JP3311486B2 - 集積回路平坦化方法 - Google Patents
集積回路平坦化方法Info
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
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Description
る溝埋め込み型素子間分離工程、多層配線工程等に含ま
れる集積回路平坦化方法に関するものである。
子間分離工程や急峻な段差を有する配線を高密度で配置
する多層配線工程では、工程途中で生じた表面の高低差
を低減する方法すなわち集積回路平坦化方法が重要な役
割をはたしている。特に、研磨を利用した集積回路平坦
化方法は、広い範囲に亙って(グローバルに)平坦化で
きること、工程が簡略であること等の理由により近年注
目を集めている。
化方法の説明図である。まず、図7(a)に示すように、
平坦化すべき凹凸のある基板1の上に、凹凸の段差より
厚い埋め込み膜3を堆積する。つぎに、図7(b)に示す
ように、公知の方法で研磨を行ない、埋め込み膜3が基
板1の凹部に埋め込まれた構造を形成する。
7(b)に示すように、基板1の凹凸を軽減はできるもの
の、完全には平坦化することができず、基板1の凹凸を
反映した凹凸が研磨後の表面にも残ってしまう。例え、
独立気泡構造ポリウレタンからなる硬い研磨布を用いる
等の工夫を行なったとしても、1000μm以上の広い
範囲に亙って平坦化することはできない。
うな改良された集積回路平坦化方法(例えば、エス キ
シイ(S. Kishii)他、1993年国際固体素子材料コ
ンファレンス予稿集189〜191頁)が提案されてい
る。この集積回路平坦化方法では、まず図8(a)に示す
ように、平坦化すべき凹凸のある基板1上に、凹凸の段
差より厚い埋め込み膜3を堆積し、埋め込み膜3の上層
に埋め込み膜3より研磨速度の低い低研磨速度膜4を薄
く堆積する。つぎに、図8(b)に示すように、凸部の膜
は凹部の膜より速く研磨される性質を利用して、凸部の
低研磨速度膜4を選択的に研磨除去する。つぎに、図8
(c)に示すように、その後研磨を継続すると、埋め込み
膜3は研磨速度が低研磨速度膜4より高く、しかも露出
した埋め込み膜3は凸状に突出しているため、露出した
埋め込み膜3は選択的に研磨除去され、表面が平坦化さ
れる。その際、基板1の凹部に埋め込まれた埋め込み膜
3の平坦な表面は低研磨速度膜4に保護されているた
め、平坦な状態が保たれる。
を停止させる時点を適正に選べば、幅5000μmの範
囲でも平坦化することができる。
うな集積回路平坦化方法においては、図8(c)に示した
状態を過ぎて研磨が進行すると、基板1の凹部上の平坦
面は低研磨速度膜4に保護されて略平坦に保たれるが、
基板1の凸部上の埋め込み膜3は低研磨速度膜4より速
く研磨されるため、図8(d)に示すように、中央部が窪
んだ形状となり、全体の平坦性が失われる結果になりや
すい。このため、研磨速度の変動や埋め込み膜3、低研
磨速度膜4の厚さの変動により、最終的に得られる平坦
性が影響を受ける。また、研磨の初期から埋め込み膜3
の研磨速度が低研磨速度膜4の研磨速度より大きい研磨
条件で研磨するため、図8(b)の状態に達した後で凸部
の埋め込み膜3が急速に研磨されることになる。このた
め、研磨速度のウエハ面内分布や低研磨速度膜4の厚さ
のウエハ面内分布のバラツキにより、図8(b)に示した
状態に達する時刻がウエハ面内で変動するから、凸部に
残る埋め込み膜3の厚さが非常に大きく変動するので、
最終的に得られる平坦性が影響を受ける。
されたもので、研磨速度の変動や埋め込み膜、低研磨速
度膜の膜厚の変動があったとしても、平坦性を保つこと
ができる集積回路平坦化方法、研磨速度のウエハ面内分
布や低研磨速度膜の厚さのウエハ面内分布にバラツキが
あったとしても、平坦性を保つことができる集積回路平
坦化方法を提供することを目的とする。
め、この発明においては、 凹部と凸部とを有する基板表
面に研磨停止膜を形成する工程と、前記研磨停止膜上
に、第1の研磨条件下で、前記研磨停止膜より研磨速度
が速いか、或は前記研磨停止膜に比較して研磨の摩擦係
数が異なる埋め込み膜を、前記凹部の前記埋め込み膜の
表面位置が前記凸部の前記研磨停止膜の表面位置より低
くなる膜厚で形成する工程と、前記埋め込み膜上に、前
記第1の研磨条件下では前記埋め込み膜より研磨速度が
低い低研磨速度膜を、前記凸部の前記研磨停止膜の表面
位置と前記凹部の前記低研磨速度膜の表面位置とが略等
しい高さになる膜厚で堆積する工程と、前記第1の研磨
条件とは異なった研磨剤を用いることにより、前記低研
磨速度膜の前記埋め込み膜に対する相対研磨速度を前記
第1の研磨条件下の場合に比較して大きくした第2の研
磨条件下で、前記凸部の前記低研磨速度膜を、前記凸部
の前記埋め込み膜が露出するまで研磨除去する工程と、
前記埋め込み膜の研磨速度が前記研磨停止膜の研磨速度
より速いか、或は前記埋め込み膜の研磨の摩擦係数が前
記研磨停止膜の研磨の摩擦係数に比較して異なる前記第
1の研磨条件下で、前記凸部の前記埋め込み膜を、前記
凸部の前記研磨停止膜が露出するまで研磨除去する工程
とを行なう。
る工程と、前記研磨停止膜および前記基板を選択的にエ
ッチングすることにより凹部を形成し、上面に前記研磨
停止膜が存在する凸部を残存させる工程と、前記基板上
に、第1の研磨条件下で、前記研磨停止膜より研磨速度
が速いか、或は前記研磨停止膜に比較して研磨の摩擦係
数が異なる埋め込み膜を、前記凹部の前記埋め込み膜の
表面位置が前記凸部の前記研磨停止膜の表面位置より低
くなる膜厚で形成する工程と、前記埋め込み膜上に、前
記第1の研磨条件下では前記埋め込み膜より研磨速度が
低い低研磨速度膜を、前記凸部の前記研磨停止膜の表面
位置と前記凹部の前記低研磨速度膜の表面位置とが略等
しい高さになる膜厚で堆積する工程と、前記第1の研磨
条件とは異なった研磨剤を用いることにより、前記低研
磨速度膜の前記埋め込み膜に対する相対研磨速度を前記
第1の研磨条件下の場合に比較して大きくした第2の研
磨条件下で、前記凸部の前記低研磨速度膜を、前記凸部
の前記埋め込み膜が露出するまで研磨除去する工程と、
前記埋め込み膜の研磨速度が前記研磨停止膜の研磨速度
より速いか、或は前記埋め込み膜の研磨の摩擦係数が前
記研磨停止膜の研磨の摩擦係数に比較して異なる前記第
1の研磨条件下で、前記凸部の前記埋め込み膜を、前記
凸部の前記研磨停止膜が露出するまで研磨除去する工程
とを行なう。
る平坦化の最終段階において、基板の凸部上の研磨停止
膜表面が露出し、凹部の埋め込み膜上の低研磨速度膜表
面と略同一平面上に並ぶ。このため、研磨停止膜が研磨
速度が埋め込み膜の研磨速度より低い性質を有する場合
には、研磨が上記平面で停止するから、研磨時間が長引
いても研磨は進行しない。また、研磨停止膜の摩擦係数
が埋め込み膜の摩擦係数と異なる場合には、研磨停止膜
が露出し平坦化が終了した時点で、被研磨ウエハを回転
させるモータや研磨布の付いた定盤を回転させるモータ
の駆動トルクが変化するため、この変化を検出して過分
の研磨を行なうことなく研磨を停止できる。
速度膜を、凸部の埋め込み膜が露出するまで研磨除去
し、第1の研磨条件下で、凸部の埋め込み膜を、凸部の
研磨停止膜が露出するまで研磨除去したときには、埋め
込み膜と低研磨速度膜との研磨速度比が大きくない研磨
条件で凸部の低研磨速度膜を除去することができるか
ら、研磨速度のウエハ面内分布や低研磨速度膜の厚さの
ウエハ面内分布にバラツキがあったとしても、凸部の埋
め込み膜が露出するまでの時間がウエハ面内で変動する
ことがないので、凸部に残る埋め込み膜の厚さが大きく
変動することがない。
説明図である。まず、図1(a)に示すように、平坦化す
べき凹凸のある基板1の表面全体に、研磨停止膜2、埋
め込み膜3、低研磨速度膜4を順次堆積する。この場
合、埋め込み膜3は凹部の埋め込み膜3の表面位置が凸
部の研磨停止膜2の表面位置より低くなる膜厚で形成
し、低研磨速度膜4は凸部の研磨停止膜2の表面位置と
凹部の低研磨速度膜4の表面位置とが略等しい高さにな
る膜厚で堆積する。また、研磨停止膜2としては、後の
研磨工程で埋め込み膜3が除去されて研磨停止膜2が露
出したときに研磨が停止するように、埋め込み膜3と比
較して研磨速度が低い膜を選ぶか、研磨停止膜2が露出
したことが容易に検出できるように、埋め込み膜3と比
較して研磨係数の異なった膜を選ぶ。
法)で堆積した酸化シリコン膜(SiO2)、多結晶シ
リコン膜(ポリSi)、窒化シリコン膜(SiN)、ボ
ロン・リン添加酸化シリコン膜(BPSG)の研磨速度
と摩擦係数を、2種類の研磨剤(アンモニア添加ヒュー
ムド・シリカとアミン添加コロイダル・シリカ)で研磨
した場合について示したものである。
ムド・シリカを用い、研磨停止膜2として研磨速度が低
い膜を選ぶ場合には、研磨停止膜2と埋め込み膜3との
組合せとして、(SiN、SiO2)、(SiN、ポリ
Si)、(SiN、BPSG)、(SiO2、ポリS
i)、(SiO2、BPSG)、(ポリSi、BPS
G)等が考えられる。また、研磨剤にコロイダル・シリ
カを用い、研磨停止膜2として研磨速度が低い膜を選ぶ
場合には、研磨停止膜2と埋め込み膜3の組合せとし
て、(SiN、ポリSi)、(SiO2、ポリSi)等
が考えられる。研磨停止膜2として摩擦係数が異なる膜
を選ぶ場合には、研磨剤の種類に関わりなく、研磨停止
膜2と埋め込み膜3との組合せとして、(SiO2、ポ
リSi)、(SiN、ポリSi)、(ポリSi、SiO
2)、(ポリSi、SiN)等が考えられる。
基板1の凸部上の埋め込み膜3が研磨されている時に、
基板1の凹部に埋め込まれた埋め込み膜3の表面を覆っ
て研磨されぬよう保護する役目を果たすので、研磨速度
が低い必要がある。表1に従うと、研磨剤にフュームド
・シリカを用いた場合には、埋め込み膜3と低研磨速度
膜4との組合せとして、(BPSG、SiN)、(BP
SG、SiO2)、(BPSG、ポリSi)、(ポリS
i、SiN)、(ポリSi、SiO2)、(SiO2、S
iN)等が考えられる。また、研磨剤にコロイダル・シ
リカを用いた場合には、埋め込み膜3と低研磨速度膜4
との組合せとして、(ポリSi、SiN)、(ポリS
i、SiO2)等が考えられる。
や研磨剤は、上述のものに限定されることはなく、研磨
速度や研磨の摩擦係数が所定の条件を満足しておれば、
いかなる膜や研磨剤を用いてもよい。また、研磨に対す
る性質を基本的に変えない限り、研磨停止膜2等に多層
膜を用いてもよい。例えば、ポリSiやSiNの下層に
薄いSiO2を入れた多層膜も利用可能である。
は凹部の膜より速く研磨される性質を利用して、凸部の
低研磨速度膜4を選択的に研磨除去する。この際、埋め
込み膜3と低研磨速度膜4との研磨速度比が大きいと、
図1(b)の状態に達した後で凸部の埋め込み膜3が急速
に研磨され、基板1の凸部上に残る埋め込み膜3の厚さ
が非常に大きく変動するので、埋め込み膜3と低研磨速
度膜4との研磨速度比が小さい研磨条件で研磨すること
が望ましい。例えば、埋め込み膜3と低研磨速度膜4と
にそれぞれポリSiとSiO2とを用いる場合には、研
磨剤としてアミン添加コロイダル・シリカを用いるより
もアンモニア添加フュームド・シリカを用いる方がよ
い。
膜2、埋め込み膜3、低研磨速度膜4を選択した際に想
定した条件で研磨を行なう。この場合、露出した埋め込
み膜3は研磨速度が低研磨速度膜4より速く、しかも凸
状に突出しているため、選択的に研磨除去されて表面が
次第に平坦になる。さらに研磨を進めると、基板1の凸
部上の研磨停止膜2表面が露出し、基板1の凹部上の低
研磨速度膜4の表面と略同一平面上に並ぶ。この際、例
えば、埋め込み膜3と低研磨速度膜4とにそれぞれポリ
SiとSiO2とを用いる場合には、研磨剤としてアミ
ン添加コロイダル・シリカを用いると、埋め込み膜3と
低研磨速度膜4との研磨速度比を大きくすることができ
る。
による平坦化の最終段階において、基板1の凸部上の研
磨停止膜2の表面が露出し、凹部の埋め込み膜3上の低
研磨速度膜4の表面と略同一平面上に並ぶ。このため、
研磨停止膜2が研磨速度が埋め込み膜3の研磨速度より
低い性質を有する場合には、研磨が上記平面で停止する
から、研磨時間が長引いても研磨は進行しない。また、
研磨停止膜2の摩擦係数が埋め込み膜3の摩擦係数と異
なる場合には、研磨停止膜2が露出し平坦化が終了した
時点で、被研磨ウエハを回転させるモータや研磨布の付
いた定盤を回転させるモータの駆動トルクが変化するた
め、この変化を検出して過分の研磨を行なうことなく研
磨を停止できる。したがって、いずれの場合にも、研磨
速度の変動や埋め込み膜3、低研磨速度膜4の膜厚の変
動があったとしても、平坦性を保つことができる。ま
た、例えば、埋め込み膜3と低研磨速度膜4とにそれぞ
れポリSiとSiO2とを用いる場合に、凸部の低研磨
速度膜4を凸部の埋め込み膜3が露出するまで研磨除去
するときには研磨剤としてアンモニア添加フュームド・
シリカを用い、凸部の埋め込み膜3を凸部の研磨停止膜
2が露出するまで研磨除去するときには研磨剤としてア
ミン添加コロイダル・シリカを用いたときには、埋め込
み膜3と低研磨速度膜4との研磨速度比が大きくない研
磨条件で凸部の低研磨速度膜4を除去することができる
から、研磨速度のウエハ面内分布や低研磨速度膜4の厚
さのウエハ面内分布にバラツキがあったとしても、凸部
の埋め込み膜3が露出するまでの時間がウエハ面内で変
動することがないので、凸部に残る埋め込み膜3の厚さ
が大きく変動することがないため、平坦性を保つことが
できる。
方法の説明図である。まず、図2(a)に示すように、研
磨停止膜2を平坦な基板1の全面に堆積し、凸部を画定
するレジストパタン5を公知のリソグラフィー技術によ
り形成する。つぎに、図2(b)に示すように、レジスト
パタン5をマスクに研磨停止膜2と基板1とをエッチン
グしたのち、レジストパタン5を除去する。この際、研
磨停止膜2をエッチングした直後にレジストパタン5を
除去し、研磨停止膜2をマスクに基板1をエッチングし
てもよい。つぎに、図2(c)に示すように、埋め込み膜
3と低研磨速度膜4とを順次堆積する。この場合、研磨
停止膜2、埋め込み膜3、低研磨速度膜4の種類や厚さ
は図1で説明した集積回路平坦化方法と同様にする。つ
ぎに、図1で説明した集積回路平坦化方法と同様の方法
で、図2(d)に示すように、凸部の低研磨速度膜4を除
去したのち、図2(e)に示すように、全面を平坦化す
る。
1の凸部の上面にのみ研磨停止膜2を形成することがで
きるから、後述するような素子間分離工程などで平坦化
後に研磨停止膜2を除去して基板1の凸部のみを露出さ
せる場合に有用である。また、研磨停止膜2を基板1を
エッチングする際のマスクとしても使える場合、例えば
SiO2やSiNをマスクにシリコンからなる基板1を
エッチングする場合などでは、後で研磨停止膜2を別個
に堆積する手間を省くことができる。
を含む溝埋め込み型素子間分離工程の説明図である。こ
の工程においては、図2(a)〜(e)の工程を経た後、研
磨停止膜2を選択的に除去して、シリコンからなる基板
1の素子形成領域となる凸部表面を露出させる。例え
ば、研磨停止膜2として薄いSiO2膜上のポリSiを
用い、埋め込み膜3としてSiO2を用い、低研磨速度
膜4としてSiNを用いた場合には、塩素ガスを主たる
エッチングガスとした反応性イオンエッチング(RI
E)等でポリSiを選択的に除去し、僅かのフッ化水素
酸ウェットエッチングを行なって薄いSiO2を除去し
て、基板1の表面を露出させる。
を含む他の溝埋め込み型素子間分離工程の説明図であ
る。この工程においては、研磨停止膜2として薄いSi
O2膜上のSiNを用い、埋め込み膜3としてSiO2を
用い、低研磨速度膜4としてSiNを用いた場合、図2
(a)〜(e)の工程を経た後、160℃の熱リン酸ウェッ
トエッチングを行なって、研磨停止膜2と低研磨速度膜
4とのSiNを選択的に除去し、僅かのフッ化水素酸ウ
ェットエッチングを行なって薄いSiO2を除去して、
シリコンからなる基板1の表面を露出させる。
を含む他の溝埋め込み型素子間分離工程の説明図であ
る。この工程においては、研磨停止膜2として薄いSi
O2膜上のSiNを用い、埋め込み膜3としてSiO2を
用い、低研磨速度膜4としてSiNを用いた場合、図2
(a)〜(e)の工程を経た後、図5(a)に示すように、フ
ッ化水素酸を用いて埋め込み膜3を基板1の凸部の高さ
までエッチングする。つぎに、図5(b)に示すように、
160℃の熱リン酸ウェットエッチングを行なって、研
磨停止膜2と低研磨速度膜4とのSiNを選択的に除去
し、僅かのフッ化水素酸ウェットエッチングを行なって
薄いSiO2を除去して、シリコンからなる基板1の表
面を露出させる。
(素子形成領域)の両脇に、埋め込み膜3が突出した部
分が生ずることがない。
方法を含む多層配線工程の説明図である。まず、図6
(a)に示すように、シリコンからなる基板1上に第1の
層間絶縁膜6を形成し、公知の方法で第1の金属配線層
7を形成する。図6(a)の状態は、表面形状としては図
1(a)の状態と同じである。つぎに、図6(b)に示すよ
うに、図1で説明したと同様の方法で研磨停止膜2、埋
め込み膜3、低研磨速度膜4を順次堆積し、図6(c)に
示すように、研磨を行なって平坦な表面を得る。つぎ
に、図6(d)に示すように、第2の層間絶縁膜8をさら
に堆積する。つぎに、図6(e)に示すように、公知の方
法で、スルーホール9を開口し、第2の金属配線層10
を形成する。以降、上記工程を繰り返し、必要な層数の
多層配線を形成する。
8を堆積するから配線層間の寄生容量を減らすことがで
きる。
積回路平坦化方法においては、研磨停止膜が研磨速度が
埋め込み膜の研磨速度より低い性質を有する場合には、
研磨時間が長引いても研磨は進行せず、また研磨停止膜
の摩擦係数が異なる場合には、過分の研磨を行なうこと
なく研磨を停止できるから、研磨速度の変動や埋め込み
膜、低研磨速度膜の膜厚の変動があったとしても、平坦
性を保つことができる。したがって、溝埋め込み型素子
間分離工程や多層配線工程の歩留りや信頼性向上に有効
である。
速度膜を、凸部の埋め込み膜が露出するまで研磨除去
し、第1の研磨条件下で、凸部の埋め込み膜を、凸部の
研磨停止膜が露出するまで研磨除去したときには、研磨
速度のウエハ面内分布や低研磨速度膜の厚さのウエハ面
内分布にバラツキがあったとしても、凸部に残る埋め込
み膜の厚さが大きく変動することがないから、平坦性を
保つことができる。
ある。
図である。
間分離工程の説明図である。
素子間分離工程の説明図である。
素子間分離工程の説明図である。
多層配線工程の説明図である。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】凹部と凸部とを有する基板表面に研磨停止
膜を形成する工程と、 前記研磨停止膜上に、第1の研磨条件下で、前記研磨停
止膜より研磨速度が速いか、或は前記研磨停止膜に比較
して研磨の摩擦係数が異なる埋め込み膜を、前記凹部の
前記埋め込み膜の表面位置が前記凸部の前記研磨停止膜
の表面位置より低くなる膜厚で形成する工程と、 前記埋め込み膜上に、前記第1の研磨条件下では前記埋
め込み膜より研磨速度が低い低研磨速度膜を、前記凸部
の前記研磨停止膜の表面位置と前記凹部の前記低研磨速
度膜の表面位置とが略等しい高さになる膜厚で堆積する
工程と、前記第1の研磨条件とは異なった研磨剤を用いることに
より、前記低研磨速度膜の前記埋め込み膜に対する相対
研磨速度を前記第1の研磨条件下の場合に比較して大き
くした第2の研磨条件 下で、前記凸部の前記低研磨速度
膜を、前記凸部の前記埋め込み膜が露出するまで研磨除
去する工程と、前記埋め込み膜の研磨速度が前記研磨停止膜の研磨速度
より速いか、或は前記埋め込み膜の研磨の摩擦係数が前
記研磨停止膜の研磨の摩擦係数に比較して異なる 前記第
1の研磨条件下で、前記凸部の前記埋め込み膜を、前記
凸部の前記研磨停止膜が露出するまで研磨除去する工程
とからなることを特徴とする集積回路平坦化方法。 - 【請求項2】基板表面全体に研磨停止膜を堆積する工程
と、 前記研磨停止膜および前記基板を選択的にエッチングす
ることにより凹部を形成し、上面に前記研磨停止膜が存
在する凸部を残存させる工程と、 前記基板上に、第1の研磨条件下で、前記研磨停止膜よ
り研磨速度が速いか、或は前記研磨停止膜に比較して研
磨の摩擦係数が異なる埋め込み膜を、前記凹部の前記埋
め込み膜の表面位置が前記凸部の前記研磨停止膜の表面
位置より低くなる膜厚で形成する工程と、 前記埋め込み膜上に、前記第1の研磨条件下では前記埋
め込み膜より研磨速度が低い低研磨速度膜を、前記凸部
の前記研磨停止膜の表面位置と前記凹部の前記低研磨速
度膜の表面位置とが略等しい高さになる膜厚で堆積する
工程と、前記第1の研磨条件とは異なった研磨剤を用いることに
より、前記低研磨速度膜の前記埋め込み膜に対する相対
研磨速度を前記第1の研磨条件下の場合に比較して大き
くした第2の研磨条件 下で、前記凸部の前記低研磨速度
膜を、前記凸部の前記埋め込み膜が露出するまで研磨除
去する工程と、前記埋め込み膜の研磨速度が前記研磨停止膜の研磨速度
より速いか、或は前記埋め込み膜の研磨の摩擦係数が前
記研磨停止膜の研磨の摩擦係数に比較して異なる 前記第
1の研磨条件下で、前記凸部の前記埋め込み膜を、前記
凸部の前記研磨停止膜が露出するまで研磨除去する工程
とからなることを特徴とする集積回路平坦化方法。
Priority Applications (1)
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JP09190694A JP3311486B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 集積回路平坦化方法 |
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JP09190694A JP3311486B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 集積回路平坦化方法 |
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---|---|---|---|
JP09190694A Expired - Lifetime JP3311486B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 集積回路平坦化方法 |
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-
1994
- 1994-04-28 JP JP09190694A patent/JP3311486B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH07297193A (ja) | 1995-11-10 |
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