JPS6021540A - 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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JPS6021540A
JPS6021540A JP12798783A JP12798783A JPS6021540A JP S6021540 A JPS6021540 A JP S6021540A JP 12798783 A JP12798783 A JP 12798783A JP 12798783 A JP12798783 A JP 12798783A JP S6021540 A JPS6021540 A JP S6021540A
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film
semiconductor substrate
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oxide film
etching
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史朗 陶山
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利明 谷内
Tadashi Serikawa
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    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に、高密度実
装かつ高速動作を可能とする半導体装置の製造方法に関
するものである。
〔発明の背景〕
現在広く使用されている半導体装置は、半導体基板の上
に相互に絶縁・分離された多数の半導体素子を有してい
る。これらの素子を絶縁・分離する方法(以下、これを
素子分離法と呼ぶ)としては、酸化膜分離法が一般的に
用いられている。
酸化膜分離法は、第1図に示す工程を経て行なわれる。
まず、半導体基板10を酸素雰囲気中で熱処理して酸化
膜11を形成し、この酸化膜11上に窒化シリコン膜1
2を堆積し、窒化シリコン膜12上にレジストパタン1
3を形成する〔第1図(a)〕。次に、このレジストパ
タン13をマスクとして窒化シリコン膜12、酸化膜1
1の薔ツチングを行なった後、レジストパタン13を除
去する〔図(b)〕。この半導体基板を、温度1000
℃前後の酸素雰囲気中で数時間乃至数十時間熱処理する
〔図(C)〕。この際、窒化シリコン膜12で覆われて
いない半導体基板表面には、酸素との反応により酸化膜
14が形成される。
しかし、窒化シリコン膜は酸素の貫通を良(防ぐ特性を
有しているため、窒化シリコン膜が存在する部分の半導
体基板表面の酸化を防ぐことができる。この結果、半導
体基板表面の選択的な酸化が行なえる。その後、窒化シ
リコン膜12を除去し〔図(d)〕、そして窒化シリコ
ン膜12が存在した半導体基板領域に半導体素子を形成
する。これらの各素子は酸化膜14により絶縁・分離さ
れる。その後、所定の素子の間を結線し、半導体装置の
製造を終る。
上記した酸化膜分離法の分離特性を改善する目的で、第
1図(alの工程と(blの工程の間に、レジストパタ
ン13をマスクとして所定の極性を有する不純物をイオ
ン注入する工程を導入することも広(採用されている。
しかしながら、これらの酸化膜分離法には、(1)素子
分離領域に酸化膜を用いているため、比誘電率が4程度
と大きく、配線容量の増大をもたらし、半導体装置の高
速化が図れない、(2)素子分離部の幅を1μm以下に
微細化しようとすると、第1図(C)を得る酸化工程に
おいt、半導体基板10に応力が加わり、結晶欠陥を誘
起しやすい、等の問題があった。
以上、述べてきたように、従来の素子分離法では、半導
体装置の高密度化、高速化が図れないという問題点かあ
゛った。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解決し
、高密度実装かつ高速動作を可能とする半導体装置の製
造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴は、半導体基板の表面上に第1の膜を形成
する工程と、この第1の膜の上に所望パタンを有する第
2の膜を形成する工程と、この第2の膜をマスクとして
第1の膜及び半導体基板を異方性エツチングして断面形
状がほぼ矩形の溝部を半導体基板に形成する工程と、」
二記第2の膜をマスクとして第1の膜を所望のサイドエ
ッチ量を伴ってエツチングし引き続く第2の膜の除去と
第・ 3 ・ 1の膜をマスクとする異方性エツチングにより上記溝部
の上部開口幅を拡げる工程と、この溝部を有する半導体
基板上に絶縁膜を堆積して上記溝部の下部に中空の空隙
を残してその開口部を絶縁膜で埋め込み次いでこの埋め
込み部以外の半導体基板上絶縁膜をエツチング除去する
工程とを含む製造方法とするにある。
〔発明の実施例〕
本発明の実施例を、半導体基板としてSiを用いる場合
を例に採って、第2図により説明する。1半導体基板2
0上に第1の膜、例えば酸化膜、21を形成し、この酸
化膜21上にAI!あるいはA/zOsから成る第2の
膜22を形成した後、この第2の膜22上に所望のレジ
ストパタン23を形成し、第2図(a)の構造を得る。
このレジストパタン23をマスクとして第2の膜22を
エツチングしレジストパタン23を除去し第2図fb)
の構造を得る。第2の膜22をマスクとして酸化膜21
および半導体基板20を反応性イオンエツチング法、反
応性イオンビームエツチング法、あるいはイオンビーム
エツチング法を用・ 4 ・ いて異方性エツチングし溝部24を有する第2図(C1
の構造を得る。例えば、CC1!2F2を用いた反応性
イオンエツチングではAI!と酸化膜とのエツチング選
択比を20倍以上、MとSi基板とのエツチング選択比
を70倍以上とでき、かつ異方性エツチングが可能なた
め、溝部24の幅を数百nmとしかつ溝部24の深さを
数μmと深くできる。また、Arと02の混合ガスを用
いたイオンビームエツチング法では、AJ?とSi基板
とのエツチング選択比を6倍以上にでき、かつ異方性エ
ツチングが可能なため、上記反応性イオンエツチング法
と同様に溝部24の幅が小さく、かつ溝部24の深さを
深くできる。
次に、第2の膜22をマスクとして所望のサイドエッチ
量を伴って酸化膜21を例えば緩衝弗酸を用いて選択的
にエツチングして第2図(dlの構造を得る。第2の膜
22を除去し、酸化膜21をマスクとして、半導体基板
20を前記第2図(C)を得る工程と同様に異方性エツ
チングし、酸化膜21を除去し、第2図(e)の構造を
得る。このとき、CCl2F2を用いた反応性イオンエ
ツチング法では、酸化膜とSi基板との選択比を3.5
倍以上とすることができる。
これにより、溝部24の上部25の開口幅を溝部24の
下部26の幅より広げることができる。次に、溝部24
を有する半導体基板20上に、スパッタ法、蒸着法、あ
るいは気相成長法を用いて絶縁膜例えば酸化膜27を堆
積し、溝部24の下部26に空隙28を残し、かつ溝部
24の上部の開口部を埋め込んだ第2図げ)の構造を得
る。例えば、気相成長法では、溝部24の上部25の開
口幅を溝部24の下部26の幅より数百nm広くし、か
つ溝部24の上部25の深さを数百nm。
とした場合、酸化膜27を1μm程度堆積することによ
り、空隙28を残して、上部の開口部を埋め込むことが
できる。次にドライエツチング法を用いて表面から順次
酸化膜27を均一エツチングし、第2図(glの構造を
得る(特願昭57−142050参照)。
これにより、溝部24の上部開口部に酸化膜27が埋め
込まれ、この埋め込み部以外の半導体基板上の酸化膜2
7が除去される。その後、酸化膜27が除去された半導
体基板20の領域に半導体素子を形成する。これらの各
素子は、溝部24の上部25の酸化膜27及び下部26
の空隙28により絶縁・分離される。
また、溝部24の上部25の酸化膜27は、素子分離器
製作工程以後において、溝部24の半導体基板へ不純物
がイオン注入されることを防ぎ、かつ導電膜などが溝部
24の空隙28に堆積されることを防ぐ。
その後、所定の素子間を結線し、半導体装置の製造を終
る。
」二記実施例を採用すれば、(1)素子の分離・絶縁を
空隙を用いて行なう半導体装置となることから、その比
誘電率を約%と小さくでき、分離特性の向上、半導体装
置の高速化が可能となり、(2)素子分離部を完全に絶
縁物で埋め込まないため、半導体基板に加わる応力が低
減し、半導体基板への結晶欠陥の導入を防ぐことができ
、分離特性の向上が可能となる、等の効果を生じる。
第3図は、本発明をMOS )ランジスタの分離に適用
した場合の実施例である。ソース31.ドレイン32.
ゲート電極33.ゲート酸化膜34およびM配線35を
含むMOS)ランジスタは、素子分離部36により分離
されている。素子分離部36の比誘電“ 7 。
率を小さくでき、かつ幅を小さくできるため、MOSト
ランジスタから成る半導体装置の高速化、高密度化が図
れる。
第4図は、本発明をバイポーラトランジスタの製作に適
用した場合の実施例である。エミッタ41゜ベース42
およびコレクタ43を有するバイポーラトランジスタは
、素子分離部44により分離されている。さらに、本発
明はトランジスタ間だけでなく、ベース42とコレクタ
43との間の分離45にも適用できる。このように、バ
イポーラトランジスタ間の間隔だけでな(、トランジス
タ自身の大きさも小さくできる。
第5図は、本発明を相補型MOS半導体装置に適用した
場合の実施例である。相補型MOS半導体装置は、n型
トランジスタとn型トランジスタの両方から成り、これ
らは半導体基板50上に設けられたn型極性不純物領域
51ならびにp電極性不純物領域52上に形成される。
これらの不純物領域は、素子分離部53によって分離さ
れる。通常の相補型MOS半導体装置では、p電極性不
純物領域と・ 8 ・ h電極性不純物領域が横方向に直接に接している。
このためにラッチアップと称される相補型MOS半導体
装置特有の問題を軽減する目的で各トランジスタをこれ
らの不純物領域の境界から遠ざけなければならない。し
かしながら、本発明の素子分離法を使用すると、トラン
ジスタを素子分離部に接して形成でき、半導体装置の著
しい高密度化と特性向上が図れる。
半導体装置は、上述したようなバルク半導体単結晶基板
上に作成されるだけでなく、絶縁基板上に形成した半導
体単結晶膜を用いても作製される。
第6図は、絶縁基板60例えばサファイア上に単結晶化
した半導体膜61を用いた場合の本発明の適用例である
。この半導体膜上に形成されたトランジスタは、素子分
離部62を介して隣接して形成される。このため、半導
体装置の高密度化が容易とな −る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、小さな比誘電率
を有する、微細でかつ深い素子分離領域が容易に形成で
き、高密度でかつ高速な半導体装置の形成が可能となる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の素子分離法を説明する図、第2図は本発
明の一実施例の工程を説明する図、第3図、第4図、第
5図、第6図はそれぞれ本発明を適用して作製した半導
体装置例を示す断面図である。 符号の説明 10.20,50・・・半導体基板 11.14・・・酸化膜 12・・・窒化シリコン膜 13.23・・・レジストバタン 21・・・第1の膜 22・・・第2の膜 24・・・溝部 25・・・溝部の上部 26・・・溝部の下部 27・・・絶縁膜 28・・・空隙 31・・・ソース 32・・・ドレイン 33・・・ゲート電極 34・・・ゲート酸化膜 35・・・AI!配線 36 、44 、53 、62・・・素子分離部41・
・・エミッタ 42・・・ベース 43・・・コレクタ 51・・・n型極性不純物領域 52・・・n型極性不純物領域 60・・・絶縁基板 61・・・半導体膜 特許出願人 日本電信電話公社 代理人弁理士 中村純之助 Of) リ −O 矛2− 矛3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板の表面上に第1の膜を形成する工程と、この
    第1の膜の上に所望パタンを有する第2の膜を形成する
    工程と、この第2の膜をマスクとして第1の膜及び半導
    体基板を異方性エツチングして断面形状がほぼ矩形の溝
    部を半導体基板に形成する工程と、上記第2の膜をマス
    クとして第1の膜を所望のサイドエッチ量を伴ってエツ
    チングし引き続く第2の膜の除去と第1の膜をマスクと
    する異方性エツチングにより上記溝部の上部開口幅を拡
    げる工程と、この溝部を有する半導体基板上に絶縁膜を
    堆積して上記溝部の下部に中空の空隙を残してその開口
    部を絶縁膜で埋め込み次いで−この埋め込み部以外の半
    導体基板上絶縁膜をエツチング除去する工程とを含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP12798783A 1983-07-15 1983-07-15 半導体装置の製造方法 Granted JPS6021540A (ja)

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Cited By (5)

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