してSiO2膜32を除去する。
Next, as shown in FIG. 2 (e), an SiO 2 film 32 is deposited on the entire exposed substrate by a normal pressure CVD method. As a result, a mask material thick at the top of the groove 27 and thin at the bottom is obtained.
Then, utilizing the difference in the thickness of the SiO 2 film 32, boron is selectively ion-implanted into the bottom of the groove 27 to form the p + -type layer 34. Thereafter, the SiO 2 film 32 is removed while leaving the polycrystalline silicon film at the bottom corners 30a and 30b of the groove 27.

次いで、第2図(f)に示すように、 Si3N4膜25を耐酸化性マスクとして用いて熱酸化法によ
り、溝27を含む下地基板20の表面全面に第2の被膜であ
るSiO2膜36を形成する。このとき、溝27のコーナー部30
a,30bが共に丸められているため、この部分の酸化膜厚
は基板表面,溝側面および溝底面でのそれと等しくな
る。従って、溝コーナー部における歪みを緩和すること
ができ、転位の発生を防止することができる。更にこの
酸化を965℃以下の温度で行うことも可能になる。
Then, as shown in FIG. 2 (f), the second coating SiO 2 is formed on the entire surface of the base substrate 20 including the groove 27 by a thermal oxidation method using the Si 3 N 4 film 25 as an oxidation resistant mask. Two films 36 are formed. At this time, the corner portion 30 of the groove 27
Since both a and 30b are rounded, the oxide film thickness at this portion becomes equal to that at the substrate surface, the groove side surface and the groove bottom surface. Therefore, the distortion at the corner of the groove can be reduced, and the occurrence of dislocation can be prevented. Further, this oxidation can be performed at a temperature of 965 ° C. or less.

次いで、溝27を含む基板表面に多結晶シリコン膜38を
堆積し、これを溝27に完全に埋め込んだ後、平坦部の多
結晶シリコン膜38をエッチバックにより除去し、溝部分
にのみ残置させる。その後、この溝部分の多結晶シリコ
ン膜38の表面に500Å程度のSiO2膜(図示せず)を熱酸
化法により形成した後、Si3N4膜25および下地のSiO2膜2
4をエッチング除去し、絶縁分離を完了する。
Next, a polycrystalline silicon film 38 is deposited on the surface of the substrate including the groove 27, and after the polycrystalline silicon film 38 is completely buried in the groove 27, the polycrystalline silicon film 38 in the flat portion is removed by etch-back and left only in the groove portion. . Thereafter, an SiO 2 film (not shown) of about 500 ° is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 38 in the groove portion by a thermal oxidation method, and then the Si 3 N 4 film 25 and the underlying SiO 2 film 2 are formed.
4 is removed by etching to complete the isolation.

こうしてこの実施例によれば、多結晶シリコン膜29の
形成およびエッチング工程により、素子分離用溝27のコ
ーナー部を有効に丸めることができ、これにより後続す
る熱処理工程で集中するコーナー部への歪みを緩和する
ことができる。従ってトレンチアイソレーションおける
熱酸化膜(SiO2膜36)を低温で形成することができ、転
位の発生および埋込み層の不純物のだれ等を防止するこ
とができる。この効果は、バイポーラ半導体装置等にお
いて、高周波特性および接合特性の向上につながる。
Thus, according to this embodiment, the corner portions of the element isolation trenches 27 can be effectively rounded by the formation and etching steps of the polycrystalline silicon film 29, thereby distorting the corner portions concentrated in the subsequent heat treatment step. Can be alleviated. Therefore, the thermal oxide film (SiO 2 film 36) in the trench isolation can be formed at a low temperature, and the occurrence of dislocations and the dripping of impurities in the buried layer can be prevented. This effect leads to improvement in high frequency characteristics and junction characteristics in a bipolar semiconductor device or the like.

本発明は上述した実施例に限られない。例えば、第1
の被膜は多結晶シリコン膜に限らず、溝の側面にも均一
に膜形成ができ、且つエッチング速度が基板と同等か若
しくは遅いものであればよく、CVD法によるAl膜,W膜等
を用い得る。またこの第1の被膜は、膜厚が数100Å程
度あれば溝コーナーを丸める上で十分効果がある。更
に、溝コーナーが十分に丸められているため、Si3N4
をマスクとして熱酸化法により形成するSiO2膜の膜厚は
数10Åから1μm程度まで広範囲で選択できる。従って
本発明はdRAMのトレンチキャパシタの製造にも適用でき
る。熱酸化法によるSiO2膜の代わりに、低温で形成でき
るCVD0SiO2膜を用いることも可能である。
The present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the first
The film of the film is not limited to the polycrystalline silicon film, but any film can be formed uniformly on the side surface of the groove and the etching rate is equal to or slower than that of the substrate. obtain. The first coating having a thickness of about several hundreds of mm is sufficiently effective in rounding the groove corner. Further, since the groove corner is sufficiently rounded, the thickness of the SiO 2 film formed by the thermal oxidation method using the Si 3 N 4 film as a mask can be selected from a wide range from several tens of degrees to about 1 μm. Therefore, the present invention is also applicable to the manufacture of trench capacitors for DRAM. Instead of the SiO 2 film by the thermal oxidation method, it is also possible to use a CVD0SiO 2 film that can be formed at a low temperature.

また実施例では、溝の底部において鋭いコーナー部が
形成されている場合を例にとり説明したが、Siエッチン
グの際に既に溝の底部に丸みが形成されている場合に
も、溝上部のコーナー部に着目すれば本発明は有効であ
る。
In the embodiment, the case where a sharp corner portion is formed at the bottom of the groove is described as an example.However, even when the bottom of the groove is already rounded during Si etching, the corner portion at the top of the groove is also described. The present invention is effective if attention is paid to.

以上の実施例ではバイポーラ集積回路の素子分離につ
いて説明したが、本発明はMOS集積回路にも適用するこ
とができる。
In the above embodiments, the element isolation of the bipolar integrated circuit has been described. However, the present invention can be applied to a MOS integrated circuit.

第3図は、MOS型トレンチ・トランジスタに本発明を
適用した実施例での最終的な断面図である。これを簡単
に製造工程に従って説明すれば、p型Si基板51にn+型層
52を形成し、マスク材を堆積した後、写真食刻法および
エッチング法により溝56を形成し、マスク材を除去す
る。次に基板表面および溝側面部で厚く、溝底部で薄
い,例えば常圧CVDによるSiO2膜を形成し、このSiO2
をマスクとしてイオン注入してn+型層55を形成し、その
後、このSiO2膜を除去する。次いで熱酸化によりゲート
絶縁膜となるSiO2膜54を形成し、n+型多結晶シリコン膜
54を堆積して、トランジスタを完成する。
FIG. 3 is a final sectional view in an embodiment in which the present invention is applied to a MOS type trench transistor. If this is simply explained according to the manufacturing process, an n + -type layer is formed on the p-type Si substrate 51.
After forming a mask material 52 and depositing a mask material, a groove 56 is formed by photolithography and etching, and the mask material is removed. Next, an SiO 2 film is formed thick at the substrate surface and the groove side surface and thin at the groove bottom, for example, by normal pressure CVD, and ion implantation is performed using the SiO 2 film as a mask to form an n + type layer 55. This SiO 2 film is removed. Next, an SiO 2 film 54 serving as a gate insulating film is formed by thermal oxidation, and an n + type polycrystalline silicon film is formed.
Deposit 54 to complete the transistor.

このトランジスタとトレンチ・キャパシタを組合わせ
れば、微細寸法のdRAMが得られる。
By combining this transistor with a trench capacitor, a micro-sized dRAM can be obtained.

以上本発明の実施例を説明したが、本発明はその趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、溝分離工程での歪
みの集中や溝側面への不純物拡散を抑制し、簡単な工程
で優れた特性の溝分離構造の半導体装置を得ることがで
きる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the concentration of strain in the groove separation step and the diffusion of impurities to the groove side surfaces, and to provide a semiconductor device having a groove separation structure having excellent characteristics in a simple step. Obtainable.

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

第1図(a)〜(d)は、本発明の一実施例の素子分離
工程を説明するための図、第2図(a)〜(f)は他の
実施例の素子分離工程を説明するための図、第3図は更
に他の実施例を説明するための図、第4図(a)〜
(c)は従来の素子分離工程を説明するための図であ
る。 11……p型Si基板、12……n+型埋込み層、13……n型
層、14……SiO2膜(熱酸化)、15……SiO2膜(CVD)、1
6……溝、17……SiO2膜(常圧CVD)、18……p+型層、19
……SiO2膜(熱酸化)、10……多結晶シリコン膜、21…
…p型Si基板、22……n+型層、23……n型層、24……Si
O2膜(熱酸化)、25……Si3N4膜、26……SiO2膜(CV
D)、27……溝、28a,28b……コーナー、29……多結晶シ
リコン膜、32……SiO2膜(CVD)、34……p+型層、36…
…SiO2膜(熱酸化)、38……多結晶シリコン膜。
1 (a) to 1 (d) are views for explaining an element isolation step of one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (f) are illustrations of an element isolation step of another embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining still another embodiment, and FIGS.
(C) is a diagram for explaining a conventional element isolation step. 11 ...... p-type Si substrate, 12 ...... n + -type buried layer, 13 ...... n-type layer, 14 ...... SiO 2 film (thermal oxidation), 15 ...... SiO 2 film (CVD), 1
6 ... groove, 17 ... SiO 2 film (normal pressure CVD), 18 ... p + type layer, 19
…… SiO 2 film (thermal oxidation), 10… Polycrystalline silicon film, 21…
... p-type Si substrate, 22 ... n + type layer, 23 ... n-type layer, 24 ... Si
O 2 film (thermal oxidation), 25 ... Si 3 N 4 film, 26… SiO 2 film (CV
D), 27 ... groove, 28a, 28b ... corner, 29 ... polycrystalline silicon film, 32 ... SiO 2 film (CVD), 34 ... p + type layer, 36 ...
... SiO 2 film (thermal oxidation), 38 ... Polycrystalline silicon film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−124141(JP,A) 特開 昭60−18930(JP,A) 特開 昭63−111643(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/76 - 21/765──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-124141 (JP, A) JP-A-60-18930 (JP, A) JP-A-63-111643 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/76-21/765

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】素子分離領域に溝が形成された半導体基板
上に、常圧、減圧CVD法またはスパッタ法により溝上部
で厚く溝底部で薄くなるようにSiO2からなる堆積膜を堆
積する工程と、不純物をイオン注入して前記堆積膜の膜
厚差を利用して前記溝底部の基板表面に選択的に不純物
添加層を形成する工程と、前記溝を埋込んで素子分離構
造を形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. A step of depositing a deposited film of SiO 2 on a semiconductor substrate having a groove formed in an element isolation region so as to be thick at the top of the groove and thin at the bottom of the groove by normal pressure, low pressure CVD or sputtering. Selectively forming an impurity-added layer on the substrate surface at the bottom of the groove by ion-implanting an impurity and utilizing the thickness difference of the deposited film; and forming an element isolation structure by filling the groove. And a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】素子分離領域に溝が形成された半導体基板
上に、スパッタ法により溝上部で厚く溝底部で薄くなる
ようにAlからなる堆積膜を堆積する工程と、不純物をイ
オン注入して前記堆積膜の膜厚差を利用して前記溝底部
の基板表面に選択的に不純物添加層を形成する工程と、
前記堆積膜を除去した後に前記溝を埋込んで素子分離構
造を形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
2. A step of depositing a deposition film made of Al on a semiconductor substrate having a groove formed in an element isolation region so as to be thick at the top of the groove and thin at the bottom of the groove by a sputtering method, and by ion-implanting impurities. Selectively forming an impurity-added layer on the substrate surface at the bottom of the groove by utilizing a thickness difference of the deposited film;
Forming a device isolation structure by filling the trench after removing the deposited film.
【請求項3】前記堆積膜を堆積する工程の前に、前記溝
部の上部コーナーで薄く下部コーナーで厚くなるように
前記基板表面に被膜を形成する工程と、この被膜の全部
または一部をエッチング除去することにより前記基板の
表面を露出させる工程とをさらに具備したことを特徴と
する請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
3. A step of forming a film on the substrate surface so as to be thinner at an upper corner of the groove and thicker at a lower corner thereof before the step of depositing the deposited film, and etching all or a part of the film. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: exposing a surface of said substrate by removing.
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