JPS63308932A - Interelement isolating method for semiconductor device - Google Patents

Interelement isolating method for semiconductor device

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JPS63308932A
JPS63308932A JP14594387A JP14594387A JPS63308932A JP S63308932 A JPS63308932 A JP S63308932A JP 14594387 A JP14594387 A JP 14594387A JP 14594387 A JP14594387 A JP 14594387A JP S63308932 A JPS63308932 A JP S63308932A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
region
etching
isolation region
interelement
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JP14594387A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroi Ootake
大竹 弘亥
Koji Shiozaki
宏司 塩崎
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Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the contraction of element forming region, and increase the interelement density, by forming a masking member having side-wall parts, etching the interelement isolating region of a semiconductor substrate by using the masking member, and forming a groove part having inclination, on the semiconductor substrate. CONSTITUTION:A silicon oxide film 3 is formed on the surface 2 of a silicon substrate 1, and a photoresist layer 4 of a desired pattern is formed. By using the photoresist layer 4 as a mask, an anisotropic etching is performed. After the photoresist layer 4 is dissolved and eliminated, silicon oxide 5 is formed, and then silicon oxide side-wall parts 5 are formed by a reactive ion etching. By using a photoresist 3 having the sidewall parts 5' as a mask, the silicon substrate 1 is subjected to a reactive ion etching, and a groove part having inclination is formed on an interelement isolating region 6. As the element forming region is not contracted, thereby, the interelement density can be increased.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体装置の製造方法、特に例えばMO8型半
導体装置において、各能動素子間を絶縁する素子間分離
方法の改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and particularly to an improvement in an element isolation method for insulating each active element in, for example, an MO8 type semiconductor device.

〈従来の技術〉 例えば、シリコンを半導体として用いた半導体装置、特
にMO5型半導体装置において、各能動素子を分離する
ための素子分離方法としては、従来、第2図(a)〜(
i)に示す方法が用いられている。
<Prior Art> For example, in a semiconductor device using silicon as a semiconductor, especially an MO5 type semiconductor device, as an element isolation method for isolating each active element, the method shown in FIGS.
The method shown in i) is used.

即ち、まず第2図(a)に示すノリコン基板21の表面
22上に、熱酸化法によって酸化シリコン層23を形成
させ、この酸化シリコン層23の上に化学的気相成長法
CCVD法)によって窒化シリコン層24を形成し、第
2図(b)に示す構造が得られる。次に写真蝕刻法によ
り窒化シリコン層24上に所望のパターンのフォトレジ
スト層25を形成させ、第2図(c)に示す構造が得ら
れる。次にこのフォトレジスト層25をマスクとして窒
化シリコン層24をリアクチプ・イオン・エツチング法
CRIE法)によってエツチング処理し、第2図(d)
に示すような構造とする。次いで第2図(e)に示すよ
うに、素子分離領域にフィールド反転防止のためにシリ
コン基板21と同一導電型の不純物、例えばp型基板の
場合は硼素イオンB+をイオン注入して硼素イオン注入
層26を形成させる。その後フォトレジスト層25を溶
解し第2図(f)に示す構造を得る。次に得られた基板
を高温で長時間熱酸化処理することにより厚い酸化膜2
7を形成させて第2図(g)に示す構造を得る。この場
合酸化膜27は窒化シリコン層24の下方まで形成され
る。次に窒化シリコン層24をRIE法によって除去し
第2図(b)に示す構造が得られる。次に弗酸系の緩衝
液に浸漬して厚い酸化膜27の一部と薄い酸化膜23を
除いて第2図(1)に示す構造とし厚い酸化膜27で分
離された素子形成領域28が形成される。次いでこのよ
うにして得られた素子形成領域28上に所望の素子を形
成させて半導体装置が製造される。
That is, first, a silicon oxide layer 23 is formed on the surface 22 of the Noricon substrate 21 shown in FIG. A silicon nitride layer 24 is formed to obtain the structure shown in FIG. 2(b). Next, a photoresist layer 25 having a desired pattern is formed on the silicon nitride layer 24 by photolithography to obtain the structure shown in FIG. 2(c). Next, using this photoresist layer 25 as a mask, the silicon nitride layer 24 is etched by reactive ion etching (CRIE method), as shown in FIG. 2(d).
The structure is as shown in . Next, as shown in FIG. 2(e), in order to prevent field reversal, impurities of the same conductivity type as the silicon substrate 21, such as boron ions B+ in the case of a p-type substrate, are ion-implanted into the element isolation region. Layer 26 is formed. Thereafter, the photoresist layer 25 is dissolved to obtain the structure shown in FIG. 2(f). Next, the obtained substrate is thermally oxidized at high temperature for a long time to form a thick oxide film 2.
7 to obtain the structure shown in FIG. 2(g). In this case, the oxide film 27 is formed below the silicon nitride layer 24. Next, the silicon nitride layer 24 is removed by RIE to obtain the structure shown in FIG. 2(b). Next, a part of the thick oxide film 27 and the thin oxide film 23 are removed by immersion in a hydrofluoric acid buffer solution to form the structure shown in FIG. It is formed. Next, desired elements are formed on the element formation region 28 thus obtained to manufacture a semiconductor device.

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし上記の従来法では、第2図(g)〜(i)に示さ
れているように、素子形成領域28はフォトレジスト層
25でマスクされた面積よりも狭くなっているので、素
子を高密度化できない。また、第2図(i)で示すよう
に基板21上に大きな段差が生じるため、素子形成領域
28上に配置する配線の断線や写真蝕刻法によるパター
ンの加工精度が低下しやすい。更には、フィールド反転
防止のためにイオン注入された不純物が、その後の高温
熱酸化処理により素子形成領域28にまで拡散し、その
結果能動素子のしきい値電圧の制御が不可能になり2半
導体装置の動作不良を発生させるなどの欠点がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in the above-mentioned conventional method, as shown in FIGS. Since the area is also narrow, it is not possible to increase the density of the elements. Further, as shown in FIG. 2(i), a large step is formed on the substrate 21, which tends to cause disconnection of the wiring arranged on the element forming region 28 and to reduce the processing accuracy of the pattern by photolithography. Furthermore, the impurities ion-implanted to prevent field reversal are diffused into the element formation region 28 by the subsequent high-temperature thermal oxidation treatment, and as a result, it becomes impossible to control the threshold voltage of the active element. There are drawbacks such as malfunction of the device.

この発明は上記のような問題点を改善するためになされ
たもので、絶縁性に優れ、平坦な構造を有する高密度の
半導体装置の素子分離方法を提供することを目的とする
ものである。
The present invention was made in order to improve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for isolating elements of a high-density semiconductor device having excellent insulation properties and a flat structure.

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置におけ
る素子間分離方法は、半導体基板の素子形成領域上に、
側壁部を有するマスク材を形成する工程と、上記のマス
ク材を用いて上記の半導体基板の素子分離領域をエツチ
ングして、この半導体基板に傾斜を有する溝部を形成す
る工程と、次いで上記のマスク材の側壁部のみを選択的
に除去し、上記の溝部で囲まれた上記の半導体表面の素
子形成領域表面の周辺部を露呈せしめる工程と、次いで
上記の側壁部を除去したマスク材を用いて上記の半導体
基板の素子分離領域及び素子形成領域表面の周辺部にこ
の半導体基板と同一導電型の不純物をイオン注入する工
程と、次いで上記の側壁部を除去したマスク材をエツチ
ングした後、素子分離領域のみに複数の絶縁膜を連続的
に形成し゛、上記の素子分離領域と素子形成領域を平坦
にする工程と、しかる後に上記の素子形成領域に所望の
素子を形成する工程とを備えるように構成していなおこ
の発明を適用できる半導体基板としては、シリコン、ガ
リウム砒素、ガリウムアルミニウム砒素などの半導体基
板が挙げられる。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the method for isolating elements in a semiconductor device of the present invention includes:
a step of forming a mask material having a side wall portion; a step of etching the element isolation region of the semiconductor substrate using the mask material to form a groove portion having an inclination in the semiconductor substrate; A step of selectively removing only the side wall portion of the material to expose the peripheral portion of the surface of the element formation region on the semiconductor surface surrounded by the groove portion, and then using a mask material from which the side wall portion has been removed. A process of ion-implanting impurities of the same conductivity type as the semiconductor substrate into the element isolation region and the peripheral part of the surface of the element formation area of the semiconductor substrate, and then etching the mask material from which the side walls have been removed, and then element isolation. The method includes a step of continuously forming a plurality of insulating films only in the region, flattening the element isolation region and the element forming region, and then forming a desired element in the element forming region. Examples of semiconductor substrates to which the present invention can be applied even though they are configured include semiconductor substrates made of silicon, gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, and the like.

〈実施例〉 次に本発明を図面を参照して実施例によって説明するが
、本発明を限定するものではない。
<Examples> Next, the present invention will be explained by examples with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following.

第1図(a)〜(1)はそれぞれ、本発明の一実施例の
各工程を示したものである。
FIGS. 1(a) to 1(1) each show each step of an embodiment of the present invention.

まず第1図(a)に示す比抵抗20Ω・備のp形(10
0)シリコン基板1の表面2に第1図(b)に示すよう
に熱酸化法で0.5μ艷の酸化シリコン膜3を形成し、
次いで通常の写真蝕刻法により、第1図(c)に示すよ
ウニ所望のパターンのフォトレジスト層4を形成する。
First, the p-type (10
0) A silicon oxide film 3 with a thickness of 0.5μ is formed on the surface 2 of the silicon substrate 1 by a thermal oxidation method as shown in FIG. 1(b),
Next, a photoresist layer 4 having a desired pattern as shown in FIG. 1(c) is formed by ordinary photolithography.

次いでフォトレジスト層4をマスクとして、反応性イオ
ンエツチング法により異方工・ソチングを行うことによ
り、同図(d)に示す構造を得る。
Next, using the photoresist layer 4 as a mask, anisotropic etching and soching are performed by reactive ion etching to obtain the structure shown in FIG. 4(d).

次いで、フォトレジスト層4を溶解除去して同図(e)
に示す構造を得る。
Next, the photoresist layer 4 is dissolved and removed as shown in FIG.
We obtain the structure shown in .

次に、同図(4)に示すようにECR(Electro
nCyclotron Re5onance)プラズマ
CVD法により2酸化シリコン5を0.2μm厚に形成
し、その後反応性イオンエツチング(RIE)を施して
、酸化シリコンの側壁5′(例えば0.2μm幅)を形
成して、同図(g)に示す構造を得る。
Next, as shown in (4) of the same figure, ECR (Electro
Silicon dioxide 5 is formed to a thickness of 0.2 μm by plasma CVD (Cyclotron Re5onance), and then subjected to reactive ion etching (RIE) to form silicon oxide side walls 5' (for example, 0.2 μm wide). The structure shown in FIG. 4(g) is obtained.

続いて、上記側壁部5′を有するフォトレジスト3をマ
スクとしてシリコン基板1を深さ0.6μmで、かつマ
スクの外周縁から酸化膜の周縁方向に0.1μm程度反
応性イオンエツチング法によってエツチングし、素子分
離領域6に傾斜を有する溝部を同図(h)のように形成
する。
Next, using the photoresist 3 having the side wall portion 5' as a mask, the silicon substrate 1 is etched to a depth of 0.6 μm and about 0.1 μm from the outer edge of the mask toward the edge of the oxide film by reactive ion etching. Then, a groove portion having an inclination is formed in the element isolation region 6 as shown in FIG. 6(h).

次に、ウェットエツチング処理を行なって、酸化膜3の
周縁が露出する程度にマスクの一部を選択的に除去し、
シリコン基板1の素子形成領域表面の周辺部7を露呈さ
せ、同図(i)に示す構造を得る○ 次に、残存する酸化膜3をマスクとしてシリコン基板1
と同導電型の不純物である硼素イオン16を例えば1×
10 c7++  程度注入し、同図(j)に示すよう
に、溝形状の素子分離領域6の底部と傾斜部とにイオン
注入層である不純物層8を形成する0 尚、第1図(j)で素子形成領域周辺部を露呈してイオ
ン注入を行う理由は本周辺部における寄生チャネルを防
止することにある。
Next, a wet etching process is performed to selectively remove a portion of the mask to the extent that the periphery of the oxide film 3 is exposed.
The peripheral part 7 of the surface of the element formation region of the silicon substrate 1 is exposed to obtain the structure shown in FIG.
For example, boron ion 16, which is an impurity of the same conductivity type, is
The impurity layer 8, which is an ion-implanted layer, is formed at the bottom and slope of the groove-shaped element isolation region 6, as shown in FIG. 1(j). The reason why the ion implantation is performed while exposing the peripheral part of the element formation region is to prevent parasitic channels in the peripheral part.

次に弗酸系の緩衝液に浸漬することにより、マスク層3
を除去して、同図(k)に示す構造を得る。
Next, the mask layer 3 is immersed in a hydrofluoric acid buffer solution.
is removed to obtain the structure shown in FIG.

次ニ、バイアススパッタリングの条件を素子形成領域表
面における堆積速度とエツチング速度がバランスし、素
子分離領域6の底部における堆積速度がエツチング速度
より大きいように設定し。
Next, bias sputtering conditions are set so that the deposition rate and etching rate on the surface of the element forming region are balanced and the deposition rate at the bottom of the element isolation region 6 is higher than the etching rate.

同図(1)に示すようにバイアススパッタ法により、シ
リコン酸化膜9及び酸窒化シリコン膜1oを例えば計0
7μm厚に連続的に素子分離領域6のみに堆積し、素子
分離部11で分離された素子形成面12を有する半導体
基板を得る。
As shown in FIG. 1 (1), a silicon oxide film 9 and a silicon oxynitride film 1o are deposited by bias sputtering, for example, with a total of 0.
The semiconductor substrate is continuously deposited to a thickness of 7 μm only on the element isolation region 6 to obtain a semiconductor substrate having an element forming surface 12 separated by an element isolation part 11.

次いで通常の工程によりこの素子形成面11上に所望の
素子を形成することにより半導体装置が完了することに
なる。
Next, a desired element is formed on this element forming surface 11 through normal steps, thereby completing the semiconductor device.

上記の方法によれば素子形成領域が狭くならないため、
素子の高密度化が可能となる。さらに、シリコン酸化膜
の側壁を利用することにより、素子形成領域表面の周辺
部と素子分離領域に同時にイオン注入が可能であり、素
子分離領域の溝部の反転防止および溝側壁部の寄生チャ
ネルを防止することが可能である。さらに、平坦な構造
をバイアススパッタ法により実現でき、更にその平坦な
構造が最終工程まで維持することが出来るため、配線の
断線防止や写真蝕刻法による高精度加工が可能である。
According to the above method, the element formation area does not become narrow.
It becomes possible to increase the density of elements. Furthermore, by using the sidewalls of the silicon oxide film, it is possible to simultaneously implant ions into the periphery of the surface of the element formation region and the element isolation region, preventing inversion of the groove in the element isolation region and preventing parasitic channels on the sidewalls of the groove. It is possible to do so. Furthermore, a flat structure can be realized by bias sputtering and this flat structure can be maintained until the final process, making it possible to prevent wiring breakage and to perform high-precision processing by photolithography.

さらには、素子分離領域の形成に高温で長時間の熱酸化
処理工程が不要なため、工程の簡略化とともに、フィー
ルド反転防止のための不純物の拡散を防止でき、能動素
子のしきい値電圧の制御が可能となり良好な半導体装置
を実現できる等多くの利点を有する。さらにNチャネル
MO5)ランジスタに限らず各種の半導体装置に適用で
きるのは勿論のことである。
Furthermore, since a long-time thermal oxidation process at high temperature is not required to form the element isolation region, the process can be simplified, impurity diffusion to prevent field reversal can be prevented, and the threshold voltage of active elements can be reduced. It has many advantages such as controllability and the ability to realize a good semiconductor device. Furthermore, it goes without saying that the present invention can be applied not only to N-channel MO5) transistors but also to various semiconductor devices.

〈発明の効果〉 以上のように本発明の方法は次のような利点を有する。<Effect of the invention> As described above, the method of the present invention has the following advantages.

(1)素子形成領域が従来のように狭くならないので素
子を高密度化できる。
(1) Since the element forming area does not become narrow as in the conventional case, the density of elements can be increased.

(11)  シリコン酸化膜の側壁を利用することによ
り、素子形成領域表面の周辺部と素子分離領域に同時に
イオン注入が可能であり、その結果素子分離領域の溝部
の反転防止及び溝側壁部の寄生チャネルの防止を行うこ
とができる。
(11) By using the sidewalls of the silicon oxide film, it is possible to simultaneously implant ions into the peripheral part of the surface of the element formation region and the element isolation region, and as a result, the inversion of the trench in the element isolation region is prevented and the parasitic growth of the trench sidewall is prevented. Channel prevention can be done.

(…)平坦な構造を実現でき、それが最終工程まで維持
できるので、配線の断線防止や写真蝕刻法による高精度
加工ができる。
(...) A flat structure can be achieved and maintained until the final process, making it possible to prevent wire breakage and perform high-precision processing using photolithography.

(iv)  素子分離領域の形成に高温で長時間の熱酸
化処理工程が不要なため、工程の簡略化とともに、フィ
ールド反転防止のための不純物の拡散を防止できて能動
素子のしきい値電圧の制御が可能となり良好な半導体層
を装置を製造することができる。
(iv) Since a long thermal oxidation process at high temperature is not required to form the element isolation region, the process can be simplified, and the diffusion of impurities to prevent field reversal can be prevented and the threshold voltage of active elements can be lowered. Control becomes possible, and a device can be manufactured with a good semiconductor layer.

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

第1図(a)乃至(1)はそれぞれ本発明の一実施例を
示す工程説明図、第2図(a)乃至(i)はそれぞれ従
来方法を示す工程説明図である。 1・・・シリコン基板、2・・・シリコン基板表面、3
・・・酸化膜、4・フォトレジスト層、5・・・酸化膜
、6・・・素子分離領域、5・・・側壁部、8・・・不
純物層(イオン注入層)、9・・・酸化膜、10・・・
酸窒化ノリコン膜、11・・・素子分離部、12・・・
素子形成領域。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)■ 第1図 71図 瀉1図
FIGS. 1(a) to (1) are process explanatory diagrams showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) to (i) are process explanatory diagrams showing a conventional method, respectively. 1... Silicon substrate, 2... Silicon substrate surface, 3
...Oxide film, 4. Photoresist layer, 5.. Oxide film, 6.. Element isolation region, 5.. Side wall portion, 8.. Impurity layer (ion implantation layer), 9.. Oxide film, 10...
Oxynitride silicone film, 11... element isolation section, 12...
Element formation area. Agent Patent attorney Takeshi Sugiyama (and 1 other person) Figure 1 Figure 71 Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板の素子形成領域上に側壁部を有するマス
ク材を形成する工程と、 上記マスク材を用い上記半導体基板の素子分離領域をエ
ッチングして該半導体基板に傾斜を有する溝部を形成す
る工程と、 次いで上記マスク材の側壁部のみを選択的に除去し上記
溝部で囲まれた上記半導体表面の素子形成領域表面の周
辺部を露呈せしめる工程と、次いで上記側壁部を除去し
たマスク材を用い上記半導体基板の素子分離領域及び素
子形成領域表面の周辺部に該半導体基板と同一導電型の
不純物をイオン注入する工程と、 次いで上記側壁部を除去したマスク材をエッチングした
後、上記素子分離領域のみに複数の絶縁膜を連続的に形
成して上記素子分離領域と素子形成領域を平坦にする工
程と、 しかるのち上記素子形成領域に所望の素子を形成する工
程と を具備したことを特徴とする半導体装置における素子間
分離方法。
[Claims] 1. A step of forming a mask material having a side wall portion on an element formation region of a semiconductor substrate, and etching an element isolation region of the semiconductor substrate using the mask material to form a slope in the semiconductor substrate. a step of selectively removing only the sidewall portions of the mask material to expose a peripheral portion of the surface of the element formation region on the semiconductor surface surrounded by the groove portion; using the removed mask material to ion-implant impurities of the same conductivity type as the semiconductor substrate into the periphery of the surface of the element isolation region and element formation region of the semiconductor substrate, and then etching the mask material from which the side wall portions were removed. After that, a step of continuously forming a plurality of insulating films only in the device isolation region to flatten the device isolation region and the device formation region, and then a step of forming a desired device in the device formation region. A method for isolating elements in a semiconductor device, characterized by comprising:
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