JPS5834942A - 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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Publication number
JPS5834942A
JPS5834942A JP13336981A JP13336981A JPS5834942A JP S5834942 A JPS5834942 A JP S5834942A JP 13336981 A JP13336981 A JP 13336981A JP 13336981 A JP13336981 A JP 13336981A JP S5834942 A JPS5834942 A JP S5834942A
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semiconductor device
substrate
film
trench
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JP13336981A
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Hiroshi Iwai
洋 岩井
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/763Polycrystalline semiconductor regions

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

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】 この発明は半導体装置の製造方法に係り、特にMOS 
LSI (Metal 0xide 5etnicon
ductor Large ScaleIntegra
ted C1rcuit  )の素子間分離技術の改良
及びそれに伴う配線の改良に関するものでろる。
従来、半導体装置特にMO8LSIの製造工程での素子
間分離方法としては、選択酸化法が一般的に用いられて
いる。この方法をn−チャンネルMO8LSIを例にし
て以下に説明する。
まず、第1図(a)に示す如< (100)の結晶面を
もつp型Si基板l上にSin、膜2を熱酸化により成
長させ、更にこの5i−fX2上にSl、N4膜3を堆
積する。
つづいて、写真蝕刻法により;4c子影形成にレジス)
ff14を形成し、これをマスクとして素子形成部以外
の84.N、膜をエツチング除去してSi、N、パター
ン3を形成する。その後、例えばボロンのイオン注入を
行なってフィールド部にチャンネルストッパ領域として
のp+憤職域5形成する(第1図(b)図示)ただし基
板の濃度が高い場合にはチャネルストッパーが必要でな
い場合もある。レジスト膜4を除去後、Si、N4ハタ
ーン3をマスクとしてウェット酸化を施し選択的に厚い
フィールド酸化膜6を成長させる(第1図(C)図示)
。ひきつづき、81.N。
パターン3及びSin、膜2をエツチング除去してフィ
ールド酸化膜6で分離された素子形成領域7を形成する
(第1図(d)図示)。次いで、第1図(e)に示す如
く素子形成領域7にゲート酸化膜8を介して多結晶シリ
コンからなるゲート電極9を形成した後、例えば砒素を
拡散してソース、ドレインとしてのn++域10.11
を形成する。最後に層間絶縁膜としてのCVL) −s
io、膜12を堆積し、n領域10゜11及びゲート電
極9に対応するCVD −810,膜12部分にコンタ
クトホール13・・・を開孔した後、A1配線14・・
・を形成してnチャンネルMO8LSIを製造する(第
1図(f)図示)。
しかしながら、上述した従来の選択酸化法を用いてMO
8LSIを製造する方法にあっては次に示すような種々
の欠点があった。
第2図は前記第1図(C)に示すSi、N、パターン3
をマスクにしてフィールド酸化膜6を形成した時の断面
構造を詳しく描いたものである。一般に選択酸化法では
フィールド酸化膜6が8 i 、 N、パターン3の下
の領域に喰い込んで成長することが知られている(同第
2図のF領域)。これはフィールド酸化中に酸化剤が8
4 、 N、パターン3下の薄いS’Ot@2 !−通
して拡散していくために酸化膜が形成される部分D1い
わゆるバードビークとフィールド酸化PX6の厚い部分
が横力向にも回り込んだ部分Eとからなる。Fの長さは
たとえばSi、N、・くターン3の厚さが100OA、
その下のSin、膜2がxooo′にの条件で、1μm
の膜厚のフィールド酸化膜6を成長させた場合、約1μ
mに達する。このため、フィールド領域の巾Cは8i、
N、・くターン3′間の距離人を2μmとすると、Fが
1μmであるから4μm以下に小さくできずLSIの集
積化にとって大きな訪げとなる。このようなことから、
最近、Si、N4ノくターン3を厚くし、この下のSi
n、膜2を薄くしてノ(−ドビーク(図中のD部分)を
抑制する方法やフィールド酸化膜6の成長膜厚を薄くし
フィールド酸化膜の喰い込み(F)を抑制する方法が試
みられている。しかし、前者ではフィールド端部におけ
るストレスが大きくなり、欠陥が生じ易くなり、後者で
はフィールド反転電圧低下などの問題があリ、選択酸化
法による高集積化には限界がある。
また、チャネルストッパーを設けた場合はチャンネルス
トッパー用にイオン注入し九ボロンがフィールド酸化中
に横方向に再拡散して、第3図(a)に示す如く素子形
成領域7の一部がp+領域5となり、実効的な素子領域
がGの幅からHの幅まで狭くなってしまう。この結果、
トランジスタの電流が減少したり、しきい値電圧が上が
ってしまうなどのナロウチャンネル効果が生じ、素子の
微細化と共に問題となる。しかも、p+領域5が横方向
に広がることにより、第3図(b)の如く素子形成領域
7におけるn+領域11 (10)とp+領域5の接合
部が広くなり % ”+領域10.11と基板lVJの
浮遊キャパシタが大きくなる。この浮遊中ヤパシタは素
子が小さくなるに従い無視できなくなる。
以上のように選択酸化法を用いるとL8Iの集積化にと
ってさまざまな問題が生ずるか、フィールド領域の上部
に配線を設けることはできるが、フィールド領域の下部
に配線を設けることかで睡ない為、面積的にムダが多い
という欠点があった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり選択酸化法
の種数の欠点を除去するとともにフィールド領域下部に
も配線を設け、面積の大巾な縮少をはかるものである。
以下本発明の方法全実施例を中心にして説明していく。
まず、半導体基板上に溝部形成予定部が除去されたマス
ク材、例えばレンストパターン全形成した後、該マスク
材から4出する基板部分を所瀘朶さ選択エツチングして
溝部を設ける。この4甘、エツチング手段として反応性
イオンエツチング又はリアクティブイオンエツチングを
用いれハ、−面が略垂直な#11部を設けることが可能
となる。温し、その他のエツチング手段で逆テーバ状の
側面を有する4部を設けてもよい。溝部の数は、基板中
に1つ或いは2つ以上設けてもよく、14部の深さを変
えてもよい。つづいてマスク材の除去後溝部に酸化或い
は窒化或いはCVD法などにより溝部が塞がれないよう
に溝部の内面に第1の絶縁膜を堆積する。つづいて、溝
部を含む半導体基板全面に導電材料を少なくとも1つの
溝部の開口部の短い幅の半分以上の厚さとなるように堆
積して少なくとも1つの溝部の開口部まで導電材料で埋
める。
かかる導電材料としては例えばnタイプpolysl。
pタイプpoly8i 、 nタイプシングルi9i、
pタイプシングルSム、nタイプアモルファスSi、p
タイプアモルファス8i 、Mo+8i2などのメタル
シリサイド、Aj、、Mo、Au、などの金属があげら
れる。この導電材料の堆積手段としてはCVD法、スノ
(ツタ法などのPVD法等を挙げることができる。また
、この堆積時において、導電材料を溝部の開口部の短い
巾の半分より小さい厚さで堆積すると、溝部内に埋め込
まれた導電材料に開口部と連通ずる凹状穴が形成され、
エツチングに際し、凹状穴を介して溝部内の導電材料が
エツチングされるという不都合さを生じる。樋に導電材
料の堆積後、導電膜の全体もしくは一部の上に低溶融性
絶縁材料、例えばポロン硼化ガラス(tsso) 、リ
−・ン、硫化ガラス(P2O)、或いは砒素硅化ガラス
(As8G)等を堆積し、この低溶融性絶縁膜を溶融す
るか、いずれかの処理を施してもよい。このような手段
を採用することによって、絶縁材料の堆積条件によって
溝部に対応する部分が凹状となった場合、その凹状部を
埋めて平坦化でき、その結果全面エツチングに際して溝
部に残存した絶縁材料がその開口部のレベルより下にな
るという不都合さを防止できる等の効果を有する。
次いで、半導体基板上に堆積した導電膜をエツチング除
去し溝部内に導電膜を浅す。さらにオーバーエツチング
して溝の1iE部に導電膜が残るようにする。
エツチング手段としては、例えばエツチング液或いはグ
2ズマエッチャントを用いた全面エツチング法さらには
りアクティブイオンエツチング法などが採用し得る。
つづいて、一部を含む半導体基板全面に第2の絶縁材料
を少なくとも1つの溝部の開口部の短い幅の半分以上の
厚さとなるように堆積して少なくとも1つの溝部の開口
部まで絶縁材料で埋める。
かかる第2の絶縁材料としては、例えばSin、、 S
i、N。
或いはAj、0.等を挙げることができ、場合によって
はリン硅化ガラス、ボロン硅化ガラス等の低温#融性絶
縁材料を用いてもよい。この第2の絶縁材料の堆積手段
としてはCVD法、スパッタ法などのPVD法等を挙げ
ることができる。また、この堆積時において、第2の絶
縁材料を溝部の開口部の短い巾の半分よシ小さい厚さで
堆積すると、溝部内に填め込まれた第2の絶縁材料に開
口部と連通ずる凹状穴が形成され、エツチングに際し、
凹状穴を介して溝部内の第2の絶縁材料がエツチングさ
れるという不都合さを生じる。爽に第2の絶縁材料の堆
積後、その絶縁膜の全体もしくは一部の真層に低連融化
物質、例えばボロン、リン、砒素等をドーピングし、熱
処理して該絶縁膜のドーピング層を溶融するか、−或い
は前記絶縁膜の全体もしくは一部の上に低温溶融性絶縁
材料、例えばボロン燐硅化ガラス(BP8G) 、  
りン硅化ガラス(PSG)、或いは砒素硅化ガラス(A
sSG)等を堆積し、この低温溶融性絶縁膜を溶融する
か、いずれかの処理を施してもよい。このような手段を
採用するととによって、第2の絶縁材料の堆積条件によ
って溝部に対応する部分が凹状となっ九場合、その凹状
部を埋めて平坦化でき、その結果全面エツチングに際し
て溝部に残存した絶縁材料がその開口部のレベルよシ下
になるという不都合さを防止できる等の効果を有する。
次いで、半導体基板上に堆積した絶縁膜をエツチング除
去して溝部内に第2の絶縁材料を残置させたフィールド
領域を形成する。この工程におけるエツチング手段とし
ては、例えばエツチング液或いはグ2ズマエッチャント
を用いた全面エツチング法さらにはりアクティブイオン
エツチング法などが採用し得る。その後、フィールド領
域で分離された素子形成領域にMOS、バイボー−)等
の能動素子を形成して半導体装置を製造する。
フィールド反転防止用不純物の注入は溝形成直後、溝内
に第1の絶縁膜を設は丸後、導電膜をエツチングして溝
部に導電膜を残置した後の3つの段階が考えられる。た
だし基板濃度が高い場合は反転防止用不純物を注入しな
くてもよい。
しかして、本発明によれば半導体基板に溝部を設け、該
溝部を含む基板全面に第2の絶縁材料を少なくとも一つ
の溝部の開口部の短い巾の半分以上の厚さとなるように
堆積した後、絶縁膜t−溝部以外の基板部分が露出する
までエツチングすることによって、マスク合せ余裕度を
とることな、く溝部に対してtシファフインで導電層を
残置させまたその上に絶縁材料を残置で姓、これによシ
フイールド領域を形成できる丸め、以下に示すような種
々の効果を有する半導体装置を提供できる。
(1)  フィールド領域の面積は基板に予め設けた溝
部の面積で決まるため、溝部の面積を縮小化することに
よって容易に所期目的の微細なフィールド領域を形成で
き、高集積度の半導体装置を得ることができる。
(2)  フィールド領域の深さは面積に関係なく基板
に設は丸溝部の深さで決まるため、その深さを任意に選
択することが可能であると共に、素子間の電流リーク等
をフィールド領域で確実に阻止でき^性能の半導体装置
を得ることができる。
(3)  111部を設け、チャネルストップの不純物
を溝部に選択的にドーピングした後においては、従来の
選択酸化法のような高温、長時間の熱酸化工程をとらな
いだめ、該不純物領域が再拡散して水子形成領域の表U
kJまで延びて実効的な素子領域の縮小化を防止でさる
。この場合、不純物のドーピングをイオン注入により行
なえばその不純物イオン注入層を#1部の底部に形成す
ることがでさ、そのイオン注入層が再拡散しても水子形
成領域の衣層(素子形成部)にまで延びることがないた
め、実効的な素子領域の禰小を防止できる。
(4)フィールドの下にAL 、 polysiなどの
配縁ノーを設けることができるので配線の占める面積が
大巾に減少する。
(5)  フィールドの下に配線があるので、従来のフ
ィールドの上の配線との間座が容易である。
(6)  フィールド及びフィールドの下の配線は橿込
まれており、平坦化でれるのでその後LSIプロセスが
容易となる。
次に、本発明をnチャンネルMO8LSIの製造に適用
した例について図面を参照して説明する。
実施例1 〔1〕  まず、(100)の結晶面をもつ2mシリコ
ン基板101上に光蝕刻法により溝部形成予定部が除去
されたレジストパターン102を形成した(第4図(a
)図示)。つづいて、レジストパターン102をマスク
としてシリコン基板101をリアクティブイオンエツチ
ングによりエツチングした。この時、#I4図(b)に
示す如く垂直に近い側面をもち、幅lpm、深さ2μm
の格子状の溝部103が形成された。ひきつづき、同レ
ジストパターン102をマスクとして基板101と同導
電瓜の不純物であるボロンを〃0速<圧50KeV、 
 )’ −X量5 x 10”/iIノJk件ティ、t
 7注入した後、熱処理を施して溝部103底部にチャ
ンネルストッパ領域としてのp領域104を形成し九(
第4図(e)図示)。
なおこのとき、イオン注入ビームを傾斜させて注入する
が父は拡散法などを用いて溝部の側面にp+領領域設け
てもよい。次いでたとえば熱酸化などにより第1の絶縁
膜8 ioを膜901を全面に形成し友。この時溝部に
も第1の絶縁膜S iO,膜が形成場れた(第4図(C
))。
次いで燐ドープトpoly8i 902をCVD法によ
り溝部103の開口部の幅(S)の半分(0,4μm)
以上の厚さく0.6μm)となるように堆積した。この
時、燐ドーグ)poly8iは基板101及び溝部10
3内面に徐々に堆積され、第4図(d)に示す如く溝部
103の開口部まで十分埋め込まれた燐ドープトpol
ysi 902が形成された。
次いで燐ドープトpoly8i 902をプラズマエツ
チングで溝部103以外の第1の絶縁膜が露出するまで
全面エツチングし、さらにオーバーエツチングを続は燐
ドープ) polysiを溝部の底部に残置した。
(II)  次いで8i0.をCVD法によシ溝部10
3の開口部の幅(i9)の半分(0,4pm)以上の厚
さく0.6μm)となるように堆積した。この時、St
O,は基板101及び溝部103内面に徐々に堆積され
、第4図(f)に示す如く溝部103の開口部まで十分
埋め込まれたCVD−810,膜105が形成された。
なお、この堆積時においては選択酸化法の如く高温、長
時間の熱酸化処理が解消されることによシ、p+領域1
04の再拡散は殆んど起きなかった。
〔111〕次イテ、CVD −SIO,l[105ヲ弗
化77 モンで、溝部103以外のシリコン基板101
部分が露出するまで全面エツチングした。この時、基板
101上のCYD−8iOt膜部分の膜厚分だけ除去さ
れ、第4図艶に示す如く溝部103内にのみCVD−8
40゜が残置し、これによって基板101内に埋め込ま
れたフィールド領域106が形成された。その後、常法
に従ってフィールド領域106で分離された島状の素子
形成領域にゲート酸化膜107を介して多結晶シリコン
からなるゲート電極108を形成し、砒素拡散を行なっ
てソース、ドレインとしてのn+領域109 、110
 t’影形成九、 更1’lr、CVD−stow カ
ラなる層間絶縁膜111を堆積し、ゲート電極108及
びn+領域109.110に対応する層関絶@@ 11
1部分にコンタクトホール112・・・(ゲート電極の
コンタクトホールは図示せず)を開孔し友後、全面にλ
AIMKを蒸着し電極分離を施してリース取出しM電極
l13、ドレイン取出しす電極114及びゲート取出し
AJ電極(図示せず)を形成してnチャンネルMO8L
SIを製造した(84図(h)図示)。
本実施例1で得られ九MO8LSIはフィールド領域1
06が溝部103の幅で固定されることにより、幅が1
μmという極めてgLaな面積にでき、LSI中に占め
るフィールド領域の面積の縮小化、ひいては高集積化を
達成できた。また、従来の選択酸化法で第5図(a)の
如く狭い幅のフィールド酸化膜6を形成すると、素子間
のチャンネル長(L)が短くなり、フィールドの反転電
圧が下がり、素子間にリーク電流が流れ易くなる傾向に
あった。これに対し、本実施例1のフィールド領1JA
106は第5図(b)に示す如く幅が狭くと4、栗さが
例えば2μmと十分呆いために、素子間のチャンネル長
(L′)を十分長くでき、素子間にリーク′#を流が流
れるの’k P)f止できた。
更に、フィールド領域106形成後のシリコン基板10
1は前記工程の第4図(f)に示す如くフィールド領域
と素子形成領域の間に段差がなく平坦であるため、人1
電極113,114を形成した場合、フィ−ルド領域と
重子形成領域間で段切れを起こすのを防止できた。チャ
ンネルストッパ領域としてのp+領域104は溝部10
3の底部に存在するため、素子形成領域まで拡散するこ
となく、ナロウチャンネル効果などによる素子特性の劣
化、p領域104とソース、ドレイ/としてのn+領域
109,110の接合によるn領域109,110の浮
遊容量の増大を防止できた。爽にまた、選択酸化法のよ
うなフィールド酸化がない丸めに、フィールド酸化膜が
St、N、膜下に喰い込むときに生じるストレスに伴な
うシリコン基板の欠陥発生を防止で龜る。さらに本発明
によればフィールドの下に配線902を設けることがで
きなおかつこの配線の上が全く平坦化されているため、
配線厘積の縮小のみならず、この上に別の配線がき九場
合に交差が容易である点や、段差がない為、写真蝕刻法
が容易であるなどメリットが多い。
なお本実施例では、第1の絶縁膜を溝内に設けてから導
電物質を溝部に鳳め込んだが導電膜として基板がpタイ
プのと龜など基板と逆導電聾のnタイプの多結晶、シン
グル、又はアモルファス7リコンなどを埋め込むときは
第1の絶縁膜を設ける必要はない。(第6図) さらに壽は必ずしも垂直である必要はなく傾斜0、開口
部の中履を有するとすれば溝をふさぐのに必要な堆積膜
(導電膜及び第2の絶縁膜)の厚θ さけ−(cot−)以上であればよい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(0は従来の選択酸化法を採用したnチ
ャンネルMO8LSIの製造工程を示す断面図、第2図
は前記工程の選択酸化後の基板状態を示す拡大断面図、
第3図(a)、(b)は従来の選択酸化法による問題点
を説明するための断面図、第4図(a)〜(h)は本発
明の実施例1における4nチャンネルMO8LSIの製
造工程を示す断面図、第5図(a) 、 (b)は従来
法及び実施例1で形成したフィールド領域で分離された
素子間のチャンネル長の長さ変化を示す断面図、第6図
は本発明の実施例1の変形例を示す断面図である。 101・・・1厘シリコン基板、  102・・・レジ
ストパターン、103・・・溝 部、 104・・・p+領領域チャンネルストツノ(領域)、
105 ・−CVD −8i0. 膜、  106−7
 イー/’ド領域、108・・・ゲート電極、 109、110・n+領領域ソース、ドレイン)、11
3.114・・・AJ−電極、  901・・・S i
o1膜、902・・・導電物質。 代理人 弁理士  則 近 憲 佑 ほか1名 第1図 第3図 第4図 1θ4 LIE   N2  106  m  04 /121
06qρ2ゾロp105 第 5 図 (,2)             (b
ン第す図  7.to’; デρ2      III

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の所望部分に垂直もしくは垂直に近い側
    面を有する4部を少なくとも1つ以上設ける工程と、溝
    部内に溝部が埋まらないように第1の絶縁物を堆積又は
    成長させる工程と、溝部を含む半導体基板全面に導電性
    物質を少なくとも1つの溝部の開口部の短い巾の半分以
    上の厚さとなるように堆積する工程と、この導電性物質
    をオーバーエツチングして少くとも1つの溝部の内部に
    導電性物質を残し、残した導電性物質の上面が、溝の上
    端より低くなるようKする工程と、溝部を含む半導体基
    板全面に第2の絶縁材料を少なくとも1つの溝部の関口
    部の短い巾の半分以上の厚さとなるように堆積する工程
    と、この絶縁膜を半導体基板*面が2出するエツチング
    して少なくとも1つのS部内に絶縁材料を残存させフィ
    ールド領域を形成する工程とを具備し九ことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。 2、第2の絶縁材料を堆積後、該絶縁膜の全体もしくは
    一部の素層に低温溶融化物質をドーピングし熱処理を施
    して該絶縁膜のドーピング層を溶融化し、しかる後に絶
    縁膜のエツチングを行なうことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 3、第2の絶縁材料を堆積後、職絶縁膜全体もしくは一
    部の上に低溶融性絶縁膜を堆積し、この低溶融性絶縁膜
    を溶融化し、しかる後にこれら絶縁膜のエツチングを行
    なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第2項
    いずれか記載の半導体装置の製造方法。 4、前記半導体基板VC溝部を設けた後、溝部の底面又
    は側面に基板と反対の導電性を有する不純物をドーピン
    グする特許請求の範囲@1項乃至第3項いずれか記載の
    半導体装置の製造方法。 5、不純物のドーピングを第1の絶縁物の堆積後この絶
    縁物を通して行うことを特徴とする特許請求の範囲第4
    項記載の半導体装置の製造方法。 6、不純物のドーピングを導電性膜の堆積、エツチング
    後に溝部の側面の基板に行うことを特徴とする特許請求
    の範囲第4項記載の半導体装置の製造方法。 7、垂直もしくは垂直に近い側面のかわりに傾斜角0を
    有する側面、ま九堆積する導電膜、絶縁膜の厚さをそれ
    ぞれ、溝部の開口部の短い巾の半分以上の厚さのかわり
    にacot(θ/2)/2 、 b cot(θ/2)
    /2(ただしa、brtそれぞれ導電膜又は絶縁膜を堆
    積するときの開口部の巾)以上とすることを特徴とする
    特許請求の範囲第1乃至第6項記載の半導体装置の製造
    方法。 8、第1の絶縁膜を堆積せず、また導電膜として基板と
    反対の導電性を有する多結晶シリコン、シングルシリコ
    ン、アモルファスシリコン、を用いることを特徴とする
    特許請求の範囲41乃至第7項記載の半導体装置の製造
    方法。
JP13336981A 1981-08-27 1981-08-27 半導体装置の製造方法 Pending JPS5834942A (ja)

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