JP2000294625A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000294625A
JP2000294625A JP11096281A JP9628199A JP2000294625A JP 2000294625 A JP2000294625 A JP 2000294625A JP 11096281 A JP11096281 A JP 11096281A JP 9628199 A JP9628199 A JP 9628199A JP 2000294625 A JP2000294625 A JP 2000294625A
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semiconductor device
film
substrate
active region
groove
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JP11096281A
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English (en)
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Tetsuo Gocho
哲雄 牛膓
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板に素子分離用の溝を形成した後に
熱処理を行うようにしても、半導体基板に結晶欠陥が発
生するのを抑制することができ、高い信頼性を得ること
ができる半導体装置を提供する。 【解決手段】 STI法により素子分離のなされたSi
基板1を用いた半導体装置において、活性領域4が互い
に90度以下の角度で交差する部分を有する場合に、交
差部分の近傍における活性領域4を90度より大きい角
度で屈曲させる。また、活性領域4のうちの交差部分を
除去し、この除去部の両端の活性領域4を上層配線6に
より相互に接続してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、特に、半導体基板における素子分離をトレンチ素子
分離法により行った高集積度の半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン(Si)基板の素子分離技術と
しては、従来より、Si基板上に選択的に耐酸化マスク
を形成し、その後、熱酸化を行うことにより選択的に素
子分離領域を形成するようにしたLOCOS(Local Oxi
dation of Silicon)法が知られている。
【0003】しかしながら、このLOCOS法では、S
i基板を熱酸化する際に横方向にも酸化反応が広がり、
いわゆるバーズビークと呼ばれるフィールド絶縁膜の横
方向への成長分が存在するため、半導体装置の微細化、
高集積化が進むにつれ活性領域の確保が難しくなってき
ている。
【0004】そこで、この問題に対応する新たな素子分
離技術として、トレンチ素子分離(Shallow Trench Iso
lation,以下、STIと言う)法が注目されている。S
TI法は、図10〜図11に示すように、Si基板10
1の素子分離を行いたい領域に溝102を形成し、その
溝102の内部に二酸化シリコン(SiO2 )などの絶
縁膜を埋め込むことでフィールド絶縁膜103を形成
し、これによって素子分離領域を形成する技術である。
【0005】このSTI法によるSi基板の素子分離方
法について具体的に説明する。まず、図10Aに示すよ
うに、熱酸化法により、Si基板101の一主面にSi
2からなるパッド酸化膜111を形成する。次に、減
圧化学気相成長(LPCVD)法により、パッド酸化膜
111上に窒化シリコン(Si3 4 )膜112を形成
する。
【0006】次に、図10Bに示すように、リソグラフ
ィ法により、Si3 4 膜112上に、素子分離領域に
対応する部分に開口部を有するレジストパターン113
を形成した後、このレジストパターン113をマスクと
して、ドライエッチング法によりSi3 4 膜112お
よびパッド酸化膜111をエッチングする。これによ
り、素子分離領域に対応する部分におけるSi3 4
112およびパッド酸化膜111に開口部112aが形
成される。その後、エッチングマスクとして用いたレジ
ストパターン113を除去する。
【0007】次に、図10Cに示すように、Si3 4
膜112およびパッド酸化膜111をマスクとして、ド
ライエッチング法によりSi基板101を所定の深さエ
ッチングする。これにより、Si基板101の素子分離
領域に対応する部分に溝102が形成される。
【0008】次に、熱酸化法により、溝102の内壁に
SiO2 膜(熱酸化膜)を形成する。この熱酸化膜の形
成により溝102のコーナー部(トレンチコーナー)が
丸まり、この部分への電界集中を緩和することができ
る。次に、図11Aに示すように、高密度プラズマCV
D法により、溝102および開口部112aを埋めるよ
うにして、全面にSiO2 膜114を形成する。次に、
SiO2 膜114を酸素を含む雰囲気中または窒素を含
む雰囲気中で所定の条件で熱処理することにより、この
SiO2 膜114を緻密化する。次に、図11Bに示す
ように、溝102および開口部112aの内部のみにS
iO2 膜114を残すように、Si3 4膜112上に
存在するSiO2 膜114を化学機械研磨(CMP)法
により研磨、除去する。
【0009】次に、ホットリン酸を用いたウエットエッ
チング法によりSi3 4 膜112を除去する。次に、
フッ酸を用いたウエットエッチング法によりパッド酸化
膜111を除去する。これにより、図11Cに示すよう
に、溝102の内部にSiO2 からなるフィールド絶縁
膜103が埋め込まれた構造の素子分離領域が形成され
る。符号104は、フィールド絶縁膜103によって囲
まれた活性領域を示す。
【0010】上述したSTI法によれば、Si基板10
1に形成された溝102の内部にSiO2 膜114を埋
め込むことによってフィールド絶縁膜103を形成する
ようにしているため、LOCOS法のようにフィールド
絶縁膜にバーズビークが発生することがなく、また、溝
102の内部を埋めるようにSiO2 膜114を堆積し
た後、CMP法により表面を平坦化するようにしている
ため、高精度リソグラフィに必要な表面平坦性を確保す
ることができるという利点が得られる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の知見によれば、上述のSTI法によりSi基板10
1の素子分離を行うようにした場合、溝102の内壁に
熱酸化法によりSiO2膜を形成する際に、Si基板1
01に局所的に結晶欠陥が発生することが確認されてい
る。この結晶欠陥は、SiO2 膜が粘性流動性を持たな
い約900℃以下の温度で酸化を行った場合に発生し易
く、かつ、そのSiO2 膜の厚さが厚いほど発生し易
い。また、溝102にSiO2 膜114を埋め込んだ後
に熱処理を施した場合も同様にSi基板101に局所的
に結晶欠陥が発生し、特に、この熱処理を酸化性ガス雰
囲気中で行った場合に発生し易い。Si基板101にこ
のような結晶欠陥が存在すると、その欠陥部分に金属汚
染物が集まりリーク電流の増大をもたらし、出来上がっ
た半導体装置の信頼性低下を引き起こすという問題が生
じる。このため、溝102の内壁に熱酸化膜を形成する
ことによる利点が損なわれてしまう。
【0012】この問題について図面を参照して具体的に
説明する。すなわち、図12は、STI法によりSi基
板の素子分離が行われた従来の半導体装置の平面図であ
る。ここで、図12Aは、活性領域104を直角に屈曲
させた活性領域の屈曲部(直角屈曲部)の近傍を示し、
図12Bおよび図12Cは、それぞれ活性領域104を
直角に交差させた活性領域の交差点(直角交差点)の近
傍を示す。本発明者の知見によれば、上述の結晶欠陥
は、Si基板101のうち、図12A〜図12Cに示す
ような活性領域の直角屈曲部や直角交差点の近傍に特に
発生しやすいことが確認されている。これは、これらの
図12A〜図12Cに示す部分は、いずれも、活性領域
104が互いに90°の角度で交差する部分であり、そ
の交差部分の周囲のトレンチコーナーの角度が90°と
なっているため、熱処理時に、その部分にストレスが集
中するため、結晶欠陥が発生しやすくなっていると考え
られる。
【0013】上述の結晶欠陥は、溝102の内壁に熱酸
化膜を形成するための熱酸化工程や、埋め込み材料とな
るSiO2 膜114形成後の熱処理工程に限らず、Si
基板101に溝102を形成した後に熱処理を行った場
合に同様に発生しうる問題である。本発明者の知見によ
れば、Si基板101に導入された不純物を活性化する
ために行われる熱処理工程の際にも、Si基板101に
同様な結晶欠陥が発生することが確認されている。
【0014】したがって、この発明の目的は、半導体基
板に素子分離用の溝を形成した後に熱処理を行うように
しても、半導体基板に結晶欠陥が発生するのを抑制する
ことができ、高い信頼性を得ることができる半導体装置
を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第1の発明は、一主面に素子分離用の溝
が設けられ、溝の内部に絶縁膜が埋め込まれた構造の素
子分離領域を有すると共に、素子分離領域によって囲ま
れた部分に活性領域を有する半導体基板を用いた半導体
装置において、活性領域が互いに90度以下の角度で交
差する部分を有する場合に、交差する部分の近傍におけ
る活性領域を90度より大きい角度で屈曲させたことを
特徴とするものである。
【0016】この発明の第1の発明においては、半導体
基板に結晶欠陥が発生するのをより効果的に抑制する観
点から、活性領域が互いに90度以下の角度で交差する
部分を有する場合に、交差する部分の近傍における活性
領域を好適には100度以上の角度で屈曲させ、より好
適には135度以上の角度で屈曲させる。
【0017】この発明の第2の発明は、一主面に素子分
離用の溝が設けられ、溝の内部に絶縁膜が埋め込まれた
構造の素子分離領域を有すると共に、素子分離領域によ
って囲まれた部分に活性領域を有する半導体基板を用い
た半導体装置において、活性領域が互いに90度以下の
角度で交差する部分を有する場合に、活性領域のうちの
交差する部分を除去し、この除去部の両端の活性領域を
配線により相互に接続したことを特徴とするものであ
る。
【0018】この発明の第2の発明においては、活性領
域を相互に接続する配線は、典型的には、半導体基板上
に層間絶縁膜を介して設けられる。なお、層間絶縁膜上
に上層配線が設けられる場合は、活性領域を相互に接続
する配線をその上層配線と同一層の材料により構成する
ことが好ましい。
【0019】この発明において、半導体基板としては、
典型的にはシリコン基板が用いられる。この場合、シリ
コン基板は、シリコン基板そのものであってもよく、あ
るいは、シリコン基板などの基板上に例えばエピタキシ
ャル成長によるシリコン膜が設けられたものであっても
よい。この発明において、半導体基板としてシリコン基
板を用いる場合、溝の内部に埋め込む絶縁膜の材料とし
ては、典型的には酸化シリコンが用いられる。また、こ
の発明において、半導体基板としてシリコン基板を用い
る場合、素子分離用の溝は、典型的には、シリコン基板
上に酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を順次形成
し、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を所定形状に
パターニングした後、窒化シリコン膜および酸化シリコ
ン膜をマスクとしてシリコン基板をエッチングすること
により形成される。
【0020】この発明において、半導体装置は、典型的
には、半導体基板に溝を形成した後、熱処理工程を経て
製造される。このような熱処理工程としては、例えば、
半導体基板を熱酸化することにより溝の内壁に酸化膜を
形成するために行われる熱処理工程、半導体基板上に溝
の内部を埋めるように絶縁膜を形成した後、絶縁膜を緻
密化するために行われる熱処理工程、半導体基板に導入
された不純物を活性化するために行われる熱処理工程な
どがある。
【0021】なお、この発明の第1の発明および第2の
発明は、適宜、組み合わせて用いることが可能である。
【0022】上述のように構成されたこの発明の第1の
発明によれば、活性領域が互いに90度以下の角度で交
差する部分を有する場合に、その交差部分の近傍におけ
る活性領域を90度より大きい角度で屈曲させ、その交
差部分の周囲の溝のコーナー部を切除していることによ
り、溝形成後の熱処理時に、活性領域の交差部分の近傍
に加わるストレスを従来に比べて緩和することができ
る。そのため、半導体基板に溝を形成した後に熱処理を
行うようにしても、その熱処理によって半導体基板中に
結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。
【0023】上述のように構成されたこの発明の第2の
発明によれば、活性領域が互いに90度以下の角度で交
差する部分を有する場合に、活性領域のうちのその交差
部分を除去し、この除去部の両端の活性領域を配線によ
って相互に接続し、活性領域が互いに90度以下の角度
で交差する部分を半導体基板から取り除くようにしてい
ることにより、半導体基板に溝を形成した後に熱処理を
行うようにしても、その熱処理によって半導体基板中に
結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【0025】まず、この発明の第1の実施形態について
説明する。図1は、この発明の第1の実施形態による半
導体装置の平面図である。
【0026】図1に示すように、この第1の実施形態に
よる半導体装置おいては、Si基板1の素子分離領域に
対応する部分に設けられた素子分離用の溝2の内部に、
例えばSiO2 からなるフィールド絶縁膜3が埋め込ま
れ、これによって素子分離が行われている。符号4は、
フィールド絶縁膜3によって囲まれた活性領域を示す。
ここで、この第1の実施形態による半導体装置において
は、活性領域4が互いに90°以下の角度で交差する部
分を有する場合に、その交差部分の近傍における活性領
域4を90°より大きい角度で屈曲させているの特徴的
である。
【0027】例えば、図1Aは、この第1の実施形態に
よる半導体装置のうち、従来の半導体装置の図12Aに
示す部分、すなわち、活性領域104を90°屈曲させ
た活性領域の直角屈曲部に相当する部分の近傍を示す。
図1A中、縦方向に延在する活性領域4aと横方向に延
在する活性領域4bとは互いに垂直な方向に延在し、活
性領域4a,4bの幅は例えば0.数μm〜数μm程度
である。
【0028】図1Aに示すように、この第1の実施形態
による半導体装置のうち、L字形状の活性領域の直角屈
曲部に相当する部分においては、縦方向に延在する活性
領域4aの延長線と横方向に延在する活性領域4bの延
長線とが交差する部分の近傍で、活性領域4を90°よ
り大きい角度で、好適には100°以上の角度で、より
好適には135°以上の角度で2段階に渡って屈曲させ
ることにより、縦方向に延在する活性領域4aと横方向
に延在する活性領域4bとが繋げられている。図1Aに
示す例では、活性領域4をほぼ等角度で2段階に渡って
屈曲させている。この場合、各屈曲部における活性領域
4の屈曲角度は135°である。この第1の実施形態に
よる半導体装置と従来の半導体装置とを比較すると、図
12Aに示すように活性領域104を90°屈曲させた
従来の半導体装置では、屈曲部の周囲の溝102のコー
ナー部および活性領域104のコーナー部がそれぞれ直
角になっているのに対して、図1Aに示すように活性領
域4を90°より大きい角度で2段階に渡って屈曲させ
たこの第1の実施形態による半導体装置では、屈曲部の
周囲の溝2のコーナー部および活性領域4のコーナー部
がテーパー状に切除(面取り)された構造となってい
る。
【0029】また、図1Bおよび図1Cは、この第1の
実施形態による半導体装置のうち、従来の半導体装置の
図12Bおよび図12Cに示す部分、すなわち、活性領
域104を互いに90°の角度で交差させた活性領域の
直角交差点に相当する部分の近傍を示す。図1Bおよび
図1C中、縦方向に延在する活性領域4aと横方向に延
在する活性領域4bとは互いに垂直な方向に延在し、活
性領域4a,4bの幅は例えば0.数μm〜数μm程度
である。
【0030】図1Bおよび図1Cに示すように、この第
1の実施形態による半導体装置のうち、十字形状および
T字形状の活性領域の直角交差点に相当する部分におい
ては、縦方向に延在する活性領域4aと横方向に延在す
る活性領域4bとが交差する部分の近傍で、活性領域4
のエッジを90°より大きい角度で、好適には100°
以上の角度で、より好適には135°以上の角度で2段
階に渡って屈曲させている。図1Bおよび図1Cに示す
例では、活性領域4のエッジをほぼ等角度で2段階に渡
って屈曲させている。この場合、各屈曲部における活性
領域4のエッジの屈曲角度は135°である。また、図
1Bおよび図1Cに示す例では、活性領域4のエッジを
屈曲させる際に、両側のエッジを、活性領域4a,4b
の中心線に対してほぼ対称に屈曲させている。この第1
の実施形態による半導体装置と従来の半導体装置とを比
較すると、図12Bおよび図12Cに示すように活性領
域104のエッジを90°屈曲させた従来の半導体装置
では、交差点の周囲の溝102のコーナー部が直角にな
っているのに対して、図1Bおよび図1Cに示すように
活性領域4を90°より大きい角度で2段階に渡って屈
曲させたこの第1の実施形態による半導体装置では、交
差点の周囲の溝2のコーナー部がテーパー状に切除(面
取り)された構造となっている。
【0031】ここで、図1A〜図1Cに示す例では、活
性領域4aと活性領域4bとが交差する部分の近傍で、
活性領域4またはそのエッジをほぼ等角度で屈曲させて
いるが、これは、活性領域4またはそのエッジは異なる
角度で屈曲させてもよい。また、図1A〜図1Cに示す
例では、活性領域4aと活性領域4bとが交差する部分
の近傍で、活性領域4またはそのエッジをほぼ2段階に
渡って屈曲させているが、これは、活性領域4またはそ
のエッジを3段階以上に渡って屈曲させてもよい。この
際、活性領域4またはそのエッジの屈曲の段数を多くす
ることにより、屈曲部および交差点の周囲の溝2のコー
ナー部にアールをつけるようにしてもよい。また、図1
Bおよび図1Cに示す例では、活性領域4のエッジを屈
曲させる際に、両側のエッジを、活性領域4の中心線に
対してほぼ対称に屈曲させているが、これは、必ずしも
対称とする必要はない。
【0032】また、図示は省略するが、この第1の実施
形態による半導体装置のうち、従来の半導体装置におい
て活性領域104が互いに90°より小さい角度で交差
する部分に相当する部分も、上述の図1A〜図1Cに示
すと同様に、その交差部分の近傍における活性領域4を
90°より大きい角度で屈曲させている。
【0033】次に、図1および図2を参照して、この第
1の実施形態による半導体装置の詳細な構造について説
明する。なお、図2は、この第1の実施形態による半導
体装置の構造を説明するための断面図である。
【0034】図1および図2に示すように、この第1の
実施形態による半導体装置おいては、Si基板1の一主
面に素子分離用の溝2が設けられている。溝2の一方向
における幅は、狭いもので例えば0.25μm程度、広
いもので例えば数μm程度であり、溝2の深さは例えば
400nm程度である。図示は省略するが、溝2の内壁
はSiO2 膜(熱酸化膜)によって覆われている。溝2
の内部に埋め込まれたフィールド絶縁膜3は、例えば熱
処理によって緻密化されている。フィールド絶縁膜3に
よって囲まれた活性領域4の一方向における幅は、狭い
もので例えば0.数μm程度、広いもので例えば数μm
程度である。
【0035】図示は省略するが、Si基板1のうち、例
えば、MOSFET形成領域においては、活性領域4中
にpウェルが設けられ、この活性領域4上にSiO2
らなるゲート絶縁膜を介して例えば多結晶Siからなる
ゲート電極(下層配線)が設けられている。ゲート電極
の側面には、例えばSiO2 からなるサイドウォールス
ペーサが設けられている。この活性領域4中には、ゲー
ト電極に対して自己整合的にn+ 型の拡散層からなるソ
ース領域およびドレイン領域が設けられている。ソース
領域およびドレイン領域は、それぞれサイドウォールス
ペーサの下側の部分にn- 型の低不純物濃度部を有す
る。ゲート絶縁膜、ゲート電極、n+ 型のソース領域お
よびn+ 型のドレイン領域によりLDD構造のnチャネ
ルMOSFETが構成されている。Si基板1には、こ
のようなMOSFETの他、キャパシタなどの各種の素
子が設けられている。なお、Si基板1(活性領域4)
中に導入された不純物は、熱処理によって活性化されて
いる。
【0036】Si基板1上には、その表面に設けられた
MOSFETなどの素子を覆うように、例えばSiO2
からなる層間絶縁膜5が設けられている。図示は省略す
るが、層間絶縁膜5の所定部分には、Si基板1に設け
られた拡散層や下層配線に達する接続孔が設けられてい
る。この接続孔の内部には、例えばTiN/Ti膜を密
着層(下地バリアメタル)として例えばWプラグが埋め
込まれている。層間絶縁膜5上には、例えばAlまたは
Al合金からなる上層配線6が設けられている。この上
層配線6は、図1および図2では図示されない領域にお
いて、絶縁膜5の接続孔を介してSi基板1に設けられ
た拡散層や下層配線などと接続されている。なお、上層
配線6は溝配線としてもよい。また、層間絶縁膜5に設
けられた接続孔の内部を、Wプラグに代えて上層配線6
で埋め込んでもよい。また、上層配線6の材料として
は、AlまたはAl合金に代えてCuまたはCu合金を
用いてもよい。
【0037】次に、この第1の実施形態による半導体装
置の製造方法について説明する。図3〜図6は、この第
1の実施形態による半導体装置の製造方法を説明するた
めの断面図である。
【0038】この第1の実施形態による半導体装置を製
造するためには、まず、STI法によりSi基板1の素
子分離を行う。具体的には、図3Aに示すように、例え
ば熱酸化法により、Si基板1の一主面にSiO2 から
なるパッド酸化膜11を形成する。次に、例えば減圧化
学気相成長(LPCVD)法により、パッド酸化膜11
上にSi3 4 膜12を形成する。このLPCVD法に
よるSi3 4 膜12の形成条件の一例を挙げると、原
料ガスとして、ジクロロシラン(SiH2 Cl2 )、ア
ンモニア(NH3 )および窒素(N2 )の混合ガスを用
い、SiH2 Cl2 ガスの流量を50sccm、NH3
ガスの流量を200sccm、N2 ガスの流量を200
sccmとし、成長圧力を70Pa、基板温度を760
℃とする。
【0039】次に、図3Bに示すように、Si3 4
12上に、例えばリソグラフィ法により、素子分離領域
に対応する部分に開口部を有するレジストパターン13
を形成する。次に、このレジストパターン13をマスク
として、例えばドライエッチング法、具体的には、例え
ば平行平板プラズマエッチング装置を用いたドライエッ
チング法により、Si3 4 膜12およびパッド酸化膜
11をエッチングする。このときのエッチング条件の一
例を挙げると、プロセスガスとしてCF4 およびArの
混合ガスを用い、CF4 ガスの流量を75sccm、A
rガスの流量を25sccmとし、圧力を5.3Pa、
高周波出力を600Wとする。これにより、素子分離領
域に対応する部分におけるSi3 4 膜12およびパッ
ド酸化膜11に開口部12aが形成される。その後、エ
ッチングマスクとして用いたレジストパターン13を除
去する。なお、この第1の実施形態においては、Si基
板1に溝2を形成する際に、Si3 4 膜12およびパ
ッド酸化膜11をパターニングした後、エッチングマス
クとして用いたレジストパターン13を除去してからS
3 4 膜12をマスクとしてSi基板1をエッチング
するようにしているが、これは、Si3 4 膜12およ
びパッド酸化膜11をパターニングした後、エッチング
マスクとして用いたレジストパターン13を残したま
ま、このレジストパターン13をマスクとしてSi基板
1をエッチングするようにしてもよい。
【0040】次に、図4Aに示すように、素子分離領域
に対応する部分に開口部12aが形成されたSi3 4
膜12およびパッド酸化膜11をマスクとして、例えば
ドライエッチング法、具体的には、例えばECRプラズ
マエッチング装置のような高密度プラズマエッチング装
置を用いたドライエッチング法により、Si基板1を所
定の深さエッチングする。このときのエッチング条件の
一例を挙げると、プロセスガスとしてCl2 およびO2
の混合ガスを用い、Cl2 ガスの流量を60sccm、
2 ガスの流量を10sccmとし、圧力を1.3P
a、マイクロ波電力を850W、高周波電力を150W
とする。これにより、Si基板1に素子分離用の溝2が
形成される。
【0041】次に、図示は省略するが、熱酸化法によ
り、Si基板1に形成された溝2の内壁にSiO2
(熱酸化膜)を形成する。この熱酸化膜を形成する際に
は、結晶欠陥の発生を極力抑える観点から、例えば基板
温度を1000℃として熱酸化を行い、熱酸化膜の厚さ
は20nm程度とする。この熱酸化膜の形成により溝2
のコーナー部が丸まり、この部分への電界集中を緩和す
ることができる。また、このように溝2の内壁に熱酸化
膜を形成しておくことにより、溝2の内部に埋め込み材
料としてのSiO2 膜を直接埋め込む場合に比べて、S
i/SiO2 界面のトラップ密度を低減することがで
き、より特性の良好な半導体装置を製造することができ
る。
【0042】次に、図4Bに示すように、例えばCVD
法、好適には埋め込み特性の良好な高密度プラズマCV
D法により、溝2および開口部12aの内部を埋めるよ
うにして、全面にSiO2 膜14を形成する。このとき
の高密度プラズマCVD法によるSiO2 膜14の成膜
条件の一例を挙げると、反応ガスとしてシラン(SiH
4 )、O2 およびArの混合ガスを用い、SiH4 ガス
の流量を300sccm、O2 ガスの流量を700sc
cm、Arガスの流量を300sccmとし、圧力を
0.1Pa、マイクロ波電力を3000W、高周波電力
を2000Wとする。この高密度プラズマCVD法によ
るSiO2 膜14の成膜の際には、エッチングと堆積と
が同時進行するため、溝2の上にはSiO2 膜14が平
坦に堆積し、Si3 4 膜12の上にはSiO2 膜14
がエッジ部分から内側に例えば45°傾斜した斜面を形
成しながら堆積してゆく。このとき、幅の狭い活性領域
に対応する部分では、Si3 4 膜12上に堆積したS
iO2 膜14の両側から延びる斜面が中央部で交差し、
幅の広い活性領域に対応する部分では、Si3 4 膜1
2上に堆積したSiO2 膜14の両側の斜面が交差せず
中央に平坦部が形成される。
【0043】次に、例えば酸素などの酸化性ガスを含む
雰囲気中でSiO2 膜14を熱処理することにより、こ
のSiO2 膜14を緻密化する。このときの熱処理は、
例えばO2 ガス雰囲気中で900℃以上の温度で行う。
なお、この熱処理は、N2 などの不活性ガス雰囲気中で
行ってもよい。
【0044】次に、図5Aに示すように、リソグラフィ
法により、SiO2 膜14上に所定形状のレジストパタ
ーン15を形成する。このレジストパターン15には、
SiO2 膜14に形成された平坦部を囲むように開口部
15aが設けられている。
【0045】次に、図5Bに示すように、レジストパタ
ーン15をマスクとして、例えばドライエッチング法に
より、具体的には、例えばマグネトロンエッチング装置
を用いたドライエッチング法により、開口部15aにお
けるSiO2 膜14を、その下地のSi3 4 膜12の
表面が露出するまでエッチングする。このときのエッチ
ング条件の一例を挙げると、プロセスガスとしてC4
8 、COおよびArの混合ガスを用い、C4 8 ガスの
流量を5sccm、COガスの流量を4sccm、Ar
ガスの流量を100sccmとし、圧力を2.7Pa、
高周波電力を800Wとする。これにより、SiO2
14に形成された平坦部が除去され、その周囲に突起部
14aが形成される。その後、エッチングマスクとして
用いたレジストパターン15を除去する。
【0046】次に、図6Aに示すように、CMP法によ
り、Si3 4 膜12を研磨ストッパーとして、溝2お
よび開口部12aの内部のみにSiO2 膜14を残すよ
うに、Si3 4 膜12上に堆積したSiO2 膜14を
研磨、除去する。このときのCMP条件の一例を挙げる
と、KOH水溶液中に研磨材としてのシリカ粒子(14
wt%)を分散させたスラリーを用い、研磨プレートの
回転数を20rpm、ウェハ保持試料台の回転数を20
rpmとし、研磨圧力を500gf/cm2 とする。
【0047】次に、図6Bに示すように、ホットリン酸
を用いたウェットエッチング法によりSi3 4 膜12
を除去する。次に、フッ酸を用いたウエットエッチング
法によりパッド酸化膜11を除去する。これにより、S
i基板1に形成された溝2の内部に、SiO2 からなる
フィールド絶縁膜3が形成され、活性領域4が表面に露
出する。以上により、Si基板1の素子分離が行われ
る。
【0048】次に、従来公知の方法により、MOSFE
Tやキャパシタなどの各種の素子を形成する。ここで、
LDD構造のnチャネルMOSFETを形成する場合
は、活性領域4の表面を犠牲酸化した後、活性領域4中
に、例えばイオン注入法によりホウ素(B)のようなp
型不純物をドープすし、pウェルを形成する。次に、例
えばフッ酸を用いたウエットエッチング法により犠牲酸
化膜を除去する。例えば熱酸化法により活性領域4の表
面にSiO2 膜のようなゲート絶縁膜を形成する。次
に、例えばCVD法により、ゲート電極材料としての多
結晶Si膜を全面に形成した後、例えばRIE法により
この多結晶Si膜を所定形状にパターニングすることに
より、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する。
【0049】次に、ゲート電極をマスクとして、活性領
域4中に、例えばイオン注入法により例えばリン(P)
のようなn型不純物を低濃度にドープする。これによっ
て、活性領域4に、ゲート電極に対して自己整合的にn
- 型領域が形成される。次に、例えばCVD法により、
所定の厚さのSiO2 膜を全面に形成した後、このSi
2 膜を例えばRIE法により、Si基板1の表面と垂
直方向にエッチバックして、ゲート電極の側面にサイド
ウォールスペーサを形成する。次に、ゲート電極および
サイドウォールスペーサをマスクとして、活性領域4中
に、例えばイオン注入法により例えば砒素(As)のよ
うなn型不純物を高濃度にドープする。次に、必要に応
じて注入不純物の電気的活性化のため熱処理を行う。こ
の熱処理は、例えば800℃で10分間行う。これによ
って、活性領域4中に、サイドウォールスペーサに対し
て自己整合的にn+ 型のソース領域およびドレイン領域
が形成される。これにより、LDD構造のnチャネルM
OSFETが形成される。
【0050】上述のようにSi基板1に各種の素子を形
成した後、図2に示すように、Si基板1に形成された
素子を覆うように、例えばCVD法により、Si基板1
上にSiO2 膜のような層間絶縁膜5を形成する。次
に、例えばCMP法により、層間絶縁膜5の表面を平坦
化する。次に、層間絶縁膜5上に、リソグラフィ法によ
り所定形状のレジストパターン(図示せず)を形成した
後、このレジストパターンをマスクとして、例えばRI
E法により層間絶縁膜5をエッチングすることにより、
接続孔を形成する。次に、例えばスパッタリング法によ
り、接続孔の内壁を含む全面にTi膜およびTiN膜を
順次形成して、TiN/Ti膜を形成する。次に、例え
ばCVD法により、全面にW膜を形成して接続孔を埋め
る。次に、例えばRIE法により、接続孔の内部以外の
部分に形成されたW膜およびTiN/Ti膜をエッチン
グ除去する。これにより、接続孔内にTiN/Ti膜を
密着層としてWプラグが形成される。次に、例えばスパ
ッタリング法によりAl合金膜を全面に形成し、このA
l膜上に所定形状のレジストパターン(図示せず)を形
成した後、このレジストパターンをマスクとして、例え
ばドライエッチング法により、Al膜の所定部分をエッ
チング除去してパターニングする。これにより、Al合
金からなる上層配線6が形成される。この後、このエッ
チングマスクに用いたレジストパターンを除去する。
【0051】以上により、目的とする半導体装置を完成
させる。
【0052】上述のように構成されたこの第1の実施形
態によれば、活性領域4が互いに90°の角度で交差す
る部分を有する場合に、その交差部分の近傍における活
性領域4を90°より大きい角度で屈曲させ、その交差
部分の周囲の溝2のコーナー部を切除していることによ
り、溝2の内壁に熱酸化膜を形成するための熱酸化工
程、フィールド絶縁膜3となるSiO2 膜14を緻密化
するための熱処理工程、Si基板1中に導入された不純
物を活性化するための熱処理工程など、Si基板1に溝
2を形成した後に行われる熱処理時に、活性領域4の交
差部分の近傍に加わるストレスを従来に比べて緩和する
ことができる。そのため、Si基板1に溝2を形成した
後に熱処理を行うようにしても、その熱処理によって、
Si基板1中にリーク電流を増大させる原因となる結晶
欠陥が発生するのを抑制することができるので、信頼性
の高い半導体装置を得ることができる。
【0053】次に、この発明の第2の実施形態について
説明する。図7は、この発明の第1の実施形態による半
導体装置の平面図である。
【0054】この第2の実施形態による半導体装置にお
いては、活性領域4が互いに90°以下の角度で交差す
る部分を有する場合に、活性領域4のうちのその交差部
分を除去し、この除去部の両端の活性領域4を上層配線
6によって相互に接続している。
【0055】例えば、図7Aは、この第2の実施形態に
よる半導体装置のうち、従来の半導体装置の図12Aに
示す部分、すなわち、活性領域104を90°屈曲させ
た活性領域の直角屈曲部に相当する部分の近傍を示す。
図7A中、縦方向に延在する活性領域4aと横方向に延
在する活性領域4bとは互いに垂直な方向に延在するも
のであり、活性領域4a,4bの幅は例えば0.数μm
〜数μm程度である。
【0056】図7Aに示すように、この第2の実施形態
による半導体装置のうち、活性領域の直角屈曲部に相当
する部分においては、活性領域4のうち、縦方向に延在
する活性領域4aと横方向に延在する活性領域4bとが
交差する部分の近傍が除去され、この除去部にフィール
ド絶縁膜3が設けられている。図7Aに示す例では、丁
度、活性領域4のL字形状のコーナー部に相当する部分
の近傍が除去され、本来L字形状に交差(屈曲)すべき
部分が、フィールド絶縁膜3によって分断された活性領
域4aと活性領域4bとにより構成されている。そし
て、活性領域4の除去部に設けられたフィールド絶縁膜
3によって分断された活性領域4aと活性領域4bと
が、層間絶縁膜5(図7Aにおいては図示せず)上に設
けられた上層配線6によって相互に接続されている。図
7A中、符号7は、層間絶縁膜5に設けられた接続孔を
示す。
【0057】また、図7Bおよび図7Cは、この第2の
実施形態による半導体装置のうち、従来の半導体装置の
図12Bおよび図12Cに示す部分、すなわち、活性領
域104を互いに90°の角度で交差させた活性領域の
直角交差点に相当する部分の近傍を示す。図7Bおよび
図7C中、縦方向に延在する活性領域4a´の中心線と
活性領域4a´´の中心線とは互いに一致し、横方向に
延在する活性領域4b´の中心線と活性領域4b´´の
中心線とは互いに一致する。また、活性領域4a´,4
a´´の中心線と活性領域4b´,4b´´の中心線と
は互いに直交する。活性領域4a´,4a´´,4b
´,4b´´の幅は例えば0.数μm〜数μm程度であ
る。
【0058】図7Bおよび図7Cに示すように、この第
2の実施形態による半導体装置のうち、活性領域の直角
屈曲部に相当する部分においても同様に、活性領域4の
うち、縦方向に延在する活性領域4aと横方向に延在す
る活性領域4bとが交差する部分の近傍が除去され、こ
の除去部にフィールド絶縁膜3が設けられている。図7
Bに示す例では、丁度、活性領域4の十字形状の交差点
に相当する部分の近傍が除去され、本来十字形状に交差
すべき部分がフィールド絶縁膜3によって分断された活
性領域4a´,4a´´と活性領域4b´,4b´´と
により構成されている。図7Cに示す例では、丁度、活
性領域4のT字形状の交差点に相当する部分の近傍が除
去され、本来T字形状に交差すべき部分が、フィールド
絶縁膜3によって分断された活性領域4aと活性領域4
b´,4b´´とに構成されている。そして、活性領域
4の除去部に設けられたフィールド絶縁膜3によって分
断された活性領域4a´,4a´´,4b´,4b´´
および活性領域4a,4b´,4b´´が、それぞれ、
層間絶縁膜5(図7Bおよび図7Cにおいては図示せ
ず)上に設けられた上層配線6によって相互に接続され
ている。
【0059】分断された活性領域4同士を相互に接続す
る上層配線6は、図8に示すように、層間絶縁膜5に設
けられた接続孔7の部分で、Wプラグ9およびTiN/
Ti膜8を介して活性領域4とコンタクトしている。
【0060】ここで、図9に、この発明の第2の実施形
態の変形例を示す。ここで、図9A〜図9Cは、それぞ
れ、図7A〜図7Cに対応する部分を示している。図7
に示す例と図9に示す変形例とを比較すると、図7に示
す例では、活性領域4のコーナー部に相当する部分また
は活性領域4の交差点に相当する部分が除去されている
のに対して、図9に示す変形例では、活性領域4のコー
ナー部に隣接する部分または活性領域4の交差点に隣接
する部分が除去されている。具体的には、図9Aに示す
例では、活性領域4のL字形状のコーナー部に隣接する
部分のうち、横方向に延在する活性領域4b側の部分が
除去され、本来L字形状に屈曲すべき部分が、フィール
ド絶縁膜3によって分断された活性領域4aと活性領域
4bとに構成されている。また、図9Bに示す例では、
活性領域4の十字形状の交差点に隣接する部分のうち、
活性領域4b側の部分が除去され、本来十字形状に交差
すべき部分が、フィールド絶縁膜3によって分断された
活性領域4aと活性領域4b´,4b´´とに構成され
ている。図9Cに示す例では、活性領域4のT字形状の
交差点に隣接する部分のうち、活性領域4a側の部分が
除去され、本来T字形状に交差すべき部分が、フィール
ド絶縁膜3によって分断された活性領域4aと活性領域
4bとに構成されている。
【0061】また、図示は省略するが、この第2の実施
形態による半導体装置のうち、従来の半導体装置におい
て活性領域104が互いに90°より小さい角度で交差
する部分に相当する部分も、上述の図7A〜図7Cまた
は図9A〜図9Cに示すと同様に、活性領域4のうちの
その交差部分が除去され、この除去部の両端の活性領域
4が上層配線6によって相互に接続されている。
【0062】この第2の実施形態による半導体装置の上
記以外の構成は、第1の実施形態による半導体装置と同
様であるので、説明を省略する。
【0063】この第2の実施形態による半導体装置の製
造方法は、図8に示すように、交差部分を除去すること
によって分断された活性領域4が相互に接続されるよう
に、層間絶縁膜5に接続孔7を形成し、かつ、層間絶縁
膜5上に上層配線6を形成すること以外は、第1の実施
形態による半導体装置の製造方法と同様であるので、説
明を省略する。
【0064】上述のように構成されたこの第2の実施形
態によれば、活性領域4が互いに90°以下の角度で交
差する部分を有する場合に、活性領域4のうちのその交
差部分を除去し、この除去部の両端の活性領域4を上層
配線6によって相互に接続して、活性領域4が互いに9
0°以下の角度で交差する部分をSi基板1から取り除
くようにしていることにより、第1の実施形態と同様な
利点を得ることができる。なお、この第2の実施形態で
は、層間絶縁膜5上に上層配線6を形成する際に、この
上層配線6の材料を用いて分断された活性領域4を相互
に接続するようにしているため、半導体装置を製造する
際の工程数は増加しない。
【0065】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。例えば、上述の第1および第2の実施
形態において挙げた形状、数値、構造、材料、プロセス
などはあくまで例にすぎず、必要に応じて、これらと異
なる形状、数値、構造、材料、プロセスなどを用いても
よい。
【0066】また、上述の第1の実施形態と第2の実施
形態とを適宜組み合わせてもよい。具体的には、例え
ば、半導体装置のうち、活性領域の直角屈曲部に相当す
る部分を第1の実施形態におけると同様に構成し、活性
領域の直角交差点に相当する部分を第2の実施形態にお
けると同様に構成してもよい。また、半導体装置のう
ち、活性領域の直角屈曲部(または直角交差点)に相当
する部分の一部を第1の実施形態におけると同様に構成
し、残りを第2の実施形態におけると同様に構成しても
よい。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の第1の
発明によれば、活性領域が互いに90度以下の角度で交
差する部分を有する場合に、その交差部分の近傍におけ
る活性領域を90度より大きい角度で屈曲させ、その交
差部分の周囲における溝のコーナー部を切除しているこ
とにより、溝形成後の熱処理時に、活性領域の交差部分
の近傍に加わるストレスを従来に比べて緩和することが
できる。そのため、半導体基板に溝を形成した後に熱処
理を行うようにしても、その熱処理によって半導体基板
中に結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。こ
れにより、リーク電流が低減された信頼性の高い半導体
装置を得ることができる。
【0068】この発明の第2の発明によれば、活性領域
が互いに90度以下の角度で交差する部分を有する場合
に、活性領域のうちのその交差部分を除去し、この除去
部の両端の活性領域を配線によって相互に接続し、活性
領域が互いに90度以下の角度で交差する部分を半導体
基板から取り除くようにしていることにより、半導体基
板に溝を形成した後に熱処理を行うようにしても、その
熱処理によって半導体基板中に結晶欠陥が発生するのを
抑制することができる。これにより、リーク電流が低減
された信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施形態による半導体装置
の平面図である。
【図2】 この発明の第1の実施形態による半導体装置
の断面図である。
【図3】 この発明の第1の実施形態による半導体装置
の製造方法を説明するための断面図である。
【図4】 この発明の第1の実施形態による半導体装置
の製造方法を説明するための断面図である。
【図5】 この発明の第1の実施形態による半導体装置
の製造方法を説明するための断面図である。
【図6】 この発明の第1の実施形態による半導体装置
の製造方法を説明するための断面図である。
【図7】 この発明の第2の実施形態による半導体装置
の平面図である。
【図8】 この発明の第2の実施形態による半導体装置
の断面図である。
【図9】 この発明の第2の実施形態の変形例による半
導体装置の平面図である。
【図10】 STI法によるSi基板の素子分離方法を
説明するための断面図である。
【図11】 STI法によるSi基板の素子分離方法を
説明するための断面図である。
【図12】 従来の半導体装置の平面図である。
【符号の説明】
1・・・Si基板、2・・・溝、3・・・フィールド絶
縁膜、4,4a,4a´,4a´´,4b,4b´,4
b´´・・・活性領域、11・・・パッド酸化膜、12
・・・Si3 4 膜、14・・・SiO2

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一主面に素子分離用の溝が設けられ、上
    記溝の内部に絶縁膜が埋め込まれた構造の素子分離領域
    を有すると共に、上記素子分離領域によって囲まれた部
    分に活性領域を有する半導体基板を用いた半導体装置に
    おいて、 上記活性領域が互いに90度以下の角度で交差する部分
    を有する場合に、上記交差する部分の近傍における上記
    活性領域を90度より大きい角度で屈曲させたことを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記半導体装置は、上記半導体基板に上
    記溝を形成した後、熱処理工程を経て製造されたもので
    あることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 上記溝の内壁に上記半導体基板を熱酸化
    することによって形成された酸化膜が設けられているこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 上記絶縁膜は熱処理によって緻密化され
    ていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 上記半導体基板に不純物が導入されてい
    ると共に、上記不純物が熱処理によって活性化されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 上記半導体基板はシリコン基板であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 上記絶縁膜は酸化シリコンからなること
    を特徴とする請求項6記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 上記溝は、上記シリコン基板上に酸化シ
    リコン膜および窒化シリコン膜を順次形成し、上記窒化
    シリコン膜および上記酸化シリコン膜を所定形状にパタ
    ーニングした後、上記窒化シリコン膜および上記酸化シ
    リコン膜をマスクとして上記シリコン基板をエッチング
    することにより形成されたものであることを特徴とする
    請求項6記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 一主面に素子分離用の溝が設けられ、上
    記溝の内部に絶縁膜が埋め込まれた構造の素子分離領域
    を有すると共に、上記素子分離領域によって囲まれた部
    分に活性領域を有する半導体基板を用いた半導体装置に
    おいて、 上記活性領域が互いに90度以下の角度で交差する部分
    を有する場合に、上記活性領域のうちの上記交差する部
    分を除去し、この除去部の両端の上記活性領域を配線に
    より相互に接続したことを特徴とする半導体装置。
  10. 【請求項10】 上記配線は上記半導体基板上に層間絶
    縁膜を介して設けられていることを特徴とする請求項9
    記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】 上記半導体装置は、上記半導体基板に
    上記溝を形成した後、熱処理工程を経て製造されたもの
    であることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 上記溝の内壁に上記半導体基板を熱酸
    化することによって形成された酸化膜が設けられている
    ことを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
  13. 【請求項13】 上記絶縁膜は熱処理によって緻密化さ
    れていることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
  14. 【請求項14】 上記半導体基板に不純物が導入されて
    いると共に、上記不純物が熱処理によって活性化されて
    いることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
  15. 【請求項15】 上記半導体基板はシリコン基板である
    ことを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】 上記絶縁膜は酸化シリコンからなるこ
    とを特徴とする請求項15記載の半導体装置。
  17. 【請求項17】 上記溝は、上記シリコン基板上に酸化
    シリコン膜および窒化シリコン膜を順次形成し、上記窒
    化シリコン膜および上記酸化シリコン膜を所定形状にパ
    ターニングした後、上記窒化シリコン膜および上記酸化
    シリコン膜をマスクとして上記シリコン基板をエッチン
    グすることにより形成されたものであることを特徴とす
    る請求項15記載の半導体装置。
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