JPH0235457B2 - HANDOTAISOCHINOSEIZOHOHO - Google Patents

HANDOTAISOCHINOSEIZOHOHO

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JPH0235457B2
JPH0235457B2 JP817580A JP817580A JPH0235457B2 JP H0235457 B2 JPH0235457 B2 JP H0235457B2 JP 817580 A JP817580 A JP 817580A JP 817580 A JP817580 A JP 817580A JP H0235457 B2 JPH0235457 B2 JP H0235457B2
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getter
drain
getter layer
source
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Mitsubishi Electric 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶半導体基板を有した半導体装置
の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a single crystal semiconductor substrate.

単結晶半導体基板を有した半導体装置、なかで
も特にメモリ機能を有する半導体集積回路におい
ては極くわずかなリーク電流も不良につながる。
そのため半導体基板内の結晶欠陥や、金属などの
不純物をゲツターする方法が知られている。以
下、第1図にて従来実施されていたゲツター法を
説明する。
In a semiconductor device having a single-crystal semiconductor substrate, especially in a semiconductor integrated circuit having a memory function, even the slightest leakage current can lead to a failure.
For this reason, methods are known that target crystal defects and impurities such as metals in semiconductor substrates. Hereinafter, the conventional Getter method will be explained with reference to FIG.

なお、ここでは、シリコン半導体によるMOS
集積回路について説明する。図において、1はシ
リコン単結晶基板、2,3はソースあるいはドレ
イン、4はゲート絶縁膜、5はフイールド絶縁
膜、6は内部金属配線あるいはポリシリコン層で
ある。7はゲツター層である。ところで、ゲツタ
ー層7は、通常ソースあるいはドレインである活
性領域とは逆の裏面に設けており、またゲツター
層7の形成方法にはリンの高濃度拡散による方法
や、リンやアルゴンなどのゲツタ効果のある不純
物をイオン注入で打ち込む方法などが知られてい
る。ところが、この方法による場合、裏面のゲツ
ター層7と表面の活性領域との距離が結晶基板の
厚さとほゞ同じであり、通常のシリコン半導体の
場合200ミクロンから50ミクロン程度離れている
ため、ゲツターのための温度を高く、あるいは時
間を長く必要とする欠点を有するばかりでなく、
また、裏面のゲツター層7はリンを拡散やイオン
注入法で形成する場合が多いので、とくに基板1
がP型の場合には、パツケージとのオーム性接触
をとるため、最終的にはこのゲツター層7を除去
しなければならないため、ゲツター効果を充分に
発揮できず工程数も多くなる欠点を有し、更に
は、裏面のゲツター層7として単結晶構造に故意
に機械的損傷を与えてゲツター効果をもたせる如
き方法をとるため、ゲツター層7の表面に凹凸を
もたせる様に荒くする方法が知られているが、こ
れもパツケージとの接着に際して、オーム性接触
を損なうばかりでなく、機械的接着強度が不充分
となり、信頼性が極めて低下する欠点をも有し、
更にまた、半導体基板の厚さはウエハ口径が大き
くなるに従い厚くなつて行くが、パツケージに組
立てるためにはある程度薄く、できるだけ一定の
厚さでないと、ダイスがつかみにくく、また外部
リードとの接続の際、段差が大きく、断線や、基
板の端部で短絡が発生して問題となり、またパツ
ケージの大きさが大きくなるため、組立完成品の
実装密度の向上を阻害するので、ウエハの厚さ
を、ウエハ加工工程の最終に近い工程で薄くしな
ければならず、このとき、裏面のゲツター層7は
除去しなければならないため、その後の工程にお
いてはゲツター効果がなくなることになり、この
工程後でゲツター作用が必要な時は改めてゲツタ
ー層を形成しなければならず、工程数が増えるだ
けでなく、ゲツター方法にも限界が生ずるといつ
た欠点がある。
Note that here we will use MOS based on silicon semiconductors.
Integrated circuits will be explained. In the figure, 1 is a silicon single crystal substrate, 2 and 3 are sources or drains, 4 is a gate insulating film, 5 is a field insulating film, and 6 is an internal metal wiring or a polysilicon layer. 7 is the getter layer. By the way, the getter layer 7 is usually provided on the back surface opposite to the active region, which is the source or drain, and the getter layer 7 can be formed by a method using high concentration diffusion of phosphorus, or by using a getter effect such as phosphorus or argon. A method of implanting certain impurities by ion implantation is known. However, when this method is used, the distance between the getter layer 7 on the back surface and the active region on the front surface is approximately the same as the thickness of the crystal substrate, which is about 200 to 50 microns in the case of a normal silicon semiconductor. Not only does it have the disadvantage of requiring a high temperature or a long time for
In addition, since the getter layer 7 on the back surface is often formed by phosphorus diffusion or ion implantation,
When the getter layer 7 is P-type, the getter layer 7 must be removed in the end to make ohmic contact with the package, which has the disadvantage that the getter effect cannot be fully exerted and the number of steps increases. Furthermore, in order to intentionally mechanically damage the single crystal structure of the getter layer 7 on the back surface to produce a getter effect, a method is known in which the surface of the getter layer 7 is roughened to have irregularities. However, this also has the disadvantage that it not only impairs ohmic contact when adhering to the package, but also that the mechanical adhesion strength is insufficient, resulting in extremely low reliability.
Furthermore, the thickness of a semiconductor substrate increases as the wafer diameter increases, but in order to assemble it into a package, it must be thin to a certain extent and have a constant thickness as much as possible, or it will be difficult to grasp the die, and it will be difficult to connect to external leads. At the same time, large steps can cause problems such as wire breakage and short circuits at the edges of the board.Also, the package size becomes large, which impedes the improvement of the packaging density of the assembled finished product. , it must be thinned in a step near the end of the wafer processing process, and at this time, the getter layer 7 on the back side must be removed, so the getter effect disappears in the subsequent steps, and after this step, the getter layer 7 must be removed. When a getter effect is required, a getter layer must be formed again, which not only increases the number of steps but also has the disadvantage that there are limits to the getter method.

この発明は以上の欠点を解消するためになされ
たもので、単結晶半導体基板の内部に、つまり素
子形成領域より深く、かつ半導体基板の表面から
所定深さの位置に不純物をイオン注入してゲツタ
ー層を設け、素子形成によつて融通性を有すると
ともに高集積化を阻害することなく、ゲツター効
果の向上を図ことができる半導体装置の製造方法
を提供するものである。
This invention was made in order to eliminate the above-mentioned drawbacks, and it is possible to obtain a getter by implanting impurity ions into the inside of a single crystal semiconductor substrate, that is, deeper than the element formation region and at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that has flexibility in element formation by providing layers and can improve the getter effect without hindering high integration.

以下第2図にて本発明によつて製造された半導
体装置の一実施例を説明する。第2図における活
性領域は第1図の説明と同様につき説明を省略す
る。
An embodiment of a semiconductor device manufactured according to the present invention will be described below with reference to FIG. The active region in FIG. 2 is the same as that in FIG. 1, so the explanation will be omitted.

第2図は半導体素子の活性領域が形成される素
子形成領域より深く、表面から所定深さの半導体
基板の内部ゲツター層を設けたものであり、具体
的には、MOSトランジスタのソース・ドレイン
およびゲート領域の活性領域を除いた領域におけ
る所定の深さの位置のみにゲツター層10を設け
るものであり、例えばソース・ドレインとゲート
領域に形成する選択酸化技術を使つた製造方法を
使用すれば、このゲツター層10形成のためだけ
のマスクを使用しないで、選択酸化前にこのゲツ
ターのためのイオン注入を行うだけで本実施例の
ゲツター層10を形成することができる。
Figure 2 shows a semiconductor substrate in which an internal getter layer is provided at a predetermined depth from the surface, deeper than the element formation region where the active region of the semiconductor element is formed. The getter layer 10 is provided only at a predetermined depth in the gate region excluding the active region. For example, if a manufacturing method using selective oxidation technology is used to form the getter layer 10 in the source/drain and gate regions, The getter layer 10 of this embodiment can be formed simply by performing ion implantation for the getter before selective oxidation without using a mask just for forming the getter layer 10.

しかも、この本実施例にあつては、第1図に示
したゲツター層が裏面にあるものよりも、大幅に
ソース・ドレインからなる活性領域に近いので、
ゲツターのための熱処理温度が低く、時間が短く
てよく、また、ゲツター層10が基板内部にある
ので、裏面の状況には制約条件がなくなり、パツ
ケージとの接着、オーム性接触を十分に確保する
ことができる。
Moreover, in this embodiment, the getter layer shown in FIG. 1 is much closer to the active region consisting of the source and drain than the one on the back side.
Since the heat treatment temperature for the getter is low and the time is short, and since the getter layer 10 is inside the substrate, there are no restrictions on the situation on the back side, ensuring sufficient adhesion and ohmic contact with the package. be able to.

次に、第2図に示したもののゲツター層10を
形成するためのこの発明の製造方法について述べ
る。
Next, the manufacturing method of the present invention for forming the getter layer 10 shown in FIG. 2 will be described.

まず、第3図に示すように、選択酸化技術を用
いた製造方法で、例えばソース・ドレインとゲー
トの領域を示すパターンのマスク30を用いて、
第4図に示すように単結晶半導体基板の表面から
イオン注入技術によつてリンやアルゴンなどの不
純物13を注入することにより、ゲツター層10
を形成する。このとき、後工程で形成される
MOSトランジスタのソース・ドレインより充分
に深く注入することが必要である。このとき形成
されるゲツター層10の表面側にイオン注入に起
因する結晶欠陥14が発生する。
First, as shown in FIG. 3, a manufacturing method using selective oxidation technology is used, for example, using a mask 30 with a pattern indicating the source/drain and gate regions.
As shown in FIG. 4, a getter layer 10 is formed by implanting impurities 13 such as phosphorus or argon from the surface of a single crystal semiconductor substrate using ion implantation technology.
form. At this time, the
It is necessary to implant it sufficiently deeper than the source/drain of the MOS transistor. Crystal defects 14 due to the ion implantation occur on the surface side of the getter layer 10 formed at this time.

次に、第5図に示すように基板表面側からレー
ザ光16による熱処理を加える。これはいわゆる
レーザアニール技術で、基板の表面付近に多く残
つている単結晶の完全領域を種としてアニールさ
れる。このレーザアニールによりゲツター層10
の表面側の領域が、アニールされ単結晶性が回復
されてから、表面付近、つまり素子形成領域に
MOSトランジスタのソース・ドレインを形成す
る。なお、第5図に示す工程において、結晶欠陥
14が非常に大きくあるいは特性的に非常にわず
かの結晶欠陥も問題となる場合、第5図の破線の
ように結晶欠陥14が残つたとしても、ソース・
ドレインから外れているので実際上の弊害が生じ
ない。
Next, as shown in FIG. 5, a heat treatment using a laser beam 16 is applied from the surface side of the substrate. This is a so-called laser annealing technique, in which the complete area of the single crystal that remains in the vicinity of the surface of the substrate is used as a seed for annealing. By this laser annealing, the getter layer 10
After the surface side region is annealed to restore single crystallinity, the region near the surface, that is, the device formation region
Forms the source and drain of a MOS transistor. In addition, in the process shown in FIG. 5, if the crystal defect 14 is very large or even a very small crystal defect is problematic in terms of characteristics, even if the crystal defect 14 remains as shown by the broken line in FIG. sauce·
Since it is removed from the drain, there is no practical problem.

なお、第5図において、レーザアニールの前
に、半導体基板の素材と同じものによるエピタキ
シヤル成長か、多結晶成長を行ない。その後にレ
ーザアニールを行なうことによつても全く同様の
ゲツター層を形成することができる。また、この
構造はSOS(シリコン・オン・サフアイヤ)構造
においても、シリコン単結晶の表面近くに設ける
ことにより、シリコンとサフアイヤの界面で発生
する歪みをこのゲツター層で吸収する目的でも使
用することができる。
In FIG. 5, before laser annealing, epitaxial growth or polycrystalline growth using the same material as the semiconductor substrate is performed. A similar getter layer can also be formed by subsequently performing laser annealing. In addition, this structure can also be used in the SOS (silicon-on-sapphire) structure by providing it near the surface of the silicon single crystal to absorb the strain that occurs at the interface between silicon and sapphire with this getter layer. can.

以上のように、この発明は、基板の表面に位置
する素子形成領域より深くかつ表面さら所定の深
さの位置に、リンあるいはアルゴンなどの不純物
をMOSトランジスタのソース・ドレインとゲー
トの領域を示すパターンのマスクを用いてイオン
注入して高濃度不純物層を形成すると共に、表面
領域の結晶欠陥を除去するために、表面領域を加
熱してアニールし、その後基板に素子を形成する
ものであり、素子形成によつて融通性を有すると
ともに高集積化を阻害することなく、かつ耐圧不
良を起すことなく、ゲツター効果が向上し、ゲツ
ターのための熱処理温度を低くでき、またゲツタ
ーのための時間を短くできるばかりでなく、裏面
の状況に制約条件がなくなり、パツケージとの接
着、オーム性接触を充分に確保できる効果を有し
ている。
As described above, the present invention injects impurities such as phosphorus or argon into the source/drain and gate regions of a MOS transistor at a position deeper than the element formation region located on the surface of the substrate and at a predetermined depth below the surface. A highly concentrated impurity layer is formed by implanting ions using a patterned mask, and the surface region is heated and annealed to remove crystal defects in the surface region, after which elements are formed on the substrate. Element formation provides flexibility, improves the getter effect without hindering high integration, and does not cause voltage breakdown defects, lowers the heat treatment temperature for the getter, and reduces the time required for the getter. Not only can it be made shorter, but there are no restrictions on the back surface, which has the effect of ensuring sufficient adhesion and ohmic contact with the package.

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

第1図は従来方法による半導体装置を示す断面
図、第2図はこの発明の方法による半導体装置を
示す断面図、第3図ないし第5図はこの発明の一
実施例である第2図の製造工程を示す断面図であ
る。 図において、1はシリコン単結晶基板、2,3
はソースあるいはドレイン、4はゲート絶縁膜、
5はフイールド絶縁膜、6は内部金属配線あるい
はポリシリコン層、10はゲツター層である。な
お、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to the conventional method, FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor device according to the method of the present invention, and FIGS. It is a sectional view showing a manufacturing process. In the figure, 1 is a silicon single crystal substrate, 2, 3
is the source or drain, 4 is the gate insulating film,
5 is a field insulating film, 6 is an internal metal wiring or polysilicon layer, and 10 is a getter layer. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 表面及び裏面を有した半導体基板を用いて、
この半導体基板の表面から所定深さまでの素子形
成領域に、MOSトランジスタのソース・ドレイ
ンを形成する半導体装置の製造方法において、上
記MOSトランジスタのソース・ドレインを形成
する以前に、上記半導体基板の上記素子形成領域
より深く、かつ上記半導体基板の表面から所定深
さの位置に、リンあるいはアルゴンなどのゲツタ
ー効果のある不純物を上記MOSトランジスタの
ソース・ドレインとゲートの領域を示すパターン
のマスクを用いてイオン注入して高濃度不純物層
を形成する工程と、上記半導体基板の表面領域に
結晶欠陥を除去するために、上記半導体基板の表
面領域を加熱してアニールする工程とを備えたこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
1 Using a semiconductor substrate having a front surface and a back surface,
In this method for manufacturing a semiconductor device in which a source and drain of a MOS transistor are formed in an element formation region up to a predetermined depth from the surface of a semiconductor substrate, before forming the source and drain of the MOS transistor, the element of the semiconductor substrate is An impurity with a getter effect, such as phosphorus or argon, is ionized at a position deeper than the formation region and at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate using a mask with a pattern indicating the source/drain and gate regions of the MOS transistor. The method is characterized by comprising a step of implanting to form a high concentration impurity layer, and a step of heating and annealing the surface region of the semiconductor substrate in order to remove crystal defects in the surface region of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
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