JPH06314739A - 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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JPH06314739A
JPH06314739A JP10211193A JP10211193A JPH06314739A JP H06314739 A JPH06314739 A JP H06314739A JP 10211193 A JP10211193 A JP 10211193A JP 10211193 A JP10211193 A JP 10211193A JP H06314739 A JPH06314739 A JP H06314739A
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JP
Japan
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oxide film
silicon
film
polycrystalline silicon
mask
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Application number
JP10211193A
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English (en)
Inventor
Masahiko Shinosawa
正彦 篠澤
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06314739A publication Critical patent/JPH06314739A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 平坦性に優れたトレンチ分離構造を有する半
導体集積回路装置の製造方法を提供する。 【構成】 トレンチ溝上に多結晶シリコンを形成し、こ
の溝に対応した凹部を耐酸化性膜で充填し、熱酸化後、
この熱酸化で形成された二酸化シリコンを除去すること
によって多結晶シリコンを平坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特に、ト
レンチ分離構造を有する半導体装置の製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化が急激
に進み、素子の微細化の度合いを高める工夫が種々の方
法でなされている。特に、バイポーラ型半導体集積回路
装置においては、素子の微細化と相まって、素子分離技
術にも改良が加えられ、装置の高集積化に寄与してい
る。
【0003】最近の素子分離技術は、半導体基板面に対
して垂直にエッチングできる異方性反応イオンエッチン
グ技術(以下「RIE技術」と呼ぶ)を用いた溝掘り工
程と、多結晶シリコンによる溝の埋め戻し工程とを組み
合わせたトレンチ分離技術が主流となっている。
【0004】図3(a)〜(h)に従来のトレンチ分離
構造を有する半導体集積回路装置の製造工程図を示す。
【0005】図3(a)に示す様に、約2μmの厚さの
N型エピタキシャル層(図示せず)を成長させたP型シ
リコン半導体基板301を1000℃の水蒸気雰囲気中
で酸化し、約10000Åの厚さの酸化膜302を形成
する。
【0006】続いて、前記酸化膜302上に、フォトレ
ジストを塗布し、露光、現像し、レジストパターンを形
成し、前記レジストパターンをマスクとして、酸化膜3
02を周知のエッチング方法で選択的に除去し、約1.
5μm幅の開口部303を形成する(図3(b))。
【0007】次いで、酸化膜302をマスクとして、R
IE技術により、シリコン半導体基板301に溝304
を形成する。例えば、SiCl4とN2との混合ガスを用
い電力密度0.32W/cm2 、RF電力13.56M
Hzで、RIEを行なうと、約1000Å/分の速度で
エッチングされる。溝の深さは、前記N型エピタキシャ
ル層の厚さが約2μmの場合、3μm程度である(図3
(c))。
【0008】次に、酸化膜302をマスクとして、ホウ
素イオン注入(エネルギー50keV、ドーズ量1×1
13ions/cm2)を行ない、溝304の底部に、チャ
ネルストッパーの役目をするP型領域を形成する(図示
せず)。
【0009】次に、1000℃の水蒸気雰囲気中で酸化
することにより、溝304内部に約2000Åの内壁酸
化膜305を形成する(図3(d))。
【0010】続いて、減圧ケミカル・ヴェパー・デポジ
ション(以下CVDという)装置を用いた周知のCVD
法により多結晶シリコン306を形成する。前記多結晶
シリコン306の厚さは、溝304を十分充填できる程
度でよい(図3(e))。この時、多結晶シリコンの表
面には、溝304に対応した凹部304aが形成され
る。
【0011】次に、フォトレジスト307を約1μmス
ピナー法にて塗布し、100℃で30分間加熱し、平坦
化する(図3(f))。
【0012】次に、SF6とO2の混合ガスを用いたRI
Eによりフォトレジスト307および多結晶シリコン3
06を酸化膜302が露出するまでエッチングする(図
3(g))。
【0013】続いて、1000℃の水蒸気雰囲気中で熱
酸化し、約2000Åのシリコン酸化膜308を形成す
る(図3(h))。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前記の製造工程では、
図3(e)を参照して説明したように、多結晶シリコン
306上に凹部304aが形成され、この凹部を平坦化
するために、フォトレジストを厚く形成した(図3
(f))後、フォトレジストおよび多結晶シリコンをエ
ッチングしている(図3(g))。
【0015】しかしながら、フォトレジストと多結晶シ
リコンを同じ速度でエッチングすることは困難であるた
め、例えば、フォトレジストのエッチング速度が多結晶
シリコンのエッチング速度より大きい場合は、前記凹部
に対応する部分が凹部になり、また、逆に小さい場合は
凸部となる。図3(g)は、この凹部の場合を示す。
【0016】従って、この凹部あるいは凸部により配線
の断線、あるいは、配線が薄く形成されることによるエ
レクトロマイグレーション等の配線不良が発生するとい
う問題点があった。
【0017】また、フォトレジストと多結晶シリコンの
エッチングを2種のガス、つまり、フォトレジストのエ
ッチングガスであるO2と、多結晶シリコンのエッチン
グガスであるSF6のガスを用いるため、異物、例え
ば、フォトレジストとSF6の反応物あるいは多結晶シ
リコンとO2の反応物等が多数発生し、これら異物がウ
エハ表面に付着し、配線間に短絡が発生するという問題
点があった。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1の凹部を
有する半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板上
に前記第1の凹部に対応する第2の凹部を有するシリコ
ン膜を形成する工程と、前記第2の凹部上に耐酸化性膜
を形成する工程と、前記シリコン膜を酸化し、シリコン
酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜を除去す
る工程と、を有するものである。
【0019】ここで、前記第1の凹部は、例えばトレン
チ分離溝のようなものである。
【0020】
【作用】本発明は、以上のように前記シリコン膜上の第
2の凹部に耐酸化性膜を形成した後、熱酸化することに
よって、この熱酸化工程で形成されるシリコン酸化膜の
底面を平坦化することができる。従って、このシリコン
酸化膜を除去することによって、シリコン膜上を平坦化
することができる。
【0021】
【実施例】
[実施例1]図1(a)〜(k)は、本発明の第1の実
施例を示す工程断面図である。図1(a)に示す様に、
約2μmの厚さのN型エピタキシャル層(図示せず)を
成長させたP型シリコン半導体基板101を1000℃
の水蒸気雰囲気中で酸化し、約10000Åの厚さの酸
化膜102を形成する。
【0022】続いて、前記酸化膜102上に、フォトレ
ジストを塗布し、露光、現像し、レジストパターンを形
成し、前記レジストパターンをマスクとして、酸化膜1
02を周知のエッチング方法で選択的に除去し、約1.
5μm幅の開口部103を形成する(図1(b))。
【0023】次いで、酸化膜102をマスクとして、R
IE技術により、シリコン半導体基板101に溝104
を形成する。例えば、SiCl4とN2との混合ガスを用
い電力密度0.32W/cm2 、RF電力13.56M
Hzで、RIEを行なうと、約1000Å/分の速度で
エッチングされる。溝の深さは、前記N型エピタキシャ
ル層の厚さが約2μmの場合、3μm程度である(図1
(c))。
【0024】次に、酸化膜102をマスクとして、ホウ
素イオン注入(エネルギー50keV、ドーズ量1×1
13ions/cm2)を行ない、溝104の底部に、チャ
ネルストッパーの役目をするP型領域を形成する(図示
せず)。
【0025】次に、1000℃の水蒸気雰囲気中で酸化
することにより、溝104内部に約2000Åの内壁酸
化膜105を形成する(図3(d))。
【0026】続いて、減圧CVD装置を用いた周知のC
VD法により多結晶シリコン106を形成する。この多
結晶シリコン106の厚さは、溝104を十分充填でき
る程度でよい(図1(e))。この時、多結晶シリコン
の表面には、溝104に対応した凹部104aが形成さ
れる。
【0027】次に、減圧CVD装置を用い、シリコン窒
化膜107を形成する。この時、前記凹部側壁では、シ
リコン窒化膜107の見かけの膜厚が大きくなっている
(図1(f))。この後RIE技術を用い、シリコン窒
化膜107をCF4ガスで異方的にエッチングする。こ
の時、前記凹部104aにのみシリコン窒化膜が残る
(図1(g))。
【0028】次に、多結晶シリコン106を、1000
℃の水蒸気雰囲気中で酸化する。この時、シリコン窒化
膜107は耐酸化性マスクであるので、シリコン窒化膜
で覆われている部分からは酸化膜は成長しない。しかし
ながら、シリコン窒化膜周辺部の多結晶シリコンの酸化
が横方向に進むため、シリコン窒化膜直下にも若干酸化
膜が形成される。この場合、酸化膜108を、酸化膜1
08と多結晶シリコン106の界面が凹部104aの底
部とほぼ同じ位置になるまで成長させるのが望ましい
(図1(h))。
【0029】次に、170℃のリン酸を用いてシリコン
窒化膜107を除去する。その後、緩衝フッ酸液を用い
て、酸化膜108を除去する。ここで、図1(i)に示
すように、多結晶シリコン106の露出表面は、凹部1
04aの深さが低減され、平坦性がよくなる。
【0030】続いて、CH22とSF6の混合ガスを用
いたRIE(圧力0.01Torr、RF電力45W)で、
酸化膜102が露出するまで、多結晶シリコン106を
エッチングする(図1(j))。
【0031】次に、1000℃で酸化し、トレンチ多結
晶シリコン酸化膜109を形成する(図1(k))。
【0032】[実施例2]図2(a)〜(g)は、本発
明の第2の実施例を示す工程断面図である。 図2
(a)に示す様に、約2μmの厚さのN型エピタキシャ
ル層(図示せず)を成長させたP型シリコン半導体基板
201を1000℃の水蒸気雰囲気中で酸化し、約10
000Åの厚さの酸化膜202を形成する。
【0033】続いて、CVD技術を用いて1500Å程
度のシリコン窒化膜203、約10000Åの上層酸化
膜204を順次形成する。
【0034】次に、上層酸化膜204上にフォトレジス
トを塗布し、露光、現像し、レジストパターンを形成
し、前記レジストパターンをマスクとして、上層酸化膜
204、シリコン窒化膜203および下層酸化膜202
を周知のエッチング方法で選択的に除去し、約1.5μ
m幅の開口部205を形成する。
【0035】次いで、酸化膜204、シリコン窒化膜2
03および下層酸化膜202をマスクとして、RIE技
術により、シリコン半導体基板201に溝206を形成
する。例えば、SiCl4とN2との混合ガスを用い電力
密度0.32W/cm2 、RF電力13.56MHz
で、RIEを行なうと、約1000Å/分の速度でエッ
チングされる。溝の深さは、前記N型エピタキシャル層
の厚さが約2μmの場合、3μm程度である。
【0036】次に、酸化膜204をマスクとして、ホウ
素イオン注入(エネルギー50keV、ドーズ量1×1
13ions/cm2)を行ない、溝206の底部に、チャ
ネルストッパーの役目をするP型領域を形成する(図示
せず)。
【0037】次に、1000℃の水蒸気雰囲気中で酸化
することにより、溝206内部に約2000Åの内壁酸
化膜207を形成する(図2(b))。
【0038】続いて、減圧CVD装置を用いた周知のC
VD法により多結晶シリコン208を形成する。この多
結晶シリコン208の厚さは、溝206を十分充填でき
る程度でよい。この時、多結晶シリコンの表面には、溝
206に対応した凹部206aが形成される。ここで、
この凹部206aの底部が、シリコン窒化膜203とほ
ぼ同じ面になるよう、あらかじめ上層酸化膜204、シ
リコン窒化膜203もしくは多結晶シリコン208の膜
厚を適宜調整したほうがよい。
【0039】次に、減圧CVD装置を用い、シリコン窒
化膜209を形成する。この時、前記凹部206a側壁
では、シリコン窒化膜209の見かけの膜厚が大きくな
っている(図2(c))。この後、RIE技術を用い、
シリコン窒化膜209をCF4ガスで異方的にエッチン
グする。この時、前記凹部206aにのみシリコン窒化
膜209が残る(図2(d))。
【0040】次に、多結晶シリコン208を、1000
℃の水蒸気雰囲気中で酸化し、酸化膜210を形成する
(図2(e))。この場合、シリコン窒化膜203が酸
化のストッパーとして働くので、第1の実施例で説明し
た酸化膜を、酸化膜と多結晶シリコンの界面が凹部の底
部とほぼ同じ位置になるまで成長させるといった酸化膜
厚の調整が不必要となる。
【0041】次に、170℃のリン酸を用いてシリコン
窒化膜209を除去する。その後、緩衝フッ酸液を用い
て、酸化膜210を除去する。ここで、図2(f)に示
すように、多結晶シリコン208の露出表面は、凹部2
06aの深さが低減され、平坦性がよくなる。
【0042】次に、1000℃で酸化し、トレンチ上多
結晶シリコン酸化膜211を形成する(図2(g))。
【0043】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の第
1の実施例によれば、トレンチ溝上に多結晶シリコンを
形成し、この溝に対応した多結晶シリコン上の凹部を耐
酸化性膜で充填し、熱酸化を行ったので、この熱酸化で
形成されたシリコン酸化膜の底面を平坦化することがで
きる。従って、このシリコン酸化膜を除去することによ
って多結晶シリコンを平坦化することができる。
【0044】さらに、本発明の第2の実施例によれば、
あらかじめ酸化のストッパーとして耐酸化性膜を多結晶
シリコン膜の下に形成したので、熱酸化によって形成さ
れるシリコン酸化膜の膜厚の調整が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す工程断面図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例を示す工程断面図であ
る。
【図3】従来のトレンチ分離構造を有する半導体集積回
路装置の製造工程断面図
【符号の説明】
101 半導体基板 102 酸化膜 103 開講部 104 溝 104a 凹部 105 内壁酸化膜 106 多結晶シリコン 107 シリコン窒化膜 108 多結晶シリコン酸化膜 109 トレンチ上多結晶シリコン酸化膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の凹部を有する半導体基板を準備す
    る工程と、 前記半導体基板上に前記第1の凹部に対応する第2の凹
    部を有するシリコン膜を形成する工程と、 前記第2の凹部上に耐酸化性膜を形成する工程と、 前記シリコン膜を酸化し、シリコン酸化膜を形成する工
    程と、 前記シリコン酸化膜を除去する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板は、前記凹部以外の領域
    に耐酸化性膜が形成されていることを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
JP10211193A 1993-04-28 1993-04-28 半導体装置の製造方法 Pending JPH06314739A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010061038A (ko) * 1999-12-28 2001-07-07 박종섭 격리막 형성 방법
US6624044B2 (en) 2000-05-16 2003-09-23 Denso Corporation Method for manufacturing semiconductor device having trench filled with polysilicon
US7439156B2 (en) 2005-04-18 2008-10-21 Nec Electronics Corporation Method for manufacturing semiconductor device
US7846801B2 (en) 2006-08-18 2010-12-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of fabricating semiconductor device

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