JPS5832430A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS5832430A
JPS5832430A JP56131016A JP13101681A JPS5832430A JP S5832430 A JPS5832430 A JP S5832430A JP 56131016 A JP56131016 A JP 56131016A JP 13101681 A JP13101681 A JP 13101681A JP S5832430 A JPS5832430 A JP S5832430A
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JP
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groove
film
semiconductor layer
mask
etching
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JP56131016A
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English (en)
Inventor
Shuichi Kameyama
亀山 周一
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Weting (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置の製造方法化関しsIF#に、l
(:、LtlCなどの素子間分離技術を改嵐した製造方
法番と係る。
従来、半導体装置、I!#に、バイポーラIC。
)’108Icの製造における素子間分篩方法としては
、PNN接合分離1択択酸化法どが一般的に用いられて
いる。
しかしながら、このような方法には1種々の欠点がある
。たとえばpn接合分離法では1分離拡散部の横方向拡
散が大きいため集積度が低下する。又1選択酸化法では
、フィールド端部での酸化膜のくい込みによるストレス
の増大が。
結晶欠陥を生じさせ、しかも、このくい込みにより、パ
ターン変換差が大きくなる。このため。
かかる方法では、高集積度化に限界がある。
このようなことから1本出願人は次のような新規な素子
分離方法を既に提案した。たとえば第1図の如く半導体
層lに幅W、、深さDIの垂直あるいは、はぼ垂直な側
面を有する凹臘の溝部2を形成する。この場合、溝s1
の深さCDI)と幅(W、)の比が比較的小さいと、喝
!図に示されている如く溝lB2の幅W、の半分よりも
充分厚い絶縁膜1を堆積させると、溝s1は除々に埋込
まれ、絶縁膜1の表面が平坦な状態トなる。つづいて絶
縁膜1をエツチングして半導体層lの主平面を露出させ
て、溝sz内に絶縁分離領域を形成することが出来る(
図示せず)。しかしながら、この方法において、溝部深
さくDI)を幅(wt ) Jζ比べてどんどん大きく
してゆくと(D2 > DI ) 、第2図に示される
如く。
溝部2′の絶縁膜3内に空洞4が生じる。これは。
絶縁物の堆積成分が、必らずしも半導体層主平面に対し
て垂直な方向に堆積されるのではなく。
半導体層主平面に対して斜方向の成分があり。
この斜方向成分が溝部2′の深い部分に侵入できず、溝
部2′の入口部で堆積されてしまうためである。
本発明は上記事情に―みなされたもので、半導体層に開
口側が幅の広い階段形状の溝部を形成することによって
、絶縁物等の分離材を該婢部内に残存させる際、斜方向
から堆積しても牌部内に空洞が生じるのを防止でき、高
信頼性の素子分離領域を備えた半導体装置の製造方法を
提供しようとするものである。
以下、本発明をJ13図(a)〜(h)を参照して詳細
に説明する。
まず、半導体層11上にマスク被膜12を堆積する。こ
のマスク被膜としては、、7Ilえは厚さ300G−5
oooiのシリコン窒化膜等を挙げることができ、場合
によってはりン硅化ガラス膜、ボロン硅化ガラス膜等の
低溶融性絶縁膜。
更には金属膜等を用いてもよい。また、マスク被!ll
l5Mと半導体層11の間にマスク被膜より薄い膜(図
示せず)を介在させてもよい。この場合、介在させる薄
い膜としては1例えば厚さ約5ooiのシリコン酸化膜
、マスク被膜として約3000〜5oooiの多結晶シ
リコン膜が用いられる。つづいて、マスク被膜12上の
溝部形成予定部以外を写真蝕刻法によりレジストパター
ン13m 、1 jb等を形成する(第3図(1)図示
)。
次いで、レジストパターン13m、’IMbfマスクと
してマスク被膜12をエツチング除去し、更番こその下
の半導体層11をエツチング除去して第1の溝部14を
形成する(第3図(b)図示)。この場合、エツチング
手段としてはりアクティブイオンエツチング等の異方性
エツチングを採用すれば、マスク被膜12のエツチング
部が画直或いは垂直に近い側面を有することになり、第
1の溝部14も同様化垂直或いは垂直に近い側面を有す
ることになる。但し、他のエツチング手段で逆テーパ状
の側面を有するようにエツチングしてもよい。
次いで、レジストパターンl1m、13bli−除去し
た後、溝WAxaを含むマスク被膜Xaa。
12b゛上に該溝部14の幅の半分より薄い膜厚のマス
ク材形成用薄膜15を堆積する(第3図(C)図示)。
ここに用いる薄膜15は半導体層11に対して選択エツ
チング性を有する材料。
例えばCVD−8i0t、多結晶シリコン、金属等を選
べばよい。つづいて、半導体層11主面に対して垂直方
向にエツチングが進行する異方性エツチングにより薄膜
15の膜厚程度除去して第1の溝部14の内側面に薄膜
を残存させてマスク材16a、 1gbを形成する(第
3図(d)図示)。
この時、第1の溝8t114底面に半導体層11が露出
する。
次いで、マスク被膜z2及びマスク材168゜16bを
用いて第1の溝部14底面の半導体層11をエツチング
して第2の溝@1’Fを形成する(第3図(61図示)
。この場合、エツチング手段として異方性エツチングを
用いれば垂直もしくはほぼ垂直に近い側面を有する第2
の溝部17を形成し得る。
次いで、第1の溝@14100マスク材16m。
11ibを等方性のエツチング等で除去した後(第3図
(f)図示)、第1.第2の溝部14゜1rを含むマス
ク被g X Z1化分離材形成膜IIを第1の溝部14
の幅の半分よりも充分厚い膜厚で堆積する(第3図(g
)図7?)。この場合。
分離材形成材料はまず第2の溝WAxrを埋没させ、更
に第1の溝部14内に空洞を生じることなく完全に埋没
する。かかる分離材形成膜18の形成手段としては1例
えばCVD法、PVD法等により絶縁材料を堆積する方
法、半導体層11を直接酸化して酸化物で埋没する方法
、或いは第1.第2の溝部の側面もしくは底面に多結晶
シリコン等の被酸化物膜を形成し、これを酸化すること
によって溝部を埋没する方法1等を採用し得る。前記絶
縁材料としては1例えば。
810、 、8t、N、。或いは五l*O3等を挙げる
ことができ、場合によってはリン硅化ガラス、ボロン硅
化ガラス等の低溶融性の絶縁材料を用いてもよい。なお
絶縁材料或いは導電体材料の堆積に先立って、半導体層
の全体、もしくは、溝部の少なくとも一部を酸化又は窒
化処理して、溝部が嶌がれない1r度の酸化膜、又は、
窒化膜を形成させてもよい。このような方法を併用する
ことによって得られた、素子分離領域は溝部の半導体層
に接した。1緻密性に優れた酸化膜又は窒、1 化膜と性縁材料とから構成され、絶縁体材料のみからな
るものに比べて素子分離領域を著しく向上できる。更に
分離材形成材料の堆積後、その形成膜の全体もしくは一
部の表層に低溶融化物質1例えばボロン、リン、硅素等
をドーピングし、熱処理して該形成膜のドーピング層を
溶融するか、或いは前記形成膜の全体もしくは一部の上
に低溶融性絶縁材料1例えばボロン硅化ガラス(88G
) 、リン硅化ガラス(P2O)、或いは砒素硅化ガラ
ス(A鴇8G)等を堆積し、この低溶融性絶縁膜を溶融
するか、いずれかの処理を施してもよい。このような手
段を採用することによって1分離材形成材料の堆積条件
によって溝部番こ対応する部分が凹状となった場合。
その凹状部を埋めて平坦化できる。
次いで、=スフ被膜1 za、!分離材形成膜、8を該
〜スフ被膜t za’M’@が露出するまで全面エツチ
ングして除去し、第1.第2の溝部14、IF内に分離
材1fiを残置させ素子分離領域10を形成する(第3
図(h)図示)。ここに用いるエツチング手段としては
、1P1えば湿式のエッチャント或いはプラズマエラチ
ャンを用いる全面エツチング法、又はリアクティブイオ
ンエツチング法等を採用し得る。但し、これらのエッチ
ャントはマスク被膜I Jt対してエツチング性がない
か、もしくはエツチングの少ない溝+!BI4.IFに
埋没した分離材1gをエツチングしにくいエッチャント
でエツチングし、除去する。この際、マスク被膜下に薄
い膜があれば、これもエツチングにて除去して、半導体
層の表面を露出させる。この時、第3図(l目と示す如
く、素子分離領域10の分離材l#の先端が。
半導体層11表面から突出していて、突出部の側面が珈
直あるいはほぼ垂直に近い形状となっている。したがっ
て、素子分離領域20が半導体層11の表面に対して突
出した形状となっているため、この部分に、素子分離領
域に接する接合を形成しても、半導体層のほぼ垂直な1
lIiiiが露出していないので、接合の特性の悪化を
防止することができる。
さらには、かかる突出した素子分離領域を有する半導体
層の全面に2000〜aooo5iの薄い絶縁膜を堆積
させ、その後、異方性のりアクティブ・イオン−エツチ
ングによって薄い絶縁膜を、突出した素子分離領域のほ
ぼ垂直に近い側面にだけ残すことができ、半導体層の溝
部の側面を露出を、さらに防止することができもこの様
に本発明による製造方法を用いれば突出した素子分離領
域で分離された領域に良好な特性をもった素子を形成す
ることができる。又この様な方法をくり返す事によって
多段の溝部を形成する事も容易である。
次に1本発明の詳細な説明する。
実施例15 〔1〕まず、p型半導体基板Eelに選択的にn+埋込
み層10Mを形成し、更ζこnlIのエビダキシャル半
導体層10Mを成長させた。つづいて。
半導体層163上にCVD法によりシリコン窒化膜10
4を堆積した後、シリコン窒化膜104上の素子分離領
域予定部以外に写真蝕刻法によりレジストパターン10
1m−18ICを形成した(第4図(a)図示)。
〔11〕次いで、レジストパター7 r o i a 
−rascをマスクとしてシリコン窒化膜104.半導
体jfl Z Oxを順次エツチングして半導体41o
1に幅が約277mの第1の溝部106 m 、 10
6bを形成した。つづいて全面にマスク材形成用薄膜(
!: L/ テ’) 厚す約5 Q OOX ’) C
V D−8’Ot  1ili76Fを全面に堆積した
(M4図(b) [示)。ひきつづき、半導体層101
の主表面に対して垂直な方向性を6つRIliによって
CVD−5t。
@101をエツチングして第1の溝部11)ga 。
lot;brD’fNR面ニCVD−8i0. (?ス
フ材)fc)Pa−107dを残存させた(第4図(C
)@示)。この時、第1の溝fil、xott;a、x
Ottbの底面に半導体層101が露出した。
(iil1次いで、シリコン窒化膜104yr−104
c及び残存CVD−8i”0.10’1a−107rd
をマスクとして第1の溝@10’i息、101ib底面
の半導体層10Mをエツチングして第2の溝slo口。
1oabを形成し、更Iこ同様のマスクを用いてポロン
をイオン注入して第2の溝部108a。
l6lbの底面にp型基板101に達するチャンネルカ
ット用のp十 型領域XOり@、109bを形成した(
第4図(d)図示)。つづいて、第4図(elに示す如
くフッ化アレモニウム等で残存CVD−810,r #
Fa −Z 6 rdヲ除去した。
〔1v〕次イテ、第1.第2の溝@1068,106b
。
JO8a、l6lbを含むシリコン膳化膜104a−1
04C上に第1の溝@106m、106bO)幅よりも
充分厚い膜厚の分離材形成膜としてのCVD−5tO,
膜を堆積させ、このStO,膜をシリコン窒化膜164
1−1fj4Gが露出するまで全面エツチングして第1
.第2の溝部tags。
IC#b、lama、1tzlb内に分離材としてのC
VD−810,1161、I 10b@残存させ素子分
離領域f 11 a e 111 lrkを形成した。
ひきつづき、露出したシリコン窒化f14toa鳳〜1
04f、をプラズマエツチング法等により除去した(第
4図(f)図示)。その後1図示しないが常法に従って
p” fli領域109m、Iallbと素子分離領域
111B、l1lbで分離された層状のn型中導体層x
ozbにpmベース領域、同ベース領域内にn十 型エ
ミッタ領域、半導体層1 (lJbにn十 型コレクタ
取出し鴫を形成し、更にベース、エミッタ、コレクタの
he@17.を形成して縦形口pnバイポーラトランジ
スタをa遣した。
しかして1本発明方法によれば次屹列挙する種々の効果
を有する。
(1)  素子分離領域111s、1llbとなる溝部
が第1の溝部x o6a 、 t 6gbト、 CI)
11部106m、l06bの側面に残存したCVD−8
+0. 107 a #I OF dをマスクとしてエ
ツチング形成された第2の溝部1fjlla、■)Jl
bと、からなる。つまり開口側の面積が広く、内部の面
積が狭い溝部を形成できるため、この溝部に分離材形成
膜を形成する際、溝部内に空洞が生じるのを防止でき、
ひいては溝部内に分離材を残存させることによって信頼
性、結縁耐圧の優れた素子分離領域111m、Zllb
を形成できる。
(2)  素子分離領域1118.l1lbの面積は半
導体@101に予め設けた第1.第2の溝部J6ga、
f##b、1088.lamb(特に第1の溝WA)の
面積で決まるため、溝部の面積を縮小化することによっ
て・容易に所期目的の黴細な素子分離領域1111.1
11bを形成でき。
高集積度のバイポーラトランジスタを得ることができる
。
(31素子分離領域I目N、1llbの深さは1面積に
関係なく半導体層tonに設けた第1の溝部106a、
101bと第2の溝様10!1m、l011bの深さで
決まるため、その深さを任意に選択することが可能であ
ると共に、素子間の電流IJ−り等を素子分離領域11
1m 、 l l lbで確実に阻止でき、高性能のバ
イポーラトランジスタを得ることができる。
(4)第2の溝@1011a、1011bを第1の溝部
rein、rotzb@@(D残存CVD−840,1
01a〜tovdに対して自重整合的に形成できるため
、この第2の溝部1011a、1011b底部のnil
の半導体層102にチャンネルカット用のp+型領領域
109a109bを前記第1の溝@J、rtJ6s。
xaib4c対して残存CVD−5to、 101a 
−rordの厚さ分だけ雌して自己整合篩番こ形成でき
、ひいてはn十埋込み層1−02とp十 型領域r09
m、10mbとを所定の距離でへだでることが可能とな
り、接合耐圧の低下を防止できる。
(5)  上記チャンネルカット用のp十 型領域1o
ya、1o9bを形成した後においては、従来の選択酸
化法のような高温長時間の熱酸化工程をとらないため、
p十型領域1011m、l0lbが横方同番こ再拡散し
て素子形成領域のn十 埋込み110Mやトランジスタ
の活性領域まで到達しないので実効的な素子形成領域の
縮小化を防止することができる。この場合、不純物のド
ーピングをイオン注入により行なえばその不純物イオン
注入層を第2の溝部x011a、xDMbの底部に形成
することができ、そのイオン注入層が再拡散しても素子
形成領域の表層(トランジスタの活性部)にまで延びる
ことがないため、実効的な素子形成領域の縮小を防止で
きると共に。
トランジスタ活性部の不純物領域への阻止も防止できる
。
(6)  第1.第2の溝部xoea、togy目1m
m。
1011bの全てに分離材を残置させて素子分離領域1
11a、1llbを形成した場合、半導体基体は平坦化
されるため、その後の電極電線の形成に際して段切れを
生じるのを防止できる。
実施例2゜ 〔1〕まず、n十 型中、導体基板taX上にn型のエ
ピタキシャル半導体層2ejMを成長させた後、該半導
体層gosにボロンを選択的にイオン注入し、熱処理し
て拡散させてpal半導体領域sexを形成した。つづ
いて、全面にシリコン窒化膜204をCVD法により堆
積した後、シリコン窒化膜zO−上の素子分離領域予定
部以外に写真蝕刻法によりレジストパターン:tosa
〜205dを形成した(第5図(a)図示)。
〔口1次いで、レジストパターン2m9−2oldをマ
スクとしてシリコン窒化1% z o a及び半導体層
202を順次リアクティブイオンエツチング法で除去し
て第1の溝II 206 a〜201cを形成した。つ
づいて、全面にマスク材形成用薄膜としてのCVD−8
這O1膜206を第1の溝部205a〜2oscが塞が
らない程度に堆積した(第5図(b1図示)。
(ili1次いで、RIBによってCVD−5lo、 
1llzoyをエツチングして第1の溝@20gm #
206dの内側面にCVD−5to、 (図示せず)を
残存させた。
つづいて、シリコン窒化[% 204 a〜20dd及
び残存CVD−810,をマスクとして第1(7)11
1s2osa〜206G底面の半導体層gosをエツチ
ングし′て第2の溝部268 a −2011Cを形成
し。
更に同様なマスクを用いて砒素をイオン注入して第2の
溝g41oHa−zoac底面にn十型半導体基板10
1に達するチャンネルカット用のn+型領領域30#a
〜209c形成した。ひきつづき。
フッ化アンモニウム等で図示しない残存CVD−810
,を除去し、更に全面に#glの溝部205a〜zos
cの幅よりも充分厚い膜厚の分離材形成膜として(7)
CVD−8tO,膜(図示せず)を堆積した後、この8
10.膜をシリコン窒化膜204a〜toadが露出す
るまで全面エツチングして第1、嬉2の溝部1#im、
106C,1611m−26&c内に分離材としてのC
VD−5to、 210 a〜210Gを残存させ、素
子分離領域111a〜211Cを形成した。その後、露
出したシリコン窒化膜2048〜2tj4cをプラズマ
エツチング法により除去した(第5図(C)図示)。
OV)次いで、熱酸化処理を施して露出した半導体層上
に熱酸化膜111を成長させ、更に全面に多結晶シリコ
ン膜を堆積した後、フォトエツチング技術によりパター
ニングして素子分離領域2目」、211bで分離された
nil[の半導体領域tozb上、及び素子分離領域z
xtb。
211Gで分離させたplLの半導体領域2os上に夫
々ゲート電極ffZj、、2褌、1.を形成した。
つづいて、前記半導体領域:tozb、goz以外をレ
ジストパターン(図示せず)で覆った後、該レジストパ
ターン、ゲート電極ffZj、、2111をマスクとし
て熱酸化膜MIXをエツチングしてゲート酸化膜214
..11−3を形成した。ひきつづき、低温で熱酸化処
理を施して多結晶シリコンからなるゲート電極11s、
、111g周囲に厚いシリコン酸化!I!21g、、1
16.を露出する半導体層上に薄いシリコン酸化膜(図
示せず)を成長させた後、薄いシリコン酸化膜を除去し
て開孔5162168〜216dを形成した。更に、ゲ
ート電極213.及びレジスト膜(図示せず)をマスク
としてn型の半導体領域10g#こボロンをイオン注入
し、活性化処理してp十 型のソース、ドレイン領域2
1F、、jJ#、を形成した。
更に、゛ゲート電極213.及びレジスト膜(図示せず
)をマスクとしてp型の半導体領域7103に砒素をイ
オン注入し、活性化処理してn十 型のソース、ドレイ
ン領域2J7..2ZJI、を形成した(第5図(d)
図示)。その後1図示しないが。
常法に従がって開孔部2ト1〜zx4dを介して各ソー
ス、ドレイン領域を接触するムl 配線を形成して相補
型MO8)ランジスタ(CVD8)を製造した。
しかして、上記方法によれば、素子分離領域111t*
 〜l1lcを構成するCVD  8j0.110a−
1りCによってpチャンネルMO8FgTとnチャンネ
ルh108 Fl’rを分離できるのでs p”型のソ
ース領域try、(もしくはドレイン領域z1g1)と
n十 型のソース領域zlF、(もしくはドレイン領域
zrg、)との間の接合耐圧を充分大きくでき、微細な
CMOliを得ることができる。また、 l’t @ 
pnp トランジスタ、即ち、p+型のソース領域tr
y、(もしくはドレイン領域2ig、)を主ミッタ、基
板j171に接するn型の半導体領域tombをベース
、pmの半導体領域201をコレクタとするトランジス
タに対して素子分離領域ztxbとn十型領域2011
bがエミッタの少数キャリアの注入を抑えるため。
前記pnp )ランジスタの電流増幅率を抑制でき。
ひいてはCu2S 4I有のラッチアップ現象を防止で
きる。
なお1本発明に係る半導体装置の製造方法は。
上記実施例の如(npnバイポーラトランジスタやCV
D8の製造のみに限らず、I”L等の他のバイポーラ型
半導体装置やnチャンネル、pチャンネルのMO8)ラ
ンジスタ等にも同様に適用できる。
以上詳述した如く1本発明によれば半導体層に開−口側
が広幅の階段形状の第1.第2の溝部からなる溝部を形
成し、ここに分離材を残存させることによって、溝部内
に空洞の存在しない任意かつ微細な素子分離領域を形成
でき、もって高集積度、高信頼性で高性、能の半導体装
置を製造できる岬顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】 第1図は本出願人が既に提案した方法により形成された
浅い素子分離領域を示す断面図、第2図は同方法により
形成された深い素子分離領域を示す断面図、第3図(a
)〜(i)は本発明の素子分離領域の形成を示す工@f
r面図、第4図(at〜fflは本発明の実施例1にお
ける縦形npnバイポーラの製造を示す工程断面図、第
5図fat〜(diは本発明の実施例2におけるCvo
sの製造を示す工程断面図である。 11・・・半導体@、22.104.104JI#10
4c。 !174.21’)41〜yio4d・・・シリコン窒
化膜、14゜106m、106b、206m #201
iC−・第1の溝S。 r6a、16h、lo’la、10rb−残存CVD−
810゜(マスク材)、  I’1.1118m、la
mb、11111鳳〜20 # b ・・・第2の溝部
19,110a、110b、1lla〜211G−・・
分離材、Flo、111a、1llb、l1ls〜21
1G・・・素子分離領域、101・・・p型半導体基板
、102・・・n十埋込み層、was、xosa−′ 
101c・・・n型の半導体層、109膳、109b・
・・チ= ヤンネ゛ルカット用のp十 型領域、201
・・・Hall半導体基板、toss〜202C・・・
nfll半導体領域。 20 j ・p型半導体領域、209m、20り1) 
、、、 fi+型領域、  !21..!13.・・・
ゲート電極、!IF、。 211、・・・ソース領域、21g、、21g、・・・
ドレイン領域。           lli 5 (e) (d) 1/+ 第3図 (a) (C) ]Ul (b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11半導体層に第1の溝部を選択的に形成する工程と
    、この第1の溝部の内側面にマスク材を選択的に残置さ
    せる工程と、帥記マスク材を用いて第1の溝l11底面
    をエツチングして第2の溝部を形成する工程とを真備し
    たことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (2)第1の溝部の内側面にマスク材を形成するニーを
    、第1の溝部を含む半導体層上にマスク材形成用薄膜を
    堆積し、この被膜を半導体層主面に対して自直な方向に
    異方性エツチングすることによって行なうことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法
    。 ■ マスク材の除去後、第1.第2の溝部内に分離材を
    残存させることを4111とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体装置の製造方法。 (4)分離材を第1.第2の溝部内に残存させる前番こ
    、少なくとも溝部の一部を酸化もしくは窒化旭還して酸
    化膜又は窒化膜を形成することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項又は第3項記載の半導体装置の製造方法。 (5)第2の溝部を形成後、マスク材を残存させた状態
    で該溝部底面化不純物をドーピングすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。 (6)第1の溝部を形成し、この溝部の内側面にマスク
    材を形成した後、マ、スク材を用いて第1の溝部底面を
    エツチングして第鵞の溝部を□ 形成する工程を、繰り
    返すととkよって多段形状の溝部を形成することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方
    法。
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