JPH1187333A - 半導体装置の素子分離領域の形成方法 - Google Patents

半導体装置の素子分離領域の形成方法

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JPH1187333A
JPH1187333A JP23829897A JP23829897A JPH1187333A JP H1187333 A JPH1187333 A JP H1187333A JP 23829897 A JP23829897 A JP 23829897A JP 23829897 A JP23829897 A JP 23829897A JP H1187333 A JPH1187333 A JP H1187333A
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oxide film
film
forming
oxidation
silicon nitride
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Katsuhiro Iitaka
克弘 飯高
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】半導体デバイス構造の微細化に支障をきたすバ
ーズビークの伸びを抑制しつつ、素子分離に十分、かつ
均一な酸化膜厚を得ることができる、半導体装置の素子
分離領域形成方法を提供する。 【解決手段】シリコン基板1上に酸化膜2を形成する工
程と、前記酸化膜上の素子分離領域のみに耐酸化性の窒
化珪素膜3を形成する工程と、フィールド酸化膜を形成
する工程と、フィールド酸化膜のみをエッチングにより
除去する工程と、フィールド酸化膜が除去された領域に
熱酸化膜6を形成する工程と、フィール酸化膜が除去さ
れた領域の周辺部に耐酸化性の窒化珪素膜からなるサイ
ドウォール7を形成する工程と、フィールド酸化膜を再
度形成する工程と、前記窒化珪素膜を除去する工程とを
含む半導体装置の素子分離領域形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法、特に半導体装置の素子分離領域形成方法に関す
る。
【0002】
【従来技術】素子分離技術は、LSIを構成する上で最
も重要な技術の一つである。大容量デバイスでは、メモ
リセルの寸法を決める鍵は素子分離寸法にあるといって
も過言ではない。素子と素子との距離をいかにして縮め
るかがセルの寸法を左右する。そのため、素子分離領域
形成法の研究開発が精力的に進められている。
【0003】今日、もっともよく知られている素子分離
領域形成法は、LOCOS(local oxidat
ion of silicon)法とよばれる方法であ
る。この方法は、図12に示すように、先ず、例えば、
シリコン基板1に、酸化シリコン膜2と窒化珪素膜3を
堆積させる。そののち、図13に示すように、素子が形
成される領域にあたる部分にフォトレジスト13をイオ
ン注入マスク材料として残し、このフォトレジストをマ
スクとして、素子分離領域に素子間寄生チャネル防止用
の、例えば、ホウ素イオン等のイオン注入を行う。次い
で、図14に示すように、フォトレジストを窒化珪素膜
エッチングのマスク材として用いて素子分離領域のみ窒
化珪素膜を残し、2度のマスク材として使用したレジス
トを除去する。この状態で、O2 /H2 O雰囲気で、例
えば、1000℃で酸化を行う。このとき、窒化珪素膜
は耐酸化性を有するため、窒化珪素膜(素子分離領域)
はほとんど酸化されず、フィールド領域のみが選択的に
酸化をうけ、厚い酸化シリコン膜(フィールド酸化膜)
14が形成される。フィールド酸化後は、図15に示す
ように、窒化珪素膜と下地の薄い酸化シリコン膜をエッ
チング除去することにより、素子分離領域形成は完了す
る。
【0004】しかしながら、上述した従来法では、半導
体の微細化に伴い、素子分離に用いられるLOCOS幅
も同時に微細化する為、いわゆるバーズビークの占める
割合が大きくなり、微細化に支障を来すようになった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、半導体の微
細化に伴い素子分離の幅が小さくなり、フィールド酸化
膜の膜厚を厚くする必要がでてきたが、フィールド酸化
膜の膜厚をあまり厚くすると、図14中に示すように、
フィールド酸化時にフィールド酸化膜が窒化珪素膜の下
にもぐりこんだ、いわゆるバーズビーク状の酸化膜Aの
形成が助長される。このバーズビーク状の酸化膜が生じ
ると、パターン変換差及びいわゆる狭チャネル効果が発
生し、半導体装置の微細化を妨げる大きな要因となって
いる。
【0006】これを解消する手段として、例えば、半導
体基板を掘って深い溝の側壁を形成するトレンチ法が知
られている。しかし、トレンチ法は、シリコン基板を食
刻することにより基板にダメージを与えたり、個別に溝
を形成するため溝の均一性に問題がある。
【0007】本発明は以上の問題点を解決すべくなされ
たものであり、微細化に支障をきたすバーズビークの伸
びを抑制しつつ、素子分離に十分、かつ均一な酸化膜厚
を得ることができる、半導体装置の素子分離領域形成方
法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の(a)
〜(h)の工程を含む半導体装置の素子分離領域形成方
法である。
【0009】(a)シリコン基板上に酸化膜を形成する
工程、(b)前記酸化膜上の素子分離領域のみに耐酸化
性の膜を形成する工程、(c)熱酸化によりフィールド
酸化膜を形成する工程、(d)前記フィールド酸化膜の
みをエッチングにより除去する工程、(e)前記フィー
ルド酸化膜が除去された領域に酸化膜を形成する工程、
(f)前記フィール酸化膜が除去された領域の周辺部に
耐酸化性の膜からなるサイドウォールを形成する工程、
(g)熱酸化によりフィールド酸化膜を形成する工程、
(h)前記耐酸化性の膜を除去する工程。
【0010】以下、本発明の製造方法の各工程を順を追
って詳細に説明する。
【0011】(a)先ず、シリコン基板上に、パッド酸
化膜といわれる酸化シリコン膜を、例えば、熱酸化法や
CVD(Chemical Vapor Deposi
tion)法等の手法により形成する。該パッド酸化膜
の膜厚は10nm程度が好ましい。10nmよりもあま
りに薄くすると、ストレスを受けやすくなり、窒化珪素
膜除去時のストッパー機能が低下する。逆に、10nm
よりあまりに厚くすると、バーズビークが大きくなり、
半導体装置の微細化に不利になる。
【0012】(b)次いで、前記酸化膜上に、例えば、
窒化珪素(Si3 4 )等の耐酸化性の膜を、例えば、
CVD法により、膜厚50〜100nmで成膜し、その
後、フォトエッチング工程により、フィールド部にあた
る領域の酸化シリコンと窒化珪素膜を除去することによ
り、選択酸化領域のパターニングを行う。
【0013】(c)次に、例えば、1000〜1200
℃の酸素中で酸化して、厚い膜厚のフィールド酸化膜を
形成し、残った部分の窒化珪素膜を除去する。該フィー
ルド酸化膜の膜厚は、200nm〜500nm程度が好
ましい。200nmよりも薄くすると、素子分離能力の
低下を招くことになり、500nmよりも厚くすると、
ストレスが大きくなり、バーズビークも大きくなるので
好ましくない。
【0014】なお、選択酸化領域のパターン形成後、フ
ィールド酸化を行う前に、フィールド酸化膜形成領域
に、チャネルストップ用にホウ素等のイオン注入を、例
えば、1×1012〜1×1013/cm2 程度で行うこと
ができる。
【0015】以上の工程は従来法と同様である。本発明
では、さらに以下の工程を行うことを特徴とする。
【0016】(d)すなわち、上記工程にて形成した厚
い膜厚のフィールド酸化膜をフォトエッチングにて除去
し、 (e)次いで、酸化シリコン膜を、例えば熱酸化法によ
り薄く成膜する。この酸化シリコン膜はフィールド酸化
膜が除去された領域に形成する。
【0017】該酸化膜の膜厚は、10nm〜50nm程
度が好ましい。10nmよりも薄くすると、該酸化膜が
ストッパーとしての役割を果たすことができなくなり、
50nmよりも厚くなると、バーズビークが大きくなる
ため好ましくない。
【0018】また、フィールド酸化膜除去後に再度酸化
シリコン膜を形成するのは、窒化珪素膜の基板への密着
性を高め、後に窒化珪素膜をエッチングする際にエッチ
ングストッパーとして機能させるためである。
【0019】(f)その後、耐酸化性膜を、例えば、C
VD法により、膜厚50〜100nmで成膜し、異方性
エッチングにより、前記フィール酸化膜が除去された領
域の周辺部にサイドウォールを形成する。該サイドウォ
ール用の堆積層の膜厚は、200nm程度が好ましい。
【0020】耐酸化性の膜は、酸素雰囲気下で行われる
フィールド酸化に耐えうる膜であれば特に材質に制限は
ない。例えば、窒化珪素からなる膜等を好ましく挙げる
ことができる。耐酸化性膜として窒化珪素膜を用いる場
合は、前述したように、前工程の酸化シリコン膜を形成
する際、窒化珪素膜の表層にも薄く酸化膜が形成してい
る。この酸化膜は、第1層目の窒化珪素膜と第2層目の
窒化珪素膜との間に形成されているから、サイドウォー
ル形成のための異方性エッチングに対するストッパーと
しての役割を果たし、第1層目の窒化珪素膜がエッチン
グにより削られるのを防止している。
【0021】このようにして形成したサイドウォール
は、次の工程である酸化に対し耐性を有するため、素子
分離用域の横幅の拡大を防止し、窒化珪素膜の下にもぐ
りこんだ、いわゆるバーズビーク状の酸化膜の形成が助
長されるのを効果的に防止する役割を果たす。
【0022】(g)次に、工程(b)および(f)にお
いて形成した耐酸化性膜をマスクにして、再度、例え
ば、1000〜1200℃の酸素中で酸化することによ
り、フィールド領域に膜厚の厚い酸化シリコン膜を形成
する。
【0023】該酸化シリコン膜の膜厚は、200nm〜
500nm程度が好ましい。該酸化シリコン膜の膜厚を
200nmよりも薄くすると、素子分離能力の低下を招
くことになり、500nmよりも厚くすると、ストレス
が大きくなり、バーズビークも大きくなるので好ましく
ない。
【0024】このようにして形成する酸化シリコン膜
は、先に酸化シリコン膜を形成・除去してできた空間を
利用している。そのため、横幅を拡げることなく膜厚が
より厚い酸化シリコン膜を形成することができる。
【0025】(h)次いで、前記耐酸化性の膜をエッチ
ング除去することにより、素子分離領域を形成すること
ができる。
【0026】さらに、本発明においては、所望により、
前記(c)〜(h)の工程を繰り返し行うことにより、
素子分離領域幅を拡げることなく、かつ、第1層目の耐
酸化性膜の下部のバーズビーク様の酸化膜が拡大するこ
となく、さらに膜厚の厚いフィールド酸化膜を得ること
ができる。
【0027】なお、前記(c)〜(h)の工程を繰り返
す場合には、窒化珪素等の耐酸化性膜の表面が酸化・除
去により消耗して削られるので、耐酸化性膜の膜厚は前
記(c)〜(h)の工程を1回だけ行う場合に比して幾
分厚くするのが好ましい。
【0028】以上のようにして、窒化珪素等の耐酸化性
の膜からなるサイドウォールを設けて、フィールド酸化
を複数回行うことにより、厚い膜厚のフィールド酸化膜
を得ることができる。
【0029】素子分離領域を形成した後は、ゲート酸化
膜を成膜し、ポリシリコン等のゲート電極材料を堆積さ
せ、パターニング等を行い電極を形成するなどして、所
望の半導体装置を製造することができる。
【0030】本発明の製造法によれば、狭いLOCOS
幅が要求される素子分離において、従来のLOCOS法
で問題となったバーズビーク様の酸化膜の成長を抑制し
ながら、必要な膜厚のフィールド酸化膜を確保して素子
分離を行うことができる。さらに、 また、シリコン基
板を食刻しないので、トレンチ法で問題となるシリコン
基板にダメージを与えることもない。
【0031】従って、本発明の製造方法によれば、微細
構造の高品質な半導体デバイスを製造することができ
る。
【0032】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照にしながら詳細に説明する。
【0033】第1実施形態 本発明の第1の実施形態は、いわゆるLOCOS酸化を
2回行うものである。先ず、図1に示すように、シリコ
ン半導体基板1に、熱酸化により、膜厚50nmのパッ
ド酸化膜2を形成する。次に、図2に示すように、CV
D法により、50〜100nmの膜厚の窒化珪素膜3を
堆積させる。次いで、図3に示すように、フィールド酸
化膜形成領域のみに、チャネルストッパー用のホウ素イ
オンをイオン注入する。ホウ素イオン注入の条件は、例
えば、1×1012〜1×1013/cm2 である。
【0034】次に、図4に示すように、レジスト膜4を
全面成膜後、フォトエッチング法により、フィールド酸
化膜形成領域の窒化珪素膜と酸化シリコン膜を除去す
る。次いで、図5に示すように、酸素雰囲気下、110
0℃で酸化し、フィールド酸化膜5を形成する。
【0035】その後、図6に示すように、フッ素酸によ
り酸化シリコン膜を除去し、酸化シリコン膜6を、熱酸
化法により膜厚25nmで形成する。該酸化膜形成後、
図7に示すように、第2層目の窒化珪素膜を、CVD法
により、50〜100nmの膜厚で全面に堆積させる。
次に、フッ素イオンを用いる異方性エッチングにより、
窒化珪素からなるサイドウォール7を形成する。このサ
イドウォール7は、耐酸化性を有し、バーズビーク様の
酸化膜が第1層目の窒化珪素膜層の下部へ拡がって形成
するのを防止する役目を果たす。
【0036】次に、図8に示すように、酸素雰囲気下、
約1000℃で酸化し、厚い膜厚のフィールド酸化膜8
を再度形成する。そして、残った窒化珪素膜を除去する
ことにより、素子分離領域を形成する。
【0037】本発明の第1の実施形態によれば、LOC
OS酸化時にバーズビーク様の酸化膜がフィールド領域
から素子形成領域上の窒化珪素膜の下部に拡大するのを
防止しつつ、LOCOS酸化を一回のみ行う従来法に比
して、より厚い膜厚のフィールド酸化膜を形成すること
ができる。従って、狭いLOCOS幅が要求される場合
であっても、必要十分な酸化膜厚のフィールド酸化膜を
得ることができるので、半導体装置の微細化をさらに図
ることができる。
【0038】また、均一な膜厚、形状のフィールド酸化
膜を得ることができ、シリコン基板(トランジスタのア
クティブ領域)にダメージを与える可能性を抑制でき
る。
【0039】素子分離領域形成後は、ゲート酸化膜を成
膜し、ポリシリコン等のゲート電極材料を堆積させ、パ
ターニング等を行い電極を形成するなどして、所望の半
導体装置を製造することができる。
【0040】第2実施形態 本発明の第2の実施形態は、LOCOS酸化を計3回行
うものである。前記の図1から図8までの工程図面は、
第1実施形態と同様であるため省略した。
【0041】先ず、第1実施形態の場合と同様に、シリ
コン半導体基板1に、熱酸化により膜厚50nmのパッ
ド酸化膜2を形成する。次いで、CVD法により、10
0〜150nmの膜厚の窒化珪素膜3を成膜する。次い
で、レジスト膜4を全面成膜後、フォトエッチング法に
より、フィールド酸化膜形成領域の窒化珪素膜と酸化シ
リコン膜を除去する。ここで、窒化珪素膜3の膜厚を、
100〜150nmと、第1実施形態の場合と比して厚
くしたのは、その後繰り返される酸化工程により、窒化
珪素膜の表面が酸化、消耗するためである。
【0042】次に、酸素雰囲気下、1200℃で酸化し
てフィールド酸化膜5を形成し、残っている窒化珪素膜
を除去する。
【0043】その後、フッ素酸により酸化シリコン膜を
除去し、酸化シリコン膜6を、熱酸化法により、膜厚2
5nmで形成する。次に、第2層目の窒化珪素膜を、C
VD法により、50〜100nmの膜厚で全面に堆積さ
せる。次に、フッ素イオンを用いる異方性エッチングに
より、窒化珪素からなるサイドウォール7を形成する。
このサイドウォール7は、第1実施形態と同様、次の酸
素酸化に対し耐性を有し、バーズビーク様の酸化膜が第
1層目の窒化珪素膜層の下部へ拡がって形成するのを防
止する役目を果たす。
【0044】次に、酸素雰囲気下、約1000℃で酸化
し、厚い膜厚のフィールド酸化膜8を形成し、残った窒
化珪素膜を除去する(ここまで、第1実施形態の図1〜
図8参照)。
【0045】本発明の第2実施形態では、より厚い膜厚
のフィールド酸化膜を得るために、LOCOS酸化をさ
らに繰り返す。
【0046】すなわち、図9に示すように、前工程まで
で得られたフィールド酸化膜8をフッ素酸を用いて除去
したのち、膜厚25nmの酸化シリコン膜9を熱酸化法
により形成する。次いで、図9に示すように、第3の窒
化珪素膜をCVD法により、膜厚50nmで堆積させ、
フッ素イオンを用いる異方性エッチングにより、サイド
ウォール10を形成する。次に、図11に示すように、
酸素雰囲気下、約1000℃で、3回目の酸化を行い、
厚い膜厚のフィールド酸化膜12を形成し、残った窒化
珪素膜を除去して、素子分離領域を形成する。
【0047】以上のようにして、計3回の選択酸化を繰
り返すことにより、2回酸化を行う場合に比して、より
アスペクト比が高い厚い膜厚のフィールド酸化膜を得る
ことができる。しかも、窒化珪素からなるサイドウォー
ルがあるため、バーズビーク状の酸化膜はフィールド領
域から素子領域上の窒化珪素膜下部に拡大を防止するこ
とができる。
【0048】その後は、第1実施形態と同様にして、ゲ
ート酸化膜を成膜し、ポリシリコン等のゲート電極材料
を堆積させ、パターニング等を行い電極を形成するなど
して、所望の半導体装置を製造することができる。
【0049】本発明においては、所望により、さらにフ
ィールド酸化膜を除去、酸化膜形成、窒素酸化膜からな
るサイドウォール形成、フィールド酸化膜形成および窒
化珪素膜の除去の工程を繰り返すことによって、素子分
離幅を何ら拡大することなく、かつ、バーズビーク状の
酸化膜が窒化珪素膜下部に拡大するのを防止しつつ、よ
り厚い膜厚のフィールド酸化膜を形成することが可能で
ある。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
は、バーズビーク状の酸化膜の形成・拡大を抑制しなが
ら、フィールド酸化膜の形成(LOCOS酸化)を繰り
返すことに特徴を有する。
【0051】本発明によれば、バーズビーク状の酸化膜
の形成を抑制しながら、厚いフィールド酸化膜を得るこ
とができるため、微細化した構造であっても、十分な素
子分離能力を有するものを得ることができる。また、バ
ーズビーク状の酸化膜の拡がりを防止することができる
ため、いわゆる狭いチャネル効果によりトランジスタの
しきい値電圧の上昇を防止することができる。
【0052】さらに、バーズビーク状の酸化膜の拡がり
を防止することができるため、フィールド酸化膜形成時
のマスク寸法とできあがり寸法との差が小さくなり、レ
ジスト形成が容易になる。
【0053】また、さらに、半導体基板を食刻するもの
でないため、半導体基板にダメージを与えることがな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】シリコン基板1上に酸化シリコン膜2を形成し
た図である。
【図2】酸化シリコン膜2の上にさらに窒化珪素膜3を
形成した図である。
【図3】レジスト4を成膜し、フィールド酸化膜を形成
する領域のみを開口し、開口部にホウ素イオンを注入す
る図である。
【図4】ホウ素イオン注入後、レジスト4をマスクにフ
ォトエッチングにて酸化シリコン膜2および窒化珪素膜
3を除去した図である。
【図5】図4に示す状態から、レジスト4を除去し、酸
素雰囲気下で熱酸化にてフィールド酸化膜5を形成した
図である。
【図6】図5に示す状態から、フィールド酸化膜を除去
した図である。
【図7】フィールド酸化膜除去後、第2層目の窒化珪素
層を堆積させ、異方性エッチングにより、窒化珪素から
なるサイドウォール7を形成した図である。
【図8】サイドウォール7の形成後、酸素雰囲気下で熱
酸化によりフィールド酸化膜8を形成した図である。
【図9】図8に示す状態から、フィールド酸化膜8を除
去した図である。
【図10】フィールド酸化膜の除去後、再度窒化珪素層
を堆積させ、異方性エッチングにより、サイドウォール
10を形成した図である。
【図11】サイドウォール10の形成後、酸素雰囲気下
で熱酸化によりフィールド酸化膜12を形成した後、窒
化珪素膜を除去した図である。
【図12】従来法で、シリコン基板1上に酸化シリコン
膜2および窒化珪素膜3を形成した図である。
【図13】窒化珪素膜3の形成後、レジスト膜13を全
面に成膜し、フィールド酸化膜形成領域のみを開口し、
開口部にイオン注入を行う図である。
【図14】図13に示す状態から、酸素雰囲気下、熱酸
化によりフィールド酸化膜14を形成した図である。
【図15】フィールド酸化膜14の形成後、窒化珪素膜
3を除去した図である。
【符号の説明】
1…シリコン半導体基板、2…パッド酸化膜(酸化シリ
コン膜)、3…窒化珪素膜、4,13…フォトレジス
ト、5,8,12,14…フィールド酸化膜、6,9…
酸化シリコン膜、7,10…窒化珪素からなるサイドウ
ォール、A…バーズビーク様の酸化シリコン層

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の(a)〜(h)の工程を含む半導体
    装置の素子分離領域形成方法。 (a)半導体基板上に酸化膜を形成する工程、(b)前
    記酸化膜上の素子形成領域のみに耐酸化性の膜を形成す
    る工程、(c)フィールド酸化膜を形成する工程、
    (d)前記フィールド酸化膜のみをエッチングにより除
    去する工程、(e)前記フィールド酸化膜が除去された
    領域に酸化膜を形成する工程、(f)前記フィールド酸
    化膜が除去された領域の周辺部に耐酸化性の膜からなる
    サイドウォールを形成する工程、(g)フィールド酸化
    膜を形成する工程、(h)前記耐酸化性の膜を除去する
    工程。
  2. 【請求項2】前記耐酸化性膜は、窒化珪素膜である請求
    項1記載の半導体装置の素子分離領域形成方法。
  3. 【請求項3】前記(c)〜(h)の工程を、さらに1回
    以上繰り返し行う請求項1記載の半導体装置の素子分離
    領域形成方法。
  4. 【請求項4】前記(c)および(g)のフィールド酸化
    膜を形成する工程は、熱酸化によりフィールド酸化膜を
    形成する工程である請求項1記載の半導体装置の素子分
    離領域形成方法。
  5. 【請求項5】前記(f)のサイドウォールを形成する工
    程は、窒化珪素からなる層を堆積させたのち、異方性エ
    ッチングによりサイドウォールを形成する工程である請
    求項1記載の半導体装置の素子分離領域形成方法。
  6. 【請求項6】前記工程(b)で形成する耐酸化性膜の膜
    厚が、50〜100nmである、請求項1記載の半導体
    装置の素子分離領域形成方法。
  7. 【請求項7】前記工程(c)で形成するフィールド酸化
    膜の膜厚が、200nm〜500nmである、請求項1
    記載の半導体装置の素子分離領域形成方法。
  8. 【請求項8】前記工程(e)で形成される酸化膜の膜厚
    が、20nm〜30nmである、請求項1記載の半導体
    装置の素子分離領域形成方法。
  9. 【請求項9】前記工程(f)で形成する耐酸化性の膜か
    らなるサイドウォールの膜厚が、50〜100nmであ
    る、請求項1記載の半導体装置の素子分離領域形成方
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11752766B2 (en) 2020-03-06 2023-09-12 Seiko Epson Corporation Liquid discharging head, liquid discharging apparatus, and method of manufacturing liquid discharging head

Cited By (1)

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