JPS6347335B2 - - Google Patents

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JPS6347335B2
JPS6347335B2 JP12798783A JP12798783A JPS6347335B2 JP S6347335 B2 JPS6347335 B2 JP S6347335B2 JP 12798783 A JP12798783 A JP 12798783A JP 12798783 A JP12798783 A JP 12798783A JP S6347335 B2 JPS6347335 B2 JP S6347335B2
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JP
Japan
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film
semiconductor substrate
groove
etching
oxide film
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JP12798783A
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JPS6021540A (ja
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Shiro Suyama
Toshiaki Yanai
Tadashi Serikawa
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture 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
    • 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
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/308Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks
    • H01L21/3081Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks characterised by their composition, e.g. multilayer masks, materials

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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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12を堆積し、窒化シリコン
膜12上にレジストパタン13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11のエツチ
ングを行なつた後、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く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aの工程とb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
不純物をイオンを注入する工程を導入することも
広く採用されている。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
て、半導体基板10に応力が加わり、結晶欠陥を
誘起しやすい、等の問題があつた。
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
いう問題点があつた。
〔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、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ツチ量を
伴つ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
る場合を例に採つて、第2図により説明する。半
導体基板20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AlあるいはAl2O3
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b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いて異方性エツチングし溝
部24を有する第2図cの構造を得る。例えば、
CCl2F2を用いた反応性イオンエツチングではAl
と酸化膜とのエツチング選択比を20倍以上、Al
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2
4の幅を数百mmとしかつ溝部24の深さを数μm
と深くできる。また、ArとO2の混合ガスを用い
たイオンビームエツチング法では、Al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
ドエツチ量を伴つて酸化膜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d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2
0上に、スパツタ法、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2
4の上部の開口部を埋め込んだ第2図f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g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27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2
6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、素子分離部製
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。
上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1/4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トランジスタの分離
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Al配線35を含むMOSトランジスタは、
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。エミツタ4
1、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く、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、p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型極
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によつ分離される。通
常の相補型MOS半導体装置では、p型極性不純
物領域とn型極性不純物領域が横方向に直接に接
している。このためにラツチアツプと称される相
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例えばサフアイア上
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……レジストパタン、21……
第1の膜、22……第2の膜、24……溝部、2
5……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……Al配線、36,44,5
3,62……素子分離部、41……エミツタ、4
2……ベース、43……コレクタ、51……n型
極性不純物領域、52……p型極性不純物領域、
60……絶縁基板、61……半導体膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 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ツチ量を伴つてエツチン
    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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JP2870054B2 (ja) * 1989-10-25 1999-03-10 ソニー株式会社 半導体装置の製造方法
AU736875B2 (en) * 1997-01-21 2001-08-02 Georgia Tech Research Corporation Fabrication of a semiconductor device with air gaps for ultra-low capacitance interconnections
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JP6278608B2 (ja) 2013-04-08 2018-02-14 キヤノン株式会社 半導体装置およびその製造方法

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