JPH01260840A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01260840A
JPH01260840A JP8821788A JP8821788A JPH01260840A JP H01260840 A JPH01260840 A JP H01260840A JP 8821788 A JP8821788 A JP 8821788A JP 8821788 A JP8821788 A JP 8821788A JP H01260840 A JPH01260840 A JP H01260840A
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JP
Japan
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film
trench
silicon nitride
groove
nitride film
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JP8821788A
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Koichi Hashimoto
浩一 橋本
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法、特に微細幅の素子間分離構造を
形成する方法に関し、 平坦な表面形状を維持しつつ、強い応力場を発生させな
いような、深いトレンチ分離構造の製造方法を提供する
ことを目的とし、 半導体基板の一生面に溝を形成する工程、液溝の側壁に
少なくとも一層の絶縁膜を形成する工程、液溝の内部に
第1の半導体材料を残置して液溝を埋め込む工程、少な
(とも該溝上とその近傍の領域に開口を持つ熱酸化マス
ク層を形成する工程、液溝を覆い、かつ、前記熱酸化マ
スク層と重ならない第2の半導体層を形成する工程、お
よび前記熱酸化マスク層に覆われていない部分を酸化す
る工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を
含み構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法、特に微細幅の素子間
分離構造を形成する方法に関する。
〔従来の技術〕
近年、半導体集積回路の規模は急速に増大しており、集
積度の向上が強く望まれている。そのためトランジスタ
に代表される能動素子のみならず、素子分離領域の微細
化が是非とも必要となっている。従来から用いられてい
る素子分離法は、シリ2ンLSIの場合、シリコンの選
択酸化によって形成する5i02を用いる誘電体分離法
である。しかしこの方法では、いわゆるバーズビーク(
bird’5beak)による能動領域幅の減少や、0
MO5構造のウェル分離におけるランチアンプ現象の問
題など、分離領域の幅を小さくすることに限界があった
第3図は0MO5構造を示す図で、p型のシリコン基板
31に素子間分離用のフィールド酸化膜32が形成され
ている。ここでnウェル33、p+拡散領域(ソース/
ドレイン)34とn ” 拡kf141gM、 (ソー
ス/ドレイン)35、およびゲート36を形成してpチ
ャネルトランジスタ37、nチャネルトランジスタ38
を形成するのであるが、フィールド酸化膜32の形成に
おいてはバーズビーク32aが形成されるので、フィー
ルド酸化膜32の幅を小さ(するには限界がある。
他方、第3図に示されるデバイスにおいて、p+拡散領
域34、nウェル33、p型基板31.n”拡散領域3
5ではp−n−p−nの寄生サイリスクが形成され、フ
ィールド酸化膜32の幅を小に形成した場合になんらか
の条件の下ではこの寄生サイリスタがONされ、図に矢
印■で示す方向に電流が流れ放しになるショート現象が
発生し、デバイスの配線を破壊することがある。かかる
現象を防止するためにもフィールド酸化膜32の幅を小
にするには限界がある。
そこで現在開発されつつあり、また一部実用化されてい
る技術として、トレンチ分離技術がある。
この方法は、シリコン基板に適当な深さの溝を形成し、
この内部に誘電体ないし誘電体と半導体の411N膜か
らなる充填材を埋め込んで素子間を分離するものである
従来、トレンチ分離のうちCMOSのウェル間分離に用
いられるような5μm程度の深いトレンチを用いる分離
構造においては、製造の容易さから、トレンチ内を酸化
した後多結晶シリコン(ポリシリコン)を埋め込み、そ
の表面を厚く酸化して分離する構造および製造方法が用
いられてきた。
R,D、Rungが“TRt!NC)l l5OLAT
ION PROSPECTSFORAPI’LICAT
ION  IN  CMOS  VLSI”   I 
 E  D  M  Tech。
1)ig、 paper 26.L 1984において
述べているような従来の製造方法を、第4図を参照して
説明する。
ここではp型基板にnウェルを形成する0MO3構造で
示す。
p型シリコン基板11に5iOz膜12と窒化シリコン
膜(Si3Nq膜)13を形成し、適当なマスクを用い
てこれらをエツチングし、続いてトレンチ(溝)14を
エツチング形成した後、トレンチの内部を酸化しt 5
i02股15を形成する(同図(a))。この上にポリ
シリコン16を厚く成長し、エッチバックしてトレンチ
14内に埋め込む。この表面を酸化してSiO2膜17
全17した後、窒化シリコン1J13を除去し、nウェ
ル18を形成し、再び窒化シリコン膜19を成長してそ
れにフィールド領域を選択酸化するためのパターンをエ
ツチングする(同図(b))。
p型側のフィールド領域2oにチャネルストップの不純
物を打ち込んでチャネルカット層22を形成した後、フ
ィールド酸化してSiO2膜21全21し、窒化シリコ
ン膜19を除去して素子分離が完了する(同図(C))
ところがこの方法によると、誘電体分離のために設けた
5i02膜15が存在するために、フィールド酸化時に
この5i02膜15中をオキシダントが第4図(b)に
矢印で示す方向に拡散して、縦方向のバーズビーク23
が発生する。そしてこのバーズビークは、通常の選択酸
化時のバーズビークに比べてはるかに強い応力場を発生
させる。その理由は、基板表面にフィールド酸化膜を形
成する場合、第3図を参照すると破線で部分的に示す窒
化シリコン膜39を用いるのであるが、5iOzが形成
されて体積が増大する場合(約2倍)、窒化シリコン膜
39の端部分を押し上げることができるため、バーズビ
ークが形成される部分で強い応力場が発生することはな
いのであるが、第4図fc)に示される例でバーズビー
ク23が形成されその部分の体積が増大するとき、まわ
りはシリコン基板のバルクとポリシリコンがいわばぎっ
しり詰まった状態にあるため容積が増大しようとする状
態が押え込まれ、バーズビークのまわりに強い応力場が
発生するのである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、従来の方法では転位欠陥が発生しやすく、大規
模な集積回路を製造することができないという問題を生
じていた。
そしてこの応力を緩和して転位の発生を避けるため、C
,W、Tengたちは、” DEFECT GENER
ATION TNTRENCHl5ORATION″、
  I  t! D M Tech、  Dig、  
paper26.4.1984において、トレンチ内に
ポリシリコンを埋め込む前に、窒化シリコンと5i02
からなる積層膜を形成する方法を提案している。しかし
この方法では、トレンチ側壁部に形成した窒化シリコン
が酸化されないためにそれを除去する工程でトレンチ内
に向かって切り込みを生じ、形成されたトレンチ分離領
域の表面を平坦な形状にすることが困難であるという問
題点があった。
第5図に上記したトレンチ構造が断面図に示され、図中
、第4図に示した部分と同じ部分は同じ符号で示すとし
て、24と26は窒化シリコン膜、25はS+02膜で
ある。ここで、先ず窒化シリコン膜26を除去するにお
いて、それが基板表面に残存することのないよう十分に
エツチングを行うとトレンチの側壁上の窒化シリコン膜
26が図にAで示す部分までオーバーエツチングされる
。次に5i02膜25のエツチングにおいても同様にし
てトレンチ側壁上の5i021!25は図にBで示す部
分までオーバーエツチングされ、同様にして窒化シリコ
ン膜24のエツチングでは図にCで示す位置までオーバ
ーエツチングされ、トレンチの周縁部分に凹凸が形成さ
れるものである。
そこで本発明は、平坦な表面形状を維持しつつ、強い応
力場を発生させないような、深いトレンチ分離構造の製
造方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明では、半導体基板に溝を形成し、液溝の側壁に少
なくとも一層の絶縁膜を形成し、液溝の内部に第1の半
導体材料を残置して液溝を埋め込み、少なくとも該溝上
のその近傍の領域に開口を持つ熱酸化マスク層を形成し
、液溝を覆い、かつ、前記熱酸化マスク層と重ならない
第2の半導体層を形成し、前記熱酸化マスク層に覆われ
ていない部分を酸化する方法による。
〔作用〕
本発明の方法によると、次のようにして前記問題点が解
決できる。
先ず、フィールド酸化時に側壁の5i02はポリシリコ
ンに覆われているから、酸化性雰囲気から隔離されるこ
ととなり、このSiO+を通したオキシダントの拡散が
起らず、縦方向のバーズビークを往じない。その結果強
い応力場が生じないので、転位の発生を抑制することが
できる。ポリシリコンが比較的薄い場合には、フィール
ド酸化によってその全体がSiO2に変換されることに
なるが、その後の酸化時間が十分短いように膜厚を選ん
でおけば、転位の発生は抑制できる。
〔実施例〕
以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。
第1図は本発明の一実施例の説明図である。この実施例
では、半導体基板例えばp型基板にnウェルを形成する
CMOSデバイスのウェル分離と素子間分離を形成する
場合について示す。
先ず、p型のシリコン基板11の上にSiO2膜12膜
室2シリコン膜13とを用い、それをバターニングし、
エツチングによってシリコン基板11の一生面にトレン
チ(溝) 14を形成しその内壁を酸化してSio2 
MIH5を形成した後、第1の半導体材料例えばポリシ
リコン16を埋め込んで、その表面を薄く酸化してSi
O+膜17’を形成する(同図(a))。
次に窒化シリコン膜13を除去し、nウェル18を形成
し、新たに熱酸化マスク層となる窒化シリコン膜19を
形成してトレンチ上とその周辺およびフィールドとなる
領域(同図には図示していない)に開口する。次にp型
領域のフィールド部にチャネルストッパーとなる不純物
を打ち込んでチャネルカット層22を形成し、第2の半
導体材料例えばポリシリコン27を成長し、トレンチ付
近の窒化シリコン膜19の開口部のみに膜19と重なら
ないようパターン形成する(同図(b))。ここで、ポ
リシリコン27の膜Jgはフィールド酸化膜の膜厚の1
/2以下、かつ1/8以上の範囲内にあるとよく、20
00人程度が好適であることが実験により確認された。
またポリシリコン27にリンイオンを打ち込んでおいて
等方性エツチングを行うことにより、テーパーを付けて
おくことが平坦性確保のために望ましい。それには、第
2図を参照すると、 SiO+股17股上7°上したポ
リシリコン27の表面にリンイオンを打ち込むと、ポリ
シリコンの表面は図に×印で示す部分がリンイオンによ
って結晶格子が乱され、エツチング(ドライでもウェッ
トでもよい)速度が早くなる。ここで、レジスト28を
マスクにして等方性エツチングを行うと、イオン打込み
がないと破線で示されるように等方向にエツチングされ
るのに対し、表面の結晶格子が乱されているため早くエ
ツチングされ、実線で示すようにチーバージた形状が得
られるのである。
そしてこれを900℃でウェット 02酸化して5i0
2膜21′を形成し、窒化シリコン膜19を除去してウ
ェル分離および素子分離工程を完了する(同図(C))
この実施例で5t0217°は後に窒化シリコン膜13
および19をエツチングする際のストンバーであるが、
そのエツチング方法によっては省略可能である。また、
第1と第2の半導体材料としてポリシリコンを用いたが
、ポリシリコンに限定されるものではなく、例えばアモ
ルファスシリコンも用いることができる。
また、ポリシリコン23にテーパーを付ける方法は前記
した方法に限定されず、上記実施例では窒化シリコンM
!i!13を除去し再び窒化シリコン膜19を形成した
が、窒化シリコン膜13をそのままフィールド領域を画
定する熱酸化マスクとして用いることもできる。
この実施例では誘電体分離のためにトレンチ内を酸化し
て形成した5iO215を用いたのであるが、積層膜を
トレンチ内に形成してさらに応力緩和するようにしても
良い。
上記の説明では、CMOSデバイスのウェル分離を例に
説明したが、本発明の通用範囲はその場合に限定される
ものでなく、本発明方法はバイポーラ素子でも、バイポ
ーラ素子とMOS素子を組み合セたいわゆる8fMO5
素子でも、同様に通用可能である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、トレンチ分離構造におい
て、表面の平坦性を損なうことなく、強い応力場の発生
を抑制することができる。従って、本発明の製造方法を
用いれば、転位欠陥による不良および表面の段差に起因
する不良を大幅に減少させることができ、半導体装置の
製造歩留りおよび信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の図で、その(alと(C1
は断面図、(b)は部分的に断面を示す斜視図、第2図
はテーパーエツチングを説明する断面図、第3図はCM
OSデバイスの断面図、 第4図(al〜(C1は従来例断面図、第5図は他の従
来例の断面図 である。 図中、 11はシリコン基板、 l2は 5tOz膜、 13は窒化シリコン膜、 14はトレンチ、 15ば SiO2膜、 16はポリシリコン、 17と17′は 5r02 膜、 18はnウェル、 19は窒化シリコン膜、 20はフィールド領域、 21と211はフィールド酸化j漠、 22と22′はチャネルカット層、 23はバーズビーク、 24は窒化シリコン膜、 25は 5i02膜、 26は窒化シリコン膜、 27はポリシリコン、 28はレジスト を示す。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  久木元   彰 fi   −7A)コミ更 12 5in2腫 21’ 5iOz績 第1 図 ”5”−ハ’−1−−/ケシフ゛imlaMvb助りm
第2図 CMO5う4バイ又へ廿面ば口 第3図 +2 5iOz膠 13  )3ヒンリフン1※ 21   沼1.+田クイし紅参 22  チτ嗜V弘、ト肴シ 第4図       23  パー、1−7第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板(11)の一主面に溝(14)を形成
    する工程、 該溝(14)の側壁に少なくとも一層の絶縁膜(15)
    を形成する工程、 該溝(14)の内部に第1の半導体材料(16)を残置
    して該溝を埋め込む工程、 少なくとも該溝上とその近傍の領域に開口を持つ熱酸化
    マスク層(19)を形成する工程、該溝(14)を覆い
    、かつ、前記熱酸化マスク層(19)と重ならない第2
    の半導体層(27)を形成する工程、および 前記熱酸化マスク層(19)に覆われていない部分を酸
    化する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. (2)第2の半導体層は、その周囲にテーパーをもたせ
    て形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置の製造方法。
JP8821788A 1988-04-12 1988-04-12 半導体装置の製造方法 Pending JPH01260840A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6566226B2 (en) 1998-12-25 2003-05-20 Fujitsu Limited Semiconductor device and fabrication process thereof, method of forming a device isolation structure
US8592284B2 (en) 2008-08-20 2013-11-26 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6566226B2 (en) 1998-12-25 2003-05-20 Fujitsu Limited Semiconductor device and fabrication process thereof, method of forming a device isolation structure
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