JPH0595043A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0595043A
JPH0595043A JP25346991A JP25346991A JPH0595043A JP H0595043 A JPH0595043 A JP H0595043A JP 25346991 A JP25346991 A JP 25346991A JP 25346991 A JP25346991 A JP 25346991A JP H0595043 A JPH0595043 A JP H0595043A
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JP
Japan
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groove
polycrystalline silicon
film
semiconductor device
silicon film
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Withdrawn
Application number
JP25346991A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naotaka Hashimoto
直孝 橋本
Toshiaki Yamanaka
俊明 山中
Koji Hashimoto
孝司 橋本
Shinpei Iijima
晋平 飯島
Akihiro Shimizu
昭博 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
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Publication of JPH0595043A publication Critical patent/JPH0595043A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a manufacture of element isolating structure which does not cause a kink and is excellent in micronization. CONSTITUTION:Polycrystalline silicon 9 is charged inside the groove in an element isolating area by the selective growth using the polycrystalline silicon film 7 at the bottom of the groove as a growth nucleus, and the periphery of the polycrystalline silicon 7 is covered with an insulating film 6 and is made a semiconductor substrate. Furthermore, a field insulating film 11 is made at the surface of the polycrystalline silicon 9 by selective oxidation. Hereby, without forming a cavity inside the groove, selective growth is possible even if the semiconductor substrate is not exposed from the bottom of the groove, and the polycrystalline silicon 9 can be charged equally. Furthermore, since the polycrystalline silicon 9 charged in the groove has shield effect, the occurrence of the kinks are prevented in the adjacent element, and the stabilization can be materialized.

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
係り、特に高集積が可能となる微細な溝型素子分離構造
における溝内への導電膜の充填方法に関する。
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 filling a conductive film in a groove in a fine groove type element isolation structure which enables high integration.

【0002】[0002]

【従来の技術】溝内に多結晶シリコンを埋め込もうとし
た場合、従来はエッチバックと呼ばれる技法が用いられ
てきた。この詳細を、図19を用いて説明する。
2. Description of the Related Art When attempting to embed polycrystalline silicon in a groove, a technique called etch back has been conventionally used. The details will be described with reference to FIG.

【0003】まず図19(a)に示すように、半導体基
板1上に熱酸化膜2を形成し、さらに窒化膜3および酸
化膜4を堆積したのち、リソグラフィとドライエッチン
グによりこれらをパターニングし素子領域に残存させ
る。他の領域、つまり素子分離領域においてはさらに半
導体基板1を削り溝5を形成する。このあと溝内に埋め
込む多結晶シリコンとの絶縁をするために溝内には熱酸
化により酸化膜6を形成する。
First, as shown in FIG. 19A, a thermal oxide film 2 is formed on a semiconductor substrate 1, a nitride film 3 and an oxide film 4 are further deposited, and then these are patterned by lithography and dry etching to form an element. Leave it in the area. In the other region, that is, in the element isolation region, the semiconductor substrate 1 is further cut to form the groove 5. Then, an oxide film 6 is formed in the groove by thermal oxidation in order to insulate the polycrystalline silicon embedded in the groove.

【0004】次は図19(b)に示すように、多結晶シ
リコン20を全面に溝が埋め込まれるまで堆積する。そ
の厚さはおよそ溝の深さ程度である。この時溝の深さが
溝の幅の倍以上となる領域においては、同(b)図の左
側に示すように溝の内部に空洞22が生じる場合があ
る。またその上部には、溝の両側から成長した多結晶シ
リコン20がぶつかるため境界線21が出来る。この空
洞22は溝の開口部の寸法が、溝の内部寸法よりも狭い
場合には必ず発生する。
Next, as shown in FIG. 19B, polycrystalline silicon 20 is deposited on the entire surface until the groove is filled. Its thickness is about the depth of the groove. At this time, in a region where the depth of the groove is more than twice the width of the groove, a cavity 22 may occur inside the groove as shown on the left side of FIG. A boundary line 21 is formed on the upper part of the groove because the polycrystalline silicon 20 grown from both sides of the groove collides with it. This cavity 22 is always generated when the size of the opening of the groove is smaller than the internal size of the groove.

【0005】これを図19(c)に示すように、レジス
ト膜8を塗布し表面を平坦にした後、スパッタエッチン
グのような選択比のないエッチングを行い、表面23が
酸化膜4の途中24になるまで均一に削る。この時点で
表面から露出しているのは、酸化膜4,多結晶シリコン
およびレジスト8である。つぎにフッ化水素水溶液等で
素子領域の酸化膜4を除去したのち、窒化膜3およびレ
ジスト8をマスクとしてさらに多結晶シリコン20を表
面が素子領域の基板1表面となるくらいまで選択的に等
方性のエッチングを行う。あとは残存したレジスト8を
酸素アッシングにより除去し、ついで従来のように窒化
膜3をマスクとした選択酸化を行うことにより、素子分
離領域の多結晶シリコン20上にフィールド酸化膜を形
成する。また溝内にシリコン膜を埋め込む方法として
は、溝の底面を成長核とした選択成長がある。この方法
は、特開平2−205340 号等に記載されている。この方法
の大筋を図20を用いて説明する。
As shown in FIG. 19C, a resist film 8 is applied and the surface is flattened, and then etching without a selection ratio such as sputter etching is performed. Evenly until it becomes. At this point, the oxide film 4, polycrystalline silicon and resist 8 are exposed from the surface. Next, after removing the oxide film 4 in the element region with an aqueous solution of hydrogen fluoride or the like, using the nitride film 3 and the resist 8 as a mask, the polycrystalline silicon 20 is selectively removed until the surface becomes the surface of the substrate 1 in the element region. Perform anisotropic etching. After that, the remaining resist 8 is removed by oxygen ashing, and then selective oxidation is performed using the nitride film 3 as a mask as in the conventional case to form a field oxide film on the polycrystalline silicon 20 in the element isolation region. As a method of burying the silicon film in the groove, there is a selective growth using the bottom surface of the groove as a growth nucleus. This method is described in JP-A-2-205340. The outline of this method will be described with reference to FIG.

【0006】まず図20(a)に示すように先ほどと同
様に、半導体基板1上に熱酸化により酸化膜2を形成し
たのち窒化膜3を堆積し、リソグラフィとドライエッチ
ングにより素子領域へこれらを残存させ、その他の領域
(素子分離領域)ではさらに溝を形成する。このあと、溝
に埋め込む同電膜と後に形成する拡散層が短絡するのを
防ぐために、酸化あるいは堆積により溝内に絶縁膜5を
形成する。
First, as shown in FIG. 20A, similarly to the above, an oxide film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 by thermal oxidation, and then a nitride film 3 is deposited, and these are deposited in an element region by lithography and dry etching. Remain, other areas
A groove is further formed in the (element isolation region). After that, in order to prevent a short circuit between the same electric film embedded in the groove and a diffusion layer to be formed later, an insulating film 5 is formed in the groove by oxidation or deposition.

【0007】次に異方性の全面エッチングにより溝底面
の絶縁膜5を除去し、溝の底面より半導体基板1を露出
させる。この露出した半導体基板を成長核とし、図20
(b)に示すような選択成長を施すことで、溝内に単結
晶シリコンあるいは多結晶シリコン9を充填する。本技
法は選択成長を用いているために、窒化膜3上にはシリ
コン膜は成長せず、さらには溝の側壁も絶縁膜5である
ためにそこからは成長しないため、深い溝においても図
19に示したような空洞は発生しない。あとは窒化膜3
をマスクとして選択酸化を行うことにより、素子分離領
域のシリコン膜9上にフィールド酸化膜を形成する。
Next, the insulating film 5 on the bottom surface of the groove is removed by anisotropic whole surface etching to expose the semiconductor substrate 1 from the bottom surface of the groove. This exposed semiconductor substrate is used as a growth nucleus, and FIG.
By performing selective growth as shown in (b), the groove is filled with single crystal silicon or polycrystalline silicon 9. Since this technique uses selective growth, the silicon film does not grow on the nitride film 3 and the sidewall of the groove does not grow from the insulating film 5, so that even in a deep groove. The cavity shown in 19 is not generated. The rest is nitride film 3
By using this as a mask to perform selective oxidation, a field oxide film is formed on the silicon film 9 in the element isolation region.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】まず図19に示す従来
の製造方法に関しては、第1の問題として、場合によっ
ては、エッチバック終了後、溝内にできた空洞22が露
出する場合がある。この空洞22は、このあと行うフィ
ールド酸化のときに塞がれば問題ないが、仮に残ったま
まであればゲート電極形成の際のエッチング残り等の問
題が生じ、ゲート電極の短絡などの致命傷となるような
場合がある。
First, regarding the conventional manufacturing method shown in FIG. 19, as a first problem, the cavity 22 formed in the groove may be exposed after the completion of the etch back in some cases. There is no problem if the cavity 22 is closed during the subsequent field oxidation, but if it remains, problems such as etching residue when forming the gate electrode will occur, causing fatal damage such as short circuit of the gate electrode. There are cases like this.

【0009】また図20に示す従来の製造方法に関して
は、溝内に空洞を形成すること無く、溝内にシリコン膜
を充填することが可能である。しかしながら第2の問題
として、溝内に充填したシリコン膜9中の電位が上昇す
ることによって隣接するMOSトランジスタに生じるキ
ンクを防ぐ目的のために、溝内に充填したシリコン膜9
に高濃度の不純物を添加する必要がある。しかしながら
溝内に充填したシリコン膜9は溝の底面で基板と接して
いるため、不純物の添加にはイオン打ち込みを用いる他
なく、nチャネルとpチャネルではそれぞれイオン種を
打ち分ける必要があり、製造工程が増加するといった問
題がある。
Further, in the conventional manufacturing method shown in FIG. 20, it is possible to fill the groove with a silicon film without forming a cavity in the groove. However, as a second problem, in order to prevent a kink that occurs in an adjacent MOS transistor due to an increase in potential in the silicon film 9 filled in the groove, the silicon film 9 filled in the groove is formed.
It is necessary to add a high concentration of impurities. However, since the silicon film 9 filled in the groove is in contact with the substrate at the bottom surface of the groove, it is necessary to use ion implantation to add impurities, and it is necessary to separately implant ion species in the n-channel and p-channel. There is a problem that the number of processes increases.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】以上述べてきた問題を解
決する手段として、まず第1の問題に関しては前述した
ような溝底面を成長核とした選択成長を用いることで可
能となる。
As a means for solving the problems described above, the first problem can be solved by using the selective growth with the groove bottom as the growth nucleus as described above.

【0011】つぎに第2の問題に関しては、溝内に充填
したシリコン膜が半導体基板と接しずに、かつ溝底面を
成長核とした選択選択ができれば良い。したがって、溝
の側壁および底面は絶縁膜を残したまま、溝底面に成長
核を形成する。これを達成する手段として、まず素子分
離領域に溝を形成し、溝内に絶縁膜を形成した後、つい
で薄膜の多結晶シリコン膜を堆積する。この後硼素のイ
オン打ち込みとヒドラジン溶液による濃度差エッチング
によって、p型の多結晶シリコン膜を素子分離領域の溝
の底面と素子領域の上面に選択的に残存させることがで
きる。ついで溝内にレジストを埋め込み、素子領域の前
記p型多結晶シリコン膜を除去することにより、溝底面
にのみ選択成長の核となる多結晶シリコン膜を残存させ
ることができる。
Regarding the second problem, it suffices that the silicon film filled in the groove does not come into contact with the semiconductor substrate, and selection can be made using the groove bottom as a growth nucleus. Therefore, growth nuclei are formed on the bottom surface of the groove while leaving the insulating film on the sidewall and bottom surface of the groove. As a means for achieving this, first, a groove is formed in the element isolation region, an insulating film is formed in the groove, and then a thin polycrystalline silicon film is deposited. Then, by ion implantation of boron and concentration difference etching using a hydrazine solution, the p-type polycrystalline silicon film can be selectively left on the bottom surface of the trench in the element isolation region and the top surface of the element region. Then, a resist is embedded in the groove and the p-type polycrystalline silicon film in the element region is removed, so that the polycrystalline silicon film that serves as a nucleus for selective growth can be left only on the bottom surface of the groove.

【0012】[0012]

【作用】上記手段により、溝底面を成長核とした選択成
長が可能なため、溝内に空洞を作ることなくシリコン膜
は充填される。さらに該シリコン膜に気相拡散により不
純物を添加しても、シリコン膜は絶縁膜で覆われている
ために、不純物は基板側へ拡散することはない。
By the above means, selective growth can be performed with the bottom surface of the groove as a growth nucleus, so that the silicon film is filled without forming a cavity in the groove. Furthermore, even if impurities are added to the silicon film by vapor phase diffusion, the impurities do not diffuse to the substrate side because the silicon film is covered with the insulating film.

【0013】[0013]

【実施例】以下図を用いて、本発明の実施例を詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0014】本発明の第1に実施例について、図1〜図
7を用いて形成工程順に従い説明する。
A first embodiment of the present invention will be described in the order of forming steps with reference to FIGS.

【0015】まず図1に示すように、例えばアクセプタ
濃度が1017/cm3 程度のp型半導体基板1の主面上に
熱酸化により厚さ20nm程度の酸化膜2を形成する。
この後厚さ200nm程度のシリコン窒化膜3と100
nm程度の酸化膜4をそれぞれ化学気相成長法により堆
積する。この後これらの膜を、公知のリソグラフィとド
ライエッチングによりパターニングし、素子領域に残存
させる。またこれらの膜が除去され半導体基板1が露出
した素子分離領域においては、さらに異方性エッチング
を施し、深さ0.4μm程度の溝5を形成する。
First, as shown in FIG. 1, an oxide film 2 having a thickness of about 20 nm is formed by thermal oxidation on the main surface of a p-type semiconductor substrate 1 having an acceptor concentration of about 10 17 / cm 3 .
After this, the silicon nitride films 3 and 100 having a thickness of about 200 nm are formed.
The oxide film 4 having a thickness of about nm is deposited by the chemical vapor deposition method. After that, these films are patterned by known lithography and dry etching to be left in the element region. Further, in the element isolation region where these films are removed and the semiconductor substrate 1 is exposed, anisotropic etching is further performed to form a groove 5 having a depth of about 0.4 μm.

【0016】つぎに図2に示すように、シリコン基板1
に熱酸化を施し厚さ50nm程度の熱酸化膜6を溝内に
形成する。この熱酸化膜は、化学気相成長法によって堆
積した絶縁膜でも代用できる。しかしながら、半導体基
板1と酸化膜6との界面における再結合電流の低減のた
めには、少なくとも数nmの熱酸化を予め施しておく必
要がある。この後全面に厚さ30nm程度の多結晶シリ
コン膜7を化学気相成長法によって堆積する。この堆積
する多結晶シリコン膜7の膜厚は、溝の上部が塞がらな
い膜厚であれば問題はない。
Next, as shown in FIG. 2, the silicon substrate 1
Then, thermal oxidation is performed to form a thermal oxide film 6 having a thickness of about 50 nm in the groove. The thermal oxide film can be replaced with an insulating film deposited by chemical vapor deposition. However, in order to reduce the recombination current at the interface between the semiconductor substrate 1 and the oxide film 6, it is necessary to perform thermal oxidation of at least several nm in advance. After this, a polycrystalline silicon film 7 having a thickness of about 30 nm is deposited on the entire surface by chemical vapor deposition. There is no problem with the film thickness of the deposited polycrystalline silicon film 7 as long as the upper part of the groove is not blocked.

【0017】つぎに図3に示すように、厚さ2μm程度
のレジスト膜を塗布し、全体を酸素プラズマで削ること
により、溝の内部にのみレジスト膜8を残存させる。こ
の時レジスト膜8は溝内に残っていればよく、残膜の厚
さは問題ない。この後このレジスト膜8をマスクとして
先ほどの多結晶シリコン膜7を等方性のドライエッチン
グで削ることにより、多結晶シリコン膜7を溝の側壁お
よび底面に残す。なおこの時他の領域は酸化膜4,6や
窒化膜3で覆われているので削れることは無い。
Next, as shown in FIG. 3, a resist film having a thickness of about 2 μm is applied, and the whole is shaved by oxygen plasma to leave the resist film 8 only inside the groove. At this time, the resist film 8 only needs to remain in the groove, and the thickness of the residual film does not matter. After this, using the resist film 8 as a mask, the polycrystalline silicon film 7 is removed by isotropic dry etching to leave the polycrystalline silicon film 7 on the side wall and the bottom surface of the groove. At this time, the other regions are covered with the oxide films 4 and 6 and the nitride film 3 and are not scraped.

【0018】つぎに先ほどのレジスト膜8を酸素アッシ
ングにより除去した後、図4に示すように、溝内に残存
させた多結晶シリコン膜7を成長核として多結晶シリコ
ンの選択成長を行い、溝内に多結晶シリコン9を充填す
る。このとき素子領域端部においては成長した多結晶シ
リコン9が突出する場合が有る。そのためこれを除去す
るために表面をレジスト膜10で平坦化する。この時レ
ジスト膜10の厚さは、突出した多結晶シリコン9の高
さにも依るが、1μm程度でよい。
Next, after the resist film 8 is removed by oxygen ashing, the polycrystalline silicon film 7 left in the groove is used as a growth nucleus to selectively grow polycrystalline silicon as shown in FIG. The inside is filled with polycrystalline silicon 9. At this time, the grown polycrystalline silicon 9 may project at the end of the element region. Therefore, in order to remove this, the surface is flattened with the resist film 10. At this time, the thickness of the resist film 10 may be about 1 μm, although it depends on the height of the protruding polycrystalline silicon 9.

【0019】ここで、多結晶シリコン9の選択成長の条
件としては、例えば、 圧力:常圧(大気圧) 反応温度:約800℃ 反応ガス:SiH2Cl2+HCl+H2(流量比は約
1:1:1) とする。
Here, the conditions for selective growth of the polycrystalline silicon 9 are, for example, pressure: normal pressure (atmospheric pressure) reaction temperature: about 800 ° C. reaction gas: SiH 2 Cl 2 + HCl + H 2 (flow rate ratio of about 1: 1: 1).

【0020】これを図5に示すように、選択比の無いエ
ッチング(例えばArスパッタ等)で全面のエッチバッ
クを行い、表面が酸化膜4中になるまで削る。この時表
面に露出しているのは、酸化膜4および多結晶シリコン
9である。続いて酸化膜4をドライエッチングあるいは
フッ酸水溶液によって選択的に除去した後、続いて表面
に露出している多結晶シリコン9の表面が基板1表面程
度になるまで選択的にエッチングした後、図6に示すよ
うに窒化膜3をマスクとして選択酸化を行うことにより
多結晶シリコン9上にフィールド酸化膜11を形成す
る。これにより、溝内の多結晶シリコン9はフィールド
酸化膜11および溝内酸化膜6によって周囲と絶縁され
る。この後、素子領域の窒化膜3をドライエッチングあ
るいは煮沸したリン酸によって除去した後、図7に示す
ように従来のMOSトランジスタの製造方法に従い、素
子領域には例えば厚さ10nm程度のゲート絶縁膜12
とその上部にゲート電極13を、またその両側にはイオ
ン打ち込みと熱処理によりソース・ドレイン拡散層14
を形成する。さらにはこれらの電極としてリンガラス等
で層間絶縁膜15を形成した後、所望の領域に接続穴を
開口し、アルミニウム等で配線電極16を形成する。
As shown in FIG. 5, the entire surface is etched back by etching without selection ratio (eg, Ar sputtering), and the surface is ground until the oxide film 4 is formed. At this time, the oxide film 4 and the polycrystalline silicon 9 are exposed on the surface. Subsequently, the oxide film 4 is selectively removed by dry etching or an aqueous solution of hydrofluoric acid, and then the surface of the polycrystalline silicon 9 exposed on the surface is selectively etched until the surface of the substrate 1 is about the surface of the substrate 1. As shown in FIG. 6, selective oxidation is performed using the nitride film 3 as a mask to form a field oxide film 11 on the polycrystalline silicon 9. As a result, polycrystalline silicon 9 in the trench is insulated from the surroundings by field oxide film 11 and trench oxide film 6. After that, the nitride film 3 in the element region is removed by dry etching or boiling phosphoric acid, and then a gate insulating film having a thickness of, for example, about 10 nm is formed in the element region according to the conventional method for manufacturing a MOS transistor as shown in FIG. 12
And the gate electrode 13 on the upper part thereof, and the source / drain diffusion layer 14 on both sides thereof by ion implantation and heat treatment.
To form. Furthermore, after forming the interlayer insulating film 15 with phosphorus glass or the like as these electrodes, a connection hole is opened in a desired region, and the wiring electrode 16 is formed with aluminum or the like.

【0021】本実施例によれば、狭い溝においても空洞
を作ることなく溝内へ多結晶シリコン9を充填すること
ができる。
According to this embodiment, the polycrystalline silicon 9 can be filled in the groove without forming a cavity even in the narrow groove.

【0022】つぎに図8から図12を用いて本発明の第
2に実施例を、製造工程を追って、順に説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described in order of manufacturing steps with reference to FIGS.

【0023】まず図8に示すように、例えばアクセプタ
濃度が1017/cm3 程度のp型半導体基板上1に熱酸化
により厚さ20nm程度の酸化膜2を形成する。この後
厚さ200nm程度のシリコン窒化膜3を化学気相成長
法により堆積する。この後これらの膜を公知のリソグラ
フィとドライエッチングによりパターニングし、素子領
域に残存させる。またこれらの膜が除去され半導体基板
1が露出した素子分離領域においては、さらに異方性の
エッチングを施し、深さ0.4μm 程度の素子分離のた
めの溝5を形成する。
First, as shown in FIG. 8, an oxide film 2 having a thickness of about 20 nm is formed on a p-type semiconductor substrate 1 having an acceptor concentration of about 10 17 / cm 3 by thermal oxidation. Thereafter, a silicon nitride film 3 having a thickness of about 200 nm is deposited by the chemical vapor deposition method. After that, these films are patterned by known lithography and dry etching to be left in the element region. Further, in the element isolation region where these films are removed and the semiconductor substrate 1 is exposed, anisotropic etching is further performed to form a groove 5 having a depth of about 0.4 μm for element isolation.

【0024】つぎに図9に示すように、第1の実施例と
同様に半導体基板1に熱酸化を施し、溝5内に50nm
程度の熱酸化膜6を溝内に形成する。ついで化学気相成
長法により全体に厚さ30nm程度の多結晶シリコン膜
7を堆積する。
Next, as shown in FIG. 9, the semiconductor substrate 1 is subjected to thermal oxidation in the same manner as in the first embodiment, and the groove 5 is filled with 50 nm.
A thermal oxide film 6 of a certain degree is formed in the groove. Then, a polycrystalline silicon film 7 having a thickness of about 30 nm is deposited on the entire surface by chemical vapor deposition.

【0025】つぎに図10に示すように、一旦厚いレジ
スト膜を塗布し平坦化させ、このレジストを酸素プラズ
マで途中までエッチングすることにより、レジスト8を
溝内へのみ残存させる。このときレジスト8の表面の高
さは窒化膜3の膜厚内に留まるように制御する。このレ
ジスト8をマスクとして露出している素子領域上面の多
結晶シリコン膜7をエッチングすることにより、素子分
離領域の溝5内にのみ多結晶シリコン膜7を残存させ
る。このとき素子領域においては窒化膜3がエッチング
のストッパ層となる。
Next, as shown in FIG. 10, a thick resist film is once applied and flattened, and this resist is partially etched by oxygen plasma to leave the resist 8 only in the groove. At this time, the height of the surface of the resist 8 is controlled so as to remain within the film thickness of the nitride film 3. By using the resist 8 as a mask, the exposed polycrystalline silicon film 7 on the element region is etched to leave the polycrystalline silicon film 7 only in the trench 5 in the element isolation region. At this time, the nitride film 3 serves as an etching stopper layer in the element region.

【0026】この後レジスト8を酸素アッシングによっ
て除去した後、図11に示すように、溝の側壁に酸化膜
のサイドウォールスペーサ17を形成する。このサイド
ウォールスペーサの形成方法としては、全面に50nm
程度の酸化膜を堆積した後、異方性のドライエッチング
を施すことにより、溝の側壁にのみ酸化膜17を残存さ
せることで達成される。つぎに全面に硼素を1014/cm
2 程度イオン注入することによって、溝底面の多結晶シ
リコン膜7を硼素濃度が1019/cm3 以上のp型シリコ
ンとする。また溝の側壁は酸化膜17で覆われているた
めに、溝側壁の多結晶シリコン7にはイオン注入が施さ
れない。従って溝側壁の酸化膜17をフッ酸水溶液等で
選択的に除去した後、ヒドラジン溶液で溝側壁の不純物
が添加されていない多結晶シリコン膜を除去すれば、溝
の底部にのみ選択成長の核となる硼素が添加された多結
晶シリコン膜を残すことが出来る。これは、硼素が約10
19/cm3 以上添加されたp型領域は、ヒドラジン溶液に
よって削れない特徴を用いている。これにより、この残
存させた多結晶シリコン膜7を核として、図12に示す
ように選択成長を行なう。また素子領域は窒化膜3で覆
われているために選択成長による多結晶シリコン9は成
長しない。これにより、溝内には均一に多結晶シリコン
9を充填できるため、第1の実施例(図5)に示したよ
うな多結晶シリコン9のエッチバックは不要となる。こ
の後図13に示すように、窒化膜3をマスクとして選択
酸化を行うことにより素子分離領域の多結晶シリコン9
上に厚さ200nm程度のフィールド酸化膜11を形成
する。これにより、素子分離領域の多結晶シリコン9は
上面をフィールド酸化膜11で、また側面と底面を絶縁
膜6で覆われるため、周囲と絶縁を得ることができる。
後は第1の実施例の図7で述べたような手法により、M
OSトランジスタ等の素子を半導体基板1の主面上に形
成する。
After that, the resist 8 is removed by oxygen ashing, and as shown in FIG. 11, a sidewall spacer 17 of an oxide film is formed on the sidewall of the groove. The sidewall spacer is formed by 50 nm on the entire surface.
This is achieved by depositing an oxide film of a certain degree and then performing anisotropic dry etching so that the oxide film 17 remains only on the sidewall of the groove. Next, boron is 10 14 / cm on the entire surface.
By implanting about 2 ions, the polycrystalline silicon film 7 on the bottom of the groove is made to be p-type silicon having a boron concentration of 10 19 / cm 3 or more. Further, since the side wall of the groove is covered with the oxide film 17, the polycrystalline silicon 7 on the side wall of the groove is not ion-implanted. Therefore, if the oxide film 17 on the side wall of the groove is selectively removed with an aqueous solution of hydrofluoric acid or the like, and then the polycrystalline silicon film on which the impurity is not added on the side wall of the groove is removed with a hydrazine solution, nuclei for selective growth are formed only on the bottom of the groove. A boron-doped polycrystalline silicon film can be left. This is about 10
The p-type region added at 19 / cm 3 or more has a feature that it cannot be removed by a hydrazine solution. As a result, selective growth is performed as shown in FIG. 12 using the remaining polycrystalline silicon film 7 as a nucleus. Further, since the element region is covered with the nitride film 3, the polycrystalline silicon 9 by selective growth does not grow. As a result, the polycrystalline silicon 9 can be uniformly filled in the groove, so that the etching back of the polycrystalline silicon 9 as shown in the first embodiment (FIG. 5) is unnecessary. Thereafter, as shown in FIG. 13, the polycrystalline silicon 9 in the element isolation region 9 is formed by performing selective oxidation using the nitride film 3 as a mask.
A field oxide film 11 having a thickness of about 200 nm is formed thereon. As a result, the upper surface of the polycrystalline silicon 9 in the element isolation region is covered with the field oxide film 11 and the side surfaces and the bottom surface thereof are covered with the insulating film 6, so that the surroundings can be insulated.
After that, by the method as described in FIG. 7 of the first embodiment, M
Elements such as OS transistors are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1.

【0027】本発明によれば、選択成長の核となる薄膜
の多結晶シリコン膜7を溝の底面のみに残存させるた
め、溝の形状にとらわれることなく均一に多結晶シリコ
ンを素子分離領域の溝内に充填することができるため、
実施例1の図5で説明した多結晶シリコン9のエッチバ
ックが不要となる。ただし本実施例においては、図11
において形成した溝側壁の酸化膜17を除去する際に、
溝内部の酸化膜6が削れることを防ぐために、図10で
示した溝側壁の薄膜多結晶シリコン膜7の上部は、窒化
膜3の横にある必要がある。仮に上に来た場合には図1
1において硼素が注入されるためヒドラジン溶液によっ
て除去されず選択成長の核となる。また下に来た場合に
は、図11における溝側壁の酸化膜17を除去する際に
溝内酸化膜6も一部除去され、そこから基板1が露出す
るためにそこが選択成長の核となるなどの問題を生じ
る。
According to the present invention, the thin-film polycrystalline silicon film 7 that serves as a nucleus for selective growth is left only on the bottom surface of the groove, so that the polycrystalline silicon is uniformly formed in the groove of the element isolation region regardless of the shape of the groove. Because it can be filled inside
The etching back of the polycrystalline silicon 9 described in FIG. 5 of the first embodiment is unnecessary. However, in this embodiment, FIG.
When removing the oxide film 17 on the side wall of the groove formed in
In order to prevent the oxide film 6 inside the groove from being scraped, the upper portion of the thin film polycrystalline silicon film 7 on the sidewall of the groove shown in FIG. 10 needs to be next to the nitride film 3. Figure 1
Since boron is injected in No. 1, it is not removed by the hydrazine solution and becomes a nucleus for selective growth. In the case of the bottom, when the oxide film 17 on the side wall of the groove shown in FIG. 11 is removed, the oxide film 6 in the groove is also partially removed, and the substrate 1 is exposed from the oxide film 6. It causes problems such as becoming.

【0028】つぎに図14を用いて、本発明の第3の実
施例を説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0029】まず図14(a)に示すように、基板1に
対し素子領域には酸化膜2ならびに窒化膜3を残存さ
せ、素子分離領域には溝5を形成するまでは、本発明の
第2の実施例と同様である。つぎに図14(b)に示す
ように、熱酸化等で溝内を酸化し厚さ50nm程度の酸
化膜6を形成した後、厚さ30nm程度の多結晶シリコ
ン膜を堆積7し、ついで酸化膜を堆積し全面エッチング
を施すことにより溝の側壁にのみこの酸化膜17を残存
させる。この後硼素を1014/cm2 程度イオン注入する
と、多結晶シリコン膜7の溝の側壁を除く領域である素
子領域と溝底面でp型となる。つぎに溝側壁の酸化膜1
7をフッ酸水溶液により除去し、図14(c)に示すよ
うに、一旦レジスト8を溝内に埋め込んだ後等方性のエ
ッチングにより少なくとも素子領域の多結晶シリコン膜
7を除去する。この後溝側壁の多結晶シリコン膜7をヒ
ドラジン溶液によってエッチングすることにより、図1
4(d)に示すごとく溝底面にのみに硼素を添加した多
結晶シリコン膜7を残存させる。この時素子領域の窒化
膜3ならびに溝内の酸化膜6は、エッチングされずにそ
のまま残る。後は第2の実施例の図12に示すごとく、
溝底面のみに残存させた多結晶シリコン薄膜7を成長核
として選択成長を行い、多結晶シリコン9で溝内を充填
する。本実施例では図14(c)において、素子領域の
多結晶シリコン薄膜7を除去した後ヒドラジンエッチを
施したが、先にヒドラジンエッチを施し溝側壁のみの多
結晶シリコン薄膜7を除去した後、前記と同じ手法によ
り素子領域の多結晶シリコン薄膜7を除去しても同じ効
果が得られる。
First, as shown in FIG. 14A, the oxide film 2 and the nitride film 3 are left in the element region of the substrate 1 and the trench 5 is formed in the element isolation region until the trench 5 is formed. This is similar to the second embodiment. Next, as shown in FIG. 14B, the inside of the groove is oxidized by thermal oxidation or the like to form an oxide film 6 having a thickness of about 50 nm, and then a polycrystalline silicon film having a thickness of about 30 nm is deposited 7 and then oxidized. By depositing a film and etching the entire surface, the oxide film 17 is left only on the side wall of the groove. After that, when boron is ion-implanted at about 10 14 / cm 2 , the element region, which is a region of the polycrystalline silicon film 7 excluding the sidewall of the trench, and the trench bottom surface become p-type. Next, oxide film 1 on the side wall of the groove
7 is removed by a hydrofluoric acid aqueous solution, and as shown in FIG. 14C, the resist 8 is once embedded in the groove and then isotropic etching is performed to remove at least the polycrystalline silicon film 7 in the element region. After that, the polycrystalline silicon film 7 on the side wall of the groove is etched with a hydrazine solution, so that
As shown in FIG. 4D, the polycrystalline silicon film 7 with boron added is left only on the bottom surface of the groove. At this time, the nitride film 3 in the element region and the oxide film 6 in the groove are left as they are without being etched. After that, as shown in FIG. 12 of the second embodiment,
Selective growth is performed using the polycrystalline silicon thin film 7 left only on the bottom surface of the groove as a growth nucleus, and the inside of the groove is filled with polycrystalline silicon 9. In this example, in FIG. 14C, the polycrystalline silicon thin film 7 in the element region was removed and then hydrazine etching was performed. However, after the hydrazine etching was performed to remove the polycrystalline silicon thin film 7 only on the sidewalls of the groove, Even if the polycrystalline silicon thin film 7 in the element region is removed by the same method as described above, the same effect can be obtained.

【0030】本実施例によれば、素子領域の多結晶シリ
コン膜7を除去する前に側壁に酸化膜17によるイオン
打ち込みマスクを形成し、硼素イオン打ち込みを施すこ
とにより、酸化膜17を除去する際に全面が多結晶シリ
コンで覆われているために、溝内酸化膜6が削れて基板
1が露出するのを防ぐことができる。さらに図14
(c)に示す多結晶シリコン膜のエッチングの際に溝内
であればその高さは問わず、プロセス的に裕度が大きく
なる。
According to the present embodiment, before removing the polycrystalline silicon film 7 in the element region, an ion implantation mask of the oxide film 17 is formed on the side wall, and boron ion implantation is performed to remove the oxide film 17. At this time, since the entire surface is covered with polycrystalline silicon, it is possible to prevent the oxide film 6 in the groove from being scraped and the substrate 1 being exposed. Furthermore, FIG.
When the polycrystalline silicon film shown in (c) is etched, the height of the groove is not limited as long as it is in the groove, and the process margin is increased.

【0031】次に図15を用いて、本発明の第4の実施
例を説明する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0032】まず図15(a)に示すように、これまで
述べてきたように、シリコン基板1に対し溝5を形成す
るまでは同一工程である。但し本実施例においては、さ
らに溝5へ等方性のエッチングを施し、基板1側の溝5
の広さを窒化膜3の開口部の大きさよりも広くする。こ
の広げる大きさについては後で述べる。この後図15
(b)に示すごとく溝内に熱酸化等で厚さ50nm程度
の酸化膜6を形成し、さらに化学気相成長法で厚さ30
nm程度の多結晶シリコン薄膜7を堆積する。この時溝
内部の側壁における多結晶シリコン薄膜7は、すくなく
とも窒化膜3のパターンよりも内側にあるようにする。
従って図15(a)における溝内の横方向へのエッチン
グは、片側で約80nm以上行う必要がある。しかし溝
内の酸化膜6の厚さや多結晶シリコン膜7の厚さを薄く
すれば、先ほどの溝側面のエッチング量は更に少なくで
きる。これによって全面に硼素のイオン打ち込みを行っ
た際に、溝側壁の多結晶シリコン薄膜7へは窒化膜3が
影を作るためにイオン打ち込みされない。ここで硼素の
イオン打ち込み量は、約1014/cm2 である。
First, as shown in FIG. 15A, as described above, the same steps are performed until the groove 5 is formed in the silicon substrate 1. However, in the present embodiment, the groove 5 is further subjected to isotropic etching so that the groove 5 on the substrate 1 side is formed.
Is made wider than the size of the opening of the nitride film 3. The size of this expansion will be described later. After this
As shown in (b), an oxide film 6 having a thickness of about 50 nm is formed in the groove by thermal oxidation or the like, and further, a thickness of 30 is formed by chemical vapor deposition.
A polycrystalline silicon thin film 7 of about nm is deposited. At this time, the polycrystalline silicon thin film 7 on the side wall inside the groove is at least inside the pattern of the nitride film 3.
Therefore, the lateral etching in the groove in FIG. 15A needs to be performed on one side by about 80 nm or more. However, if the thickness of the oxide film 6 and the thickness of the polycrystalline silicon film 7 in the groove are reduced, the etching amount on the side surface of the groove can be further reduced. Thus, when boron is ion-implanted on the entire surface, the polycrystalline silicon thin film 7 on the side wall of the groove is not ion-implanted because the nitride film 3 forms a shadow. Here, the ion implantation amount of boron is about 10 14 / cm 2 .

【0033】この後は、第3の実施例と同様にレジスト
8をマスクとして多結晶シリコン膜7をエッチングし溝
内に残存させた後、ヒドラジン溶液によるエッチングを
施すことにより、図15(d)に示すように溝底面のみ
に選択成長の核となる多結晶シリコン膜7を残存させ
る。
After this, as in the third embodiment, the polycrystalline silicon film 7 is etched using the resist 8 as a mask to leave it in the groove, and then is etched by a hydrazine solution, so that FIG. As shown in FIG. 5, the polycrystalline silicon film 7 that serves as a nucleus for selective growth is left only on the bottom of the groove.

【0034】本実施例によれば、多結晶シリコン膜7に
対する溝側壁におけるイオン打ち込みのマスクを形成す
る必要が無く、そのためのマスク材の形成や除去などの
工程の簡略化を図ることができる。
According to the present embodiment, it is not necessary to form a mask for ion implantation on the side wall of the trench with respect to the polycrystalline silicon film 7, and it is possible to simplify the steps for forming and removing a mask material therefor.

【0035】本発明の第5の実施例を、図16を用いて
説明する。
The fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0036】本実施例は、第2の実施例に対し、溝内部
に酸化膜6を形成した後厚さ20nm程度の薄い窒化膜
18を化学気相成長法により全面に堆積したものであ
る。これによって、第2の実施例で問題となる多結晶シ
リコン膜6のエッチバック高さを制約しなくなる。つま
り図16に示すごとく、エッチバックされた多結晶シリ
コン膜の上部が基板1の表面より下となっても、溝側壁
の酸化膜17を除去する際に窒化膜18がストッパとな
って溝内の酸化膜6が削れるのを防ぐことができる。
This embodiment is different from the second embodiment in that an oxide film 6 is formed in the groove and then a thin nitride film 18 having a thickness of about 20 nm is deposited on the entire surface by chemical vapor deposition. As a result, the etch back height of the polycrystalline silicon film 6 which is a problem in the second embodiment is not restricted. That is, as shown in FIG. 16, even if the upper portion of the etched-back polycrystalline silicon film is below the surface of the substrate 1, the nitride film 18 serves as a stopper when the oxide film 17 on the sidewall of the groove is removed, and It is possible to prevent the oxide film 6 from being scraped.

【0037】本実施例によれば、硼素のイオン打ち込み
前に素子領域の多結晶シリコン膜7を削る場合において
も、多結晶シリコン膜7の上部が溝内であれば、そのエ
ッチバック量を規定しない。これによりプロセスの裕度
を得ることができる。なお本実施例は、これまで述べた
他の実施例へ適用しても、何ら問題はない。
According to the present embodiment, even when the polycrystalline silicon film 7 in the element region is etched before the boron ion implantation, if the upper portion of the polycrystalline silicon film 7 is in the groove, the etch back amount is defined. do not do. This provides process latitude. The present embodiment can be applied to the other embodiments described above without any problem.

【0038】つぎに本発明の第6の実施例を、図17を
用いて説明する。本実施例は、相補型MOSに適用した
場合の一例である。したがってNMOS領域の表面はこ
れまでの実施例で述べてきたようなp型であるが、PM
OS領域の表面はn型である。まず図17(a)に示す
ごとく前記の実施例と同様に溝内に50nm程度の酸化
膜6を形成した後、厚さ20nm程度の窒化膜18をつ
いで堆積する。この後PMOS領域をレジスト10で覆
い、NMOS領域へ異方性のエッチングを施すことによ
り、NMOS領域の素子分離領域における溝底面の絶縁
膜を除去する。したがって図17(b)に示すごとく、
厚さ30nm程度の多結晶シリコン膜7を堆積し、つい
でその側壁のみ酸化膜17で覆った後硼素のイオン打ち
込みを行うと、NMOS領域においては多結晶シリコン
膜7は溝底面において基板1と接しているため、その領
域には基板1側にp層19が形成される。この後はこれ
までの実施例で述べたように、素子領域の多結晶シリコ
ン膜7はドライエッチングによって除去し、溝側壁の多
結晶シリコン膜はヒドラジン溶液によって除去する。こ
れによって溝底面にのみ硼素が添加された多結晶シリコ
ン膜7が残存する。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an example of application to a complementary MOS. Therefore, although the surface of the NMOS region is p-type as described in the above embodiments, PM
The surface of the OS region is n-type. First, as shown in FIG. 17A, an oxide film 6 having a thickness of about 50 nm is formed in the groove as in the above embodiment, and then a nitride film 18 having a thickness of about 20 nm is deposited. After that, the PMOS region is covered with a resist 10 and anisotropic etching is applied to the NMOS region to remove the insulating film on the bottom surface of the groove in the element isolation region of the NMOS region. Therefore, as shown in FIG.
A polycrystalline silicon film 7 having a thickness of about 30 nm is deposited, and then only the side walls of the polycrystalline silicon film 7 are covered with an oxide film 17. Then, ion implantation of boron is carried out. In the NMOS region, the polycrystalline silicon film 7 is in contact with the substrate 1 at the bottom surface of the groove. Therefore, the p layer 19 is formed on the substrate 1 side in that region. After this, as described in the previous embodiments, the polycrystalline silicon film 7 in the element region is removed by dry etching, and the polycrystalline silicon film on the side wall of the groove is removed by a hydrazine solution. As a result, the polycrystalline silicon film 7 to which boron is added remains only on the bottom surface of the groove.

【0039】後は図17(c)に示すごとく、さきほど
残存させた多結晶シリコン膜7を成長核として選択成長
を施すことにより溝内に多結晶シリコン9を充填する。
なおその他の領域は、これまでの実施例で述べたよう
に、窒化膜18で覆われているために多結晶シリコン9
は成長しない。後は他の実施例と同様の手法により、素
子分離領域にはフィールド酸化膜を、素子領域にはMO
Sトランジスタ等を形成する。
After that, as shown in FIG. 17 (c), the polycrystalline silicon film 7 left previously is selectively grown by using the polycrystalline silicon film 7 as a growth nucleus to fill the trench with polycrystalline silicon 9.
Since the other regions are covered with the nitride film 18 as described in the above embodiments, the polycrystalline silicon 9
Does not grow. After that, the field oxide film is formed in the element isolation region and the MO is formed in the element region by the same method as in the other embodiments.
An S transistor and the like are formed.

【0040】本実施例によれば、NMOS領域において
は基板1と溝内の多結晶シリコン9がp型層を介して接
続されるため、多結晶シリコン9の電位を固定すること
ができる。しかしながらPMOS領域においては、基板
1表面がn型であるために、pn接合が形成され、多結
晶シリコン9はフローティングとなる。したがってPM
OS領域においては、溝の底面で基板1多結晶シリコン
9とを接しさせる必要はない。逆にPMOS領域におい
て、溝内の多結晶シリコン9と基板1を接しさせること
で溝底部にp層19を形成させた場合、溝の深さを充分
深くしなければソース・ドレインのp型拡散層と接する
可能性があり、耐圧不良等の問題を起こす多結晶シリコ
ン9と基板1を接続することは好ましくない。
According to this embodiment, since the substrate 1 and the polycrystalline silicon 9 in the trench are connected via the p-type layer in the NMOS region, the potential of the polycrystalline silicon 9 can be fixed. However, in the PMOS region, since the surface of the substrate 1 is n-type, a pn junction is formed and the polycrystalline silicon 9 becomes floating. Therefore PM
In the OS region, it is not necessary to bring the bottom surface of the groove into contact with the substrate 1 polycrystalline silicon 9. On the contrary, in the PMOS region, when the p-layer 19 is formed at the bottom of the groove by contacting the polycrystalline silicon 9 in the groove with the substrate 1, the p-type diffusion of the source / drain is required unless the groove is deep enough. It is not preferable to connect the polycrystalline silicon 9 and the substrate 1 which may come into contact with the layer and cause a problem such as poor withstand voltage.

【0041】つぎに図18を用いて、本発明の第7の実
施例を説明する。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0042】本実施例において、図18(a)の示すご
とく、素子分離領域の溝内に絶縁膜6を形成し、その内
側には多結晶シリコン膜7を、またその側面には絶縁膜
17を形成するまでは、第2の実施例における図11ま
でとほぼ同じである。第2の実施例の違いとして、素子
分離領域の溝内部に残存させた多結晶シリコン膜7の上
部が、素子領域に残存させたシリコン窒化膜3の側面に
限定したのに対して、本実施例においては、その位置が
溝内であれば構わない。他の違いとしては、溝の底面に
たいして硼素のイオン打ち込みを行わない。この状態
で、選択成長の核と成ることのできる領域は、溝底面よ
り露出している多結晶シリコン膜7だけである。したが
って、図18(b)に示すごとく、溝底面より露出した
多結晶シリコン膜7を核として選択成長を施すことによ
り、溝内へは均一に多結晶シリコン9を充填することが
可能となる。あとは他の実施例と同様に、シリコン窒化
膜3をマスクとして選択酸化を施すことにより、素子分
離領域の多結晶シリコン9上にフィールド酸化膜を形成
する。
In this embodiment, as shown in FIG. 18A, the insulating film 6 is formed in the trench of the element isolation region, the polycrystalline silicon film 7 is formed inside the insulating film 6, and the insulating film 17 is formed on the side surface thereof. The process up to the step of forming is almost the same as that of FIG. 11 in the second embodiment. As a difference from the second embodiment, the upper part of the polycrystalline silicon film 7 left inside the trench of the element isolation region is limited to the side surface of the silicon nitride film 3 left in the element region, but this embodiment is different from the second embodiment. In the example, the position may be within the groove. Another difference is that the bottom of the groove is not ion-implanted with boron. In this state, the region that can serve as a nucleus for selective growth is only the polycrystalline silicon film 7 exposed from the groove bottom surface. Therefore, as shown in FIG. 18B, the polycrystalline silicon film 7 exposed from the bottom surface of the groove is used as a nucleus for selective growth, so that the polycrystalline silicon film 9 can be uniformly filled in the groove. After that, as in the other embodiments, selective oxidation is performed using the silicon nitride film 3 as a mask to form a field oxide film on the polycrystalline silicon 9 in the element isolation region.

【0043】本実施例に依れば、これまでの実施例で述
べてきた硼素のイオン打ち込みやヒドラジン溶液による
エッチングといった工程を省略することが可能となり、
工程の簡略化を図ることが出来る。
According to this embodiment, the steps of ion implantation of boron and etching with a hydrazine solution, which have been described in the previous embodiments, can be omitted,
The process can be simplified.

【0044】以上述べてきた実施例は、素子分離に関し
て論じてきたが、溝型容量等の溝埋めにも適用可能であ
る。また以上述べてきた実施例において、素子分離領域
の溝内に充填された多結晶シリコンは、最終的に配線電
極等で電位を固定するものとする。また溝内に埋め込ま
れた多結晶シリコンへは何らかの不純物が添加されてい
るものとする。
Although the embodiments described above have been discussed with respect to element isolation, they can also be applied to trench filling such as trench capacitors. Further, in the embodiments described above, the polycrystalline silicon filled in the trench of the element isolation region is supposed to finally fix the potential by the wiring electrode or the like. It is assumed that some impurities are added to the polycrystalline silicon embedded in the trench.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、溝内に空洞を形成する
こと無く、溝の底面から基板が露出していなくとも、均
一に制御良く溝内へ多結晶シリコンを充填することが出
来る。これにより、素子の高集積化を図ることが出来
る。
According to the present invention, polycrystalline silicon can be uniformly filled into the groove without forming a cavity in the groove and even if the substrate is not exposed from the bottom surface of the groove. As a result, high integration of the device can be achieved.

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

【図1】本発明の第1の実施例の形成工程断面図。FIG. 1 is a sectional view of a forming process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の形成工程断面図。FIG. 2 is a sectional view of a forming process according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の形成工程断面図。FIG. 3 is a sectional view of a forming process according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の形成工程断面図。FIG. 4 is a sectional view of a forming process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例の形成工程断面図。FIG. 5 is a sectional view of a forming process according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例の形成工程断面図。FIG. 6 is a sectional view of a forming process according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例の形成工程断面図。FIG. 7 is a sectional view of a forming process according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の形成工程断面図。FIG. 8 is a sectional view of a forming process according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例の形成工程断面図。FIG. 9 is a sectional view of a forming process according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施例の形成工程断面図。FIG. 10 is a sectional view of a forming process according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施例の形成工程断面図。FIG. 11 is a sectional view of a forming process according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の実施例の形成工程断面図。FIG. 12 is a sectional view of a forming process according to the second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2の実施例の形成工程断面図。FIG. 13 is a sectional view of a forming process according to the second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3の実施例の形成工程断面図。FIG. 14 is a sectional view of a forming process according to the third embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第4の実施例の形成工程断面図。FIG. 15 is a sectional view of a forming process according to the fourth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第5の実施例を示す断面図。FIG. 16 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第6の実施例の形成工程断面図。FIG. 17 is a sectional view of a forming process according to the sixth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第7の実施例の形成工程断面図。FIG. 18 is a sectional view of a forming process according to the seventh embodiment of the present invention.

【図19】従来方法(エッチバック法)の形成工程断面
図。
FIG. 19 is a sectional view of a forming process of a conventional method (etchback method).

【図20】従来方法(選択成長法)の形成工程断面図。FIG. 20 is a sectional view of a forming process of a conventional method (selective growth method).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…熱酸化膜、3…シリコン窒化膜、
4…シリコン酸化膜、5…溝、6…絶縁膜、7…薄い多
結晶シリコン膜、8…レジスト、9…選択成長膜、10
…レジスト、11…フィールド酸化膜、12…ゲート絶
縁膜、13…ゲート電極、14…拡散層、15…層間絶
縁膜、16…配線電極、17…シリコン酸化膜、18…
薄いシリコン窒化膜、19…p型層、20…厚い多結晶
シリコン膜、21…境界面、22…空洞、23…エッチ
バック前の表面、24…エッチバック後の表面。
1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Thermal oxide film, 3 ... Silicon nitride film,
4 ... Silicon oxide film, 5 ... Groove, 6 ... Insulating film, 7 ... Thin polycrystalline silicon film, 8 ... Resist, 9 ... Selective growth film, 10
... Resist, 11 ... Field oxide film, 12 ... Gate insulating film, 13 ... Gate electrode, 14 ... Diffusion layer, 15 ... Interlayer insulating film, 16 ... Wiring electrode, 17 ... Silicon oxide film, 18 ...
Thin silicon nitride film, 19 ... P-type layer, 20 ... Thick polycrystalline silicon film, 21 ... Interface, 22 ... Cavity, 23 ... Surface before etch back, 24 ... Surface after etch back.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 俊明 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 橋本 孝司 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 飯島 晋平 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 清水 昭博 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiaki Yamanaka 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Koji Hashimoto 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Shinpei Iijima 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji City, Tokyo Hitachi Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Akihiro Shimizu 5-20-1 Kamimizuhoncho, Kodaira-shi, Tokyo・ SII Engineering Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板の主面に対してほぼ垂直の面を
持つ溝型素子分離を有する半導体装置において、少なく
とも素子分離領域の溝内側壁に絶縁膜を設ける工程と、
更にその内側にのみ薄い多結晶硅素膜を設ける工程と、
該薄い多結晶硅素膜を核とした選択成長により溝内に多
結晶硅素を充填する工程と、該多結晶硅素上にフィール
ド絶縁膜を設ける工程とを、少なくとも具備したことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A semiconductor device having a groove type element isolation having a surface substantially perpendicular to a main surface of a semiconductor substrate, wherein an insulating film is provided on at least an inner sidewall of a groove of an element isolation region,
Further, a step of providing a thin polycrystalline silicon film only on the inner side thereof,
A semiconductor device comprising at least a step of filling a groove with polycrystalline silicon by selective growth using the thin polycrystalline silicon film as a nucleus, and a step of providing a field insulating film on the polycrystalline silicon. Manufacturing method.
【請求項2】請求項1記載の半導体装置の製造方法にお
いて、前記薄い多結晶硅素膜を素子領域を除く溝の内側
へ形成し、その側面にはさらに酸化膜を設ける工程と、
硼素のイオン打ち込みを行いついで前記酸化膜を除去し
たのち、ヒドラジン溶液により硼素のイオン打ち込みを
されていない溝側壁の多結晶硅素膜を選択的に除去し、
溝の底面にのみ選択成長の核となる薄い多結晶硅素膜を
残存させたことを特徴とした半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thin polycrystalline silicon film is formed inside the groove except the element region, and an oxide film is further provided on a side surface thereof.
After ion-implanting boron and then removing the oxide film, the hydrazine solution is used to selectively remove the polycrystalline silicon film on the side wall of the trench which is not ion-implanted with boron.
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that a thin polycrystalline silicon film, which serves as a nucleus for selective growth, is left only on the bottom surface of a groove.
【請求項3】請求項1記載の半導体装置の製造方法にお
いて、素子分離領域に形成した溝内部の内壁に絶縁膜を
設けたのち、薄い多結晶硅素膜を堆積しついで溝側壁に
酸化膜の保護膜を形成する工程と、硼素のイオン打ち込
みを行いついで前記酸化膜を除去したのち、ヒドラジン
溶液により溝側壁の多結晶硅素膜を選択的に除去し半導
体基板主面に対しほぼ並行な面に前記薄い多結晶硅素膜
を残存させる工程と、ついで素子分離領域の溝内に有機
膜を埋め込みこれをマスクとして素子領域の前記薄い多
結晶硅素膜を除去する工程を有し、溝の底面にのみ選択
成長の核となる薄い多結晶硅素膜を残存させたことを特
徴とした半導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating film is provided on the inner wall inside the groove formed in the element isolation region, a thin polycrystalline silicon film is deposited, and then an oxide film is formed on the side wall of the groove. After the step of forming the protective film and the ion implantation of boron and then removing the oxide film, the polycrystalline silicon film on the side wall of the groove is selectively removed by a hydrazine solution to form a surface substantially parallel to the main surface of the semiconductor substrate. There is a step of leaving the thin polycrystalline silicon film, and then a step of burying an organic film in the groove of the element isolation region and using the mask as a mask to remove the thin polycrystalline silicon film of the element region, and only on the bottom surface of the groove. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that a thin polycrystalline silicon film, which is a nucleus of selective growth, is left.
【請求項4】上記請求項記載の半導体装置の製造方法に
おいて、相補形半導体装置の場合、素子分離領域に設け
た溝内に絶縁膜を形成した後nチャネルMOSの素子分
離領域は選択的に前記溝の底面の絶縁膜を除去する工程
と、ついで薄い多結晶硅素膜を堆積する工程とを具備
し、前記溝の底面において前記薄い多結晶硅素膜と半導
体基板とを接しさせることを特徴とした半導体装置の製
造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to the above claim, in the case of a complementary semiconductor device, an element isolation region of an n-channel MOS is selectively formed after forming an insulating film in a groove provided in the element isolation region. A step of removing the insulating film on the bottom surface of the groove and a step of depositing a thin polycrystalline silicon film next, and contacting the thin polycrystalline silicon film and the semiconductor substrate on the bottom surface of the groove. Of manufacturing a completed semiconductor device.
【請求項5】上記請求項記載の半導体装置の製造方法に
おいて、薄い多結晶硅素膜の下の絶縁膜は少なくとも窒
化硅素膜を含む多層膜からなることを特徴とした半導体
装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film under the thin polycrystalline silicon film is a multilayer film including at least a silicon nitride film.
【請求項6】上記請求項記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記溝内に充填した多結晶硅素上にフィールド
絶縁膜を形成する際、該フィールド絶縁膜の上面は隣接
する素子領域の半導体基板の主面よりも下にならないよ
うにしたことを特徴とした半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein when a field insulating film is formed on the polycrystalline silicon filled in the groove, the upper surface of the field insulating film is a semiconductor substrate of an adjacent element region. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that it is arranged so as not to be lower than the main surface of the semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100342313B1 (en) * 1996-06-28 2002-07-02 마찌다 가쯔히꼬 semiconductor device and method for fabricating the same
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