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JP3190144B2 - Manufacturing method of semiconductor integrated circuit - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor integrated circuit

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Publication number
JP3190144B2
JP3190144B2 JP30916192A JP30916192A JP3190144B2 JP 3190144 B2 JP3190144 B2 JP 3190144B2 JP 30916192 A JP30916192 A JP 30916192A JP 30916192 A JP30916192 A JP 30916192A JP 3190144 B2 JP3190144 B2 JP 3190144B2
Authority
JP
Japan
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film
substrate
oxide film
forming
insulating film
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Japanese (ja)
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Inventor
隆夫 伊藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
方法に係り、特に溝(トレンチ)構造の素子分離領域の
形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a method for forming an element isolation region having a trench structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラ集積回路においては、素子分
離技術として、分離領域の縮小、寄生容量の減少が可能
なトレンチアイソレーションを採用している。このトレ
ンチアイソレーションは、半導体基板内に溝を形成し、
この溝内に絶縁膜を介してポリシリコン層を埋め込むこ
とにより素子分離を行うものであり、例えば特開昭63
−25947号公報に開示されている。
2. Description of the Related Art In a bipolar integrated circuit, trench isolation capable of reducing an isolation region and a parasitic capacitance is employed as an element isolation technique. This trench isolation forms a groove in the semiconductor substrate,
The element isolation is performed by embedding a polysilicon layer in the groove via an insulating film.
No. 25947.

【0003】これに対して、CMOS集積回路における
素子分離は、トレンチのような深い分離を必要としない
ので、通常は、選択酸化法の改良によるフィールド酸化
膜が主流であるが、トレンチアイソレーションを採用す
る傾向がある。
[0003] On the other hand, element isolation in a CMOS integrated circuit does not require a deep isolation like a trench. Therefore, a field oxide film obtained by improving a selective oxidation method is usually used. Tend to adopt.

【0004】図4(a)乃至(c)は、CMOS集積回
路あるいはBiCMOS集積回路において、従来のトレ
ンチアイソレーションを採用した場合における素子分離
領域の形成方法の主要な工程での基板(半導体ウェハ)
の断面構造を示している。
FIGS. 4 (a) to 4 (c) show a substrate (semiconductor wafer) in a main step of a method for forming an element isolation region when a conventional trench isolation is employed in a CMOS integrated circuit or a BiCMOS integrated circuit.
2 shows the cross-sectional structure of the device.

【0005】まず、図4(a)に示すように、P型シリ
コン基板50の表面を熱酸化して熱酸化膜51を形成し
た後、シリコン窒化膜52、CVD(気相成長)法によ
り形成されたCVD酸化膜53を順次形成する。このC
VD酸化膜53は、後の工程で基板をエッチングする際
のマスク材となる。
First, as shown in FIG. 4A, a thermal oxide film 51 is formed by thermally oxidizing the surface of a P-type silicon substrate 50, and then a silicon nitride film 52 is formed by a CVD (vapor phase growth) method. Formed CVD oxide films 53 are sequentially formed. This C
The VD oxide film 53 becomes a mask material when etching the substrate in a later step.

【0006】次いで、上記CVD酸化膜53上にレジス
トを塗布し、露光・現像を行ってレジストパターンを形
成し、このレジストパターンをマスクとして前記CVD
酸化膜53、シリコン窒化膜52、熱酸化膜51をエッ
チングすることにより、溝を形成すべき位置を開孔して
開孔部を形成する。
Next, a resist is applied on the CVD oxide film 53, and exposure and development are performed to form a resist pattern.
By etching the oxide film 53, the silicon nitride film 52, and the thermal oxide film 51, a position where a groove is to be formed is opened to form an opening.

【0007】次いで、上記レジストパターンを除去し、
CVD酸化膜53をマスクとして、RIE(反応性イオ
ンエッチング)を用いた異方性エッチングにより前記基
板50に溝54を形成する。次いで、上記溝54の中に
熱酸化により熱酸化膜55を形成した後、ボロンなどの
P型不純物のイオンを注入し、溝底部にチャネルストッ
パー用のP+ 拡散層56を形成する。
Next, the resist pattern is removed,
Using the CVD oxide film 53 as a mask, a groove 54 is formed in the substrate 50 by anisotropic etching using RIE (Reactive Ion Etching). Next, after a thermal oxide film 55 is formed in the trench 54 by thermal oxidation, ions of a P-type impurity such as boron are implanted to form a P + diffusion layer 56 for a channel stopper at the bottom of the trench.

【0008】次いで、基板上面に前記溝54の幅よりも
薄く(例えば150nm程度)ポリシリコンを堆積し、
上記ポリシリコンのうち溝54の側面のポリシリコン5
7を残すように異方性エッチングによりエッチバックす
る。
Next, polysilicon is deposited on the upper surface of the substrate so as to be thinner (for example, about 150 nm) than the width of the groove 54,
Of the polysilicon, the polysilicon 5 on the side of the groove 54
Etch back by anisotropic etching to leave 7.

【0009】次いで、弗化アンモンなどを用いたウェッ
トエッチングにより、前記熱酸化膜55の溝底部部分を
除去することにより、溝底面にチャネルストッパー用の
拡散層56の一部を露出させる。これにより、後の工程
で溝内部に堆積されるポリシリコンと上記P+ 拡散層5
6の露出部分とのコンタクトが可能になる。
Next, a portion of the diffusion layer 56 for a channel stopper is exposed on the bottom of the groove by removing the bottom of the groove of the thermal oxide film 55 by wet etching using ammonium fluoride or the like. As a result, the polysilicon deposited in the groove in the later step and the P + diffusion layer 5 are formed.
6 can be in contact with the exposed portion.

【0010】次に、図4(b)に示すように、前記溝5
4を埋めるように、基板上面にポリシリコン58を約2
μm堆積する。そして、上記溝内のポリシリコン58に
接地電位を与えたり、あるいは、上記溝内のポリシリコ
ン58を前記基板50の電極引き出しに用いる場合に
は、上記ポリシリコン58にボロンなどのP型不純物の
イオンを注入し、上記ポリシリコン58を導体化する。
Next, as shown in FIG.
4 is filled with polysilicon 58 on the upper surface of the substrate.
μm is deposited. When a ground potential is applied to the polysilicon 58 in the groove, or when the polysilicon 58 in the groove is used for extracting an electrode from the substrate 50, the polysilicon 58 may contain a P-type impurity such as boron. Ions are implanted to make the polysilicon 58 conductive.

【0011】次に、表面研磨法などにより、前記CVD
酸化膜53の表面が露出するまで上記ポリシリコン58
をエッチバックする。さらに、上記CVD酸化膜53を
弗化アンモンなどを用いてエッチング除去する。これに
より、溝54を埋めたポリシリコン58の上部が基板上
面より突出した状態になる。さらに、再び表面研磨法な
どにより、前記シリコン窒化膜52の表面が露出するま
で上記ポリシリコン58を除去することにより、前記溝
54を埋めたポリシリコン58の上面と前記シリコン窒
化膜52の表面とが平坦になる。
Next, the above-mentioned CVD is performed by a surface polishing method or the like.
The polysilicon 58 is exposed until the surface of the oxide film 53 is exposed.
To etch back. Further, the CVD oxide film 53 is removed by etching using ammonium fluoride or the like. As a result, the upper portion of the polysilicon 58 filling the groove 54 projects from the upper surface of the substrate. Further, the polysilicon 58 is removed again by surface polishing until the surface of the silicon nitride film 52 is exposed, so that the upper surface of the polysilicon 58 filling the trench 54 and the surface of the silicon nitride film 52 are removed. Becomes flat.

【0012】次に、基板上面にレジストを塗布し、露光
・現像を行ってレジストパターン59を形成し、このレ
ジストパターン59をマスクとして前記シリコン窒化膜
52をエッチングしてパターニングを行う。この際、隣
り合うシリコン窒化膜52相互間の間隔Sは、露光の解
像度で決まる最小寸法以下にすることはできない。
Next, a resist is applied to the upper surface of the substrate, exposed and developed to form a resist pattern 59, and the silicon nitride film 52 is etched and patterned using the resist pattern 59 as a mask. At this time, the distance S between the adjacent silicon nitride films 52 cannot be smaller than the minimum dimension determined by the exposure resolution.

【0013】次に、図4(c)に示すように、前記シリ
コン窒化膜52をマスクとして基板表面を約800nm
の厚さだけ熱酸化を行うことにより、基板上の所定位置
に素子分離用のフィールド酸化膜60を形成すると共に
溝上に素子分離用酸化膜61を形成する。この後、シリ
コン窒化膜52を除去する。
Next, as shown in FIG. 4C, using the silicon nitride film 52 as a mask,
By performing thermal oxidation only to the thickness of the substrate, a field oxide film 60 for element isolation is formed at a predetermined position on the substrate, and an oxide film 61 for element isolation is formed on the groove. After that, the silicon nitride film 52 is removed.

【0014】ところで、上記フィールド酸化膜60は、
CMOSトランジスタの分離領域領域として使用される
が、その形成時(フィールド酸化時)にバーズビークと
呼ばれる横方向の酸化が進むので、上記フィールド酸化
膜60の幅は前記露光の解像度で決まる最小寸法Sより
も広いものとなり、素子の微細化の妨げとなっていた。
By the way, the field oxide film 60 is
Although it is used as an isolation region of a CMOS transistor, a lateral oxidation called a bird's beak proceeds during its formation (at the time of field oxidation). Therefore, the width of the field oxide film 60 is smaller than the minimum dimension S determined by the exposure resolution. Has also become wide and hindered miniaturization of the element.

【0015】また、基板表面に段差部が存在する場合に
は、前記したようにシリコン窒化膜52の表面が露出す
るまでポリシリコン58を平坦化した際に、上記段差部
上のシリコン窒化膜52にダメージが入り、後の工程で
素子分離用酸化膜60、61を形成する時に異常な酸化
が生じ、製造歩留りが低下する。
If there is a step on the surface of the substrate, the polysilicon 58 is planarized until the surface of the silicon nitride film 52 is exposed as described above. , And abnormal oxidation occurs when the element isolation oxide films 60 and 61 are formed in a later step, thereby lowering the manufacturing yield.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体集積回路の製造方法は、フィールド酸化膜の幅が
露光の解像度で決まる最小寸法よりも広いものとなり、
素子の微細化の妨げとなるという問題があった。
As described above, according to the conventional method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, the width of the field oxide film is wider than the minimum dimension determined by the resolution of exposure.
There is a problem that it hinders miniaturization of the element.

【0017】また、従来の半導体集積回路の製造方法
は、基板表面に段差部が存在する場合には、素子分離用
酸化膜の形成時に異常な酸化が生じて製造歩留りが低下
するという問題があった。
Further, the conventional method of manufacturing a semiconductor integrated circuit has a problem that, when a stepped portion exists on the substrate surface, abnormal oxidation occurs at the time of formation of an oxide film for element isolation, and the manufacturing yield is reduced. Was.

【0018】本発明は、上記の問題点を解決すべくなさ
れたもので、素子分離領域を形成する際、露光の解像度
で決まる最小寸法よりさらに狭いフィールド酸化膜によ
る素子分離領域と溝型の深い素子分離領域とを同時に形
成することが可能になる半導体集積回路の製造方法を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems. In forming an element isolation region, an element isolation region formed by a field oxide film which is narrower than a minimum dimension determined by exposure resolution and a deep groove are formed. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit that can simultaneously form an element isolation region.

【0019】また、本発明は、基板表面に段差部が存在
する場合でも、素子分離用酸化膜の形成時に異常な酸化
が生じることを防止し、製造歩留りの向上を図ることが
可能になる半導体集積回路の製造方法を提供することを
目的とする。
Further, according to the present invention, even if there is a step on the substrate surface, it is possible to prevent abnormal oxidation from occurring at the time of forming the oxide film for element isolation and to improve the production yield. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an integrated circuit.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体集積回路
の製造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜、耐酸化性
の第2の絶縁膜、CVD法による第3の絶縁膜を順次形
成する工程と、上記各膜のうち溝を形成すべき位置を開
孔する工程と、前記第3の絶縁膜をエッチングマスクと
して異方性エッチングにより前記半導体基板に溝を形成
する工程と、上記溝の内部に埋め込むように第1の多結
晶半導体膜を基板上面に堆積し、前記第2の絶縁膜の表
面まで平坦化する工程と、基板上面に第2の多結晶半導
体膜を堆積する工程と、上記第2の多結晶半導体膜を
記溝上方及び上記基板の素子領域上に残すようにパター
ニングする工程と、上記第2の多結晶半導体膜を酸化し
て酸化膜を形成する工程と、上記第2の多結晶半導体膜
の酸化膜をマスクとして前記第2の絶縁膜をパターニン
グする工程と、この工程によりパターニングされた第2
の絶縁膜をマスクとして前記半導体基板の表面を酸化す
ることにより、基板上の所定位置に素子分離用のフィー
ルド酸化膜を形成すると共に前記溝上に素子分離用酸化
膜を形成する工程とを具備することを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit of the present invention, a first insulating film, an oxidation-resistant second insulating film, and a third insulating film formed by a CVD method are sequentially formed on a semiconductor substrate. Forming, forming a groove in the film at a position where a groove is to be formed, forming a groove in the semiconductor substrate by anisotropic etching using the third insulating film as an etching mask, Depositing a first polycrystalline semiconductor film on the upper surface of the substrate so as to be embedded in the groove, and planarizing the surface to the surface of the second insulating film; and depositing a second polycrystalline semiconductor film on the upper surface of the substrate When, on the second polycrystalline semiconductor film
A step of patterning so as to remain above the groove and on the element region of the substrate, a step of oxidizing the second polycrystalline semiconductor film to form an oxide film, and a step of oxidizing the second polycrystalline semiconductor film. Patterning the second insulating film using the oxide film of the semiconductor film as a mask, and forming the second insulating film patterned by this process.
Forming a field oxide film for device isolation at a predetermined position on the substrate by oxidizing the surface of the semiconductor substrate using the insulating film as a mask, and forming an oxide film for device isolation on the trench. It is characterized by the following.

【0021】また、本発明の半導体集積回路の製造方法
は、半導体基板上に第1の絶縁膜、耐酸化性の第2の絶
縁膜、第1の多結晶半導体膜、耐酸化性の第3の絶縁
膜、CVD法による第4の絶縁膜を順次形成する工程
と、上記各膜のうち溝を形成すべき位置を開孔する工程
と、前記第4の絶縁膜をエッチングマスクとして異方性
エッチングにより前記半導体基板に溝を形成する工程
と、上記溝の内部に埋め込むように第2の多結晶半導体
膜を基板上面に堆積し、上記第2の絶縁膜の表面まで平
坦化する工程と、上記第3の絶縁膜を除去し、前記多結
晶半導体膜の表面を露出させる工程と、上記第2の多結
晶半導体膜をパターニングする工程と、上記第2の多結
晶半導体膜を酸化して酸化膜を形成する工程と、上記第
2の多結晶半導体膜の酸化膜をマスクとして前記第2の
絶縁膜をパターニングする工程と、この工程によりパタ
ーニングされた第2の絶縁膜をマスクとして前記半導体
基板の表面を酸化することにより、基板上の所定位置に
素子分離用のフィールド酸化膜を形成すると共に前記溝
上に素子分離用酸化膜を形成する工程とを具備すること
を特徴とする。
Further, the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention comprises the steps of: forming a first insulating film, an oxidation-resistant second insulating film, a first polycrystalline semiconductor film, an oxidation-resistant third film on a semiconductor substrate; Sequentially forming a fourth insulating film by a CVD method, a step of opening a position in each of the above films where a groove is to be formed, and anisotropically using the fourth insulating film as an etching mask. Forming a groove in the semiconductor substrate by etching; and depositing a second polycrystalline semiconductor film on the upper surface of the substrate so as to be embedded in the groove, and planarizing the surface to the surface of the second insulating film; Removing the third insulating film, exposing the surface of the polycrystalline semiconductor film, patterning the second polycrystalline semiconductor film, and oxidizing the second polycrystalline semiconductor film Forming a film, and forming an acid on the second polycrystalline semiconductor film. Patterning the second insulating film by using the film as a mask, and oxidizing the surface of the semiconductor substrate by using the second insulating film patterned by this process as a mask, thereby forming a device isolation element at a predetermined position on the substrate. Forming a field oxide film and forming an oxide film for element isolation on the trench.

【0022】[0022]

【作用】素子分離領域を形成する際、露光の解像度で決
まる最小寸法よりさらに狭いフィールド酸化膜による素
子分離領域と溝型の深い素子分離領域とを同時に形成す
ることが可能になる。また、素子分離用酸化膜の形成時
に異常な酸化が生じることを防止し、製造歩留りの向上
を図ることが可能になる。
When forming an element isolation region, it is possible to simultaneously form an element isolation region of a field oxide film which is narrower than the minimum dimension determined by the resolution of exposure and a trench-shaped deep element isolation region. Further, it is possible to prevent abnormal oxidation from occurring at the time of forming the oxide film for element isolation, and to improve the production yield.

【0023】[0023]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0024】図1(a)乃至(d)および図2(a)乃
至(d)は、本発明の半導体集積回路の製造方法の第1
実施例に係る素子分離領域の形成方法の主要な工程での
半導体ウェハの断面構造を示している。
FIGS. 1A to 1D and FIGS. 2A to 2D show a first example of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
4 illustrates a cross-sectional structure of a semiconductor wafer in a main step of a method for forming an element isolation region according to an example.

【0025】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板(例えばシリコン基板10)上に第1の絶縁膜(例え
ば熱酸化膜11)、多結晶半導体膜(例えばポリシリコ
ン膜12)、耐酸化性の第2の絶縁膜(例えばシリコン
窒化膜13)、CVD法による第3の絶縁膜(例えばC
VD酸化膜14)を順次形成する。なお、上記熱酸化膜
上のポリシリコン膜12は省略してもよい。
First, as shown in FIG. 1A, a first insulating film (for example, a thermal oxide film 11), a polycrystalline semiconductor film (for example, a polysilicon film 12) on a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate 10), An oxidation-resistant second insulating film (for example, a silicon nitride film 13) and a third insulating film (for example, C
A VD oxide film 14) is sequentially formed. The polysilicon film 12 on the thermal oxide film may be omitted.

【0026】次に、上記CVD酸化膜14上にレジスト
膜を塗布し、露光、現像を行ってパターニングし、レジ
ストパターン25を形成する。そして、このレジストパ
ターン25をマスクとして前記CVD酸化膜14、シリ
コン窒化膜13、ポリシリコン膜12および熱酸化膜1
1をエッチングすることにより、溝を形成すべき位置を
開孔して開孔部15を形成する。
Next, a resist film is applied on the CVD oxide film 14, exposed, developed, and patterned to form a resist pattern 25. Then, using the resist pattern 25 as a mask, the CVD oxide film 14, the silicon nitride film 13, the polysilicon film 12, and the thermal oxide film 1 are formed.
By etching 1, a position where a groove is to be formed is opened to form an opening 15.

【0027】次に、図1(b)に示すように、前記レジ
ストパターン25を除去した後、前記CVD酸化膜14
をエッチングマスクとして、RIEを用いた異方性エッ
チングにより前記半導体基板10に溝16を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, after the resist pattern 25 is removed, the CVD oxide film 14 is removed.
Is used as an etching mask to form a groove 16 in the semiconductor substrate 10 by anisotropic etching using RIE.

【0028】次に、上記溝16部に素子分離に必要な絶
縁構造を形成する。この場合、溝の少なくとも内周面に
絶縁膜を形成すればよく、さらに、本例では、溝16内
にポリシリコンを埋め込み、上記ポリシリコンを基板1
0の電極引き出しに用いるために導体化するものとす
る。
Next, an insulating structure required for element isolation is formed in the groove 16. In this case, an insulating film may be formed on at least the inner peripheral surface of the groove. In this example, polysilicon is buried in the groove 16 and the polysilicon is
It is assumed that the conductive material is used in order to use the zero electrode lead.

【0029】そこで、まず、上記溝16の中に熱酸化に
より熱酸化膜17を形成した後、ボロンなどのP型不純
物のイオンを注入し、溝底部にチャネルストッパー用の
P+拡散層18を形成する。次いで、基板上面に前記溝
16の幅よりも薄く(例えば150nm程度)ポリシリ
コン膜を堆積する。次いで、図1(c)に示すように、
上記ポリシリコン膜のうち溝16の側面のポリシリコン
19を残すように異方性エッチングによりエッチバック
する。
Therefore, first, a thermal oxide film 17 is formed in the trench 16 by thermal oxidation, and then ions of a P-type impurity such as boron are implanted, and a P + diffusion layer 18 for a channel stopper is formed at the bottom of the trench. Form. Next, a polysilicon film is deposited on the upper surface of the substrate so as to be thinner (for example, about 150 nm) than the width of the groove 16. Then, as shown in FIG.
Etch-back is performed by anisotropic etching to leave the polysilicon 19 on the side surface of the groove 16 in the polysilicon film.

【0030】次に、弗化アンモンなどを用いたウェット
エッチングにより、前記熱酸化膜17の溝底部部分を除
去することにより、溝底面のチャネルストッパー用のP
+ 拡散層18の一部を露出させる。これにより、後の工
程で溝内部に堆積されるポリシリコンと上記P+ 拡散層
18の露出部分(基板)とのコンタクトが可能になる。
Next, by removing the bottom portion of the groove of the thermal oxide film 17 by wet etching using ammonium fluoride or the like, the P for the channel stopper on the bottom surface of the groove is removed.
+ A part of the diffusion layer 18 is exposed. This makes it possible to make contact between the polysilicon deposited in the trench in a later step and the exposed portion (substrate) of the P + diffusion layer 18.

【0031】次に、図1(d)に示すように、上記溝1
6の内部に埋め込むように第1の多結晶半導体膜(例え
ばポリシリコン膜20)を基板上面に約2μm堆積す
る。そして、上記ポリシリコン20にボロンなどのP型
不純物のイオンを注入し、上記ポリシリコン20を導体
化する。次に、図2(a)に示すように、上記ポリシリ
コン膜20の上面が前記シリコン窒化膜13の表面に一
致するように平坦化する。
Next, as shown in FIG.
6, a first polycrystalline semiconductor film (for example, a polysilicon film 20) is deposited on the upper surface of the substrate to a thickness of about 2 μm. Then, ions of a P-type impurity such as boron are implanted into the polysilicon 20 to convert the polysilicon 20 into a conductor. Next, as shown in FIG. 2A, the upper surface of the polysilicon film 20 is planarized so as to coincide with the surface of the silicon nitride film 13.

【0032】この際、まず、表面研磨法などにより、前
記CVD酸化膜14の表面が露呈するまでポリシリコン
膜20を除去する。さらに、上記CVD酸化膜14を弗
化アンモンなどを用いてエッチング除去する。この状態
では、溝16を埋めたポリシリコン20の上部が基板上
面より突出した状態になっている。さらに、再び表面研
磨法などにより、前記シリコン窒化膜13の表面が露出
するまで上記ポリシリコン膜20を除去することによ
り、前記溝16を埋めたポリシリコン20の上面と前記
シリコン窒化膜13の表面とが平坦になる。
At this time, first, the polysilicon film 20 is removed by a surface polishing method or the like until the surface of the CVD oxide film 14 is exposed. Further, the CVD oxide film 14 is removed by etching using ammonium fluoride or the like. In this state, the upper portion of the polysilicon 20 filling the groove 16 is in a state of protruding from the upper surface of the substrate. Further, the polysilicon film 20 is removed again by the surface polishing method until the surface of the silicon nitride film 13 is exposed, so that the upper surface of the polysilicon 20 filling the trench 16 and the surface of the silicon nitride film 13 are removed. Becomes flat.

【0033】次に、図2(b)に示すように、基板上面
に約300nmの厚さの第2の多結晶半導体膜(例えば
ポリシリコン膜21)を堆積する。そして、このポリシ
リコン膜21上にレジスト膜(図示せず)を塗布し、露
光、現像を行ってパターニングし、このレジストパター
ンをマスクとしてRIEを用いた異方性エッチングによ
り上記ポリシリコン膜21をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 2B, a second polycrystalline semiconductor film (for example, a polysilicon film 21) having a thickness of about 300 nm is deposited on the upper surface of the substrate. Then, a resist film (not shown) is applied on the polysilicon film 21, exposed and developed to be patterned, and the polysilicon film 21 is subjected to anisotropic etching using RIE using the resist pattern as a mask. Perform patterning.

【0034】次に、図2(c)に示すように、上記ポリ
シリコン膜21を酸化して約900nmの厚さの酸化膜
22を形成する。そして、上記酸化膜22をマスクとし
て前記シリコン窒化膜13をパターニングする。この場
合、前記ポリシリコン膜21が酸化膜22になる際にそ
の体積が増加するので、隣り合うシリコン窒化膜13の
相互間の間隔S´は露光の解像度で決まる最小寸法以下
にすることができる。
Next, as shown in FIG. 2C, the polysilicon film 21 is oxidized to form an oxide film 22 having a thickness of about 900 nm. Then, the silicon nitride film 13 is patterned using the oxide film 22 as a mask. In this case, since the volume of the polysilicon film 21 increases when the polysilicon film 21 becomes the oxide film 22, the interval S 'between the adjacent silicon nitride films 13 can be made smaller than the minimum dimension determined by the exposure resolution. .

【0035】次に、図2(d)に示すように、上記パタ
ーニングされたシリコン窒化膜13をマスクとして前記
半導体基板10の表面を通常の選択酸化法と同様に約8
00nmの厚さだけ熱酸化を行うことにより、基板上の
所定位置に素子分離用のフィールド酸化膜23を形成す
ると共に前記溝上に素子分離用酸化膜24を形成する。
この後、シリコン窒化膜13を除去する。
Next, as shown in FIG. 2D, using the patterned silicon nitride film 13 as a mask, the surface of the semiconductor
By performing thermal oxidation to a thickness of 00 nm, a field oxide film 23 for element isolation is formed at a predetermined position on the substrate, and an oxide film 24 for element isolation is formed on the trench.
After that, the silicon nitride film 13 is removed.

【0036】上記したような第1実施例に係る素子分離
領域の製造方法によれば、露光の解像度で決まる最小寸
法Sよりさらに狭いフィールド酸化膜23による素子分
離領域と溝型の深い素子分離領域24とを同時に形成す
ることができる。
According to the method of manufacturing the element isolation region according to the first embodiment as described above, the element isolation region formed by the field oxide film 23 which is narrower than the minimum dimension S determined by the exposure resolution and the trench-shaped deep element isolation region. 24 can be formed simultaneously.

【0037】図3(a)乃至(c)は、本発明の半導体
集積回路の製造方法の第2実施例に係る素子分離領域の
形成方法の主要な工程での半導体ウェハの断面構造を示
している。この工程は、図1(a)乃至(d)および図
2(a)乃至(d)を参照して前述した工程の一部を次
に述べるように変更したものである。
FIGS. 3A to 3C show cross-sectional structures of a semiconductor wafer in main steps of a method of forming an element isolation region according to a second embodiment of the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit of the present invention. I have. In this step, a part of the steps described above with reference to FIGS. 1A to 1D and FIGS. 2A to 2D is modified as described below.

【0038】図3(a)の工程は、図1(a)、(b)
および(c)の工程に準じて実施する。この際、半導体
基板(例えばシリコン基板30)上に第1の絶縁膜(例
えば熱酸化膜11)、ポリシリコン膜12(省略しても
よい。)、耐酸化性の第2の絶縁膜(例えば第1のシリ
コン窒化膜13)、第1の多結晶半導体膜(例えば第1
のポリシリコン膜31)、耐酸化性の第3の絶縁膜(例
えば第2のシリコン窒化膜32)、CVD法による第4
の絶縁膜(例えばCVD酸化膜14)を順次形成するよ
うに変更する。そして、レジストパターンをマスクとし
て前記CVD酸化膜14、第2のシリコン窒化膜32、
第1のポリシリコン膜31、第1のシリコン窒化膜1
3、ポリシリコン膜12および熱酸化膜11をエッチン
グすることにより、溝16を形成すべき位置を開孔して
開孔部を形成するように変更する。次に、図3(b)の
工程は、図1(d)および図2(a)、(b)の工程に
準じて実施する。
The step shown in FIG. 3A is performed by the steps shown in FIGS.
And (c). At this time, a first insulating film (for example, a thermal oxide film 11), a polysilicon film 12 (may be omitted), and an oxidation-resistant second insulating film (for example, on a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate 30)). A first silicon nitride film 13), a first polycrystalline semiconductor film (for example, a first
Polysilicon film 31), an oxidation-resistant third insulating film (for example, a second silicon nitride film 32), and a fourth
Is changed so that the insulating film (for example, the CVD oxide film 14) is sequentially formed. Then, using the resist pattern as a mask, the CVD oxide film 14, the second silicon nitride film 32,
First polysilicon film 31, first silicon nitride film 1
3. By etching the polysilicon film 12 and the thermal oxide film 11, the position where the groove 16 is to be formed is changed to form an opening. Next, the step of FIG. 3B is performed according to the steps of FIG. 1D and FIGS. 2A and 2B.

【0039】この際、溝16を埋めるように第2のポリ
シリコン膜33を基板上面に堆積した後、この第2のポ
リシリコン膜33の上面が前記第2のシリコン窒化膜3
2の表面に一致するように平坦化する。即ち、まず、前
記CVD酸化膜14の表面が露呈するまで第2のポリシ
リコン膜33を除去する。さらに、上記CVD酸化膜1
4を除去する。次に、前記第2のシリコン窒化膜32の
表面が露出するまで上記第2のポリシリコン膜33を除
去する。これにより、溝16を埋めた第2のポリシリコ
ン33の上面と第2のシリコン窒化膜32の表面とが平
坦になる。
At this time, after a second polysilicon film 33 is deposited on the upper surface of the substrate so as to fill the groove 16, the upper surface of the second polysilicon film 33 is covered with the second silicon nitride film 3.
The surface is flattened so as to coincide with the surface of No. 2. That is, first, the second polysilicon film 33 is removed until the surface of the CVD oxide film 14 is exposed. Further, the CVD oxide film 1
4 is removed. Next, the second polysilicon film 33 is removed until the surface of the second silicon nitride film 32 is exposed. As a result, the upper surface of the second polysilicon 33 filling the trench 16 and the surface of the second silicon nitride film 32 become flat.

【0040】さらに、上記第2のシリコン窒化膜32を
除去し、前記第1のポリシリコン膜31の表面を露出さ
せる。そして、上記第1のポリシリコン膜31をパター
ニングする。
Further, the second silicon nitride film 32 is removed to expose the surface of the first polysilicon film 31. Then, the first polysilicon film 31 is patterned.

【0041】次に、図3(c)の工程は、図2(c)お
よび(d)の工程に準じて実施する。この際、上記第1
のポリシリコン膜31を酸化して酸化膜22を形成し、
上記酸化膜22をマスクとして前記第1のシリコン窒化
膜13をパターニングする。
Next, the step of FIG. 3 (c) is performed according to the steps of FIGS. 2 (c) and 2 (d). At this time, the first
The polysilicon film 31 is oxidized to form an oxide film 22,
Using the oxide film 22 as a mask, the first silicon nitride film 13 is patterned.

【0042】上記第2実施例に係る素子分離領域の製造
方法によれば、第1実施例と同様に、露光の解像度で決
まる最小寸法Sよりさらに狭いフィールド酸化膜による
素子分離領域と溝型の深い素子分離領域とを同時に形成
することができる。
According to the method of manufacturing the element isolation region according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the element isolation region formed by the field oxide film, which is narrower than the minimum dimension S determined by the exposure resolution, and the groove type. A deep isolation region can be formed at the same time.

【0043】しかも、図3(a)中に示すように、基板
表面に段差部Aが存在する場合でも、第2のポリシリコ
ン膜33を平坦化する際に、その下層に第2のシリコン
窒化膜32および第1のポリシリコン膜31が存在する
ので、その下層の第1のシリコン窒化膜13にダメージ
が生じない。従って、後の工程で素子分離用酸化膜を形
成する時に異常な酸化が生じることなく、製造歩留りが
向上するという利点がある。
Further, as shown in FIG. 3A, even when the step A is present on the substrate surface, when the second polysilicon film 33 is planarized, the second silicon nitride Since the film 32 and the first polysilicon film 31 exist, no damage occurs to the underlying first silicon nitride film 13. Therefore, there is an advantage that abnormal production does not occur when an oxide film for element isolation is formed in a later step, and the production yield is improved.

【0044】[0044]

【発明の効果】上述したように本発明の半導体集積回路
の製造方法によれば、素子分離領域を形成する際、露光
の解像度で決まる最小寸法よりさらに狭いフィールド酸
化膜による素子分離領域と溝型の深い素子分離領域とを
同時に形成することができる。また、基板表面に段差部
が存在する場合でも、素子分離用酸化膜の形成時に異常
な酸化が生じることを防止し、製造歩留りの向上を図る
ことができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit of the present invention, when forming an element isolation region, the element isolation region formed by a field oxide film that is narrower than the minimum dimension determined by the exposure resolution and the trench shape are formed. And an element isolation region having a large depth can be formed at the same time. Further, even when a stepped portion exists on the substrate surface, abnormal oxidation is prevented from occurring at the time of forming the oxide film for element isolation, and the production yield can be improved.

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

【図1】本発明の半導体集積回路の製造方法の第1実施
例に係る素子分離領域の形成方法の工程における半導体
ウェハの断面構造を示す図。
FIG. 1 is a view showing a cross-sectional structure of a semiconductor wafer in a step of a method of forming an element isolation region according to a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit of the present invention.

【図2】図1の工程に続く工程における半導体ウェハの
断面構造を示す図。
FIG. 2 is a view showing a cross-sectional structure of the semiconductor wafer in a step following the step of FIG. 1;

【図3】本発明の半導体集積回路の製造方法の第2実施
例に係る素子分離領域の形成方法の工程における半導体
ウェハの断面構造を示す図。
FIG. 3 is a view showing a cross-sectional structure of a semiconductor wafer in a step of a method of forming an element isolation region according to a second embodiment of the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit of the present invention.

【図4】従来の半導体集積回路の素子分離領域の形成方
法の主要な工程における半導体ウェハの断面構造を示す
断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a semiconductor wafer in a main step of a conventional method for forming an element isolation region of a semiconductor integrated circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、30…シリコン基板、11…第1の絶縁膜(熱酸
化膜)、13、32…耐酸化性の絶縁膜(シリコン窒化
膜)、14…CVD酸化膜、15…開孔部、16…溝、
17…熱酸化膜、18…チャネルストッパー用の拡散
層、19…溝側面のポリシリコン、20…第1のポリシ
リコン、21…第2のポリシリコン膜、22…酸化膜、
23…フィールド酸化膜、24…溝上の素子分離用酸化
膜、31…第1のポリシリコン膜、33…第2のポリシ
リコン。
Reference numerals 10, 30: silicon substrate, 11: first insulating film (thermal oxide film), 13, 32: oxidation-resistant insulating film (silicon nitride film), 14: CVD oxide film, 15: opening, 16 ... groove,
17: thermal oxide film, 18: diffusion layer for channel stopper, 19: polysilicon on groove side face, 20: first polysilicon, 21: second polysilicon film, 22: oxide film,
Reference numeral 23 denotes a field oxide film, 24 denotes an oxide film for element isolation on a groove, 31 denotes a first polysilicon film, and 33 denotes a second polysilicon.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−188648(JP,A) 特開 平2−54560(JP,A) 特開 昭63−25947(JP,A) 特開 平3−177045(JP,A) 特開 昭61−107736(JP,A) 特開 昭60−54453(JP,A) 特開 昭60−10748(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/76 H01L 21/316 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-188648 (JP, A) JP-A-2-54560 (JP, A) JP-A-63-25947 (JP, A) 177045 (JP, A) JP-A-61-107736 (JP, A) JP-A-60-54453 (JP, A) JP-A-60-10748 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) H01L 21/76 H01L 21/316

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に第1の絶縁膜、耐酸化性
の第2の絶縁膜、CVD法による第3の絶縁膜を順次形
成する工程と、 上記各膜のうち溝を形成すべき位置を開孔する工程と、 前記第3の絶縁膜をエッチングマスクとして異方性エッ
チングにより前記半導体基板に溝を形成する工程と、 上記溝の内部に埋め込むように第1の多結晶半導体膜を
基板上面に堆積し、前記第2の絶縁膜の表面まで平坦化
する工程と、 基板上面に第2の多結晶半導体膜を堆積する工程と、 上記第2の多結晶半導体膜を上記溝上方及び上記基板の
素子領域上に残すようにパターニングする工程と、 上記第2の多結晶半導体膜を酸化して酸化膜を形成する
工程と、 上記第2の多結晶半導体膜の酸化膜をマスクとして前記
第2の絶縁膜をパターニングする工程と、 この工程によりパターニングされた第2の絶縁膜をマス
クとして前記半導体基板の表面を酸化することにより、
基板上の所定位置に素子分離用のフィールド酸化膜を形
成すると共に前記溝上に素子分離用酸化膜を形成する工
程とを具備することを特徴とする半導体集積回路の製造
方法。
A step of sequentially forming a first insulating film, an oxidation-resistant second insulating film, and a third insulating film by a CVD method on a semiconductor substrate; and forming a groove among the films. Opening a position; forming a groove in the semiconductor substrate by anisotropic etching using the third insulating film as an etching mask; and forming a first polycrystalline semiconductor film so as to be embedded in the groove. deposited on the upper surface of the substrate, planarizing to the surface of the second insulating film, depositing a second polycrystalline semiconductor film on the substrate top surface, said second polycrystalline semiconductor film above the groove upper and Of the above substrate
Patterning so as to remain on the element region; oxidizing the second polycrystalline semiconductor film to form an oxide film; and using the oxide film of the second polycrystalline semiconductor film as a mask to form the second polycrystalline semiconductor film. Patterning the insulating film, and oxidizing the surface of the semiconductor substrate using the second insulating film patterned in this step as a mask,
Forming a field oxide film for device isolation at a predetermined position on the substrate and forming an oxide film for device isolation on the trench.
【請求項2】 半導体基板上に第1の絶縁膜、耐酸化性
の第2の絶縁膜、第1の多結晶半導体膜、耐酸化性の第
3の絶縁膜、CVD法による第4の絶縁膜を順次形成す
る工程と、 上記各膜のうち溝を形成すべき位置を開孔する工程と、 前記第4の絶縁膜をエッチングマスクとして異方性エッ
チングにより前記半導体基板に溝を形成する工程と、 上記溝の内部に埋め込むように第2の多結晶半導体膜を
基板上面に堆積し、前記第3の絶縁膜の表面まで平坦化
する工程と、 上記第3の絶縁膜を除去し、前記第1の多結晶半導体膜
の表面を露出させる工程と、 上記第1の多結晶半導体膜をパターニングする工程と、 上記第1の多結晶半導体膜を酸化して酸化膜を形成する
工程と、 上記第1の多結晶半導体膜の酸化膜をマスクとして前記
第2の絶縁膜をパターニングする工程と、 この工程によりパターニングされた第2の絶縁膜をマス
クとして前記半導体基板の表面を酸化することにより、
基板上の所定位置に素子分離用のフィールド酸化膜を形
成すると共に前記溝上に素子分離用酸化膜を形成する工
程とを具備することを特徴とする半導体集積回路の製造
方法。
2. A first insulating film, an oxidation-resistant second insulating film, a first polycrystalline semiconductor film, an oxidation-resistant third insulating film, and a fourth insulating film formed by a CVD method on a semiconductor substrate. A step of sequentially forming a film; a step of forming a hole in each of the films where a groove is to be formed; and a step of forming a groove in the semiconductor substrate by anisotropic etching using the fourth insulating film as an etching mask. Depositing a second polycrystalline semiconductor film on the upper surface of the substrate so as to be embedded in the trench, and planarizing the surface to the surface of the third insulating film; removing the third insulating film; Exposing a surface of the first polycrystalline semiconductor film; patterning the first polycrystalline semiconductor film; oxidizing the first polycrystalline semiconductor film to form an oxide film; The second insulating layer is formed using the oxide film of the first polycrystalline semiconductor film as a mask. A step of patterning the film, by oxidizing the surface of the semiconductor substrate and the second insulating film patterned by the process as a mask,
Forming a field oxide film for device isolation at a predetermined position on the substrate and forming an oxide film for device isolation on the trench.
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