JPS5833703B2 - Handout Taisouchino Seizouhouhou - Google Patents

Handout Taisouchino Seizouhouhou

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JPS5833703B2
JPS5833703B2 JP50093061A JP9306175A JPS5833703B2 JP S5833703 B2 JPS5833703 B2 JP S5833703B2 JP 50093061 A JP50093061 A JP 50093061A JP 9306175 A JP9306175 A JP 9306175A JP S5833703 B2 JPS5833703 B2 JP S5833703B2
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film
oxidation
etched
composition
layer
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昶夫 米山
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に微小なる分
離領域を備えた半導体装置を容易に形成する製造方法を
提供することを目的とするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, an object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing a semiconductor device having a minute isolation region.

一例の半導体集積回路において、その構成素子および素
子分離領域の微細化が進むにしたがって、従来からの光
学的手段による写真蝕刻技術での最小加工寸法(約5μ
)の限界にほとんど近づきつつある。
As an example of a semiconductor integrated circuit, as its constituent elements and element isolation regions become smaller and smaller, the minimum processing size (approximately 5μ
) is almost reaching its limit.

さらに高集積化をはかるために、光学的な方法に代って
光よりもさらに波長の短い電子ビームやX−線を利用し
て微細パターンを加工する技術が開発されつ\あるが、
実用化にはまだ時間を要するのが現状である。
In order to achieve even higher integration, technology is being developed that uses electron beams and X-rays, which have shorter wavelengths than light, to process fine patterns instead of optical methods.
The current situation is that it still takes time for practical application.

また、微細化に際し、単なる縮小だけでは、一般に構成
素子の電気的特性の変化が現われるので、分離領域の微
小化をはかる方法の方が高集積化Oこ対して容易かつ有
効であることは明らかである。
In addition, when miniaturizing, simply reducing the size generally causes changes in the electrical characteristics of the constituent elements, so it is clear that the method of miniaturizing the isolation region is easier and more effective than increasing the degree of integration. It is.

本発明は、従来からの光学的写真蝕刻技術を用いて、光
学的加工可能最小寸法よりも狭い素子分離領域を形成す
る方法を提供するもので、次の現象に着目した点が要点
である。
The present invention provides a method of forming an element isolation region narrower than the minimum dimension that can be optically processed using a conventional optical photolithography technique, and its main point is to focus on the following phenomenon.

即ち塑性流動を起す物質(例えば高濃度リンガラス等)
を起伏のある半導体装置表面に形成し、熱処理を施して
溶融(メルト熱処理)せしめると、溶融した流動物質は
段差のある部分で薄くなる。
In other words, substances that cause plastic flow (e.g. high concentration phosphorus glass, etc.)
When a material is formed on an uneven surface of a semiconductor device and subjected to heat treatment to melt it (melt heat treatment), the melted fluid material becomes thinner at the stepped portions.

(例えば他の部分の厚みの約1/2の厚みとなも)この
物質を表面から蝕刻していくと、段差の部分から消失し
、下地物質が露出し始める。
When this material is etched from the surface (for example, about 1/2 the thickness of other parts), it disappears from the step part and the underlying material begins to be exposed.

この下地物質が露出した時点で流動層の蝕刻を中断し、
下地物質の蝕刻を流動層をおかさないエツチング液で蝕
刻すると、下地物質領域のみが開口される。
When this underlying material is exposed, the etching of the fluidized bed is stopped,
When the underlying material is etched with an etching solution that does not disturb the fluidized bed, only areas of the underlying material are opened.

以下、実施例により図面を参照して本発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be explained by way of examples with reference to the drawings.

第1図はnチャンネル・モス・IC(n−channe
1MO8IC)の素子分離に適用したもので従来の技術
では6〜8μ巾の分離領域が形成されたのに対し、本発
明の方法では2〜3μ巾の素子分離領域を形成すること
が可能である。
Figure 1 shows an n-channel MOS IC (n-channel MOS IC).
The method of the present invention is applied to device isolation of 1MO8IC), and while the conventional technique forms an isolation region of 6 to 8 μm width, it is possible to form an isolation region of 2 to 3 μm width with the method of the present invention. .

第1図aは半導体基板(例えばP Type、(10
0)方位5〜10Ω−cm)1の上に各種被膜を積層形
成した状態を示し、まず、基板上1に熱酸化法(こより
約500人のS iO2膜2を形成する。
FIG. 1a shows a semiconductor substrate (for example, P type, (10
The SiO2 film 2 is first formed on the substrate 1 by thermal oxidation (approximately 500 Ω-cm).

次にSiH4とNH,の気相反応を利用して、800℃
で5i3N、膜3約1000人を形成する。
Next, using the gas phase reaction of SiH4 and NH,
5i3N, to form a film of about 1000 people.

さらにSiH4の気相分解を用いて、Si3[’J、膜
上に約5000人の多結晶シリコン膜4を形成する。
Further, by using vapor phase decomposition of SiH4, a polycrystalline silicon film 4 of approximately 5000 layers is formed on the Si3['J] film.

この状態で、再度熱酸化を行なうと、多結晶シリコン膜
の表面にS i 02膜5が形成される。
When thermal oxidation is performed again in this state, an Si 02 film 5 is formed on the surface of the polycrystalline silicon film.

このS 102膜は次の多結晶シリコン膜の加工用マス
クと拡散用マスクに用いられるもので約1500人の厚
みが適当である。
This S102 film will be used as a processing mask and a diffusion mask for the next polycrystalline silicon film, and its thickness is approximately 1,500 mm.

次に、隣接する素子形成予定領域を交互に開口するよう
に写真蝕刻技術を用いて表面の上記複数被膜が積層され
た露出されたS i02膜5をパターンニングする。
Next, the exposed Si02 film 5 on the surface of which the plurality of films described above are stacked is patterned using photolithography so as to alternately open adjacent regions where elements are to be formed.

この残されたS iOx膜5′をマスクにして、これに
隣接する多結晶シリコン膜4をたとえばHF−HNO3
系エツチング液で蝕刻することによって図すに示す如く
なる。
Using this remaining SiOx film 5' as a mask, the adjacent polycrystalline silicon film 4 is coated with, for example, HF-HNO3.
By etching with an etching solution, the result is as shown in the figure.

この状態でポロンB拡散を行なうと図Cに示すように拡
散条件を調整して横方向から約1μ程度Boronの拡
散された多結晶シリコン4aが形成される。
When boron B is diffused in this state, the diffusion conditions are adjusted as shown in FIG.

次に前記多結晶シリコン膜上の残された5in2膜5′
をNH4F液で除去し、次いで残された多結晶シリコン
膜4′中Boronが拡散されていない領域4“のみを
蝕刻する選択エッチ液で多結晶シリコン膜4“を蝕刻し
て図dに示すように約1μ巾の微小巾、多結晶シリコン
パターン4a□、4a2・・・が各素子形成予定領域の
境界に形成される。
Next, the remaining 5in2 film 5' on the polycrystalline silicon film
is removed with NH4F solution, and then the polycrystalline silicon film 4'' is etched with a selective etchant that etches only the region 4'' in which Boron is not diffused in the remaining polycrystalline silicon film 4', as shown in Figure d. Polycrystalline silicon patterns 4a□, 4a2, . . . with a micro width of about 1 μm are formed at the boundaries of the regions where each element is to be formed.

多結晶シリコン膜の選択エッチ液は次の組成のものを用
いる。
A selective etching solution for the polycrystalline silicon film has the following composition.

次に図eに示すように熱処理により塑性流動を起すボロ
ン−リンー珪素ガラス(BP8G)膜6(以降本明細書
にてはBPSG膜と略称する)を約4000人の厚さに
形成する。
Next, as shown in Figure e, a boron-phosphorus-silicon glass (BP8G) film 6 (hereinafter abbreviated as BPSG film) which causes plastic flow by heat treatment is formed to a thickness of about 4000 mm.

このBPSG膜はS iB4の酸化法を利用したS t
02膜の気相成長において、B2H6およびPH3を
同時にドープすることによって得られるものでPH3の
みをドープしたときにできるリンー珪素ガラス(PSG
)膜に比し蝕刻速度を小さくすることができ、後の工程
における蝕刻量制御の点で有利である。
This BPSG film is made of S t using the SiB4 oxidation method.
In the vapor phase growth of the 02 film, it is obtained by doping B2H6 and PH3 at the same time, and is similar to the phosphorus-silicon glass (PSG) produced when only PH3 is doped.
) The etching speed can be lower than that of a film, which is advantageous in terms of controlling the amount of etching in subsequent steps.

次に、例えば1000℃、N2雰囲気中で熱処理を施す
とBPSG膜は溶融して図fに示すような形状になり、
BPSG膜厚6′は多結晶シリコン層の段差の部分(図
中矢印を付して示した部分)6al、6b′、6c′・
・・で薄くなる。
Next, when heat treatment is performed at, for example, 1000°C in a N2 atmosphere, the BPSG film melts and takes on the shape shown in Figure f.
The BPSG film thickness 6' is the step part of the polycrystalline silicon layer (the part indicated by the arrow in the figure) 6al, 6b', 6c'.
It becomes thinner with...

BPSG膜を例えばNH4F液を用いて途中まで蝕刻す
ると図gに示すように段差の部分から一部の多結晶シリ
コン膜4a□、4a2が露出しはじめるのでこの状態で
BPSG膜の蝕刻を中断する。
When the BPSG film is partially etched using, for example, an NH4F solution, some of the polycrystalline silicon films 4a□, 4a2 begin to be exposed from the stepped portions as shown in FIG.

上記一部の多結晶シリコン膜4a□、4a2上には微細
な薄いBPSG膜の残留が認められる。
A fine thin BPSG film remains on some of the polycrystalline silicon films 4a□, 4a2.

次に多結晶シリコン膜を蝕刻すると、多結晶シリコン膜
上のBPSG膜の残留も除去されて、図りに示す如く多
結晶シリコン膜パターンに対応した微小巾の溝7a、7
b・・・が開口される。
Next, when the polycrystalline silicon film is etched, the remaining BPSG film on the polycrystalline silicon film is also removed, and as shown in the figure, micro-width grooves 7a, 7 corresponding to the polycrystalline silicon film pattern are removed.
b... is opened.

この微小中溝を有するBPSG膜をマスクにして隣接の
S t 3 N4膜を蝕刻したものを図1に示す。
FIG. 1 shows the result of etching the adjacent S t 3 N4 film using this BPSG film having micro grooves as a mask.

上記Si3N4膜の蝕刻は熱リン酸液あるいはフレオン
ガスプラズマによって行われる。
The Si3N4 film is etched using hot phosphoric acid solution or Freon gas plasma.

次にS i B N、膜パターンから露出した下地のS
iO2膜2をNH4F液で蝕刻すると、BPSG膜も同
時に蝕刻されて図jに示す構造となる。
Next, S i B N, the underlying S exposed from the film pattern
When the iO2 film 2 is etched with the NH4F solution, the BPSG film is also etched at the same time, resulting in the structure shown in FIG. J.

次に図kに示すように上記図iのシリコン基板1の露出
部1a、1bを約5000人蝕刻し、次にイオン4打込
(Ion hrplantation)手段によりポロ
ンをシリコン基板中に打込んで、図1にも示すようなチ
ャネル反転防止用P一層8a、8bを形成する。
Next, as shown in FIG. K, the exposed portions 1a and 1b of the silicon substrate 1 shown in FIG. P layers 8a and 8b for preventing channel inversion as shown in FIG. 1 are formed.

次に熱酸化法により、S iB N4膜をマスクとした
選択酸化を施すと図mに示すような、微小申開口部にの
み素子分離用酸化膜9a、9bが形成される。
Next, by thermal oxidation, selective oxidation is performed using the SiB N4 film as a mask, and element isolation oxide films 9a and 9b are formed only in the minute openings, as shown in FIG.

図nは酸化後、酸化マスク領域を除去した状態を示し、
素子分離領域A、Bは、きわめて狭い巾(2〜3μ)で
半導体基板中に埋め込まれた形となる。
Figure n shows the state in which the oxidation mask area is removed after oxidation,
The element isolation regions A and B have extremely narrow widths (2 to 3 μm) and are embedded in the semiconductor substrate.

上述の如くして分離形成されたAおよびB領域に、従来
技術を用いて一例のnチャネルMO8ICを形成して第
2図の如くなる。
An example of an n-channel MO8IC is formed in the A and B regions separated and formed as described above using a conventional technique, as shown in FIG. 2.

これは従来の素子分離法に比し、素子形成領域をきわめ
て近接させることができ、面積で40%有効率が向上し
高集積化をはかることを可能とする顕著な利点がある。
Compared to conventional element isolation methods, this has the remarkable advantage that element forming regions can be brought very close to each other, the effective area is improved by 40%, and high integration can be achieved.

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

第1図a−nは本発明の一実施例の半導体装置の製造方
法を説明するために工程順に示すいづれも断面図、第2
図は一例の本発明の半導体装置の製造方法を適用して形
成されたMOS ICの断面図である。 なお図中同一符号は同一または相当部分を夫々示すもの
とする。 1・・・・・・半導体基板、3・・・・・・耐酸化層(
S i3 N4膜)、4・・・・・・第1の部材(多結
晶シリコン膜)、4a□、4a2・・・・・・第1の部
材の組成変化層、6・・・・・・第2の部材(BPSG
膜)、7a 、 7b・・・・・・微小幅の溝、A、B
・・・・・・素子分離領域。
1A to 1A are cross-sectional views shown in the order of steps for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS.
The figure is a cross-sectional view of a MOS IC formed by applying an example of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention. Note that the same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts, respectively. 1... Semiconductor substrate, 3... Oxidation-resistant layer (
S i3 N4 film), 4...First member (polycrystalline silicon film), 4a□, 4a2... Composition change layer of first member, 6... Second member (BPSG
membrane), 7a, 7b......micro width groove, A, B
...Element isolation region.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板の主面に耐酸化層を被着し、この耐酸化
層に積層した第1の部材をパターニングしてこのパター
ン側部に組成変化層を形成後、少くともこの組成変化層
を残して他の前記第1の部材を除去し、前記耐酸化層お
よび前記組成変化層に加熱により塑性流動を生ずる第2
の部材を被覆してから、加熱を施して前記第2の部材を
流動させ次いで前記第2の部材全面に蝕刻して、前記組
成変化層の一部露出部を設け、この露出部より前記組成
変化層を蝕刻して溝を形威し、更にこの溝内に露出した
耐酸化層を蝕刻して前記半導体基板を露出する開口を形
成し、次に露出した前記半導体基板を酸化して素子間分
離領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. After depositing an oxidation-resistant layer on the main surface of the semiconductor substrate, and patterning the first member laminated on the oxidation-resistant layer to form a composition-changed layer on the sides of the pattern, at least this composition-change layer is left. the other first member is removed, and a second member is heated to cause plastic flow in the oxidation-resistant layer and the composition-change layer.
After coating the second member, heating is applied to flow the second member, and then the entire surface of the second member is etched to provide a partially exposed portion of the composition change layer, and from this exposed portion, the composition change layer is coated. The change layer is etched to form a groove, the oxidation-resistant layer exposed in the groove is etched to form an opening that exposes the semiconductor substrate, and the exposed semiconductor substrate is then oxidized to form a groove between the elements. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming an isolation region.
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