JP3021850B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3021850B2
JP3021850B2 JP3265057A JP26505791A JP3021850B2 JP 3021850 B2 JP3021850 B2 JP 3021850B2 JP 3265057 A JP3265057 A JP 3265057A JP 26505791 A JP26505791 A JP 26505791A JP 3021850 B2 JP3021850 B2 JP 3021850B2
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polycrystalline silicon
etching
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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】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、詳しくはシリコン基板に絶縁体により素子分離を
施すバイポーラトランジスタなどの半導体装置の製法方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device such as a bipolar transistor in which an element is separated from a silicon substrate by an insulator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、モノリシックな半導体集積回
路に用いられる素子間分離法として、素子間の分離を絶
縁体で行う方法が知られている。例えば、Ultra−
Fast Silicon Bipolar Tech
nology、66頁には、シリコン基板の主面に、部
分的に肉厚となったフィールド酸化膜を形成した後、素
子分離用の分離溝を形成する方法が開示されている。こ
の方法を以下に説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of separating elements used in a monolithic semiconductor integrated circuit, a method of separating elements using an insulator has been known. For example, Ultra-
Fast Silicon Bipolar Tech
No. 6, page 66, discloses a method of forming a partially thick field oxide film on a main surface of a silicon substrate and then forming an isolation groove for element isolation. This method will be described below.

【0003】図18に示すように、シリコン基板31の
主面に、部分的に肉厚となったフィールド酸化膜32、
シリコン窒化膜33及びマスクとしてのシリコン酸化膜
34を順に形成し、該フィールド酸化膜の薄肉範囲にお
いて、該フィールド酸化膜32、該シリコン窒化膜33
及び該シリコン酸化膜34を選択エッチングして開口を
形成した後、該開口から上記シリコン基板31をエッチ
ングして分離溝35を形成する。そして、マスクとして
のシリコン酸化膜34をエッチング除去し、分離溝35
の内壁面に絶縁被膜36を形成した後、上記分離溝35
内に多結晶シリコン37を充填する。さらに、多結晶シ
リコン37の充填時に上記シリコン窒化膜33上に堆積
された多結晶シリコン37をエッチングバックするとと
もに、シリコン窒化膜33をエッチング除去した後、分
離溝内の多結晶シリコン37の上部に酸化膜38を形成
することにより(図18参照)、分離溝35及び絶縁被
膜36でシリコン基板31を電気的に完全に分離するも
のである。
As shown in FIG. 18, a partially thick field oxide film 32 is formed on a main surface of a silicon substrate 31.
A silicon nitride film 33 and a silicon oxide film 34 as a mask are sequentially formed, and the field oxide film 32 and the silicon nitride film 33 are formed in a thin range of the field oxide film.
After the silicon oxide film 34 is selectively etched to form an opening, the silicon substrate 31 is etched from the opening to form a separation groove 35. Then, the silicon oxide film 34 as a mask is removed by etching, and the separation groove 35 is removed.
After the insulating film 36 is formed on the inner wall surface of the
Is filled with polycrystalline silicon 37. Further, when the polycrystalline silicon 37 is filled, the polycrystalline silicon 37 deposited on the silicon nitride film 33 is etched back, and the silicon nitride film 33 is removed by etching. By forming the oxide film 38 (see FIG. 18), the silicon substrate 31 is completely electrically separated by the separation groove 35 and the insulating film 36.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
方法のように、フィールド酸化膜形成後に分離溝を形成
するのは、分離溝周りの結晶欠陥の発生を抑えるためで
ある。すなわち、分離溝を形成して絶縁分離を施してか
らフィールド酸化膜を形成した場合、シリコン基板が酸
化してフィールド酸化膜となる際に体積膨張するので、
シリコン基板の分離溝との境界部に応力が集中し、この
結果結晶欠陥が発生する。
The reason why the isolation groove is formed after the formation of the field oxide film as in the above-mentioned conventional method is to suppress generation of crystal defects around the isolation groove. That is, when a field oxide film is formed after forming an isolation groove and performing insulation separation, the silicon substrate expands when oxidized to become a field oxide film.
Stress concentrates on the boundary between the silicon substrate and the separation groove, and as a result, crystal defects occur.

【0005】また、上記従来の方法のように、フィール
ド酸化膜形成後、該フィールド酸化膜の薄肉部分に分離
溝を形成するのは、フィールド酸化膜の厚肉部分に分離
溝を形成した場合、該分離溝によりフィールド酸化膜の
端面が大きく露出するので、マスクとしてのシリコン酸
化膜をエッチング除去する際にフィールド酸化膜がエッ
チングにより削られて大きなくびれが発生して、基板表
面の平坦性が悪化するからである。
Further, as in the above-mentioned conventional method, after the formation of the field oxide film, the separation groove is formed in the thin portion of the field oxide film because the separation groove is formed in the thick portion of the field oxide film. Since the end surface of the field oxide film is largely exposed by the separation groove, the silicon oxide film as a mask is etched and removed when etching the silicon oxide film, resulting in large constriction, thereby deteriorating the flatness of the substrate surface. Because you do.

【0006】ところが、上記従来の方法のように、フィ
ールド酸化膜形成後、該フィールド酸化膜の薄肉部分に
分離溝を形成する場合、上記したようなフィールド酸化
膜の厚肉部分の端面が分離溝により露出することによる
不都合を確実に防ぐには、マスクの合わせずれを見込ん
で、製造する半導体装置、例えばトランジスタのサイズ
を大きくしなければならなかった。
However, when a separation groove is formed in a thin portion of the field oxide film after the formation of the field oxide film as in the above-described conventional method, the end face of the thick portion of the field oxide film is separated from the separation groove. In order to reliably prevent the inconvenience caused by the exposure, the size of a semiconductor device to be manufactured, for example, a transistor, must be increased in consideration of misalignment of a mask.

【0007】また、フィールド酸化膜32の薄肉部分に
分離溝35を形成した関係上、分離溝35の上端周囲に
シリコン基板31の縁部Bが存在し、このためエッチン
グバックされた多結晶シリコン37の上端が上記縁部B
より下方に位置するので、多結晶シリコン37の上部に
酸化膜38を形成する際に角部に縦型バーズビークAが
形成され、この結果上記シリコン基板31の縁部Bに応
力が集中して結晶欠陥が発生しやすくなる。
Further, since the isolation groove 35 is formed in the thin portion of the field oxide film 32, the edge B of the silicon substrate 31 exists around the upper end of the isolation groove 35. The upper end of the edge B
Since the oxide film 38 is formed above the polycrystalline silicon 37, the vertical bird's beak A is formed at the corner when the oxide film 38 is formed. As a result, stress concentrates on the edge B of the silicon substrate 31 and the crystal is formed. Defects are more likely to occur.

【0008】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、基板表面の平坦性を悪化させることなくフィール
ド酸化膜の厚肉部分への分離溝形成を可能とすることに
より、半導体装置の不要なサイズの大型化及び結晶欠陥
の発生を防ぐことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to form a separation groove in a thick portion of a field oxide film without deteriorating the flatness of a substrate surface. It is an object of the present invention to prevent a large size and crystal defects from occurring.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、シリコン基板の主面に、部分的に肉厚となっ
たフィールド酸化膜、シリコン窒化膜又は多結晶シリコ
ン膜、及びマスクとしてのシリコン酸化膜を順に形成す
る工程と、該フィールド酸化膜の肉厚範囲において、該
フィールド酸化膜、該シリコン窒化膜又は該多結晶シリ
コン膜、及び該シリコン酸化膜を選択エッチングして開
口を形成する工程と、該開口から上記シリコン基板をエ
ッチングして分離溝を形成する工程と、該分離溝の内壁
面に絶縁被膜を形成する工程と、上記分離溝内に多結晶
シリコンを充填する工程と、上記シリコン酸化膜上に堆
積された多結晶シリコンを、上記分離溝内の多結晶シリ
コンの上端が上記シリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜
の上端より上になるようにエッチング制御しながらエッ
チングバックする工程と、上記第2シリコン酸化膜を、
上記分離溝内の多結晶シリコンと上記シリコン窒化膜又
は多結晶シリコン膜とを上記フィールド酸化膜及び上記
絶縁被膜に対するエッチングストッパ部としながらエッ
チング除去する工程とを具備することを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a partially thickened field oxide film, silicon nitride film or polycrystalline silicon film and a mask are formed on a main surface of a silicon substrate. Forming a silicon oxide film in sequence, and selectively forming an opening by selectively etching the field oxide film, the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film, and the silicon oxide film in the thickness range of the field oxide film. Forming a separation groove by etching the silicon substrate from the opening; forming an insulating film on the inner wall surface of the separation groove; and filling the separation groove with polycrystalline silicon. The polycrystalline silicon deposited on the silicon oxide film, the upper end of the polycrystalline silicon in the isolation trench being higher than the upper end of the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film. And etching back with an etching control as, the second silicon oxide film,
Etching the polycrystalline silicon in the isolation trench and the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film as an etching stopper for the field oxide film and the insulating film.

【0010】[0010]

【作用】本発明の半導体装置の製造方法では、シリコン
基板の主面に、部分的に肉厚となったフィールド酸化
膜、シリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜、及びシリコ
ン酸化膜を順に形成するとともに、多結晶シリコンをエ
ッチングバックする際に分離溝内の多結晶シリコンの上
端が上記シリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜の上端よ
り上になるようにエッチング制御する。このため、マス
クとしてのシリコン酸化膜をエッチング除去する際、分
離溝内の多結晶シリコンとシリコン窒化膜又は多結晶シ
リコン膜とが、前記フィールド酸化膜及び前記絶縁被膜
に対するエッチングストッパ部として作用するので、フ
ィールド酸化膜や絶縁被膜がエッチングされず、分離溝
部分の基板表面の平坦性を損なうことなくフィールド酸
化膜の厚肉範囲に分離溝を形成することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a partially thickened field oxide film, a silicon nitride film or a polycrystalline silicon film, and a silicon oxide film are sequentially formed on a main surface of a silicon substrate. When etching back the polycrystalline silicon, the etching is controlled so that the upper end of the polycrystalline silicon in the isolation trench is higher than the upper end of the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film. Therefore, when the silicon oxide film serving as a mask is removed by etching, the polycrystalline silicon and the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film in the isolation trench act as an etching stopper for the field oxide film and the insulating film. In addition, the field oxide film and the insulating film are not etched, and the isolation groove can be formed in the thick region of the field oxide film without impairing the flatness of the substrate surface in the isolation groove portion.

【0011】また、上記のようにフィールド酸化膜の厚
肉範囲に分離溝を形成するとともに、エッチングバック
された多結晶シリコンの上端はシリコン基板の上端より
も上に位置するので、該多結晶シリコンが酸化される際
に、フィールド酸化膜の薄肉範囲に分離溝を形成する従
来の方法のように縦バーズビークによりシリコン基板に
応力が発生して結晶欠陥が発生することがない。またフ
ィールド酸化膜の薄肉範囲に分離溝を形成する従来の方
法のように、マスクの合わせずれを見込んで半導体装置
のサイズを大きくする必要がない。
In addition, since the isolation trench is formed in the thick region of the field oxide film as described above, the upper end of the etched back polysilicon is located higher than the upper end of the silicon substrate. When the silicon oxide is oxidized, stress does not occur in the silicon substrate due to the vertical bird's beak as in the conventional method of forming an isolation groove in a thin region of the field oxide film, and no crystal defect occurs. Further, unlike the conventional method of forming an isolation groove in a thin region of a field oxide film, it is not necessary to increase the size of a semiconductor device in consideration of misalignment of a mask.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づき説明す
る。 (第1実施例)P- 型の第1シリコン基板1の一方の主
面に鏡面研磨を施した後、熱酸化を施し所定の膜厚の絶
縁膜2を形成した。そして、この第1シリコン基板1の
絶縁膜2側に、鏡面研磨された主面を有する第2シリコ
ン基板3を十分に清浄な雰囲気下で密着、加熱して、そ
れぞれのシリコン基板1、3で絶縁膜2を挟むように一
体に接合した。これにより、第1シリコン基板1上に絶
縁膜2を介して第2シリコン基板3を接合して構成され
たSOI基板を作製した(図1参照)。なお、図1中、
4は接合を施す前に第2のN- 型シリコン基板表面より
ドーピングすることにより形成したN型の高濃度不純物
(Sb)層である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) After mirror-polishing one main surface of a P - type first silicon substrate 1, thermal oxidation was performed to form an insulating film 2 having a predetermined thickness. Then, a second silicon substrate 3 having a mirror-polished main surface is brought into close contact with the insulating film 2 side of the first silicon substrate 1 in a sufficiently clean atmosphere and heated, so that the respective silicon substrates 1, 3 They were integrally joined so as to sandwich the insulating film 2. Thus, an SOI substrate constituted by joining the second silicon substrate 3 on the first silicon substrate 1 via the insulating film 2 was produced (see FIG. 1). In FIG. 1,
Reference numeral 4 denotes an N-type high-concentration impurity (Sb) layer formed by doping from the surface of the second N - type silicon substrate before bonding.

【0013】そして、一連の酸化、フォトリソグラフ
ィ、不純物拡散工程により、Pウエル領域5、Nウエル
領域6、ディープN+ 領域7を第2シリコン基板3に形
成した(図2参照)。なお、この間第2シリコン基板3
の表面の酸化膜の成長及び除去は自由に行なえる。この
後、第2シリコン基板3の表面に、フィールド酸化膜8
をLOCOS(Local Oxidation of
Silicon)法により形成した(図3参照)。な
お、LOCOS法は所定部位に酸化抑制膜としてのSi
3 4 膜を形成した後、該Si3 4 膜が形成されてい
ない部位を熱酸化などにより酸化するもので、図3はL
OCOS法による酸化後、Si3 4 膜をH3 PO4
より除去した後の図である。
Then, a P-well region 5, an N-well region 6, and a deep N + region 7 were formed on the second silicon substrate 3 by a series of oxidation, photolithography, and impurity diffusion steps (see FIG. 2). During this time, the second silicon substrate 3
The growth and removal of the oxide film on the surface can be performed freely. Thereafter, a field oxide film 8 is formed on the surface of the second silicon substrate 3.
To LOCOS (Local Oxidation of
(See FIG. 3). In the LOCOS method, a predetermined portion of Si is used as an oxidation suppressing film.
After the formation of the 3 N 4 film, a portion where the Si 3 N 4 film is not formed is oxidized by thermal oxidation or the like.
FIG. 3 is a view after removing the Si 3 N 4 film by H 3 PO 4 after oxidation by the OCOS method.

【0014】次に本発明のシリコン窒化膜をなすSi3
4 膜9及び本発明のマスクとしてのシリコン酸化膜を
なすCVD−SiO2膜10を堆積させ、1000℃の
アニール処理を行なって、CVD−SiO2 膜10を緻
密化した。続いて、上記フィールド酸化膜8の厚肉範囲
において、フォトリソグラフィ処理及びエッチングガス
としてCF4 ,CHF3 系ガスを用いたR.I.E(R
eactive Ion Etching)処理を施
し、CVD−SiO2 膜10の表面に形成されたレジス
ト膜をマスクとして、フィールド酸化膜8、Si3 4
膜9及びCVD−SiO2 膜10を第2シリコン基板3
の表面に達するまで選択的にエッチングして開口11を
形成した(図4参照)。
Next, Si 3 forming the silicon nitride film of the present invention
An N 4 film 9 and a CVD-SiO 2 film 10 serving as a silicon oxide film as a mask of the present invention were deposited and annealed at 1000 ° C. to densify the CVD-SiO 2 film 10. Subsequently, the thick range of the field oxide film 8, using CF 4, CHF 3 series gas as photolithography and etching gas R. I. E (R
active ion etching), and using the resist film formed on the surface of the CVD-SiO 2 film 10 as a mask, the field oxide film 8 and the Si 3 N 4
The film 9 and the CVD-SiO 2 film 10 are transferred to the second silicon substrate 3
The opening 11 was formed by selective etching until the surface 11 reached (see FIG. 4).

【0015】上記レジスト膜除去後、CVD−SiO2
膜10をマスクにしエッチングガスとしてHBr系ガス
を用いたR.I.E処理により第2シリコン基板3を選
択的にエッチングし、絶縁膜2に達する分離溝12を形
成した(図5参照)。次に、分離溝12の内壁面にC.
D.E処理を施した。このC.D.E処理は、RF放電
型のプラズマエッチング装置を用い、原料ガス:C
4 ,O2 ,N2 、周波数:13.56MHz、エッチ
ング速度:1500Å/minの条件で行った。これに
より、分離溝12の内壁面を約1500Åエッチングし
た。
After the removal of the resist film, CVD-SiO 2
Using the film 10 as a mask, an R.V. I. The second silicon substrate 3 was selectively etched by the E process to form a separation groove 12 reaching the insulating film 2 (see FIG. 5). Next, C.I.
D. E treatment was performed. This C. D. In the E treatment, an RF discharge type plasma etching apparatus was used, and a raw material gas: C was used.
The etching was performed under the conditions of F 4 , O 2 , N 2 , frequency: 13.56 MHz, and etching rate: 1500 ° / min. Thus, the inner wall surface of the separation groove 12 was etched at about 1500 °.

【0016】次に、C.D.E処理した分離溝12の内
壁面をアニール処理した。このアニール処理は、N2
囲気下で、1000℃の温度で30分加熱することによ
り行った。次いで、分離溝12の内壁面に熱酸化により
絶縁被膜13を形成した後、多結晶シリコン14をLP
−CVD法により分離溝12及びCVD−SiO2 膜1
0上に堆積させて、分離溝12に多結晶シリコン14を
充填した(図6参照)。
Next, C.I. D. The inner wall surface of the E-treated separation groove 12 was annealed. This annealing treatment was performed by heating at a temperature of 1000 ° C. for 30 minutes in an N 2 atmosphere. Next, after an insulating film 13 is formed on the inner wall surface of the separation groove 12 by thermal oxidation, the polycrystalline silicon 14 is
Separated by -CVD method groove 12 and the CVD-SiO 2 film 1
Then, polycrystalline silicon 14 was filled in the isolation trench 12 (see FIG. 6).

【0017】次に、ドライエッチング処理により、CV
D−SiO2 膜10の上に堆積した多結晶シリコン14
をエッチングバック(1回目)した(図7参照)。この
時、分離溝12内に残る多結晶シリコン14の上端はS
3 4 膜9より上になるようエッチングをストップさ
せた。次に、フッ素溶液によるウェットエッチング処理
によりCVD−SiO2 膜10をエッチング除去した
(図8参照)。この時、Si3 4 膜9と、このSi3
4 膜9より上に上端がくるように残した多結晶シリコ
ン14とがエッチングストッパ部となり、フィールド酸
化膜8及び分離溝12の内壁面に形成された絶縁被膜1
3は、エッチングされなかった。
Next, CV is performed by dry etching.
Polycrystalline silicon 14 deposited on D-SiO 2 film 10
Was etched back (first time) (see FIG. 7). At this time, the upper end of the polycrystalline silicon 14 remaining in the separation groove 12 is S
The etching was stopped so as to be above the i 3 N 4 film 9. Next, the CVD-SiO 2 film 10 was etched away by wet etching using a fluorine solution (see FIG. 8). At this time, the the Si 3 N 4 film 9, the Si 3
The polycrystalline silicon 14 left so that the upper end is located above the N 4 film 9 becomes an etching stopper, and the insulating film 1 formed on the inner wall surfaces of the field oxide film 8 and the isolation trench 12
3 was not etched.

【0018】次に、ドライエッチング処理により、分離
溝12内に埋め込まれた多結晶シリコン14のSi3
4 膜9より上に突出している部分のエッチングバック
(2回目)を行なった(図9参照)。この時、次工程で
多結晶シリコン14の上側に後述する熱酸化膜15を形
成したときに、熱酸化膜15と周囲のフィールド酸化膜
8とが同一高さとなるように、多結晶シリコン14の上
端はフィールド酸化膜8の上端から0.3μm程度下側
になるよう制御するのが望ましい。
Next, the Si 3 N of the polycrystalline silicon 14 buried in the isolation trench 12 by dry etching.
4 An etching back (second time) of a portion projecting above the film 9 was performed (see FIG. 9). At this time, when a thermal oxide film 15 described later is formed on the polycrystalline silicon 14 in the next step, the polycrystalline silicon 14 is formed so that the thermal oxide film 15 and the surrounding field oxide film 8 are at the same height. It is desirable to control the upper end to be about 0.3 μm below the upper end of the field oxide film 8.

【0019】次に、分離溝12内に埋め込まれた多結晶
シリコン14の上部に熱酸化により酸化膜15を形成し
た後(図10参照)、Si3 4膜9をエッチング除去
した(図11参照)。図11からも明らかなように、分
離溝12部分は段差が形成されず、平坦な形状を有して
いる。次に、薄いゲート酸化膜を形成し、LP−CVD
処理、フォトリソグラフィおよびエッチング処理を施す
ことにより多結晶シリコン配線(ゲート電極)16を形
成し、選択ドーピングによりP+ 拡散層17、N+ 拡散
層18を形成する(図12参照)。この間、フィールド
酸化膜8のエッチングは0.2μm程度であり、前記分
離溝12部分の平坦性は損なわれない。
Next, after an oxide film 15 is formed on the polycrystalline silicon 14 buried in the isolation trench 12 by thermal oxidation (see FIG. 10), the Si 3 N 4 film 9 is removed by etching (FIG. 11). reference). As is clear from FIG. 11, no step is formed in the separation groove 12, and the separation groove 12 has a flat shape. Next, a thin gate oxide film is formed and LP-CVD
A polycrystalline silicon wiring (gate electrode) 16 is formed by performing processing, photolithography, and etching, and a P + diffusion layer 17 and an N + diffusion layer 18 are formed by selective doping (see FIG. 12). During this time, the etching of the field oxide film 8 is about 0.2 μm, and the flatness of the isolation groove 12 is not impaired.

【0020】続いて層間絶縁膜(酸化膜)19を堆積
し、必要な部分にコンタクトホールを形成し、Al配線
20、保護膜(酸化膜)21を形成して、半導体装置を
製造した(図13参照)。このように、本実施例の製造
方法によれば、分離溝12部分の段差は形成されず、平
坦な形状が得られるので、ポリシリコン配線16、Al
配線20の段切れ、ショートが発生することのない半導
体装置を製造することができる。
Subsequently, an interlayer insulating film (oxide film) 19 is deposited, a contact hole is formed in a necessary portion, an Al wiring 20 and a protective film (oxide film) 21 are formed, thereby manufacturing a semiconductor device (FIG. 13). As described above, according to the manufacturing method of this embodiment, no step is formed in the isolation groove 12 and a flat shape is obtained.
It is possible to manufacture a semiconductor device in which disconnection or short circuit of the wiring 20 does not occur.

【0021】また、上記のようにフィールド酸化膜8の
厚肉範囲に分離溝を形成するとともに、2回目のエッチ
ングバックされた多結晶シリコン14の上端は第2シリ
コン基板3の上端よりも上に位置する(図9参照)の
で、該多結晶シリコン14が酸化される際に、フィール
ド酸化膜8の薄肉範囲に分離溝を形成する従来の方法の
ように縦バーズビークにより第2シリコン基板3に応力
が発生して結晶欠陥が発生することがない。したがっ
て、結晶欠陥に起因して発生する電流漏れを防ぐことが
できる。さらに、フィールド酸化膜8の薄肉範囲に分離
溝を形成する従来の方法のように、マスクの合わせずれ
を見込んで、半導体装置のサイズを大きくする必要がな
く、半導体装置の小型化を図ることができる。
Further, as described above, the separation groove is formed in the thick range of the field oxide film 8 and the upper end of the second etched back polycrystalline silicon 14 is higher than the upper end of the second silicon substrate 3. As shown in FIG. 9, when the polycrystalline silicon 14 is oxidized, stress is applied to the second silicon substrate 3 by vertical bird's beak as in the conventional method of forming an isolation groove in a thin area of the field oxide film 8. Does not occur and crystal defects do not occur. Therefore, current leakage caused by crystal defects can be prevented. Further, unlike the conventional method of forming an isolation groove in the thin region of the field oxide film 8, it is not necessary to increase the size of the semiconductor device in anticipation of misalignment of the mask, and the size of the semiconductor device can be reduced. it can.

【0022】さらに、上記実施例では、分離溝12の内
壁面にC.D.E処理及びアニール処理を施している。
このため、分離溝12の形成時に分離溝12の内壁面な
どに発生したダメージ層をC.D.E処理で十分に又は
完全に除去し、その後のアニール処理により、C.D.
E処理で除去しきれなかったダメージ層やC.D.E処
理で新たに発生したダメージ層を回復でき、分離溝12
の内壁面などの結晶欠陥を解消することが可能となる。
Further, in the above embodiment, C.I. D. E treatment and annealing treatment are performed.
For this reason, the damage layer generated on the inner wall surface of the separation groove 12 during the formation of the separation groove 12 is formed by C.I. D. E is sufficiently or completely removed by the E treatment, and the C.E. D.
E layer and the damaged layer that could not be removed by the E treatment. D. The damage layer newly generated by the E treatment can be recovered, and the separation groove 12
It is possible to eliminate crystal defects such as the inner wall surface of the substrate.

【0023】なお、上記実施例では本発明をSOI基板
に適用する例について示したが、単なるシリコン基板に
も本発明を適用することができる。また上記実施例で
は、マスクとしてのシリコン酸化膜としてCVD−Si
2 膜を形成したが、CVD−SiO2 膜の代わりにP
SG膜(Phospho Silicate Glas
s)を形成してもよい。
In the above embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to an SOI substrate. However, the present invention can be applied to a simple silicon substrate. Further, in the above embodiment, CVD-Si is used as a silicon oxide film as a mask.
An O 2 film was formed, but instead of a CVD-SiO 2 film, P
SG film (Phospho Silicate Glass)
s) may be formed.

【0024】さらに上記実施例では、ドライエッチング
処理により多結晶シリコン14のエッチングバックを行
ったが、研磨技術により行ってもよい。 (第2実施例)上記第1実施例のSi3 4 膜9の代わ
りに多結晶シリコン膜9’を用いた第2実施例を以下説
明する。
Further, in the above embodiment, the etching back of the polycrystalline silicon 14 is performed by the dry etching process, but it may be performed by a polishing technique. (Second Embodiment) A second embodiment using a polycrystalline silicon film 9 'instead of the Si 3 N 4 film 9 of the first embodiment will be described below.

【0025】上述の図1から図3に示す工程を経た後、
本実施例ではLPーCVDにより多結晶シリコン膜
9’、CVDによりSiO2 膜10を堆積し、上述の図
4に示す工程と同様に、1000℃のアニール処理を行
い、SiO2 膜10を緻密化する。続いて、レジストを
堆積し、フォトリソグラフィ処理を施してレジストパタ
−ンを形成し、エッチングガスとしてCF4,CHF3
系ガスを用いたR.I.E処理によりSiO2 膜10、
多結晶シリコン膜9’及びフィールド酸化膜8に開口1
1を形成し、基板表面にSi3 4 膜22を堆積する
(図14参照)。そして、異方性R.I.E処理を施
し、開口11の側壁にのみSi3 4 膜22を残す(図
15参照)。このSi3 4膜22は後工程において分
離溝12内壁に熱酸化による絶縁被膜13形成時に、開
口11内に露出する多結晶シリコン膜9’が同時に酸化
されないようにするものである。
After going through the steps shown in FIGS. 1 to 3 described above,
Polycrystalline silicon film 9 'by LP over CVD in this embodiment, SiO 2 is deposited film 10 by CVD, similarly to the step shown in FIG. 4 described above, an annealing process 1000 ° C., densify the SiO 2 film 10 Become Subsequently, a resist is deposited, photolithography is performed to form a resist pattern, and CF 4 , CHF 3 is used as an etching gas.
R. using a base gas I. E treatment, SiO 2 film 10,
Opening 1 in polycrystalline silicon film 9 'and field oxide film 8
1 is formed, and a Si 3 N 4 film 22 is deposited on the substrate surface (see FIG. 14). And anisotropic R.I. I. E treatment is performed to leave the Si 3 N 4 film 22 only on the side wall of the opening 11 (see FIG. 15). The Si 3 N 4 film 22 prevents the polycrystalline silicon film 9 ′ exposed in the opening 11 from being simultaneously oxidized when the insulating film 13 is formed on the inner wall of the isolation groove 12 by thermal oxidation in a later step.

【0026】次に、SiO2 膜10をマスクとしてエッ
チングガスとしてHBr系ガスを用いたR.I.E処理
を施し、第2のシリコン基板3を選択的にエッチング
し、絶縁膜2まで達する分離溝12を形成する。続い
て、分離溝12の内壁面に前記第1実施例と同様に、
C.D.E処理、アニール処理を順に施す。そして、分
離溝12の内壁面を熱酸化して絶縁被膜13を形成し、
その後H3 PO4 液により開口11の壁面を被覆してい
たSi3 4 膜22を除去する(図16参照)。上述の
ようにこの絶縁被膜13形成時において、開口11には
Si3 4 膜22により多結晶シリコン膜9’は露出し
ておらず、酸化されることはない。ここで、多結晶シリ
コン膜9’が酸化されているとすると、後工程において
SiO2 膜10をエッチング除去する際に、多結晶シリ
コン膜9’の酸化部分も同時にエッチャントによりエッ
チングされてしまうことになり、分離溝12部分におい
て段差の生じる原因となってしまう。
Next, using the SiO 2 film 10 as a mask, an R.B. I. E treatment is performed, and the second silicon substrate 3 is selectively etched to form a separation groove 12 reaching the insulating film 2. Subsequently, on the inner wall surface of the separation groove 12, as in the first embodiment,
C. D. An E process and an annealing process are sequentially performed. Then, the inner wall surface of the separation groove 12 is thermally oxidized to form an insulating film 13,
Thereafter, the Si 3 N 4 film 22 covering the wall of the opening 11 is removed with an H 3 PO 4 solution (see FIG. 16). As described above, when the insulating film 13 is formed, the polycrystalline silicon film 9 ′ is not exposed to the opening 11 by the Si 3 N 4 film 22 and is not oxidized. Here, 'when is that oxidized, when the SiO 2 film 10 is etched away in a subsequent step, the polycrystalline silicon film 9' polycrystalline silicon film 9 to the oxidation portion of the is also etched by the etchant simultaneously This causes a step in the separation groove 12.

【0027】次いで、上述の図6に示す工程と同様に、
多結晶シリコン14を堆積後(図17参照)、上述の図
7から図13に示す工程と同様の工程を経て、図13に
示すBiーCMOS半導体装置が製造される。なお、本
実施例においては、多結晶シリコン膜9’と分離溝12
内に充填した多結晶シリコン14とが、SiO2 膜10
除去時のエッチングストッパとして作用し、多結晶シリ
コン膜9’下層のフィールド酸化膜8、絶縁被膜13が
同時にエッチングされてしまうことは防止される。ま
た、上述したように多結晶シリコン膜9’にも酸化部分
が存在しないため、そこから下層へエッチングが進行す
ることもない。
Next, as in the step shown in FIG.
After depositing the polycrystalline silicon 14 (see FIG. 17), the Bi-CMOS semiconductor device shown in FIG. 13 is manufactured through the same steps as those shown in FIGS. 7 to 13 described above. In this embodiment, the polycrystalline silicon film 9 'and the isolation
The polycrystalline silicon 14 filled in the inside is the SiO 2 film 10
It functions as an etching stopper at the time of removal, and prevents the field oxide film 8 and the insulating film 13 under the polycrystalline silicon film 9 'from being simultaneously etched. Further, as described above, since the oxidized portion does not exist also in the polycrystalline silicon film 9 ′, the etching does not proceed to a lower layer therefrom.

【0028】さらには、本第2実施例においては、多結
晶シリコン膜14の2回目のエッチングバックと同時に
多結晶シリコン膜9’を除去することができる。
Further, in the second embodiment, the polycrystalline silicon film 9 'can be removed simultaneously with the second etching back of the polycrystalline silicon film 14.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳述したように本発明の半導体装置
の製造方法は、シリコン基板の平坦性を損なうことなく
フィールド酸化膜の厚肉範囲に分離溝を形成することが
可能となった。したがって、マスクの合わせずれを見込
む必要がなく、かつシリコン基板の結晶欠陥の発生も抑
制されるので、多結晶シリコン配線及びAl配線の断切
れ、ショートがなく、かつ不要に大型化することのない
半導体装置を製造することが可能となる。
As described above in detail, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to form an isolation groove in a thick range of a field oxide film without impairing the flatness of a silicon substrate. Therefore, there is no need to anticipate misalignment of the mask and the occurrence of crystal defects in the silicon substrate is suppressed, so that there is no breakage or short circuit of the polycrystalline silicon wiring and Al wiring, and there is no unnecessary enlargement. A semiconductor device can be manufactured.

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

【図1】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor device of a first embodiment.

【図2】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 2 is a process chart showing a method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図3】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 3 is a process chart showing a method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図4】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 4 is a process chart showing a method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図5】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 5 is a process chart showing a method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図6】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 6 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図7】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 7 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図8】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 8 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図9】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程
図である。
FIG. 9 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図10】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 10 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図11】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 11 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図12】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 12 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図13】第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 13 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.

【図14】第2実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 14 is a process chart illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of a second embodiment.

【図15】第2実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 15 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

【図16】第2実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 16 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

【図17】第2実施例の半導体装置の製造方法を示す工
程図である。
FIG. 17 is a process chart showing the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment.

【図18】従来の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
FIG. 18 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図19】従来の半導体装置の製造方法を示す工程図で
ある。
FIG. 19 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1は第1シリコン基板、2は絶縁膜、3は第2シリコン
基板、8はフィールド酸化膜、9はシリコン窒化膜をな
すSi3 4 膜、9’は多結晶シリコン膜、10はマス
クとしてのシリコン酸化膜をなすCVD−SiO2 膜、
11は開口、12は分離溝、13は絶縁被膜、14は多
結晶シリコンである。
1 is a first silicon substrate, 2 is an insulating film, 3 is a second silicon substrate, 8 is a field oxide film, 9 is a Si 3 N 4 film forming a silicon nitride film, 9 ′ is a polycrystalline silicon film, and 10 is a mask. A CVD-SiO 2 film forming a silicon oxide film of
Reference numeral 11 denotes an opening, 12 denotes a separation groove, 13 denotes an insulating film, and 14 denotes polycrystalline silicon.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−175651(JP,A) 特開 平3−76140(JP,A) 特開 昭63−307756(JP,A) 特開 昭60−753(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/70 - 21/74 H01L 21/76 - 21/765 H01L 21/77 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-1755651 (JP, A) JP-A-3-76140 (JP, A) JP-A-63-307756 (JP, A) JP-A-60-1985 753 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/70-21/74 H01L 21/76-21/765 H01L 21/77

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板の主面に、部分的に肉厚と
なったフィールド酸化膜、シリコン窒化膜又は多結晶シ
リコン膜、及びマスクとしてのシリコン酸化膜を順に形
成する工程と、 該フィールド酸化膜の肉厚範囲において、該フィールド
酸化膜、該シリコン窒化膜又は該多結晶シリコン膜、及
び該シリコン酸化膜を選択エッチングして開口を形成す
る工程と、 該開口から上記シリコン基板をエッチングして分離溝を
形成する工程と、 該分離溝の内壁面に絶縁被膜を形成する工程と、 上記分離溝内に多結晶シリコンを充填する工程と、 上記シリコン酸化膜上に堆積された多結晶シリコンを、
上記分離溝内の多結晶シリコンの上端が上記シリコン窒
化膜又は多結晶シリコン膜の上端より上になるようにエ
ッチング制御しながらエッチングバックする工程と、 上記第2シリコン酸化膜を、上記分離溝内の多結晶シリ
コンと上記シリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜とを上
記フィールド酸化膜及び上記絶縁被膜に対するエッチン
グストッパ部としながらエッチング除去する工程とを具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of sequentially forming a partially thickened field oxide film, a silicon nitride film or a polycrystalline silicon film, and a silicon oxide film as a mask on a main surface of a silicon substrate; A step of selectively etching the field oxide film, the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film, and the silicon oxide film to form an opening in a thickness range of the film, and etching the silicon substrate from the opening. A step of forming an isolation groove; a step of forming an insulating film on the inner wall surface of the isolation groove; a step of filling the isolation groove with polycrystalline silicon; and a step of depositing the polycrystalline silicon deposited on the silicon oxide film. ,
Etching back while controlling the etching so that the upper end of the polycrystalline silicon in the isolation groove is higher than the upper end of the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film; And removing the polycrystalline silicon and the silicon nitride film or the polycrystalline silicon film as etching stopper portions for the field oxide film and the insulating film.
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