JPS63177439A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS63177439A
JPS63177439A JP32049387A JP32049387A JPS63177439A JP S63177439 A JPS63177439 A JP S63177439A JP 32049387 A JP32049387 A JP 32049387A JP 32049387 A JP32049387 A JP 32049387A JP S63177439 A JPS63177439 A JP S63177439A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
groove
substrate
polycrystalline silicon
semiconductor device
Prior art date
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Pending
Application number
JP32049387A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiri Katou
加藤 樹里
Seiichi Iwamatsu
誠一 岩松
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPS63177439A publication Critical patent/JPS63177439A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor device in which one layer of a semiconductor surface is flattened, crystal defects are reduced, and one layer is reduced in size by burying a polycrystalline silicon surrounded by an insulating layer in a groove formed on a semiconductor substrate. CONSTITUTION:A fine groove having a sidewall deeper than a very fine width thereof and substantially perpendicular to a semiconductor substrate 4 surface is formed in the substrate 4, and thin insulating films 5 are formed on the sidewall and the bottom of the groove. A polycrystalline silicon 6 having a flat surface in the height substantially equal to the opening of the groove and electrically connected to a power source is buried in a region surrounded by the films 5 in the groove. For example, a groove is formed on a silicon substrate 4, and a thin silicon oxide film 5 is formed. Then, a polycrystalline silicon 6 is covered, the polycrystalline silicon on the substrate surface is removed, with a silicon nitride film 1 as a mask a separating region field between elements is ion implanted, and the silicon nitride film is removed. The silicon 6 is connected to a positive or negative power source.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMO3型半導体装置に関する。従来MO8型半
導体装置は基板の選択酸化により素子間分離領域を形成
して構成されているのが通例であった。しかるに基板の
選択酸化により半導体装置を構成する場合には、半導体
装置の小型化に対する制限・半導体装置表面の段差・半
導体装置の結晶欠陥等が生じるという欠点があった。本
発明はかかる従来技術の欠点をなくするために、素子分
離領域には絶縁層に囲まれた多結晶半導体領域が埋め込
まれて成る事を特徴としている。本発明の囮 目的とするところは、半導体表面の一層の平亀、結晶欠
陥の減少、一層の小型化のなされたMO3半導体装置を
提供することにある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an MO3 type semiconductor device. Conventional MO8 type semiconductor devices have generally been constructed by forming isolation regions between elements by selective oxidation of a substrate. However, when a semiconductor device is constructed by selective oxidation of a substrate, there are drawbacks such as limitations on miniaturization of the semiconductor device, steps on the surface of the semiconductor device, and crystal defects in the semiconductor device. In order to eliminate the drawbacks of the prior art, the present invention is characterized in that a polycrystalline semiconductor region surrounded by an insulating layer is embedded in the element isolation region. An object of the present invention is to provide an MO3 semiconductor device in which the semiconductor surface is further reduced in flatness and crystal defects, and the device is further miniaturized.

以下実施例を用いて詳細に説明する。This will be explained in detail below using examples.

第1図は従来技術を、MO3型半導体装置の最も簡単な
構造である素子間分離領域を例に、その断面図を示した
もので、窒化シリコン膜1をマスクに熱酸化により酸化
シリコン膜2が形成されたも    ゛のである。3の
領域は素子分離フィールドイオン注入領域である。この
場合酸化膜は窒化シリコン膜下に入り込むこと、素子間
分離フィールドイオン注入領域が横方向に拡がることが
半導体装置の小型化を妨げている。また基板を厚く熱酸
化することにより結晶欠陥・半導体表面の段差が生じる
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the conventional technique, taking as an example an element isolation region, which is the simplest structure of an MO3 type semiconductor device. It is the same thing that was formed. Region 3 is an element isolation field ion implantation region. In this case, the oxide film penetrates under the silicon nitride film and the element isolation field ion implantation region spreads laterally, which impedes miniaturization of semiconductor devices. Further, by thermally oxidizing the substrate thickly, crystal defects and steps on the semiconductor surface occur.

第2回〜第6図は、本発明による実施例として素子間分
離領域に酸化シリコン膜に囲まれた多結晶シリコンを埋
め込んだ場合の素子間分離フィールドの断面図(第6図
)″とその製造工程順図(第2図〜第6図)を示すもの
である。第2図ではn型シリコン基板4を部分的に異方
エツチングあるいはイオン・エツチングして溝を形成し
ている。第3図では熱酸化により薄い酸化シリンコ膜5
をシリコン基板の溝に形成している。この酸化膜は厚さ
を必要としないため結晶欠陥を最小限にすることができ
る。第4図ではCVD法により多結晶シリコンを被着す
ることによりシリコン基板の細い溝を多結晶シリコンで
埋めつくしている。イオン・エツチングにより1μm程
度の幅を持つ細いしかも深い溝の形成が可能であり、1
μm程度の細い溝はCVD法の多結晶シリコンで埋めつ
(すことができる。第5図ではシリコン基板表面の多結
晶シリコンがエツチングにより除去され、シリコン基板
に埋め込まれている多結晶シリコンのみが残る。次にシ
リコン基板の溝のパターンを持つ窒化シリコン膜をマス
クに、素子間分離領域フィールドイオン注入を行い、埋
めこまれている多結晶シリコンに高濃度n型イオンが注
入される。第5図は素子間分離領域フィールドイオンの
活性化を行い、窒化シリコン膜を除去して得られる、素
子分離領域には高濃度拡散された多結晶シリコンが酸化
シリコン膜に囲まれてシリコン基板に埋め込まれている
MO3型半導体の素子分離フィールドの断面図であり、
この多結晶シリコン領域は、正または負の電源に接続し
て素子分離領域周辺の電位を制御する。
Parts 2 to 6 show a cross-sectional view (Fig. 6) of an isolation field when polycrystalline silicon surrounded by a silicon oxide film is buried in an isolation region as an example of the present invention. This is a manufacturing process diagram (FIGS. 2 to 6). In FIG. 2, grooves are formed by partially anisotropically etching or ion etching the n-type silicon substrate 4. The figure shows a thin silicon oxide film 5 due to thermal oxidation.
is formed in the groove of the silicon substrate. Since this oxide film does not require a large thickness, crystal defects can be minimized. In FIG. 4, polycrystalline silicon is deposited by the CVD method to completely fill the narrow grooves in the silicon substrate with polycrystalline silicon. By ion etching, it is possible to form narrow and deep grooves with a width of about 1 μm.
Grooves as narrow as μm can be filled with polycrystalline silicon using the CVD method. In Figure 5, the polycrystalline silicon on the surface of the silicon substrate is removed by etching, leaving only the polycrystalline silicon embedded in the silicon substrate. Next, using the silicon nitride film with the groove pattern of the silicon substrate as a mask, field ion implantation is performed in the element isolation region, and high concentration n-type ions are implanted into the buried polycrystalline silicon.Fifth The figure shows the element isolation region obtained by activating field ions and removing the silicon nitride film. 1 is a cross-sectional view of an element isolation field of an MO3 type semiconductor,
This polycrystalline silicon region is connected to a positive or negative power source to control the potential around the element isolation region.

本発明によれば素子分離フィールドイオンの横拡がりは
周囲の薄い酸化シリコン膜で制限される。
According to the present invention, the lateral spread of element isolation field ions is limited by the surrounding thin silicon oxide film.

またパターニング精度はイオンエツチングの精度で決ま
るためMO3型半導体装置を一層小型化できる。かつ素
子分離領域には、薄い酸化シリコン膜にかこまれた多結
晶シリコンを埋め込むことにより、基板表面の段差及び
結晶欠陥を最少限にした半導体装置を与える。
Furthermore, since patterning accuracy is determined by ion etching accuracy, MO3 type semiconductor devices can be further miniaturized. Furthermore, by embedding polycrystalline silicon surrounded by a thin silicon oxide film in the element isolation region, a semiconductor device is provided in which steps and crystal defects on the substrate surface are minimized.

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

第1図・・・従来の素子分離フィールドの断面図。 第2図〜第6図・・・本発明によるMO3型半導体装置
の素子間分離フィールドの断面図とその工程順図。 1・・・窒化シリコン膜   2・・・熱酸化シリコン
膜3・・・素子分離イオン注入 4・・・シリコン基板
5・・・薄い熱酸化膜    6・・・多結晶シリコン
7・・・イオン注入 以上 第1図 第2図 第3図 霞4図 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ トー7 答6図 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 昭和62年12月18日付提出の特許層(B)2゜発明
の名称 半導体装置 3、補正する者 事件との関係  出願人 東京都新宿区西新宿2丁目4番1号 (236)セイコーエプソン株式会社 代表取締役  中 村 恒 也 5、補正の対象 明 細 書(全文補正) 明   細   書 1、発明の名称 半導体装置 2、特許請求の範囲 = つ 薄 み つ つ) つ 3、発明の詳細な説明 本発明は半導体装置に関する。 従来MO3型半導体装置は基板の選択酸化により素子間
分離領域を形成して構成されているのが゛層G1 通例であった。例えば、第1図は従来技術を、半導体装
置の最も簡単な構造である素子間分離領域を例に、その
断面図を示したもので、窒化シリコン膜1をマスクに熱
酸化により酸化シリコン膜2が形成されたものである。 3の領域は素子分離フィールドイオン注入領域である。 この場合酸化膜は窒化シリコン膜1下に入り込むこと、
素子間分離フィールドイオン注入領域3が横方向に拡が
ることが半導体装置の小型化を妨げている。また基板を
厚く熱酸化することにより結晶欠陥・半導体表面の段差
が生じる。このように、基板の選択酸化により半導体装
置を構成する場合には、半導体装置の小型化に対する制
限・半導体装置表面の段差・半導体装置の結晶欠陥等が
生じるという欠点があった。 本発明はかかる従来技術の欠点をなくするために、素子
分離領域には絶縁層に囲まれた多結晶半導体領域が埋め
込まれて成る事を特徴としている。 本発明の目的とするところは、半導体表面の一層の平坦
化、結晶欠陥の減少、一層の小型化のなされた半導体装
置を提供することにある。 以下実施例を用いて詳細に説明する。 第2図〜第6図は、本発明による実施例として素子間分
離領域に酸化シリコン膜に囲まれた多結晶シリコンを埋
め込んだ場合の素子間分離フィールドの断面図(第6図
)とその製造工程順図(第2図〜第6図)を示すもので
ある。第2図ではn型シリコン基板4を部分的に異方性
エツチングあるいはイオン・エツチングして、非常に細
い、例えば1μm程度の幅とその幅の大きさよりも深い
深さで、側壁が基板表面に対してほぼ垂直となる溝を形
成している。第3図では熱酸化により薄い酸化シリコン
膜5をシリコン基板4の溝に形成している。この酸化膜
は厚さを必要としないため結晶欠陥を最小限にすること
ができる。第4図ではCVD法により多結晶シリコンを
被着することによりシリコン基板の細い溝を多結晶シリ
コンで埋めつ(している。イオン・エツチングにより、
側壁がシリコン基板4に対してほぼ垂直で1μm程度の
幅を持つ緋いしかも深い溝の形成が可能であり、1μm
程度の細い溝はCVD法の多結晶シリコンで埋めつくす
ことができ、またその高さが基板の溝の開口部とほぼ等
しく、さらにその表面を平坦とすることができる。第5
図ではシリコン基板表面の多結晶シリコンがエツチング
により除去され、シリコン基板に埋め込まれている多結
晶シリコンのみが残る。次にシリコン基板の溝のパター
ンを持つ窒化シリコン膜をマスクに、素子間分離領域フ
ィールドイオン注入を行ない、埋め込まれている多結晶
シリコンに高濃度n型イオンが注入される。第6図は素
子間分離領域フィールドイオンの活性化を行ない、窒化
シリコン膜を除去して得られる、素子分離領域には高濃
度拡散された多結晶シリコンが酸化シリコン膜に囲まれ
てシリコン基板に埋め込まれている半導体の素子分離フ
ィールドの断面図であり、この多結晶シリコン領域は、
正または負の電源に電気的に接続して素子分離領域周辺
の電位を制御する。 本発明によれば素子分離フィールドイオンの横波がりは
周囲の薄い酸化シリコン膜で制限される。 またパターニング精度はイオンエツチングの精度で決ま
るため半導体装置を一層小型化できる。かつ素子分離領
域には、薄い酸化シリコン膜にかこまれた多結晶シリコ
ンを埋め込むことにより、基板表面の段差及び結晶欠陥
を最小限にした半導体装置を与える。 このように、本発明は非常に細い、例えば1μm程度の
幅とその幅の大きさよりも深い深さを持ち、かつ側壁が
基板表面に対してほぼ垂直とした溝中に薄い絶縁膜を介
して表面が基板に形成された溝の開口部とほぼ等しい高
さで平坦となるように多結晶シリコンを埋込み形成した
ので、半導体装置の一層の微細化及び一層の高信頼性化
が達成できるという効果を有するものである。 4、図面の簡単な説明 第1図・・・従来の素子分離フィールドの断面図。 第2図〜第6図・・・本発明の実施例による半導体装置
の断面図とその工程順図。 1・・・窒化シリコン膜 2・・・熱酸化シリコン膜 3・・・素子分離イオン注入 4・・・シリコン基板 5・・・薄い熱酸化膜 6・・・多結晶シリコン 7・・・イオン注入 以   上
FIG. 1: A sectional view of a conventional element isolation field. FIGS. 2 to 6 are cross-sectional views of an isolation field between elements of an MO3 type semiconductor device according to the present invention, and a process sequence thereof. 1... Silicon nitride film 2... Thermal oxidation silicon film 3... Element isolation ion implantation 4... Silicon substrate 5... Thin thermal oxide film 6... Polycrystalline silicon 7... Ion implantation Above Figure 1 Figure 2 Figure 3 Haze Figure 4 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ To 7 Answer 6 Director General of the Patent Office Kunio Ogawa Patent layer (B) 2゜ invention submitted on December 18, 1986 Name of semiconductor device 3, Relationship to the amended person case Applicant Tsuneya Nakamura, Representative Director, Seiko Epson Corporation, 2-4-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo 5, Specification subject to amendment (full text) (Amendment) Description 1. Name of the invention Semiconductor device 2. Claims = thinning) 3. Detailed description of the invention The present invention relates to a semiconductor device. Conventional MO3 type semiconductor devices have generally been constructed by forming isolation regions between elements by selective oxidation of a substrate. For example, FIG. 1 shows a cross-sectional view of the prior art, taking an element isolation region, which is the simplest structure of a semiconductor device, as an example. was formed. Region 3 is an element isolation field ion implantation region. In this case, the oxide film penetrates under the silicon nitride film 1;
The horizontal expansion of the element isolation field ion implantation region 3 hinders miniaturization of semiconductor devices. Further, by thermally oxidizing the substrate thickly, crystal defects and steps on the semiconductor surface occur. As described above, when a semiconductor device is constructed by selective oxidation of a substrate, there are drawbacks such as limitations on miniaturization of the semiconductor device, steps on the surface of the semiconductor device, and crystal defects in the semiconductor device. In order to eliminate the drawbacks of the prior art, the present invention is characterized in that a polycrystalline semiconductor region surrounded by an insulating layer is embedded in the element isolation region. An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the semiconductor surface is further planarized, crystal defects are reduced, and the size is further reduced. This will be explained in detail below using examples. FIGS. 2 to 6 show a cross-sectional view of an isolation field (FIG. 6) in which polycrystalline silicon surrounded by a silicon oxide film is embedded in an isolation region as an example of the present invention, and its manufacture. It shows process order diagrams (Figs. 2 to 6). In FIG. 2, an n-type silicon substrate 4 is partially anisotropically etched or ion etched to form sidewalls on the substrate surface with a very narrow width, for example, about 1 μm, and a depth greater than the width. A groove is formed that is almost perpendicular to the surface. In FIG. 3, a thin silicon oxide film 5 is formed in a groove of a silicon substrate 4 by thermal oxidation. Since this oxide film does not require a large thickness, crystal defects can be minimized. In Figure 4, thin grooves in the silicon substrate are filled with polycrystalline silicon by depositing polycrystalline silicon using the CVD method.
It is possible to form a scarlet and deep groove whose side wall is almost perpendicular to the silicon substrate 4 and has a width of about 1 μm.
A fairly narrow groove can be completely filled with polycrystalline silicon produced by CVD, and its height can be approximately equal to the opening of the groove in the substrate, and its surface can be made flat. Fifth
In the figure, the polycrystalline silicon on the surface of the silicon substrate is removed by etching, leaving only the polycrystalline silicon embedded in the silicon substrate. Next, using the silicon nitride film having the groove pattern of the silicon substrate as a mask, field ion implantation is performed in the element isolation region, and high concentration n-type ions are implanted into the buried polycrystalline silicon. Figure 6 shows the element isolation region obtained by activating field ions and removing the silicon nitride film. A cross-sectional view of the device isolation field of the embedded semiconductor, the polycrystalline silicon region is
It is electrically connected to a positive or negative power source to control the potential around the element isolation region. According to the present invention, the transverse wave of the element isolation field ions is limited by the surrounding thin silicon oxide film. Furthermore, since patterning accuracy is determined by ion etching accuracy, semiconductor devices can be further miniaturized. Furthermore, by embedding polycrystalline silicon surrounded by a thin silicon oxide film in the element isolation region, a semiconductor device is provided in which steps and crystal defects on the substrate surface are minimized. As described above, the present invention has a very thin groove, for example, a width of about 1 μm and a depth greater than the width, and whose sidewalls are almost perpendicular to the substrate surface, through which a thin insulating film is formed. Since the polycrystalline silicon is embedded so that the surface is flat and approximately at the same height as the opening of the groove formed in the substrate, further miniaturization and higher reliability of semiconductor devices can be achieved. It has the following. 4. Brief description of the drawings FIG. 1: A sectional view of a conventional isolation field. FIGS. 2 to 6 are cross-sectional views of semiconductor devices according to embodiments of the present invention and their process steps. 1...Silicon nitride film 2...Thermal oxidation silicon film 3...Element isolation ion implantation 4...Silicon substrate 5...Thin thermal oxide film 6...Polycrystalline silicon 7...Ion implantation that's all

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)単結晶半導体基板には絶縁層に囲まれた多結晶半
導体領域が埋め込まれて成る事を特徴とする半導体装置
(1) A semiconductor device characterized in that a polycrystalline semiconductor region surrounded by an insulating layer is embedded in a single crystal semiconductor substrate.
(2)単結晶半導体基板の素子間分離領域には絶縁層に
囲まれた多結晶半導体領域が埋め込まれて成る事を特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
(2) The semiconductor device according to claim 1, wherein a polycrystalline semiconductor region surrounded by an insulating layer is embedded in an element isolation region of a single crystal semiconductor substrate.
JP32049387A 1987-12-18 1987-12-18 Semiconductor device Pending JPS63177439A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1018769C2 (en) * 1998-06-29 2004-09-16 Samsung Electronics Co Ltd Method for reducing a narrow channel effect in a transistor in a semiconductor device with a channel isolation, and such a semiconductor device.

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