JPS6045036A - Substrate structure of semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Substrate structure of semiconductor device and manufacture thereof

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JPS6045036A
JPS6045036A JP15248183A JP15248183A JPS6045036A JP S6045036 A JPS6045036 A JP S6045036A JP 15248183 A JP15248183 A JP 15248183A JP 15248183 A JP15248183 A JP 15248183A JP S6045036 A JPS6045036 A JP S6045036A
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film
silicon
silicon substrate
field oxide
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JP15248183A
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Japanese (ja)
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Kazuto Sakuma
佐久間 一人
Mutsunobu Arita
有田 睦信
Masaaki Sato
政明 佐藤
Nobuyoshi Awaya
信義 粟屋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H01L21/76Making of isolation regions between components
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    • H01L21/76235Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials of trenches having a shape other than rectangular or V-shape, e.g. rounded corners, oblique or rounded trench walls trench shape altered by a local oxidation of silicon process step, e.g. trench corner rounding by LOCOS

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Abstract

PURPOSE:To produce flat and highly integrated separation region between elements by a method wherein a deep groove for separating elements filled with dielectric and filler as well as a field oxide film are selfmatchingly formed. CONSTITUTION:A thick field oxide region 25 is formed adjoining element region selectively formed on a silicon substrate 11 while a separation region between elements directly coming into contact with the field oxide region 25 is provided between the element region and the field oxide region 25. Furthermore, the separation region between elements is composed of a relatively narrow and deep groove 11a formed on the silicon substrate 11, an oxide silicon insulating film 21 formed along the inner wall of this groove 11a, a nitride silicon insulating film 22 arranged on the film 21 and filler 24 filling the recession formed between the inside, the nitride silicon insulating film 22 and the field oxide film 25. The resultant element region of the silicon substrate 11, the field oxide region 25 and the separation region between elements may be formed into almost flat surface.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置、特に多数の素子を同一基板に組
込んだ集積回路半導体装置の基板構造およびその製造方
法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a substrate structure of an integrated circuit semiconductor device in which a large number of elements are incorporated on the same substrate, and a manufacturing method thereof.

〔従来技術〕[Prior art]

従来この種の半導体装置における素子間分離法としては
、素子の周辺を選択的に熱酸化する選択酸化法が実用化
されている。また、素子のまわりに溝を形成し、これを
誘電体で充填する方法も各種考案されている。
Conventionally, as a method for separating elements in this type of semiconductor device, a selective oxidation method in which the periphery of an element is selectively thermally oxidized has been put into practical use. Various methods have also been devised to form a groove around the element and fill it with dielectric material.

このうち、選択酸化による方法は、例えばバイポーラプ
ロセスの場合、エピタキシャル層を完全に酸化膜で分離
する必要があり、長時間熱醸化するため不純物の再分布
が素子性能を劣化させる。
Among these methods, in the case of the selective oxidation method, for example, in the case of a bipolar process, it is necessary to completely separate the epitaxial layer with an oxide film, and the redistribution of impurities deteriorates the device performance due to long thermal fermentation.

また、選択酸化時にバーズビーク、バーズヘッドが形成
されて集積回路の高集積化を妨げる。
Additionally, bird's beaks and bird's heads are formed during selective oxidation, which hinders high integration of integrated circuits.

一方、溝を形成して誘電体を充填する方法では、一般に
一定の幅の狭い分離領域しか形成できず、配線のための
厚いフィールド酸化領域が直接素子間分離用溝に接した
構造は得られていなかった。
On the other hand, with the method of forming a trench and filling it with dielectric material, it is generally possible to only form an isolation region with a certain narrow width, and it is not possible to obtain a structure in which a thick field oxide region for wiring is directly in contact with an isolation trench. It wasn't.

仮に、従来提案されている分離溝に、隣接した厚いフィ
ールド酸化領域を形成するとしても、新たにホトリソグ
ラフィ工程を行なうことが必要となり、プロセスが複雑
になってしまう欠点がある他、マスク合せの余裕度を考
慮に入れると、フィールド酸化領域形成時に、バーズビ
ーク、バーズヘッドの全くないフィールド酸化領域を溝
に直接液しては形成できないため溝とフィールド酸化領
域との間に断層が生じてしまい、表面の平坦な基板を実
現することができないという欠点がある。また、若干の
バーズビーク等が残ってしまう分、集積度向上にも難点
がある。さらに、従来の溝分離技術では溝のパターンを
通常の露光技術を用いて形成するため、露光技術の限界
以下の寸法の溝幅は実現できず、その点でも集積度の向
上に限界があった。また、従来の溝分離で溝幅を広くし
た場合には、溝が誘電体によって完全に埋められず、表
面が平坦にならない等の欠点もあった。
Even if a thick field oxide region adjacent to the isolation trench were formed as proposed in the past, a new photolithography process would be required, which would complicate the process, as well as problems with mask alignment. Taking margin into consideration, when forming a field oxidation region, it is impossible to form a field oxidation region with no bird's beak or bird's head by directly pouring liquid into the groove, so a fault occurs between the trench and the field oxidation region. There is a drawback that a substrate with a flat surface cannot be realized. Furthermore, since some bird's beaks and the like remain, it is difficult to improve the degree of integration. Furthermore, with conventional groove separation technology, the groove pattern is formed using ordinary exposure technology, making it impossible to achieve groove widths that are below the limits of exposure technology, which also limits the ability to improve the degree of integration. . Further, when the groove width is widened by conventional groove separation, there are also drawbacks such as the grooves not being completely filled with the dielectric material and the surface not being flat.

〔発明の目的および構成〕[Object and structure of the invention]

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、高集積度の集積回路が得られる全体として平坦
な半導体装置の基板構造およびこのような基板構造が簡
略化した製造工程で得られる半導体装置の基板構造の製
造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a substrate structure for a semiconductor device that is flat as a whole and that allows an integrated circuit with a high degree of integration, and a manufacturing process in which such a substrate structure is simplified. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a substrate structure of a semiconductor device.

このような目的を達成するために、本発明による半導体
装置の基板構造は、シリコン基板上に選択的に形成され
た素子領域とこれに隣接する厚いフィールド酸化領域と
の間に、フィールド酸化領域に直接接触するように形成
された素子間分離用の深い溝を設け、これを酸化シリコ
ン絶縁膜および窒化シリコン絶縁膜ならびに充填材で埋
めて表面を全体として平坦に形成したものである。
To achieve this purpose, the substrate structure of the semiconductor device according to the present invention includes a field oxide region between an element region selectively formed on a silicon substrate and an adjacent thick field oxide region. Deep grooves for isolation between elements are formed so as to be in direct contact with each other, and these are filled with a silicon oxide insulating film, a silicon nitride insulating film, and a filler to form a flat surface as a whole.

また、このよう力構造を得るために、本発明による半導
体装置の基板構造の製造方法は、素子領域を覆うパター
ン領域に対して異方性エツチングを利用することによシ
自己整合的に素子間分離用の深い溝を形成するとともに
、この溝の内壁に酸化シリコン絶縁膜および窒化シリコ
ン絶縁膜を順に形成した後、残る凹部を充填材で埋める
とともに、当該溝に面した一方のシリコン基板表面を酸
化してフィールド酸化膜を形成するに先立って、当該フ
ィールド酸化領域のシリコン基板表面に工ツチ、ングを
施して形成すべきフィールド酸化膜の約%の厚さの部分
まで除去しておくととによシ、表面を全体として平坦に
形成するものである。以下、実施例を用いて本発明の詳
細な説明する。
In addition, in order to obtain such a force structure, the method for manufacturing a substrate structure of a semiconductor device according to the present invention uses anisotropic etching for a pattern region covering an element region, thereby allowing self-alignment between elements. After forming a deep trench for isolation and sequentially forming a silicon oxide insulating film and a silicon nitride insulating film on the inner wall of this trench, the remaining recess is filled with a filler material, and one silicon substrate surface facing the trench is Before oxidizing to form a field oxide film, it is recommended that the surface of the silicon substrate in the field oxidation region be etched to remove a portion approximately % thicker than the field oxide film to be formed. In other words, the surface is made flat as a whole. Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

〔実施例〕〔Example〕

第1図(、)〜(g)は本発明による半導体装置の基板
構造の製造方法の一例を示す工程断面図である。
FIGS. 1(a) to 1(g) are process cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a substrate structure of a semiconductor device according to the present invention.

図において、まずシリコン基板11上に例えば厚さ50
nmの熱酸化シリコン(StO,)膜12を形成し、こ
の5IOa膜12上にcvn法等により厚さ約150n
mの窒化シリコン(SilIN4)膜13を形成し、さ
らにこの5S8N、膜13上にハの法等によυ厚さ約6
00nmの酸化シリコン(stolI)膜14を形成す
る。
In the figure, first, a layer with a thickness of, for example, 50 mm is placed on the silicon substrate 11.
A thermally oxidized silicon (StO) film 12 with a thickness of about 150 nm is formed on this 5IOa film 12 by a CVN method or the like.
A silicon nitride (SilIN4) film 13 of m thickness is formed, and then a silicon nitride (SilIN4) film 13 of about 6 m thickness is formed on this 5S8N film 13 by the method of
A silicon oxide (stolI) film 14 with a thickness of 0.00 nm is formed.

ここでこの5102膜14上に例えば厚さ1μmのホト
レジスト15を所定のパターンで形成し、これをマスク
として例えばCI(F8ガスを用いた反応性イオンエツ
チングによJ 5in2膜14.5iBN4膜13、S
iO2膜12全12除去してシリコン基板110表面を
露出させる。これにより、所望の素子間分離パターンが
形成でへる(第1図(a))。
Here, a photoresist 15 having a thickness of, for example, 1 μm is formed in a predetermined pattern on this 5102 film 14, and using this as a mask, for example, reactive ion etching using CI (F8 gas) is performed. S
The entire iO2 film 12 is removed to expose the surface of the silicon substrate 110. As a result, a desired element isolation pattern can be formed (FIG. 1(a)).

に例えば減圧CVD法によシ例えば厚さ500nmの窒
化シリコン(SigN4)膜16を形成する(第1図(
b))。
For example, a silicon nitride (SigN4) film 16 with a thickness of 500 nm is formed by, for example, a low pressure CVD method (see FIG.
b)).

次いでSi8N4膜16を例えばCHF5ガスを用いた
反応性イオンエツチングによりシリコン基板1が露出す
るまで膜厚相描だけエツチングする。反応性イオンエツ
チングを用いるため、SigN、膜16の平坦部は除去
され、素子間分離パターンの段差部のみに窒化シリコン
(8111N+ )領域1Tが残される。この時、81
8N、領域1γのシリコン基板11上に残る幅は5iB
N4膜16の膜厚とほぼ等しい大きさ、例えばこの場合
500nm程度となる。実際には818N4膜16の膜
厚を変えて幅100−500nmの範囲の518N4領
域17を形成する。この状態で露出したシリコン基板1
1を熱酸化して例えば厚さ30Qnmの酸化シリコン(
Sing)膜1Bを形成する。
Next, the Si8N4 film 16 is etched by the thickness of the film by reactive ion etching using, for example, CHF5 gas until the silicon substrate 1 is exposed. Since reactive ion etching is used, the flat portion of the SigN film 16 is removed, leaving a silicon nitride (8111N+) region 1T only in the stepped portion of the element isolation pattern. At this time, 81
8N, the width remaining on the silicon substrate 11 in the region 1γ is 5iB.
The thickness is approximately equal to the thickness of the N4 film 16, for example, about 500 nm in this case. Actually, the thickness of the 818N4 film 16 is changed to form a 518N4 region 17 having a width in the range of 100 to 500 nm. Silicon substrate 1 exposed in this state
For example, by thermally oxidizing 1, silicon oxide with a thickness of 30 Qnm (
Sing) film 1B is formed.

このS i O2膜18は、後にシリコン基板1をエツ
チングして溝を形成する際のマスク材層として働く(第
1図(C))。
This S i O 2 film 18 serves as a mask material layer when etching the silicon substrate 1 to form grooves later (FIG. 1(C)).

次に5iaN4領域17をリン酸などによりウェットエ
ツチングして除去した後、例えばSICムガスを用いた
反応性イオンエツチングによりシリコン基板11を約3
μmエツチングして溝11aを形成する(第1図(d)
)。この溝11&の深さは、その部分の素子間分離に要
求される素子間耐圧との関連で定められる。第2図はそ
の関係の一例を示す。なお、この特性を測定するにあた
って用いたシリコン基板は、(111)P−シリコンサ
ブストレートの表面にN+イオンをドープし、その上に
N層をエピタキシャル成長させたものである。
Next, after removing the 5iaN4 region 17 by wet etching with phosphoric acid or the like, the silicon substrate 11 is etched by about 300 nm by reactive ion etching using, for example, SIC gas.
A groove 11a is formed by μm etching (Fig. 1(d)).
). The depth of this groove 11& is determined in relation to the inter-element withstand voltage required for isolation between the elements in that portion. FIG. 2 shows an example of that relationship. The silicon substrate used to measure this characteristic was a (111) P- silicon substrate whose surface was doped with N+ ions, and an N layer was epitaxially grown thereon.

$11aの形成後、その底部付近に、例えばドーズii
 l X 1018CTn−”、加速電圧30KeVの
ボayイオン注入でチャネルカット領域19を形成し、
5IO1I膜1Tをエツチングにより除去した後、露出
したシリコン基板11を、例えばf3 l C1hガス
を用いた反応性イオンエツチングにニジ後に形成するフ
ィールド酸化膜の厚さの約イ相当分だけ除去する。
After the formation of $11a, for example, dose ii is placed near the bottom of $11a.
1 x 1018CTn-", a channel cut region 19 is formed by a bow ion implantation with an acceleration voltage of 30 KeV,
After removing the 5IO1I film 1T by etching, the exposed silicon substrate 11 is removed by an amount equivalent to about the thickness of the field oxide film to be formed after being subjected to reactive ion etching using, for example, f3lC1h gas.

その後、露出しているシリコン基板11および溝11a
の内面を熱酸化し、例えば厚さ50nmの酸化シリコン
(810,)膜20および21ならびに例えば減圧CV
D法によシ例えば厚さ150nmの窒化シリコン(81
8N4)膜22を全面に形成した後、さらに例えば減圧
(至)法により絶縁物、例えば酸化シリコン膜から力る
充填材23を、Sl、N4膜22の内側に形成される凹
部11bを埋めるように全面に形成する(第1図(e)
)。
After that, the exposed silicon substrate 11 and the groove 11a are
The inner surface of the silicon oxide (810,) film 20 and 21 with a thickness of 50 nm, for example, and the reduced pressure CV
For example, 150 nm thick silicon nitride (81
8N4) After forming the film 22 on the entire surface, a filling material 23 made of an insulating material, such as a silicon oxide film, is applied to fill the recess 11b formed inside the Sl, N4 film 22 by, for example, a depressurization method. (Fig. 1(e))
).

次に、充填材23に異方性の反応性イオンエツチングを
施して平坦部を除去し、凹部11bを埋込んだ部分の充
填材24のみを残す。この時、充填材24の表面は一段
高い左側、素子形成領域のSi8N4膜22のエツジ部
から一段低い右側、フィールド酸化領域の818N4膜
22のエツジ部にかけて丸味をもった斜面を形成する。
Next, the filler 23 is subjected to anisotropic reactive ion etching to remove the flat portion, leaving only the portion of the filler 24 where the recess 11b is filled. At this time, the surface of the filler 24 forms a rounded slope from the higher left side, the lower edge of the Si8N4 film 22 in the element formation region to the lower right side, and the edge of the 818N4 film 22 in the field oxidation region.

次いで、露出した818N4膜22を反応性イオンエツ
チングにより除去し、さらに露出した5102膜20を
シリコン基板11が露出するまでエツチングするととも
に5ins膜14を除去する(第1図(f))。
Next, the exposed 818N4 film 22 is removed by reactive ion etching, and the exposed 5102 film 20 is further etched until the silicon substrate 11 is exposed, and the 5ins film 14 is removed (FIG. 1(f)).

次いで露出したシリコン基板11を例えば900℃、8
気圧、100分間のパイロジェニック(py roge
nlc)酸化により選択酸化して配線領域となる厚さ約
1μmのフィールド酸化膜25を形成する。このように
して形成されたフィールド酸化膜25は、シリコン基板
11を覆う5I02膜12の上表面とほぼ同じ高さまで
形成され、全体として基板表面はほぼ平坦になる。しか
し、このフィールド酸化膜25を形成する場合、一段低
いシリコン基板11」11の溝11&に接する部分に5
t8N4膜22が露出していること、および充填材24
の表面が当該露出部に向けて下がる曲面を形成すること
から、フィールド酸化膜25は充填材24の上部を完全
には覆い切れず、若干の凹部11cが充填材24とフィ
ールド酸化膜25との間に残ることも多い。このため、
この四部11eを埋めるべく、さらに充填材24と同様
のCVD酸化シリコン膜からなる補充の充填材を全面に
形成した後、この充填材を異方性の反応性イオンエツチ
ングでフィールド酸化膜25の表面が露出するまで除去
し、凹部11eを埋込んだ部分の充填材26のみを残す
。最後に、素子形成領域上に露出している818N4膜
13を熱リン酸でエツチングして除去することにより、
溝分離部分が直接厚いフィールド酸化膜25に接し、か
つこれら溝分離部分とフィールド酸化膜25および素子
領域の上面が全体としてほぼ平坦な基板構造が得られる
(第1図0))。この後、素子領域のS i O2膜1
2を除去し、そこに所望の素子構造を形成する。
Next, the exposed silicon substrate 11 is heated at 900° C., 8
Atmospheric pressure, pyroge for 100 minutes
nlc) Selective oxidation is performed to form a field oxide film 25 with a thickness of about 1 μm which will become a wiring region. The field oxide film 25 thus formed is formed to approximately the same height as the upper surface of the 5I02 film 12 covering the silicon substrate 11, and the entire substrate surface is approximately flat. However, when forming this field oxide film 25, 5
The t8N4 membrane 22 is exposed and the filler material 24
Since the surface of the field oxide film 25 forms a curved surface that descends toward the exposed portion, the field oxide film 25 cannot completely cover the upper part of the filler 24, and a slight recess 11c is formed between the filler 24 and the field oxide film 25. It often remains in between. For this reason,
In order to fill these four parts 11e, a supplementary filling material made of a CVD silicon oxide film similar to the filling material 24 is formed on the entire surface, and then this filling material is etched onto the surface of the field oxide film 25 by anisotropic reactive ion etching. is removed until it is exposed, leaving only the filler 26 in the part where the recess 11e is buried. Finally, the 818N4 film 13 exposed on the element formation region is removed by etching with hot phosphoric acid.
A substrate structure is obtained in which the trench isolation portions are in direct contact with the thick field oxide film 25, and the trench isolation portions, the field oxide film 25, and the upper surfaces of the device regions are generally flat as a whole (FIG. 10)). After this, the SiO2 film 1 in the element region
2 is removed and a desired device structure is formed there.

このような基板構造では、フィールド酸化膜25と溝分
離領域とが直接接し、しかも上面が平坦になっているた
め、分離に要する幅が狭くて済み、高集積化に適してい
る他、配線が容易となる利点がある。さらにフィールド
酸化膜25と溝分離領域とは、短い、すなわち基板表面
捷では達していないSll]N4膜22によって半ば区
切られているため、厚いフィールド酸化膜25に起因す
る応力が適度に緩和され、素子領域における欠陥が生じ
敵い。このため、hfe等の特性が劣化することが少な
い。
In such a substrate structure, the field oxide film 25 and the trench isolation region are in direct contact with each other, and the top surface is flat, so the width required for isolation is narrow, making it suitable for high integration and making wiring easier. It has the advantage of being easy. Furthermore, since the field oxide film 25 and the trench isolation region are separated halfway by the short Sll]N4 film 22 that does not reach the substrate surface, the stress caused by the thick field oxide film 25 is moderately relaxed. Defects may occur in the element region. Therefore, characteristics such as hfe are less likely to deteriorate.

上述した実施例において、SIO,膜18を形成する場
合に、厚い5IBN4領域11をマスクとして900℃
のウェット酸化を行ない0.75μm以上の8102膜
を形成すると、シリコン基板11に結晶欠陥を生ずる場
合がある。これを回避するためには、第3図に示すよう
な方法を用いてもよい。すなわち、上述したと同様にし
て第1図(、)に示した構造を得た後、レジスト15を
除去し、全面に例えば減圧C■法によシ厚さ50nm以
下の窒化シリコン(SI3N4)膜27を形成した後、
その上に例えば同じく減圧(2)法により厚さ約500
nmのポリシリコン膜28を形成する(第3図(a))
。このポリシリコン膜28および5iBN4膜27を厚
い窒化シリコン領域17の代シに用いれば、窒化シリコ
ン膜は薄い5iBN、膜27のみであるため、シリコン
基板11内の結晶欠陥の発生を防ぐことができる。
In the embodiment described above, when forming the SIO film 18, the thick 5IBN4 region 11 was used as a mask at 900°C.
If wet oxidation is performed to form an 8102 film with a thickness of 0.75 μm or more, crystal defects may occur in the silicon substrate 11. In order to avoid this, a method as shown in FIG. 3 may be used. That is, after obtaining the structure shown in FIG. 1(,) in the same manner as described above, the resist 15 is removed, and a silicon nitride (SI3N4) film with a thickness of 50 nm or less is formed on the entire surface by, for example, the reduced pressure C method. After forming 27,
On top of that, for example, a thickness of about 500
Form a polysilicon film 28 with a thickness of nm (FIG. 3(a))
. If this polysilicon film 28 and 5iBN4 film 27 are used as a substitute for the thick silicon nitride region 17, the occurrence of crystal defects in the silicon substrate 11 can be prevented since the only silicon nitride film is the thin 5iBN film 27. .

この場合、ポリシリコン膜28は、同様にステップカバ
レージのすぐれた膜であれば他の材料からなるものに換
えることができる。例えば、CVD酸化シリコン膜、ス
パッタAt膜その他の金属膜、At酸化膜、ゲルマニウ
ム酸化膜、ホトレジストのような高分子材料膜などを用
いることが可能である。
In this case, the polysilicon film 28 can be replaced with another material that similarly has excellent step coverage. For example, it is possible to use a CVD silicon oxide film, a sputtered At film or other metal film, an At oxide film, a germanium oxide film, a polymer material film such as photoresist, or the like.

そこで、ポリシリコン膜28を反応性イオンエツチング
により膜厚相当分だけ除去してポリシリコン領域29を
形成する(第3図(b))。
Therefore, the polysilicon film 28 is removed by an amount equivalent to the film thickness by reactive ion etching to form a polysilicon region 29 (FIG. 3(b)).

次いでこのポリシリコン領域29をマスクとして5IB
N4 膜27をエツチングしてシリコン基板11を露出
させる。その後ポリシリコン領域29をエツチングによ
シ除去し、残った段差部の518N4膜30をマスクと
してシリコン基板11を熱酸化して酸化シリコン(81
011)膜31を形成する(第3図(C))。この場合
、ポリシリコン領域29を残したまま5in=膜31を
形成し、その後ポリシリコン領域29を除去してもよい
。また、5t3N4膜30は、選択酸化マスクとなるも
のであればよく、例えばプラズマ酸化、陽極酸化により
5i02膜31を形成する場合なら5i8N、膜30の
代わりにアルミナ膜等を用いることがで断る。この後、
S’8N4膜30を除去し、第1図(d)以下に示した
と同様の工程を行なう。
Next, using this polysilicon region 29 as a mask, 5IB
The N4 film 27 is etched to expose the silicon substrate 11. Thereafter, the polysilicon region 29 is removed by etching, and the silicon substrate 11 is thermally oxidized using the remaining 518N4 film 30 in the stepped portion as a mask to thermally oxidize the silicon oxide (81N4).
011) Form a film 31 (FIG. 3(C)). In this case, a 5 inch film 31 may be formed while leaving the polysilicon region 29, and then the polysilicon region 29 may be removed. Further, the 5t3N4 film 30 may be used as long as it serves as a selective oxidation mask; for example, if the 5i02 film 31 is formed by plasma oxidation or anodic oxidation, an alumina film or the like may be used instead of the 5i8N film 30. After this,
The S'8N4 film 30 is removed and the same steps as shown in FIG. 1(d) and subsequent steps are performed.

上述した実施例において、5i8N、膜27とポリシリ
コン膜28との間にさらに酸化シリコン(sto2)膜
を介在させた多層構造としてもよい。第4図にこれを示
す。すなわち第4図は厚さ約30nmの818N、膜2
7と厚さ約500nmのポリシリコン膜28との間に例
えば厚さ70nmの810.膜32を付加した例である
In the embodiment described above, a multilayer structure may be used in which a silicon oxide (STO2) film is further interposed between the 5i8N film 27 and the polysilicon film 28. This is shown in Figure 4. That is, FIG. 4 shows 818N film 2 with a thickness of about 30 nm.
810.7 with a thickness of 70 nm, for example, and the polysilicon film 28 with a thickness of about 500 nm. This is an example in which a membrane 32 is added.

また、第1図(、)に示した、フィールド酸化領域のシ
リコン基板11をエツチングする工程は、溝11aを形
成する前、第1図(、)に示した構造を得た直後に行な
うこともできる。その例を第5図に示す。すなわち、第
1図(、)に示すようにシリコン基板11の上に形成し
り810g膜12.5IBN4膜13および5tOQ膜
14を、ホトレジスト15をマスクとしてCF4ガスを
用いて反応性イオンエツチングによシエッチングし、さ
らに露出したシリコン基板11にs t ct4ガスを
用いた反応性イオンエツチングを施してフィールド酸化
膜の膜厚の約%まで除去する(第5図(lL) )。
Further, the step of etching the silicon substrate 11 in the field oxidation region shown in FIG. 1(,) may be performed before forming the trench 11a or immediately after obtaining the structure shown in FIG. 1(,). can. An example is shown in FIG. That is, as shown in FIG. 1(,), an 810g film, a 2.5IBN4 film 13, and a 5tOQ film 14 formed on a silicon substrate 11 are etched by reactive ion etching using CF4 gas using a photoresist 15 as a mask. After etching, the exposed silicon substrate 11 is subjected to reactive ion etching using STCT4 gas to remove about % of the field oxide film thickness (FIG. 5(IL)).

その後、ホトレジスト15を除去した後、第4図に示し
た例と同様に、例えば減圧(至)法により5iRN4膜
33.5IO1I膜34およびポリシリコンさに形成す
る(第5図(b))。
Thereafter, after removing the photoresist 15, the 5iRN4 film 33.5IO1I film 34 and polysilicon film are formed by, for example, a reduced pressure method (FIG. 5(b)), similarly to the example shown in FIG.

この状態でポリシリコン膜35を5iC44を用いた反
応性イオンエツチングにょシ段差部のみを残して除去し
、次に残ったポリシリコン領域をマスクとしてフッ酸に
よシ露出した8102膜34を除去した後、ポリシリコ
ン領域を除去し、残ったsto、膜34をマスクとしテ
5i8N4膜33を熱リン酸によシ除去し、さらに5I
o8膜34をフッ酸によシ除去して段差部のみに5iB
N、膜36を形成する。こ(7)818N、膜36の幅
は、818N、膜33.810!膜34およびポリシリ
コン膜35の合計膜厚とほぼ等しく、ここでは約700
nmとなる。次いでこの818N4膜36をマスクとし
て熱酸化を行なうと、例えば厚さ300nmの酸化シリ
コン(S102)膜3Tが形成される(第5図(C))
In this state, the polysilicon film 35 was removed by reactive ion etching using 5iC44, leaving only the stepped portion, and then the exposed 8102 film 34 was removed using hydrofluoric acid using the remaining polysilicon region as a mask. After that, the polysilicon region was removed, and the remaining sto film 34 was used as a mask to remove the TE5i8N4 film 33 with hot phosphoric acid, and then the 5I8N4 film 33 was removed using hot phosphoric acid.
Remove the o8 film 34 with hydrofluoric acid and apply 5iB only to the step part.
N, to form a film 36. (7) 818N, the width of the membrane 36 is 818N, the width of the membrane 33.810! It is approximately equal to the total thickness of the film 34 and the polysilicon film 35, and is approximately 700 mm here.
nm. Next, when thermal oxidation is performed using this 818N4 film 36 as a mask, a silicon oxide (S102) film 3T having a thickness of, for example, 300 nm is formed (FIG. 5(C)).
.

5lsN、膜3Bをリン酸などによりウェットエツチン
グして除去した後、反応性イオンエツチングによシリコ
ン基板11を約3μmエツチングして溝11mを形成し
、底部にボロンをイオン注入してチャネルカット領域3
Bを形成する(第5図(d))。
After removing the film 3B by wet etching with phosphoric acid or the like, the silicon substrate 11 is etched by about 3 μm by reactive ion etching to form a groove 11m, and boron ions are implanted at the bottom to form a channel cut region 3.
B is formed (Fig. 5(d)).

8%02膜37をエツチングにより除去した後、例えば
厚さ約50nmの熱酸化シリコン(SIO,)膜39お
よび40ならびに例えば厚さ150nmの減圧CVD賭
化シリコン(Si3N番)膜41を形成し、さらに例え
ば厚さ400nmの酸化シリコンからなる充填月42を
形成する(第5図(6))。
After removing the 8%02 film 37 by etching, thermally oxidized silicon (SIO) films 39 and 40 having a thickness of, for example, about 50 nm and a low pressure CVD silicon oxide (Si3N) film 41 having a thickness of, for example, 150 nm are formed. Furthermore, a filling moon 42 made of silicon oxide and having a thickness of 400 nm, for example, is formed (FIG. 5 (6)).

次に反応性イオンエツチングによシ充填材42および5
lsN4膜41の膜厚相当分を除去して充填材43のみ
を残し、さらにStO!膜39全39ットエツチングに
より除去するとともに810.膜14を除去する(第5
図(f))。
Fillers 42 and 5 are then etched by reactive ion etching.
A portion equivalent to the thickness of the lsN4 film 41 is removed, leaving only the filler 43, and then StO! The entire film 39 is removed by etching 810. Remove the film 14 (fifth
Figure (f)).

次いで露出したシリコン基板11をパイロジェニック法
で選択酸化してフィールド酸化膜44を形成し、残った
凹部を補充の充填材45で埋め、最後にSi、N、膜1
3を熱リン酸で除去する(第5図(g))。
Next, the exposed silicon substrate 11 is selectively oxidized using a pyrogenic method to form a field oxide film 44, the remaining recesses are filled with a supplementary filler 45, and finally the Si, N, film 1
3 is removed with hot phosphoric acid (Figure 5(g)).

さらに微細なパターン形成が可能な場合には、以上説明
してきた約2μm以上の厚いフィールド酸化膜と深い溝
の形成以外に、第6図に示すような約1μm程度の浅い
溝による素子領域内の分離構造が可能である。次にこれ
について説明する。
If it is possible to form even finer patterns, in addition to forming a thick field oxide film of approximately 2 μm or more and deep trenches as described above, shallow trenches of approximately 1 μm as shown in FIG. Separate structures are possible. This will be explained next.

はじめにシリコン基板46上に熱酸化シリコン(Sin
g)膜47.窒化シリコン(SigN+)膜48および
(至)酸化シリコン(S102)膜49をこの順に形成
し、さらにその上に載置した所定のパターンを有する図
示しないホトレジストをマスクとしてエツチングを行な
い、シリコン基板46の表面を露出させる。これにより
所望の素子間分離パターンが形成されるが、この場合、
素子形成領域の浅い溝を形成すべ画部分に、5iOII
膜49.5iBN4膜48およびStO,膜47を貫通
する貫通孔50が同時に形成される。このとき、510
1!膜47、S i 8N4膜48および5102膜4
9の厚さfIは、貫通孔50の幅、すなわち形成すべき
浅い溝の幅Wよシも大傘くすることが必要である。次い
で、この上に窒化シリコン(SisN+)膜51および
ポリシリコン膜52を全面に被着する(第6図(a))
First, thermally oxidized silicon (Sin) is deposited on the silicon substrate 46.
g) Membrane 47. A silicon nitride (SigN+) film 48 and a silicon oxide (S102) film 49 are formed in this order, and then etching is performed using a photoresist (not shown) having a predetermined pattern placed thereon as a mask to form a silicon substrate 46. expose the surface. This forms a desired element isolation pattern, but in this case,
5iOII is applied to the area where shallow grooves are to be formed in the element formation region.
A through hole 50 passing through the film 49.5iBN4 film 48 and StO film 47 is formed at the same time. At this time, 510
1! Membrane 47, S i 8N4 membrane 48 and 5102 membrane 4
The thickness fI of 9 needs to be larger than the width of the through hole 50, that is, the width W of the shallow groove to be formed. Next, a silicon nitride (SisN+) film 51 and a polysilicon film 52 are deposited on the entire surface (FIG. 6(a)).
.

次いで、ポリシリコン膜52に反応性イオンエツチング
を施し、段差部のポリシリコン領域53および貫通孔5
0内の埋込みポリシリコン領域54のみ残す(第5図伽
))。
Next, reactive ion etching is performed on the polysilicon film 52 to remove the polysilicon region 53 at the stepped portion and the through hole 5.
Only the buried polysilicon region 54 within 0 is left (FIG. 5)).

次にポリシリコン領域53.54をマスクとして5iB
N、膜51をエツチング除去してシリコン基板46の表
面を露出させる(第6図(C))。
Next, using the polysilicon regions 53 and 54 as a mask, 5iB
Then, the film 51 is removed by etching to expose the surface of the silicon substrate 46 (FIG. 6(C)).

次いでウェットエツチングにょシポリシリコン膜52の
厚さ相当分をエツチングしてポリシリコン領域53を除
去し、貫通孔5o内のポリシリコン領域55を残す(第
6図(d))。
Next, wet etching is performed to remove the polysilicon region 53 by an amount equivalent to the thickness of the polysilicon film 52, leaving the polysilicon region 55 in the through hole 5o (FIG. 6(d)).

次に露出しているシリコン基板46を酸化し、同時に貫
通孔50内のポリシリコンを酸化して熱酸化シリコン(
StO2)膜56とポリシリコン酸化膜57を形成する
。その後、反応性イオンエツチングによ多素子間分離用
の深い溝46aを形成する(第6図(e))。
Next, the exposed silicon substrate 46 is oxidized, and at the same time, the polysilicon in the through hole 50 is oxidized to thermally oxidize silicon (
A StO2) film 56 and a polysilicon oxide film 57 are formed. Thereafter, deep grooves 46a for separating multiple elements are formed by reactive ion etching (FIG. 6(e)).

次いで、浅い溝を形成する表面の5i8N、膜51とポ
リシリコン酸化膜57およびSto、、膜49をエツチ
ングによシ除去する。5tOPI膜49は他の膜よシ厚
く形成されているためその一部が除去されずに残る。そ
の後、浅い溝58とフィールド酸化領域のシリコン基板
46のエツチングを同時に行なった後、イオン注入によ
りチャネルカット領域59を形成する(第6図(f))
Next, the 5i8N film 51, the polysilicon oxide film 57, and the Sto film 49 on the surface where the shallow groove is to be formed are removed by etching. Since the 5tOPI film 49 is formed thicker than the other films, a portion thereof remains without being removed. Thereafter, after etching the shallow groove 58 and the silicon substrate 46 in the field oxidation region at the same time, a channel cut region 59 is formed by ion implantation (FIG. 6(f)).
.

以下、第1図(、)〜(2))に示したと同様の工程に
ょシ酸化シリコン(sto2)膜60.窒化シリコン(
818N4)膜61および酸化シリコンからなる充填材
62を配置し、厚いフィールド酸化膜63を形成した後
、凹部を補充の充填材64で充填し、最後に素子領域上
の518N、膜48を除去することによって、第1図(
g)に示したと同様の構造が形成できる(第6図(g)
)。
Hereinafter, a silicon oxide (STO2) film 60. Silicon nitride (
818N4) After arranging the film 61 and a filling material 62 made of silicon oxide and forming a thick field oxide film 63, the recess is filled with a supplementary filling material 64, and finally the 518N film 48 on the element region is removed. By this, Figure 1 (
A structure similar to that shown in (g) can be formed (Fig. 6 (g)
).

第7図は、このようにして完成した分離領域を有する基
板にバイポーラトランジスタを形成した構造を示すもの
で、図においてシリコン基板65ハ10〜20Ω・釧の
固有抵抗を有するP−シリコンサブストレート66の表
面全面に表面濃度が1×10 cm となるようにヒ素
拡散を行ない、コレクタ埋込み層となるn+層67を形
成し、その上に約1μmの厚さのn形シリコン層68を
エピタキシャル成長させたものである。各素子間は後に
溝分離領域によって分断されるため、コレクタとなるn
+埋込み層は予め分離したパターンを有するマスクを用
いて独立に形成する必要はなく、このように全面に形成
しておけばよい。また、69はp+チャネルカット領域
、7Gは厚さ約1μmのフィールド酸化膜、71は素子
分離用の深い溝および浅い溝の内壁に形成された酸化シ
リコン(StO,)膜、72はこの5lot膜T1の上
に形成された窒化シリコン(8111N4)膜、73は
充填材、74は補充充填材、T5はn+拡散層、76は
p+拡散層、77〜T9はそれぞれベース、エミッタ、
コレクタの各電極である。
FIG. 7 shows a structure in which a bipolar transistor is formed on a substrate having an isolation region completed in this way. Arsenic was diffused over the entire surface to a surface concentration of 1 x 10 cm to form an n+ layer 67 that would serve as a collector buried layer, and an n-type silicon layer 68 with a thickness of about 1 μm was epitaxially grown on it. It is something. Since each element is later separated by a trench isolation region, n
+The buried layer does not need to be formed independently using a mask having separate patterns in advance, and may be formed over the entire surface in this way. Further, 69 is a p+ channel cut region, 7G is a field oxide film with a thickness of approximately 1 μm, 71 is a silicon oxide (StO,) film formed on the inner wall of the deep trench and shallow trench for element isolation, and 72 is this 5 lot film. A silicon nitride (8111N4) film formed on T1, 73 is a filler, 74 is a supplementary filler, T5 is an n+ diffusion layer, 76 is a p+ diffusion layer, 77 to T9 are a base, an emitter,
Each electrode of the collector.

また、本構造は80I (絶縁物上に形成したシリコン
)基板にも適用可能である。その場合の構造を第8図に
示す。図において80が絶縁基板である。絶縁基板の代
シに、シリコン基板内に形成した埋込み絶縁層を用いて
もよい。
This structure is also applicable to 80I (silicon on insulator) substrates. The structure in that case is shown in FIG. In the figure, 80 is an insulating substrate. Instead of an insulating substrate, a buried insulating layer formed in a silicon substrate may be used.

第7図および第8図は素子領域にバイポーラトランジス
タを形成した場合を示したが、その他、MDSトランジ
スタ、CMOSトランジスタ等の素子を形成してもよい
ことはもちろんである。
Although FIGS. 7 and 8 show the case where a bipolar transistor is formed in the element region, it is of course possible to form other elements such as an MDS transistor or a CMOS transistor.

上述したような基板構造において、素子間逆方向耐圧は
約18Vでアシ、例えば素子領域にバイポーラLSIを
作製した場合にその動作電圧5vに対し約3倍以上の値
であることから、充分な耐圧を実現できることが確認さ
れた。なお、この耐圧は第2図に示したように溝の深さ
を深くすることによシさらに大きくすることができる。
In the substrate structure as described above, the inter-element reverse breakdown voltage is approximately 18V, and for example, when a bipolar LSI is fabricated in the element region, this value is approximately three times or more compared to the operating voltage of 5V, so a sufficient breakdown voltage is required. It was confirmed that this can be achieved. Note that this breakdown voltage can be further increased by increasing the depth of the groove as shown in FIG.

また、素子領域中の結晶欠陥をジルトルエツチングで調
べたところ、素子領域中には素子特性の劣化を起こす結
晶欠陥は発生していないことが確認された。
Furthermore, when crystal defects in the element region were examined by dilt etching, it was confirmed that no crystal defects that would cause deterioration of element characteristics were generated in the element region.

なお、以上説明した実施例では充填材として例えばQ■
酸化シリコン膜などの絶縁物を用いる場合について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、充填
材としCは絶縁物の他にもポリシリコン、半絶縁性材料
あるいは4電材料などを用いることもできる。ここて、
半絶縁性材料としては、例えばシリコンオキシナイトラ
イド(Stよ0yN2)、オキシゲンドープドボリシリ
コン、シリコンナイトライド(St、、N、)などが用
いられ、導電側斜としては、Mo、W、Ptなどの高融
点金属が用いられる。これらポリシリコン、半絶縁性材
料あるいは導電材料のように導電性を有する充填材を用
いた場合には、この部分で放射線照射等により生ずるチ
ャージを減することができ、耐環境性の強い素子を製造
できる。この場合、当該充填材は深い溝内の窒化シリコ
ン膜に蓄積される電荷を放電できるように約10 0・
σ以下の固有抵抗を有するものが望ましく、上述した半
絶縁性材料は、このような固有抵抗値を有するようにそ
の生成過程を公知の方法で調整される。
In the embodiments described above, for example, Q■
Although the case where an insulating material such as a silicon oxide film is used has been described, the present invention is not limited thereto, and the filling material C may be an insulating material such as polysilicon, a semi-insulating material, a quaternary electric material, etc. You can also use Here,
As the semi-insulating material, for example, silicon oxynitride (Styo0yN2), oxygen-doped polysilicon, silicon nitride (St,,N,), etc. are used, and as the conductive side diagonal, Mo, W, Pt are used. High melting point metals such as When using conductive fillers such as polysilicon, semi-insulating materials, or conductive materials, it is possible to reduce charges generated in these areas due to radiation irradiation, creating elements with strong environmental resistance. Can be manufactured. In this case, the filler is approximately 100 μm thick so that the charge accumulated in the silicon nitride film in the deep trench can be discharged.
It is desirable to have a resistivity of σ or less, and the production process of the above-mentioned semi-insulating material is adjusted by a known method so that it has such a resistivity value.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、誘電体と充填材
とを充填した素子間分離用の深い溝と厚いフィールド酸
化膜とが自己整合的に形成でへるために、厚い酸化シリ
コン膜端部のバーズビーク、バーズヘッドがほとんど生
ぜず、深い溝に直接厚いフィールド酸化膜が接した、し
かも平坦な形状ができ、高集積化にすぐれた素子間分離
構造を容易に得ることができる。
As explained above, according to the present invention, since the deep groove for element isolation filled with the dielectric material and the filler material and the thick field oxide film are formed in a self-aligned manner, the thick silicon oxide film Bird's beaks and bird's heads hardly occur at the ends, and a flat shape in which the thick field oxide film is in direct contact with the deep trench can be created, making it possible to easily obtain an element isolation structure with excellent high integration.

また、深い溝の幅が露光技術の限界に制限されず、異方
性エツチングを施す被膜の膜厚で制御できるので微細化
に適している他、誘電体と充填材とを充填した深い溝お
よび素子領域内の浅い溝ならびに厚いフィールド酸化膜
が自己整合的に形成できるため、従来問題となっていた
フィールドとの不整合による寄生容量、寄生MO8およ
び表面段差(バーズヘッド)を除去した構造を得ること
ができる。このため、LSIの高速化、高集積化、高歩
留り化が実現できる。
In addition, the width of the deep groove is not limited by the limits of exposure technology and can be controlled by the thickness of the film subjected to anisotropic etching, making it suitable for miniaturization. Since shallow trenches and thick field oxide films in the device region can be formed in a self-aligned manner, a structure can be obtained that eliminates the conventional problems of parasitic capacitance due to field mismatch, parasitic MO8, and surface steps (bird's head). be able to. Therefore, higher speed, higher integration, and higher yield of LSI can be achieved.

さらに、本発明によil、ば、素子領域の周辺に微細な
幅の溝と厚いフィールド酸化膜および浅い溝が1枚のパ
ターンで形成され、かつ表面が平坦でパターン変換差の
生じない微#l[1分離tf4造が形成できる。また埋
込み層パターンが不快となるプ柱めバイポーラ、CMO
8およびBt−Mos等の素子の高速化および低消費電
力化がはかれる。
Furthermore, according to the present invention, a trench with a fine width, a thick field oxide film, and a shallow trench are formed in one pattern around the element region, and the surface is flat and there is no difference in pattern conversion. l[1 separation tf4 structure can be formed. In addition, the buried layer pattern is uncomfortable for bipolar, CMO
The high speed and low power consumption of devices such as 8 and Bt-Mos can be achieved.

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

第1図(a)〜0)は本発明の一実施例を示す工程断面
図、第2図は素子間分離用の溝の深さと素子間耐圧との
関係を示す図、第3図(a)〜(C) は本発明の他の
実施例を示す工程断面図、第4図は本発明のさらに他の
実施例を示す断面図、第5図(IL)〜(2))は本発
明の他の実施例を示す工程断面図、第6図(A)〜(2
))は本発明のさらに他の実施例を示す工程断面図、第
7図および第8図はそれぞれ本発明の一実施例の基板構
造を用いて形成した半導体装置の一例を示す断面図であ
る。 11.46.65−−− ・シリコン基板、11a、4
6a・・・・深い溝、11b、11c・・・・凹部、1
2 、14゜18.20,21,31,39.40,4
7.49,56,57゜60 、71 ・・・・酸化シ
リコン膜、13,22,27゜37.41,48,51
,61.72 ・・・・窒化シリコン膜、17,30,
36,53.54 ・・・・窒化シリコン領域、23,
24,42,43,62.73 ・・・・充填材(第1
の充填材)、25,44.63.70・・・・フィール
ド酸化膜、26,45,64.74・・・・充填材(第
2の充填材)、50・・・・貫通孔、58・・・・浅い
溝、6T・・・・n+層(シリコン基板)、68・・・
・n形シリコン層(シリコン基板)。 代理人 山 川 政 樹 第7図 第8図 第1頁の続き ■Int、CI、’ 識別記号 庁内整理番号// H
01L 29/72 @発 明 者 粟 屋 信 義 厚木市小野183幡地
所内 日本電信電話公社厚木電気通信研究
1(a) to 0) are process cross-sectional views showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the depth of the groove for isolation between elements and the withstand voltage between elements, and FIG. ) to (C) are process cross-sectional views showing other embodiments of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view showing still other embodiments of the present invention, and FIGS. Process sectional views showing other embodiments, FIGS. 6(A) to (2)
)) is a process cross-sectional view showing still another embodiment of the present invention, and FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views each showing an example of a semiconductor device formed using the substrate structure of one embodiment of the present invention. . 11.46.65--- ・Silicon substrate, 11a, 4
6a...deep groove, 11b, 11c...recess, 1
2, 14° 18.20, 21, 31, 39.40, 4
7.49,56,57°60,71...Silicon oxide film, 13,22,27°37.41,48,51
,61.72...Silicon nitride film, 17,30,
36,53.54...silicon nitride region, 23,
24, 42, 43, 62.73 ... filler (first
filling material), 25, 44.63.70... field oxide film, 26, 45, 64.74... filling material (second filling material), 50... through hole, 58 ...Shallow groove, 6T...n+ layer (silicon substrate), 68...
・N-type silicon layer (silicon substrate). Agent Masaki Yamakawa Continuation of Figure 7, Figure 8, Page 1 ■Int, CI,' Identification code Internal reference number // H
01L 29/72 @ Inventor Nobuyoshi Awaya Atsugi Telecommunications Research, Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation, 183 Hata Estate, Ono, Atsugi City

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)シリコン基板上に選択的に形成された素子領域と
、この素子領域に隣接して形成された厚いフィールド酸
化領域と、これら素子領域とフィールド酸化領域との間
に形成されたフィールド酸化領域に直接接する素子間分
離領域とを備え、素子間分離領域は、シリコン基板に形
成された比較的幅が狭くかつ深い溝と、この溝の内壁に
沿って形成された酸化シリコン絶縁膜と、この酸化シリ
コン絶縁膜上に配置された窒化シリコン絶縁膜と、この
窒化シリコン絶縁膜の内側および当該窒化シリコン絶縁
膜とフィールド酸化膜との間に形成される凹部を埋める
充填利とによって構成され、これらシリコン基板上の素
子領域、フィールド酸化領域および素子間分離領域の表
面線はぼ平坦に形成されていることを特徴とする半導体
装置の基板構造。
(1) A device region selectively formed on a silicon substrate, a thick field oxide region formed adjacent to this device region, and a field oxide region formed between these device regions and the field oxide region The device isolation region includes a relatively narrow and deep trench formed in the silicon substrate, a silicon oxide insulating film formed along the inner wall of the trench, and a silicon oxide insulating film formed along the inner wall of the trench. It is composed of a silicon nitride insulating film disposed on a silicon oxide insulating film, and a filling layer that fills the recess formed inside the silicon nitride insulating film and between the silicon nitride insulating film and the field oxide film. 1. A substrate structure for a semiconductor device, wherein surface lines of an element region, a field oxidation region, and an element isolation region on a silicon substrate are formed substantially flat.
(2)シリコン基板上に選択的に形成された素子領域と
、との素子領域に隣接して形成されたフィールド酸化領
域と、これら素子領域とフィールド酸化領域との間に形
成されたフィールド酸化領域に直接接する素子間分離領
域とを備え、素子間分離領域は、シリコン基板に形成さ
れた比較的幅が狭くかつ深い溝と、この溝の内壁に沿っ
て形成された酸化シリコン絶縁膜と、この酸化シリコン
納経膜上に配置された窒化シリコン絶縁膜と、この窒化
シリコン絶縁膜の内側および当該窒化シリコン絶縁膜と
フィールド酸化膜との間に形成される四部を埋める充填
材とによって構成され、かつ素子領域には、内壁に沿っ
て形成された酸化シリコン絶縁膜とこの酸化シリコン絶
縁膜上に配置された窒化シリコン絶縁膜とによって充填
された浅い溝を有し、これらシリコン基板上の素子領域
、フィールド酸化領域および素子間分離領域の表面はほ
ぼ平坦に形成されていることを特徴とする半導体装置の
基板構造。
(2) An element region selectively formed on a silicon substrate, a field oxide region formed adjacent to the element region, and a field oxide region formed between these element regions and the field oxide region. The device isolation region includes a relatively narrow and deep trench formed in the silicon substrate, a silicon oxide insulating film formed along the inner wall of the trench, and a silicon oxide insulating film formed along the inner wall of the trench. Consisting of a silicon nitride insulating film disposed on a silicon oxide film, and a filler filling the four parts formed inside the silicon nitride insulating film and between the silicon nitride insulating film and the field oxide film, The device region has a shallow groove filled with a silicon oxide insulating film formed along the inner wall and a silicon nitride insulating film disposed on the silicon oxide insulating film, and the device region on the silicon substrate A substrate structure for a semiconductor device, characterized in that the surfaces of the field oxidation region and the element isolation region are formed substantially flat.
(3)素子形成領域のシリコン基板上にそれぞれ異なる
エツチング特性を有する各層からなる多MM造のパター
ン領域を形成する工程と、異方性エツチングを用いて、
上記パターン領域に隣接して自己整合的に所定の幅の薄
膜領域を、シリコン基板の表面に形成する工程と、この
薄膜領域および上記パターン領域以外に露出させたシリ
コン基板表面に尚該シリコン基板とはエツチング特性の
異なるエツチングマスク材層を形成する工程と、上記薄
膜領域を除去して露出させたシリコン基板にエツチング
を施して深くかつ幅の狭い素子間分離用の溝を形成する
工程と、この深い溝に面した一方のシリコン基板の表面
にエツチングを施して形成すべきフィールド酸化膜の約
%の厚さの部分まで除去する工程と、上記深い溝の内壁
に沿って酸化シリコン絶縁膜および窒化シリコン絶縁膜
を11に配置した後、形成される凹部を充填材で埋める
工程と、上記形成すべきフィールド酸化膜の約Hの厚さ
の部分まで除去したシリコン基板9表面を酸化してフィ
ールド酸化膜を形成する工程とを含み、素子領域に対し
て素子分離領域およびフィールド酸化領域をケ1ぼ平坦
に形成することを特徴とする半導体装置の基板構造の製
造方法。
(3) Using anisotropic etching and a step of forming a multi-MM pattern region consisting of layers each having different etching characteristics on the silicon substrate in the element formation region,
forming a thin film region of a predetermined width on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner adjacent to the pattern region; The process includes a step of forming an etching mask material layer with different etching characteristics, a step of etching the silicon substrate exposed by removing the thin film region to form a deep and narrow groove for isolation between elements, and A step of etching the surface of one silicon substrate facing the deep trench to remove a portion approximately % thicker than the field oxide film to be formed, and etching a silicon oxide insulating film and a nitride film along the inner wall of the deep trench. After arranging the silicon insulating film 11, there is a step of filling the formed recess with a filler, and a field oxidation process is performed by oxidizing the surface of the silicon substrate 9, which has been removed to a thickness of approximately H of the field oxide film to be formed. 1. A method for manufacturing a substrate structure of a semiconductor device, comprising the step of forming a film, and forming an element isolation region and a field oxidation region almost flat with respect to an element region.
(4)素子形成領域のシリコン基板上にそれぞれ異なる
エツチング特性を有する各層からなる多層構造のパター
ン領域を形成する工程と、このパターン領域をマスクと
してシリコン基板の表面にエツチングを施して形成すべ
自フィールド酸化膜の約%の厚さの部分まで除去する工
程と、異方性エツチングを用いて、上記パターン領域に
隣接して自己整合的に所定の幅の薄膜領域を、上記エツ
チングを施したシリコン基板の表面に形成する工程と、
この薄膜領域および上記パターン領域以外に露出させた
シリコン基板表面に当該シリコン基板とはエツチング特
性の異なるエツチングマスク側層を形成する工程と、上
記薄膜領域を除去して露出させたシリコン基板にエツチ
ングを施して深くかつ幅の狭い素子間分離用の溝を形成
する工程と、この深い溝の内壁に沿って酸化シリコン絶
縁膜および窒化シリコン絶縁膜を順に配置した後、形成
される四部を充填材で埋める工程と、上記形成すべらフ
ィールド酸化膜の約%の厚さの部分まで除去したシリコ
ン基板の表面を酸化してフィールド酸化膜を形成する工
程とを含み、素子領域に対して素子分離領域およびフィ
ールド酸化領域をほぼ平坦に形成することを特徴とする
半導体装置の基板構造の製造方法。
(4) A process of forming a multilayered pattern area consisting of layers each having different etching characteristics on the silicon substrate in the element formation area, and etching the surface of the silicon substrate using this pattern area as a mask to form a field. A thin film region of a predetermined width is formed in a self-aligned manner adjacent to the pattern region by removing the oxide film to a thickness of about 10% of the oxide film and using anisotropic etching. a step of forming on the surface of the
A step of forming an etching mask side layer having etching characteristics different from that of the silicon substrate on the surface of the silicon substrate exposed other than the thin film region and the pattern region, and etching the silicon substrate exposed by removing the thin film region. After that, a silicon oxide insulating film and a silicon nitride insulating film are sequentially arranged along the inner wall of this deep trench, and then the four parts to be formed are filled with a filling material. and a step of forming a field oxide film by oxidizing the surface of the silicon substrate which has been removed to a thickness of approximately % of the formed flat field oxide film, and forming a field oxide film in the element isolation region and the field oxide film. A method for manufacturing a substrate structure of a semiconductor device, characterized in that an oxidized region is formed substantially flat.
(5)素子形成領域のシリコン基板上にそれぞれ異なる
エツチング特性を有する各層からなる多層構造のパター
ン領域を形成する工程と、異方性エツチングを用いて、
上記パターン領域に隣接して自己整合的に所定の幅の薄
膜領域を、シリコン基板の表面に形成する工程と、この
薄膜領域および上記パターン領域以外に露出させたシリ
コン基板表面に当該シリコン基板とはエツチング特性の
異なるエツチングマスク材層を形成する工程と、上記薄
膜領域を除去して露出させたシリコン基板にエツチング
を施して深くかつ幅の狭い素子間分離用の溝を形成する
工程と、この深い溝に面した一方のシリコン基板の表面
にエツチングを施して形成すべきフィールド−酸化膜の
約%の厚さの部分まで除去する工程と、上記深い溝の内
壁に沿って酸化シリコン絶縁膜および窒化シリコン絶縁
膜を順に配置した後、窒化シリコン基板の内側に形成さ
れる凹部を第1の充填材で埋める工程と、上記形成すべ
きフィールド酸化膜の約%の厚さの部分まで除去したシ
リコン基板の表面を酸化してフィールド酸化膜を形成す
る工程と、このフィールド酸化膜と上記深い溝に配置し
た窒化シリコン絶縁膜および第1の充填材との間に形成
される凹部を第2の充填材で埋める工程とを含み、素子
領域に対して素子分離領域およびフィールド酸化領域を
ほぼ平坦に形成することを特徴とする半導体装置の基板
構造の製造方法。
(5) A step of forming a pattern region of a multilayer structure consisting of layers each having different etching characteristics on the silicon substrate in the element formation region, and using anisotropic etching.
a step of forming a thin film region of a predetermined width on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner adjacent to the pattern region; A step of forming an etching mask material layer with different etching characteristics, a step of etching the silicon substrate exposed by removing the thin film region to form a deep and narrow groove for isolation between elements, A field to be formed by etching the surface of one silicon substrate facing the trench - a step of removing the oxide film to a thickness of approximately %, and a silicon oxide insulating film and a nitride film along the inner wall of the deep trench. After sequentially arranging the silicon insulating films, filling the recesses formed inside the silicon nitride substrate with a first filler, and removing the silicon substrate to a thickness of about % of the field oxide film to be formed. A step of oxidizing the surface of the field oxide film to form a field oxide film, and a step of oxidizing the recess formed between the field oxide film and the silicon nitride insulating film disposed in the deep trench and the first filler with a second filler. 1. A method of manufacturing a substrate structure of a semiconductor device, comprising: filling an element isolation region and a field oxidation region substantially flat with respect to an element region.
(6)素子形成領域のシリコン基板上に、一部に貫通孔
を備えたそれぞれ異なるエツチング特性を有する各層か
らなる多層構造のパターン領域を形成する工程と、異方
性エツチングを用いて、上記ノくターン領域に隣接して
自己整合的に所定の幅の薄膜領域を、シリコン基板の表
面に形成する工程と、この薄膜領域および上記パターン
領域以外に露出させたシリコン基板表面に当該シリコン
基板とはエツチング特性の異なるエツチングマスク材層
を形成する工程と、上記薄膜領域を除去して露出させた
シリコン基板にエツチングを施して深くかつ幅の狭い素
子間分離用の溝を形成する工程と、上記貫通孔部分およ
び上記深い溝に面した一方のシリコン基板の表面にエツ
チングを施して形成すべきフィールド酸化膜の約Hの厚
さの部分まで除去する工程と、上記深い溝の内壁に沿っ
て酸化シリコン絶縁膜および窒化シリコン絶縁膜を順に
配置した後、形成される凹部を充填材で埋める工程と、
上記形成すべ自フィールド酸化膜の約Hの厚さの部分ま
で除去したシリコン基板の表面を酸化してフィールド酸
化膜を形成する工程とを含み、浅い溝を備えた素子領域
に対して素子分離領域およびフィールド酸化領域をはぼ
平坦に形成することを特徴とする半導体装置の基板構造
の製造方法。
(6) The process of forming a multilayer structure pattern area consisting of layers each having different etching characteristics, each having a through hole in a part, on the silicon substrate in the element formation area, and using anisotropic etching. forming a thin film region of a predetermined width on the surface of the silicon substrate in a self-aligned manner adjacent to the pattern region; a step of forming an etching mask material layer with different etching characteristics; a step of etching the silicon substrate exposed by removing the thin film region to form a deep and narrow groove for isolation between elements; A step of etching the surface of one silicon substrate facing the hole portion and the deep groove to remove the field oxide film to be formed to a thickness of about H, and etching silicon oxide along the inner wall of the deep groove. After sequentially arranging the insulating film and the silicon nitride insulating film, filling the formed recess with a filler;
forming a field oxide film by oxidizing the surface of the silicon substrate which has been removed to a thickness of about H of the field oxide film formed above, and forming an element isolation region for an element region provided with a shallow trench. and a method for manufacturing a substrate structure of a semiconductor device, characterized in that a field oxidation region is formed substantially flat.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5791535A (en) * 1980-11-29 1982-06-07 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5791535A (en) * 1980-11-29 1982-06-07 Toshiba Corp Manufacture of semiconductor device

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