JPS6358851A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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JPS6358851A
JPS6358851A JP20167186A JP20167186A JPS6358851A JP S6358851 A JPS6358851 A JP S6358851A JP 20167186 A JP20167186 A JP 20167186A JP 20167186 A JP20167186 A JP 20167186A JP S6358851 A JPS6358851 A JP S6358851A
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oxide film
film
semiconductor
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field oxide
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Kenichi Suzuki
研一 鈴木
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置の製造方法に係シ、特に素
子分離技術に関するものである。
〔従来の技術〕
半導体集積回路装置の素子分離は、古くはPN接合分離
法が主流となっていたが、このPN接合分離法ではPN
接合の形成が拡散窓7J)ら等方的に行われる為面積的
な拡が9が大きく、エピタキシャル層の厚みが増加する
とそれに対応して拡大するという欠点があった。この為
、素子が微細化され、集積度が均大するにつれ、素子分
離領域の幅、面積を縮小する必要が生じ、シリコン基板
の選択酸化による厚いシリコン酸化膜(S i 02 
)を利用した酸化膜分離法(所謂、アイソプレーナ技術
)に移行していった。
酸化膜分離法は、PN接合分離法に比べて著しく素子分
離領域を減少させるのみならず、素子形成領域以外の全
ての領域(以下、フィールド領域と称する)を厚い酸化
膜に変換する為、配線−基板間の浮遊容量が減少し、高
速化にも寄与する効果的な方法であった。
また酸化膜分離法は、素子形成領域を、緩衝用の薄いシ
リコン酸化膜上に1iIlt酸化性のシリコン窒化膜(
SisN<)を積層して得られる2層膜よシ成る耐酸化
性マスクでへりと共に、厚い酸化膜を形成する領域に酸
化による体積の増大t−調整する為の溝を形成した後、
熱酸化t−施し、素子形成領域と素子分離領域を略平坦
面とする方法である。
この為、溝の側面方向にも酸化が進み、素子分離領域の
幅は、写真食刻によって規定される幅よシも必らず太く
なυ、寸法的には約10μm程度が限界となる。
更に、素子形成領域のシリコン基板と耐酸化性マスクと
の間には、素子分離領域からの酸化膜のくさび状の張シ
出し、所謂ノ々−ズ・ビークが形成されること、及び素
子形成領域の周囲での酸化膜の盛υ上がシ、所謂ノ々−
ズ・ヘッドが形成され、完全な平坦表面が得られないと
いう欠点があった。
一方、近年素子の微細化はさらに進み、高集積化の為に
はよシー層素子分離領域の幅、面積を縮小する必要が生
じてきている。
最近になって、基板面に対して垂直に膜をエツチングす
る異方性エツチング技術として反応性イオンエツチング
(以下、RIEと称する)が実用化され、上述した酸化
膜分離法に代わる新たな素子分離技術が開発これつつあ
る。
これ迄に提案された種々の新しい素子分離技術を大別す
ると、以下の二つに分類される。
その一つは、RIEによってシリコン基板に深い溝を堀
り、二酸化シリコン等の酸化膜を溝内壁に形成した後、
多結晶シリコン等を厚く堆積し、更にエツチノ々ツクし
て平坦化するものである。この為、バイポーラ型集積回
路装置に使用する場合には、基板全面に形成した埋込拡
散層を貫く深い溝を形成して埋込拡散用のマスク全省略
できるという第1」点がある(以下、溝堀り法と称する
)。
もう一つは素子形成領域の表面のみならず、溝の側壁も
耐酸化性マスクで被覆して、横方向酸化による素子分離
領域幅の増大と、ノ々−ズ・ピーク、ノ々−ズ・ヘッド
の形成を防止する方法である(以下、改良型選択酸化法
と称する)。この改良型選択酸化法は分離幅によらず平
坦化が可能であり、工程も比較的簡単であるという利点
を有する(ジャーナル オブ エレクトロケミカル ン
サエライ:ソリッドーステート サイエンス アンドテ
クノロジー(J、 Electrochem、 Soc
、 :5OLID−8TATE 5CIENCE AN
D TECHNOLOGY ) 132巻7号1985
年7月P、1705〜1707参照)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記溝堀シ法においては、巣子間分離用
の幅の狭い溝と幅の広いフィールド領域の溝と全同時に
平坦化することが困難であり、この為平坦化用のマスク
が必要となり、厳しいマスク合わせ精度が要求され、更
に工程も複雑化するという問題があった。
一方、上記改良型選択酸化法は、埋込拡散7# k貫く
分離は実用的に不可能である為、埋込拡散用マスクを必
要とし、素子分離領域が狭くなるほど埋込拡散と分離の
マスク合わせ精度が厳しくなるので、上記溝堀シ法はど
分離領域幅を狭めることはできない。
また、選択酸化膜直下に設けるチャンネルストップ用の
P+層が?埋込層と接触する為、寄生容tが溝堀シ法に
比べて大きいという問題がある。
更に、横方向酸化が少ない為、チャンネルストップ用P
+層が拡散により分離酸化膜の外側に広がシ、リークや
耐圧低下の原因となる恐れがある。
また史に、一般の選択酸化法の場合にも言えることであ
るが、長時間の酸化によシ素子分離の為の厚いシリコン
酸化膜全形成する必要上等から、素子形成領域側壁に欠
陥が発生し易いという問題もある。
本発明は上記の廓に鑑みてなされたもので、マスクを必
要としない簡単なプロセスによシ、溝堀シ法と選択酸化
法の利点を生かして素子分離構造全形成できる半導体集
積回路装置の製造方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に係る半導体集積回路装置の製造方法は、(a)
半導体基体の一主面に緩衝用被膜、耐酸化性の第1の窒
化膜、エツチングマスク材料、耐酸化性の第2の窒化膜
及び多結晶半導体膜を順次形成する工程と、 (b)上記多結晶半導体膜、第2の窒化膜及びエツチン
グマスク材料の3層膜を選択的にノ々ターニングして、
幅の広い第1の開口部と幅の狭い第2の開口部とを形成
する工程と、 (c)上記パターニングされ念多結晶半導体膜全酸化し
て、此部全有する半1体酸化膜に改質する工程と、 (d)上記庇部を有する半導体酸化膜ヲマスクとして、
上記@1の開口部内の少なくとも上記第1の窒化膜と緩
衝用被膜全選択的にエツチング除去して第1の@を形成
する工程と、 (e)この後、少なくとも上記第1及びノ々ターニング
された第2の窒化膜をマスクとして酸化し、上記第1の
溝に選択的にフィールド酸化膜を形成する工程と、 (f)上記フィールド酸化膜を有しない第1の開口部、
及び第2の島口部の上記半導体基体表面を露出させた後
、上記フィールド酸化膜及びパターニングされたエツチ
ングマスク材料をマスクとして、上記半導体基体に対し
略垂直方向に第2の溝を形成する工程と、 (g))上記第2の溝の内壁部に半導体酸化膜を形成し
た後、基体全面に埋込み材料を堆積して上記第2の清音
埋込む工程と、 卸上記埋込み材料を上記半導体基体の表面と略等しい面
まで継続的に除去すると共に上記パターニングされたエ
ツチングマスク材料を除去し、上記第2の瀦の少なくと
も内権部及び上面部が絶縁された素子分離領域と、この
素子分離領域で囲まれた素子形成領域とを形成する工程
と、(itこの後、上記第1の窒化膜及び緩衝用被膜を
除去して上記素子シ成領域の表面を露出する工程とを含
むようにしたものである。
〔作 用〕
以上のように、本発明によれば、少なくとtパターニン
グされた第1及び第2の窒化膜をマスクとして、選択酸
化により第1の海内に幅の広いフィールド酸化膜を自ピ
整合的に形成できる。ま念、フィールド酸化膜及びパタ
ーニング塾tたエツチングマスク材料をマスクとして半
導体基体に対し略垂直に第2の浦全形成すると共に、こ
の第2の溝を埋込み材料で埋込み、更にエッチパック等
により継続的レヒ基体表面を平坦化するようにしている
ので、幅の狭い素子分離領域と、素子形成領域をも自己
整置的に形成できる。
しかも、これらフィールド酸化膜、素子分離領域及び素
子形成領域の3領域を平坦化用マスクを使用することな
く同時に平坦化することができるので、マスクを使用す
る場合の厳しいマスク合せ精度から解放てれ、合せ余裕
をとる必要がなくなり、−層の微細化が可能となる。
更に、幅が狭くかつ深い分能用の第2の溝全形成できる
ので、従来の溝堀り法と改良型退択酸化法の利点全同時
に満たすことができる。即ち、トランジスタ間の縮小は
勿論のこと、ノぐイボーラ型では埋込拡散用マスク全省
略できると共に、チャンネルストップ用のP+層(必ず
しも必要としない)と炉型埋込拡散層の接触等の回避か
ら素子形成領域−基体間の容、t!に極めて小さくでき
る。しかも、MOS型等の他の半導体集積回路装置にお
いても、広く均一なフィールド酸化膜が得られる為、配
線−基体間の容址も十分低減できる。
また更に、フィールド酸化膜形成後に素子分離用の第2
の溝を形成するようにしているので、通常選択酸化法で
問題となる素子形成領域側壁部の欠陥が発生し易い領域
は、溝堀少工程で除去され、素子形成領域への欠陥の影
響を回避することもできる。
〔実施例〕
以下、第1図及び第2図に基き、本発明1−ノ々イボー
ラ型半導体集積回路装置に適用した場合の実施例につい
て詳細に説明する。
最初、第1図について第1の実施例を説明する。
まず第1図(A)に示す如く、P−型シリコン基板11
aの全面にN+型埋込層11bを1〜2μm程度形成し
、この上にN−型エピタキシャル層11cを1〜2μm
8度形成する。これらP−型シリコン基板11a、N+
型埋込Mllb、及びN−型エピタキシャル層11cと
によシリコン酸化から成る半導体基体11か構成される
続いてこのシリコン基体11上に、シリコン酸化膜(S
igh)から成る緩衝用被膜12に200〜500A程
度、シリコン窒化膜(SisN4)から成る第1の窒化
膜13を1000〜2000′A程度、CVDシリコン
酸化@ (CVD −S i O21から成るエツチン
グマスク材料14に2000〜5000A程度、更にシ
リコン窒化膜(Si3N4)から成る第2の窒化膜15
t−1000〜200OA程度順次堆積する。しかる後
に、多結晶シリコン膜(Poly−3i)から成る多結
晶半導体膜16 ’k 5000〜10000′A程度
堆積する。
次に第1図(B)の如く、通常の写真食刻法によシ多結
晶シリコン膜16、シリコン窒化膜15及びCVDシリ
コン酸化膜14を選択的にエツチング除去し、フィール
ド領域を主に形成する為の幅の広い第1の開口部17と
素子分離領域を形成する為の幅の狭い第2の開口部(幅
0.5〜2.0μm程度)17aを形成する。
次いで第1図(C)の如く、多結晶シリコン膜16に熱
酸化を施して1〜2μm厚程度のシリコン酸化k(Si
02)から成る半導体酸化膜18に改質する。この際、
シリコン酸化膜18に改質されると体積は略2倍増加す
るので、横方向への膨みから庇部18aが張シ呂して形
成される。特に幅の狭い第2の開口部17aでは、隣シ
合うシリコン酸化膜18の庇部18a同志が接触した状
態となるので、中空部19が形成ちれる。ここで、庇部
18aの横方向への張り出し借は、多結晶シリコン膜1
6の膜厚をコントロールすることにょシ制御される。
続いて第1図(D)に示すように、庇部18aを有する
シリコン酸化膜18をマスクとして、異方性エツチング
技術を用いフィールド領域を形成する為の幅の広い第1
の開口部17にエツチングを施す。即ち、第1の開口部
17のシリコン窒化膜13及びシリコン酸化膜12を選
択的にエツチング除去し、更にN−型エピタキシャル層
11cに0.5〜1.0μm程度の適当な深さ?有する
幅のある第1の溝20を形成する。
次に、シリコン酸化膜18を除去し、基体全面にシリコ
ン窒化膜(Si3N4)から成る第3の窒化M21を5
00〜100OA程度被着した後、異方性エツチング技
術を用いてこれにエツチングを施すことによシ、第1図
(E)に示す如く第1の溝20の側壁部、及び@1の開
口部17と第2の開口部17aの各側壁部とに上記シリ
コン窒化膜21を残存形成するようにする。なお図示し
てはいないが、シリコン酸化膜18は、第1の溝20の
側壁部に第3の窒化膜21を形成した後に除去しても良
い。また必要があれば、第1の溝20の内壁部にシリコ
ン酸化膜(SiOz3から成る第2の緩衝用被膜を設け
るようにしても良い。
次いで第1図(F)の如く、シリコン窒化膜13゜15
.21をマスクとして基体に熱酸化処理を施すことによ
シ、フィールド領域22aとなるフィールド酸化膜(S
iOz)22を形成する。このフィールド酸化膜22は
炉−型埋込層11bに渡って成長すると共に、この成長
時の体積増加によシ基体表面は概ね平坦化される。
しかる後に第1図(G)の如く、基体表面のシリコン窒
化膜15、シリコン窒化膜13で第1の開口部17に残
存するものと第2の開口部17a内のもの、それに第1
及びwI、2の開口部17.17aの側壁部のシリコン
窒化膜21を夫々エツチング除去し、更に第1及び第2
の開口部17.17aよシ漏出した緩衝用のシリコン酸
化膜12をエツチング除去して、N−型エピタキシャル
層11cの表面全露出さセーる。
次に第1図(H)の如く、CVDシリコン酸化膜14及
びフィールド酸化膜22をマスクとしてシリコン基体1
1表面に対して垂直に異方性エツチング1−[し−1N
−型エピタキシャル層11C及び炉型埋込Ji!+11
bix通してP″″型シ11コン基板11aに達する、
4〜6μm程度の深さを有する幅の狭い第2の溝23を
形成する。なお、ここで必要とあれば、第2の溝23の
底部に自己整合によシボロンイオン(B)f、注入して
P型チャンネルストップ層(図示せず)を形成しておく
次いで第1図CI)の如く、第2の溝23の内壁部に1
000〜3000人厚程度の熱酸化膜(Sigh)から
成る半導体酸化膜24を形成した後、基体全面に多結晶
シリコン膜から成る埋込み材料25を4〜6μm程度と
厚く堆粕して、上記第2の溝丁゛を埋め込む。
続いて、公知技術により多結晶シリコン膜25をエツチ
ノ々ツクする。このエッチパックの深さは基体表面と概
ね等しい面までとし、最終工程)ておいて素子形成領域
26及び素子分離領域26aが平坦となるような適当な
深さとする。更にCVDシリコン酸化膜14を除去し、
シリコン窒化Ii2.13をマスクとして第2の溝23
内の多結晶シリコン膜25の表面を熱酸化膜(Si(h
lから成る半導体酸化膜25aに改質すると、第1図(
J)に示す如き断面構造となる。
最後に第1図(K)に示すように、シリコン窒化膜13
及びシリコン酸化膜12を順欠除去し、この後素子形成
領域26に所望の素子を形成することによりノ々イポー
ラ型半導体集積回路装置を得る。
このように、不発EA′ftバイポーラ型半導体集積回
路装置に適用した場合、幅が狭く深さのある素子分離用
の第2の溝23を自己整合的に形成できるので、トラン
ジスタ間の縮小は勿論のこと、埋込拡散用のマスクを省
略できる。しかもP+型チャンネルストップ層を形成す
る場合には、とのP+型チャンネルストップ層とす型埋
込拡散層11bの横方内拡がりが無く、両者の接触が回
避できるので、素子形成領域26−基体間の寄生容量を
極めて小さくできる。
次に第2図について、本発明の第2の実施例を説明する
。なお、上述した第1の実施例とは第1図(H)に示す
深さのある第2の溝23の形成工程までは同一工程であ
る為、その説明全省略し、以後の工程について同一また
は相幽個所に同一符号を付して述べることとする。
第1図(H)に引き続き、第2図(A)に示すように第
2の溝23の内壁部に熱酸化膜(St(hlから成る半
導体酸化膜24を形成した後、基体全面にCVDシリコ
ン酸化膜(CVD−31O2)から成る埋込み材料25
全厚く堆頼して、第2の溝23を先金に埋め込む。
続いて第2図CB)の如く、公知技術に’ 1)CVD
シリコン酸化膜25をエッチパックして、シリコン窒化
膜(Si3N4)から成る第1の窒化膜13が露出し念
時点でエツチングを停止する。図中、26は素子形成領
域、26aは素子分離領域である。
この後、第2図(C)の如くシリコン窒化膜13及びシ
リコン酸化膜(SiOz)から成る緩衝用破膜12を除
去し、しかる後に素子形成領域26に所望の素子を作シ
込んでノ々イボーラ型半導体集積画路装置とする。
この第2の実81例によれば、第1の実2a例のように
エッチパック工程後の埋込み材料25表面の酸化工程(
第1図(J)参照)が3太となり、工程が短縮されるば
かシでなく、同工程で形成される素子形成領域26での
ノ々−ズビークの影響を完全に抑制することができる。
また第2の実施例では、素子分離領域26aが全てシリ
コン酸化膜で構成される為、選択酸化工程(第1図(F
)参照)で僅かに生ずるフィールド酸化膜22上の表面
段差も、CVDシリコン酸化膜25による埋込み及びエ
ッチノ々ツクにょシ同時に完全に平坦化することが可能
となる。更に、素子形成の際、酸化膜分離法の利点であ
る自己整合的プロセスka極的に採用できる構造とする
ことができる。
ここにおいて、上述した各実施例では、本発明をノ々イ
ポーラ型半導体集積回路装置に適用した場合について述
べているが、本発明の適用範囲はこれて限定されるもの
ではなく、MOS型、その他の半導体集積回路装置に広
く適用することができる。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明したように、本発明によればフィール
ド酸化膜、素子形成領域及び素子分離領域の3領域を自
己整合的に形成すると共に、フィールド酸化膜形成後に
素子分離領域?形成しエッチパック工程で亀の広いフィ
ールミ′酸化膜と幅の狭い素子分離領域とを同時に平坦
化するようVCしている。
従って、平坦化用マスク等のマスクf:f要とし、厳し
いマスク合せ精度から解放され、合せ余裕をとる必要が
なく、工程の簡略化と共に累子形成領堵への欠陥の影響
を回避しつつよシー層の素子の微細化が実現できるとい
う効果がある。
更に本発明によれば、上記のようなマスクに必要としな
い簡単な工程で、従来の溝堀シ法と選択酸化法の両者の
利点を充分に生かした結合を可能とし、寄生容:ik大
幅に低減すると共に微細で高平坦性を有する優れた素子
分離構造を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を説明する工程断面図、
第2図は本発明の第2の実施例を説明する工程断面図で
ある。 11・・・半導体基体、12・・・緩衝用被膜、13・
・・第1の窒化膜、14・・・エツチングマスク材料、
15・・・第2の窒化膜、16・・・多結晶半導体膜、
17・・・第1の開口部、17a・・・第2の開口部、
18・・・半導体酸化膜、18a・・・庇部、20・・
・第1の溝、21・・・第3の窒化膜、22・・・フィ
ールド酸化膜、22a・・・フィールド領域、23・・
・第2の溝、24・・・半導体酸化膜、25・・・埋込
み材料、26・・・菓子形成領域、26 a・・・素子
分離領域。 特許出願人 沖電気工業株式会社 +7’2111聞ロ訃176 第2@間0並18  千
4体酸化腰(Stell  180 : A en不茫
明のオ潤文オセ1列tL!tiFlする工丁工断i囚第
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jA7++4’7廿fraly−j=)不死!17′1
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第1図 26 #千f15戚4負を戒    26a素子今熟亀
傾上へ:F−円−ロー97:l1の支方士=イデ1乞姦
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    260  本子弄亀4い歳+Q 鯛の22 の
’1 方tff’lE喜フjvMTろ工Ti1t’r面
[J第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)半導体基体の一主面に緩衝用被膜、耐酸化
    性の第1の窒化膜、エッチングマスク材料、耐酸化性の
    第2の窒化膜及び多結晶半導体膜を順次形成する工程と
    、 (b)上記多結晶半導体膜、第2の窒化膜及びエッチン
    グマスク材料の3層膜を選択的にパターニングして、幅
    の広い第1の開口部と幅の狭い第2の開口部とを形成す
    る工程と、 (c)上記パターニングされた多結晶半導体膜を酸化し
    て、庇部を有する半導体酸化膜に改質する工程と、 (d)上記庇部を有する半導体酸化膜をマスクとして、
    上記第1の開口部内の少なくとも上記第1の窒化膜と緩
    衝用被膜を選択的にエッチング除去して第1の溝を形成
    する工程と、 (e)この後、少なくとも上記第1及びパターニングさ
    れた第2の窒化膜をマスクとして酸化し、上記第1の溝
    に選択的にフィールド酸化膜を形成する工程と、 (f)上記フィールド酸化膜を有しない第1の開口部、
    及び第2の開口部の上記半導体基体表面を露出させた後
    、上記フィールド酸化膜及びパターニングされたエッチ
    ングマスク材料をマスクとして、上記半導体基体に対し
    略垂直方向に第2の溝を形成する工程と、 (g)上記第2の溝の内壁部に半導体酸化膜を形成した
    後、基体全面に埋込み材料を堆積して上記第2の溝を埋
    込む工程と、 (h)上記埋込み材料を上記半導体基体の表面と略等し
    い面まで継続的に除去すると共に上記パターニングされ
    たエッチングマスク材料を除去し、上記第2の溝の少な
    くとも内壁部及び上面部が絶縁された素子分離領域と、
    この素子分離領域で囲まれた素子形成領域とを形成する
    工程と、 (i)この後、上記第1の窒化膜及び緩衝用被膜を除去
    して上記素子形成領域の表面を露出する工程 とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07201969A (ja) * 1993-12-22 1995-08-04 Lg Semicon Co Ltd 半導体素子の分離方法
JPH08172087A (ja) * 1994-06-16 1996-07-02 Lg Semicon Co Ltd 半導体素子の分離膜の構造及びその形成方法
KR20190053281A (ko) 2016-11-15 2019-05-17 산코 가부시키가이샤 산화 방지제의 제조 방법, 및 폴리우레탄 탄성 섬유의 제조 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07201969A (ja) * 1993-12-22 1995-08-04 Lg Semicon Co Ltd 半導体素子の分離方法
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