JPS5928379A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPS5928379A JPS5928379A JP13868282A JP13868282A JPS5928379A JP S5928379 A JPS5928379 A JP S5928379A JP 13868282 A JP13868282 A JP 13868282A JP 13868282 A JP13868282 A JP 13868282A JP S5928379 A JPS5928379 A JP S5928379A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、フィールド領域に低温プロセスで比較的厚い
絶縁膜を埋め込み、微細MO8FETを集積形成する半
導体装置の製造方法に関する。
絶縁膜を埋め込み、微細MO8FETを集積形成する半
導体装置の製造方法に関する。
酸化膜を用いた素子分離技術はいくつかあるが、その中
でも、素子平面の平坦化及びバーズビーク(フィールド
酸化膜が鳥のくちばしのように素子部分に食い込むこと
)の除去という点でBOX法(Burying 0xi
de 1nto 5ilicon Groove)が最
近注目されている。このBOX法を簡単に説明すると、
まず半導体基板の素子領域を残して、フィールド領域を
19ライエツチングしてほぼ垂直壁を有する溝を形成す
る。そしてこの溝に、低温プロセスによる絶縁膜堆積と
平坦化プロセスを経て、表面が平坦になるように絶縁膜
を埋込む。このようにして絶縁分離された素子形成領域
に通常の工程で、素子を形成することができる。
でも、素子平面の平坦化及びバーズビーク(フィールド
酸化膜が鳥のくちばしのように素子部分に食い込むこと
)の除去という点でBOX法(Burying 0xi
de 1nto 5ilicon Groove)が最
近注目されている。このBOX法を簡単に説明すると、
まず半導体基板の素子領域を残して、フィールド領域を
19ライエツチングしてほぼ垂直壁を有する溝を形成す
る。そしてこの溝に、低温プロセスによる絶縁膜堆積と
平坦化プロセスを経て、表面が平坦になるように絶縁膜
を埋込む。このようにして絶縁分離された素子形成領域
に通常の工程で、素子を形成することができる。
しかしながら、このBOX法によって作成された素子に
はその後いくつかの問題があることが明らかになった。
はその後いくつかの問題があることが明らかになった。
その一つはMOS FETのチャネル幅が1.4μm程
度からさらに狭く0.7μm近傍まで微小に々ると、し
きい値電圧V、が設計値よシも下がる現象が見られるこ
とである。この現象はチャネル幅方向両端のチャネル領
域表面部での電界集中によると考えられている。この対
策として、現在ではチャネル幅方向の両端部近傍に不純
物を多く含ませる方法をとっている。具体的には、反転
防止のだめの不純物イオン注入時における横方向の素子
領域への不純物分布のひろがシを利用しているのが現状
である。しかよる本来の深さ方向への不純物注入を利用
せず、派生的に生じる横方向へのひろがりを利用してい
るためその効果は小さく、又制御も困難であった。
度からさらに狭く0.7μm近傍まで微小に々ると、し
きい値電圧V、が設計値よシも下がる現象が見られるこ
とである。この現象はチャネル幅方向両端のチャネル領
域表面部での電界集中によると考えられている。この対
策として、現在ではチャネル幅方向の両端部近傍に不純
物を多く含ませる方法をとっている。具体的には、反転
防止のだめの不純物イオン注入時における横方向の素子
領域への不純物分布のひろがシを利用しているのが現状
である。しかよる本来の深さ方向への不純物注入を利用
せず、派生的に生じる横方向へのひろがりを利用してい
るためその効果は小さく、又制御も困難であった。
本発明は、かかるBOX法におけるしきい値電圧の異常
な低下の現象を、パターン設計のみによって解決し、制
御性よく設計値通りのしきい値電圧の設定を可能ならし
める半導体装置の製造方法を提供することを目的とする
。
な低下の現象を、パターン設計のみによって解決し、制
御性よく設計値通りのしきい値電圧の設定を可能ならし
める半導体装置の製造方法を提供することを目的とする
。
本発明は、半導体基板のフィールド領域にドライエツチ
ングによりほぼ垂直壁を有する溝を形成し、この溝に表
面が平坦になるように低温プロセスで絶縁膜を埋込み、
この絶縁膜で分離された素子形成領域にMOS FET
を形成するに際して、MOS FETを、チャネル領域
がチャネル幅方向の両端部で外側に凸形をなし、この凸
形部分で所定のチャネル幅寸法となるように/4ターン
設計することを特徴とする。
ングによりほぼ垂直壁を有する溝を形成し、この溝に表
面が平坦になるように低温プロセスで絶縁膜を埋込み、
この絶縁膜で分離された素子形成領域にMOS FET
を形成するに際して、MOS FETを、チャネル領域
がチャネル幅方向の両端部で外側に凸形をなし、この凸
形部分で所定のチャネル幅寸法となるように/4ターン
設計することを特徴とする。
本発明によれば、MOSFETのチャネル幅が1μm程
度あるいはそれ以下にまで小さくなった場合にも、従来
のような異常しきい値電圧の低下がなくなる。そしてチ
ャネル領域の凸形とする寸法をチャネル幅に応じて適当
に設定することによシ、簡単にかつ制御性よくしきい値
電圧を設定することができる。
度あるいはそれ以下にまで小さくなった場合にも、従来
のような異常しきい値電圧の低下がなくなる。そしてチ
ャネル領域の凸形とする寸法をチャネル幅に応じて適当
に設定することによシ、簡単にかつ制御性よくしきい値
電圧を設定することができる。
本発明によるパターン設計でMOS FETのしきい値
電圧低下が抑制される理由は次のとおりである。従来の
BOX法に従って形成した第1図(&)に示すMOS
FETパターンにおいて、チャネル幅Wが小さくなると
、前述のようにチャネル幅両端部で電界集中によるしき
い値電圧の低下が見られるようになシ、あるダートバイ
アスを与えたときのチャネル幅方向についての電流分布
は同図(b)の如く々る。つまシテヤネル幅方向両端部
で中央部よシも電流が流れ易くなっている。
電圧低下が抑制される理由は次のとおりである。従来の
BOX法に従って形成した第1図(&)に示すMOS
FETパターンにおいて、チャネル幅Wが小さくなると
、前述のようにチャネル幅両端部で電界集中によるしき
い値電圧の低下が見られるようになシ、あるダートバイ
アスを与えたときのチャネル幅方向についての電流分布
は同図(b)の如く々る。つまシテヤネル幅方向両端部
で中央部よシも電流が流れ易くなっている。
これに対し、第2図(a)の↓うにチャネル領域のチャ
ネル幅方向両端部を凸形とし、この凸形部分で所定のチ
ャネル幅Wとなるように・母ターン設計すると、この凸
形部分では中央部に比べて、実質的に電流が流れにくく
なる。従ってチャネル幅が小さくなったことによるチャ
ネル幅方向両端部でのしきい値電圧の低下の影響が補償
され、結局チャネル幅方向についての電流分布が第2図
(b)のように均一になる。即ち、等測的にしきい値電
圧の低下がないのと同じになる。
ネル幅方向両端部を凸形とし、この凸形部分で所定のチ
ャネル幅Wとなるように・母ターン設計すると、この凸
形部分では中央部に比べて、実質的に電流が流れにくく
なる。従ってチャネル幅が小さくなったことによるチャ
ネル幅方向両端部でのしきい値電圧の低下の影響が補償
され、結局チャネル幅方向についての電流分布が第2図
(b)のように均一になる。即ち、等測的にしきい値電
圧の低下がないのと同じになる。
以下に本発明の詳細な説明する。第3図(&)〜(f)
は一実施例の製造工程を示す断面図である。
は一実施例の製造工程を示す断面図である。
まず、第3図(a)に示すように、面方位(100)。
比抵抗が40〜50Ω1程度のボロンを含んだp型シリ
コン基板1を用意し、これに通常の写真蝕刻工程により
素子形成領域をレジストまたはAt等のマスク2で覆い
、フィールド領域のシリコン基板1をドライエツチング
によシ所望のフィールド膜厚相尚分だけエツチングして
溝を形成し、次いでデロンイオ/注入を行う。3がイオ
ン注入層である。素子形成領域の)eターン、即ちマス
ク2のパターンは、第4図(、)に示すように、チャネ
ル領域となるべき領域のチャネル幅方向両端部に凸形部
4 a + 4 bが形成されるようにし、この凸形部
4ar4bの位置で所定のチャネル幅Wとなるように設
計されている。′凸形部4a、4bの大きさは、第3図
CIL)中に記載のように0.4μm X 1.0μm
とした。つぎに(b)に示すように、全面に溝の深さと
同程度以上の厚さにプラズマCVDに」るS r 02
膜51を堆積する。
コン基板1を用意し、これに通常の写真蝕刻工程により
素子形成領域をレジストまたはAt等のマスク2で覆い
、フィールド領域のシリコン基板1をドライエツチング
によシ所望のフィールド膜厚相尚分だけエツチングして
溝を形成し、次いでデロンイオ/注入を行う。3がイオ
ン注入層である。素子形成領域の)eターン、即ちマス
ク2のパターンは、第4図(、)に示すように、チャネ
ル領域となるべき領域のチャネル幅方向両端部に凸形部
4 a + 4 bが形成されるようにし、この凸形部
4ar4bの位置で所定のチャネル幅Wとなるように設
計されている。′凸形部4a、4bの大きさは、第3図
CIL)中に記載のように0.4μm X 1.0μm
とした。つぎに(b)に示すように、全面に溝の深さと
同程度以上の厚さにプラズマCVDに」るS r 02
膜51を堆積する。
そして、例えば弗化アンモニウムで、1分間エツチング
してやるとフィールド領域と素子形成領域の境界にでき
ている段差部の側面に堆積したプラズマCVD S s
02膜5xFi平坦部に比べて、エツチング速度が3
〜20倍はやいため選択的に上記段差部側面のプラズマ
CVD S iO2膜51が除去される。その後素子形
成領域上のマスク2を除去すると、マスク2上に堆積し
たプラズマCVDSiO2膜51も一緒に除去され、(
C)に示すようにフィールド領域にのみプラズマCVD
5102膜51が埋め込まれる。この時のフィールド
領域と素子形成領域との境界には図に示すよう処断面形
状が一定の細溝が形成される。次に(d)に示すように
上記細溝を埋めるようにCVDによる5102膜52を
堆積し、更にその表面の凹部を埋めるように、流動性で
かつ上記CvDS102膜52とエツチング速度が等し
くなるような平坦化膜6を形成して表面を平坦にする。
してやるとフィールド領域と素子形成領域の境界にでき
ている段差部の側面に堆積したプラズマCVD S s
02膜5xFi平坦部に比べて、エツチング速度が3
〜20倍はやいため選択的に上記段差部側面のプラズマ
CVD S iO2膜51が除去される。その後素子形
成領域上のマスク2を除去すると、マスク2上に堆積し
たプラズマCVDSiO2膜51も一緒に除去され、(
C)に示すようにフィールド領域にのみプラズマCVD
5102膜51が埋め込まれる。この時のフィールド
領域と素子形成領域との境界には図に示すよう処断面形
状が一定の細溝が形成される。次に(d)に示すように
上記細溝を埋めるようにCVDによる5102膜52を
堆積し、更にその表面の凹部を埋めるように、流動性で
かつ上記CvDS102膜52とエツチング速度が等し
くなるような平坦化膜6を形成して表面を平坦にする。
そして、平坦化膜6及びCVD S 102膜52をド
ライエツチングによシ全面均一にエツチングし、素子形
成領域のシリコンを露出させると、(、)に示すように
フィールド領域は、はぼ平坦に5IO2膜s (5i
+ 5z )で埋め込まれる。その後(f)に示すよう
に、素子形成領域に900℃のドライ酸化によH300
Xのダート酸化膜7を成長させ、しかるのちに、多結晶
シリコンをたとえば3000X堆積し、これを写真蝕刻
法によシバターニングしてダート電極8を形成し、この
あと、ソースドレイン領域及び多結晶シリコン部分にた
とえば5X1015/iのドーズ量で加速電圧を50k
Vとしひ素を注入してソース9、ドレイン10を形成し
、最後にCVD酸化膜とCVD psc膜をかぶせて保
護膜1ノを形成した後、コンタクトホールをあけてA/
−1i;給配線12.13を形成して、完成する。
ライエツチングによシ全面均一にエツチングし、素子形
成領域のシリコンを露出させると、(、)に示すように
フィールド領域は、はぼ平坦に5IO2膜s (5i
+ 5z )で埋め込まれる。その後(f)に示すよう
に、素子形成領域に900℃のドライ酸化によH300
Xのダート酸化膜7を成長させ、しかるのちに、多結晶
シリコンをたとえば3000X堆積し、これを写真蝕刻
法によシバターニングしてダート電極8を形成し、この
あと、ソースドレイン領域及び多結晶シリコン部分にた
とえば5X1015/iのドーズ量で加速電圧を50k
Vとしひ素を注入してソース9、ドレイン10を形成し
、最後にCVD酸化膜とCVD psc膜をかぶせて保
護膜1ノを形成した後、コンタクトホールをあけてA/
−1i;給配線12.13を形成して、完成する。
なお、ダート電極8のパターンは、第4図(b)に示す
ようにチャネル領域幅方向両端の凸形部4ar 4bを
カバーするようになっている。
ようにチャネル領域幅方向両端の凸形部4ar 4bを
カバーするようになっている。
このようにして形成されたMOS FETについて、チ
ャネル幅Wを種々変化させた場合に得られたしきい値電
圧の測定結果を第5図に示した。いづれの場合において
も所定のしきい値電圧0,8Vに対してほぼ期待どおシ
の値を示している。
ャネル幅Wを種々変化させた場合に得られたしきい値電
圧の測定結果を第5図に示した。いづれの場合において
も所定のしきい値電圧0,8Vに対してほぼ期待どおシ
の値を示している。
以上のように本実施例によれば、マスクパターンの設計
のみでBOX法による素子分離を行ったMOS FET
のチャネル幅の縮小による異常しきい値の低下が抑えら
れる。しかも、実施例で説明したチャネル幅方向両端部
の凸形部4ar4bの寸法を選ぶことでしきい値電圧の
最適設計が容易に行い得る。実験によれば、凸形部4a
。
のみでBOX法による素子分離を行ったMOS FET
のチャネル幅の縮小による異常しきい値の低下が抑えら
れる。しかも、実施例で説明したチャネル幅方向両端部
の凸形部4ar4bの寸法を選ぶことでしきい値電圧の
最適設計が容易に行い得る。実験によれば、凸形部4a
。
4bの外方に突出する寸法を0.3〜0.5μmの範囲
に選ぶことが、チャネル幅寸法を変えてもしきい値が変
らない好ましい条件であることが明らかになった。
に選ぶことが、チャネル幅寸法を変えてもしきい値が変
らない好ましい条件であることが明らかになった。
なお、従来のようにイオン注入による不純物の横方向ひ
ろがシの効果を利用してしきい値低下を補償する方法は
、その最適化条件の設定が難しいだり−でなく、次のよ
うな問題もある。すなわち不純物の′よこ方向ひろがシ
を得るために第1回目のイオン注入工程においては、そ
の後に形成する溝の深さの約半分程度の射影飛程R1を
もつ加速電圧でポロンのイオン注入を行なう必要がある
。この場合、深さ方向の標準偏差値ΔRpはR1の1/
2〜1/3の大きさに相当する。そしてボロンのような
イオンは比較的軽くマスクの下へのイオンの横方内拡が
シΔXも比較的太きいが、それでもせいぜいΔX勾ΔR
であるので、その大きさ自体実際には非常に小さい。
ろがシの効果を利用してしきい値低下を補償する方法は
、その最適化条件の設定が難しいだり−でなく、次のよ
うな問題もある。すなわち不純物の′よこ方向ひろがシ
を得るために第1回目のイオン注入工程においては、そ
の後に形成する溝の深さの約半分程度の射影飛程R1を
もつ加速電圧でポロンのイオン注入を行なう必要がある
。この場合、深さ方向の標準偏差値ΔRpはR1の1/
2〜1/3の大きさに相当する。そしてボロンのような
イオンは比較的軽くマスクの下へのイオンの横方内拡が
シΔXも比較的太きいが、それでもせいぜいΔX勾ΔR
であるので、その大きさ自体実際には非常に小さい。
またΔXをかせぐには、ΔRを大きくする必要があシ、
その場合には加速電圧を大きくとるととになる。こうす
ると、射影飛程Rが大きくなシ■アの降下の制御には効
かなくなる。また溝の側面にのこすボロンの注入量が多
すぎると、そもそもボロンの拡散係数自体が大きいので
、ボロンがその後の熱処理で素子形成領域の中央部まで
不必要に拡散することがある。こうなると、本来のしき
い値電圧自体を大きくくるわせることになり、またさら
に素子形成領域に形成した拡散層の耐圧の低下や寄生容
量の増大など、素子特性への悪い影響がある。以上のよ
うな点を考慮すると、マスクツ!ターンの設計のみでし
きい値電圧の最適制御を行う本発明の方法が極めて有用
であることは明らかである。
その場合には加速電圧を大きくとるととになる。こうす
ると、射影飛程Rが大きくなシ■アの降下の制御には効
かなくなる。また溝の側面にのこすボロンの注入量が多
すぎると、そもそもボロンの拡散係数自体が大きいので
、ボロンがその後の熱処理で素子形成領域の中央部まで
不必要に拡散することがある。こうなると、本来のしき
い値電圧自体を大きくくるわせることになり、またさら
に素子形成領域に形成した拡散層の耐圧の低下や寄生容
量の増大など、素子特性への悪い影響がある。以上のよ
うな点を考慮すると、マスクツ!ターンの設計のみでし
きい値電圧の最適制御を行う本発明の方法が極めて有用
であることは明らかである。
第1図(a) 、 (b)は従来法によるMOS FE
Tのパターンと電流分布を示す図、第2図(a) 、
(b)は本発明の方法によるMOS FETのパターン
と電流分布を示す図、第3図(、)〜(f)は本発明の
一実施例の製造工程を示す断面図、第4図(a) 、
(b)は同実施例の工程要部のパターン図、第5図は実
施例によシ得られたMOS FETの特性を示す図であ
る。 注入層、4m、4b−凸形部、51・・・プラズマCv
DS102膜、52・CVD Si0,2膜、6・・・
平坦化膜、2・・・ダート酸化膜、8・・・ダート電極
、9・・・ソース、10・・・ドレイン、11・・・保
護膜、12.13・・・電極配線。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 産生1図 矛2 図 U W チ3図 矛3図 ′J−4図
Tのパターンと電流分布を示す図、第2図(a) 、
(b)は本発明の方法によるMOS FETのパターン
と電流分布を示す図、第3図(、)〜(f)は本発明の
一実施例の製造工程を示す断面図、第4図(a) 、
(b)は同実施例の工程要部のパターン図、第5図は実
施例によシ得られたMOS FETの特性を示す図であ
る。 注入層、4m、4b−凸形部、51・・・プラズマCv
DS102膜、52・CVD Si0,2膜、6・・・
平坦化膜、2・・・ダート酸化膜、8・・・ダート電極
、9・・・ソース、10・・・ドレイン、11・・・保
護膜、12.13・・・電極配線。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 産生1図 矛2 図 U W チ3図 矛3図 ′J−4図
Claims (2)
- (1)半導体基板のフィールド領域にドライエツチング
によシはぼ垂直壁を有する溝を形成し、この溝に表面が
平坦になるように低温プロセスで絶縁膜を埋込み、この
絶縁膜で分離された素子形成領域にMOS FETを形
成する方法において、前記MO8FETは、チャネル領
域がチャネル幅方向の両端部で外側に凸形をなし、この
凸形部分で所定のチャネル幅寸法となるようにパターン
設計することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (2)前記溝に絶縁膜を埋込む工程は、溝の形成に用い
たマスクを残した状態で全面にプラズマCVD 5in
2膜を堆積し、緩衝弗酸液によシその段差部をエツチン
グして露出した前記マスクを除去することによシその上
のプラズマCVD5102膜をリフトオフ加工し、次い
で素子領域周辺に形成された細溝を埋めるように全面に
CvDslo2膜を堆積してその表面を流動性物質から
なる平坦化膜で平坦化し、この平坦化膜とその下のCv
DSIO2膜をこれらに対して等しいエツチング速度の
ドライエツチング法によシ全面均一にエツチングするも
のである特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13868282A JPS5928379A (ja) | 1982-08-10 | 1982-08-10 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13868282A JPS5928379A (ja) | 1982-08-10 | 1982-08-10 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5928379A true JPS5928379A (ja) | 1984-02-15 |
Family
ID=15227638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13868282A Pending JPS5928379A (ja) | 1982-08-10 | 1982-08-10 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5928379A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009267027A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1982
- 1982-08-10 JP JP13868282A patent/JPS5928379A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009267027A (ja) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Seiko Epson Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
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