JPH04130731A - Manufacture of semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
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技術に関し、特に
、ゲッタリング技術に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a manufacturing technology for semiconductor integrated circuit devices, and particularly to gettering technology.
近年、半導体集積回路装置においては、素子の微細化、
高集積化が進められている。しかし、素子の微細化、高
集積化に伴い、例えば信号電荷保持特性を劣化させるノ
イズの余裕度も益々小さくなってきている。そこで、ノ
イズを誘発する電荷の発生−再結合中心となる結晶欠陥
の密度を低減する必要がある。このノイズを誘発する結
晶欠陥は、半導体基板中に単独で存在する場合もあるが
、多くの場合、結晶欠陥と鉄(Fe)やタングステン(
W)等のような重金属原子との複合体で存在する。そし
て、前者より後者の欠陥の方が電気的に活性であり、p
n接合におけるリーク電流の増大やD RA M (D
ynamic RAM)のり7 し7 ’/ x タイ
ムの短縮等、素子の電気的特性を劣化させる主要因とな
っている。このような問題を回避するため、近年は、結
晶欠陥あるいは有害な不純物を不活性化させるゲッタリ
ング技術の重要性が高まっている。In recent years, in semiconductor integrated circuit devices, element miniaturization,
High integration is progressing. However, as elements become smaller and more highly integrated, the margin for noise that degrades signal charge retention characteristics, for example, is becoming smaller and smaller. Therefore, it is necessary to reduce the density of crystal defects that are centers of charge generation and recombination that induce noise. The crystal defects that induce this noise may exist alone in the semiconductor substrate, but in many cases, crystal defects and iron (Fe) or tungsten (
It exists in a complex with heavy metal atoms such as W). The latter defect is more electrically active than the former, and p
Increase in leakage current in n-junction and DRAM (D
dynamic RAM) is a main factor in deteriorating the electrical characteristics of the device, such as shortening the time. In order to avoid such problems, gettering technology that inactivates crystal defects or harmful impurities has become increasingly important in recent years.
ゲッタリング技術については、例えば応用物理学会、昭
和54年2月発行、「応用物理学会誌」P139〜P1
42に記載があり、メカニカル・ゲッタリング(以下、
MGという)法やイントリンシック・ゲッタリング(以
下、工Gという)法等について説明されている。For gettering technology, see, for example, "Journal of Applied Physics," published by the Japan Society of Applied Physics, February 1978, P139-P1.
42, mechanical gettering (hereinafter referred to as
MG) method, intrinsic gettering (hereinafter referred to as MG) method, etc.
MG法は、半導体基板の裏面側に歪場を形成し、その歪
場をゲッタリングサイトとする技術である。The MG method is a technique in which a strain field is formed on the back side of a semiconductor substrate and the strain field is used as a gettering site.
半導体基板の裏面に歪場を形成するには、例えば半導体
基板の裏面側から所定の原子をイオン打ち込みする方法
や半導体基板の裏面を研磨する方法等がある。To form a strain field on the back surface of a semiconductor substrate, there are, for example, a method of ion-implanting predetermined atoms from the back surface side of the semiconductor substrate, a method of polishing the back surface of the semiconductor substrate, and the like.
ところで、ゲッタリング効果を向上させるには、素子と
ゲッタリングサイトとの間の距離をできるだけ縮小する
ことが効果的である。しかし、MG法は、半導体基板の
裏面側にゲッタリングサイトを形成するので、素子とゲ
ッタリングサイトとの距離を短縮できない。すなわち、
MG法では充分なゲッタリング効果が得られない。そこ
で、素子とゲッタリングサイトとの距離を比較的短くで
きるIC法が採用されている。IC法によれば、その距
離をMG法の約1/10に縮小できる。By the way, in order to improve the gettering effect, it is effective to reduce the distance between the element and the gettering site as much as possible. However, in the MG method, the gettering site is formed on the back side of the semiconductor substrate, so the distance between the element and the gettering site cannot be shortened. That is,
The MG method does not provide a sufficient gettering effect. Therefore, the IC method is adopted, which allows the distance between the element and the gettering site to be relatively short. According to the IC method, the distance can be reduced to about 1/10 of the MG method.
IG法は、半導体基板に固溶する酸素を熱処理によって
析出させ、その析出物とその析出に伴い発生した転位等
の二次欠陥との複合体を半導体基板内に形成し、これを
ゲッタリングサイトとする技術である。IC法は、低温
熱処理、高温熱処理および中温熱処理から成る。最初の
低温熱処理は、析出核を形成するための熱処理であり、
約600〜800℃の熱処理を約2時間流している。続
く高温熱処理は、外方拡散により半導体基板表面の酸素
を減少させ、酸素の析出核を消滅させる熱処理である。In the IG method, oxygen dissolved in a semiconductor substrate is precipitated by heat treatment, and a complex of the precipitate and secondary defects such as dislocations generated due to the precipitation is formed in the semiconductor substrate, and this is used as a gettering site. This is a technology that The IC method consists of low temperature heat treatment, high temperature heat treatment and medium temperature heat treatment. The first low-temperature heat treatment is a heat treatment to form precipitation nuclei,
Heat treatment is carried out at about 600 to 800°C for about 2 hours. The subsequent high-temperature heat treatment is a heat treatment that reduces oxygen on the surface of the semiconductor substrate by outward diffusion and eliminates oxygen precipitation nuclei.
この際に、半導体基板内にゲッタリングサイトとなる二
次欠陥層を形成するとともに、半導体基板の主面側表層
に素子形成領域となる無欠陥層を形成する。IC法によ
れば無欠陥層の厚さを10μm程度にできる。高温熱処
理は、約1100℃以上の熱処理を約1時間施している
。最後の中温熱処理は、析出核に酸素を凝集し、析出を
大きくする処理であり、これによってゲッタリング効果
が増大する。中温熱処理は、約950〜1000℃の熱
処理を5〜6時間時間族している。At this time, a secondary defect layer that becomes a gettering site is formed in the semiconductor substrate, and a defect-free layer that becomes an element formation region is formed on the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate. According to the IC method, the thickness of the defect-free layer can be approximately 10 μm. The high-temperature heat treatment is performed at about 1100° C. or higher for about 1 hour. The final medium-temperature heat treatment is a treatment that aggregates oxygen to the precipitation nuclei and increases the precipitation, thereby increasing the gettering effect. The medium temperature heat treatment includes heat treatment at about 950 to 1000°C for 5 to 6 hours.
ところが、上記従来のIG法においては、以下の(1)
〜(4)の問題があることを本発明者は見い出した。However, in the above conventional IG method, the following (1)
The present inventor has discovered that there are the following problems.
(1)、IG法の場合、半導体基板表層の無欠陥化は酸
素の外方拡散によっているが、基板結晶中の酸素濃度や
酸素析出の不均一化およびプロセス温度の低温化により
、半導体基板の表面に均一な厚さの無欠陥層を形成する
ことが困難となってきている。このため、無欠陥層の厚
さにある程度余裕を見込まなければならないので、これ
以上無欠陥層を薄く (例えば10μm以下に)形成す
ることは不可能である。すなわち、ゲッタリングサイト
と素子との間の距離をこれ以上薄くできない。このため
、ゲッタリング効果の向上が阻害される問題があった。(1) In the case of the IG method, the surface layer of the semiconductor substrate is made defect-free by outward diffusion of oxygen, but due to non-uniform oxygen concentration and oxygen precipitation in the substrate crystal and lowering of the process temperature, the semiconductor substrate becomes defect-free. It is becoming difficult to form a defect-free layer with a uniform thickness on the surface. For this reason, a certain margin must be allowed for the thickness of the defect-free layer, and it is impossible to form the defect-free layer any thinner (eg, 10 μm or less). That is, the distance between the gettering site and the element cannot be made any thinner. For this reason, there was a problem in that the improvement of the gettering effect was inhibited.
(2)、近年は、例えば同一半導体基板上にMG3・F
ETとバイポーラトランジスタとを形成する場合がある
。このような場合、ゲッタリングサイトを形成すべき最
適位置(平面位蓋右よび深さ位置)が各素子に応じて異
なる。しかし、従来のIG法は、ゲッタリングサイトの
形成位置を制御することができないので、そのような場
合に対応できず、充分なゲッタリング効果を得ることが
できない問題があった。(2) In recent years, for example, MG3・F
In some cases, an ET and a bipolar transistor are formed. In such a case, the optimal position for forming the gettering site (plane position, right side of the lid and depth position) differs depending on each element. However, since the conventional IG method cannot control the formation position of the gettering site, it cannot cope with such a case and has the problem of not being able to obtain a sufficient gettering effect.
(3)、また、従来のIC法は、ゲッタリングサイトに
おける欠陥密度の制御が困難であり、欠陥密度に過不足
が生じる問題があった。すなわち、欠陥密度が少なすぎ
ると、ゲッタリング効果が低下し、また、欠陥密度が多
すぎると、結晶の塑性変形強度を弱め、熱応力転位等が
発生する問題があった。(3) Furthermore, in the conventional IC method, it is difficult to control the defect density at the gettering site, and there is a problem in that the defect density is excessive or insufficient. That is, if the defect density is too low, the gettering effect will be reduced, and if the defect density is too high, the plastic deformation strength of the crystal will be weakened, causing problems such as thermal stress dislocation.
(4)、さらに、従来のIG法は、半導体基板内に含有
された酸素の過飽和による析出を利用してゲッタリング
サイトを形成するので、例えばFZ(Floating
Zone)法やMCZ (Magneticfiel
d Czochralski)法によって製造された酸
素含有量が低い半導体基板あるいはS OI (Sil
icon−On−Insulator)基板に対しては
適用が不可能である問題があった。(4) Furthermore, in the conventional IG method, gettering sites are formed using precipitation due to supersaturation of oxygen contained in the semiconductor substrate, so for example, FZ (Floating
Zone) law and MCZ (Magnetic field) law
d Semiconductor substrates with low oxygen content manufactured by the Czochralski method or SOI (Sil
There is a problem in that it cannot be applied to an icon-on-insulator (icon-on-insulator) substrate.
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、その
目的は、ゲッタリングサイトの形成位置を最適化するこ
とのできる技術を提供することにある。The present invention has been made with attention to the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a technique that can optimize the formation position of gettering sites.
本発明の他の目的は、ゲッタリング効果を向上させるこ
とのできる技術を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a technique that can improve the gettering effect.
本発明の他の目的は、ゲッタリングサイトの形成位置の
みならず、欠陥密度も最適化することのできる技術を提
供することにある。Another object of the present invention is to provide a technique that can optimize not only the formation position of gettering sites but also the defect density.
本発明のさらに他の目的は、低酸素濃度の半導体基板や
SOI基板に対してもゲッタリングサイトを形成できる
技術を提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a technique that can form gettering sites even in semiconductor substrates and SOI substrates with low oxygen concentrations.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、明
細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.
すなわち、請求項1記載の発明は、半導体基板の主面側
からその結晶構造が連続非晶質化しないように所定の原
子をイオン打ち込みした後、その半導体基板に対して非
酸化性ガス雰囲気中において熱処理を施して前記半導体
基板の主面側表層を無欠陥化するとともに前記半導体基
板内にゲッタリングサイトを形成し、さらにその半導体
基板上にエピタキシャル成長膜を形成する半導体集積回
路装置の製造方法である。That is, the invention as claimed in claim 1 provides that after ion-implanting predetermined atoms from the main surface side of the semiconductor substrate so that the crystal structure thereof does not become continuously amorphous, the semiconductor substrate is ion-implanted in a non-oxidizing gas atmosphere. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a heat treatment is performed to make a surface layer on a main surface side of the semiconductor substrate defect-free, a gettering site is formed in the semiconductor substrate, and an epitaxial growth film is formed on the semiconductor substrate. be.
上記した請求項1記載の発明によれば、ゲッタリングサ
イトをイオン打ち込みによって形成するので、ゲッタリ
ングサイトの平面位置を精度良く制御できる。また、イ
オン打ち込み深さおよびエピタキシャル成長膜の膜厚を
制御することにより、ゲッタリングサイトの深さ位置も
精度良く制御できる。さらに、イオン打ち込みの場合、
打ち込み不純物の濃度およびその濃度の面内均一性を高
精度に制御できるので、ゲッタリングサイトにおける欠
陥密度の制御も高精度に行える。そして、イオン打ち込
み量をイオン打ち込み直後の半導体基板の主面側表層に
おける結晶構造が連続非晶質化しないように設定するの
で、エピタキシャル成長膜に転位等が生じることもない
。その上、イオン打ち込みによりゲッタリングサイトを
形成するので、低酸素濃度の半導体基板やSOI基板に
対しても適用できる。According to the first aspect of the invention, since the gettering site is formed by ion implantation, the planar position of the gettering site can be controlled with high accuracy. Further, by controlling the ion implantation depth and the film thickness of the epitaxially grown film, the depth position of the gettering site can also be controlled with high precision. Furthermore, in the case of ion implantation,
Since the concentration of the implanted impurity and the in-plane uniformity of the concentration can be controlled with high precision, the defect density at the gettering site can also be controlled with high precision. Since the amount of ion implantation is set so that the crystal structure in the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate immediately after ion implantation does not become continuous and amorphous, no dislocation or the like occurs in the epitaxially grown film. Furthermore, since gettering sites are formed by ion implantation, it can also be applied to semiconductor substrates and SOI substrates with low oxygen concentrations.
〔実施例1〕
11図(a)〜(d)は本発明の一実施例である半導体
集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。[Embodiment 1] FIGS. 11(a) to 11(d) are sectional views of essential parts of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
以下、本実施例1においては、半導体基板にMOS−F
ETを形成する場合を例として半導体集積回路装置の製
造方法を説明する。Hereinafter, in Example 1, a MOS-F is provided on the semiconductor substrate.
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device will be described using an example of forming an ET.
まず、第1図(a)に示すように、例えばホウ素(B)
イオンあるいは炭素(C)イオンを50〜15 QKe
V程度に加速してp形シリコン(Sl)ウェハからなる
半導体基板1にその主面側から注入する。First, as shown in FIG. 1(a), for example, boron (B)
ion or carbon (C) ion at 50 to 15 QKe
It is accelerated to approximately V and is implanted into a semiconductor substrate 1 made of a p-type silicon (Sl) wafer from its main surface side.
この際留意することは、イオン打ち込み量を低濃度とす
ることである。すなわち、イオン打ち込み直後の半導体
基板1の主面側表層における結晶構造が連続非晶質化し
ない程度にイオン注入量を設定する。これは半導体基板
1の主面側表層における結晶構造が連続非晶質化してい
ると、半導体基板1の主面側に後述するようにエピタキ
シャル成長膜を形成する際にその膜に転位等が形成され
てしまうので、そのような現象を抑制するためである。At this time, care should be taken to keep the ion implantation amount to a low concentration. That is, the ion implantation amount is set to such an extent that the crystal structure in the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate 1 immediately after ion implantation does not become continuously amorphous. This is because if the crystal structure in the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate 1 is continuously amorphous, dislocations etc. will be formed in the film when an epitaxially grown film is formed on the main surface side of the semiconductor substrate 1 as described later. This is to suppress such phenomena.
本実施例1においては、例えばイオン注入量を(2〜1
0) X 10′4個/cII+2程度とする。In Example 1, for example, the ion implantation amount is set to (2 to 1
0) X 10'4 pieces/cII+2 approximately.
続いて、半導体基板1に対して、例えばRTA(Rap
id Thermal Anneal)等のような熱処
理を施す。PTAは、半導体基板1を1枚ずつ熱処理す
る方法である。その方法は、例えば次のとおりである。Subsequently, the semiconductor substrate 1 is subjected to, for example, RTA (Rap
id Thermal Anneal) or the like. PTA is a method of heat-treating semiconductor substrates 1 one by one. The method is as follows, for example.
すなわち、半導体基板1を窒素(N2)ガス等のような
不活性ガス雰囲気中に収容し、処理温度を1000〜1
200℃程度に設定した状態で5〜60s程度の短時間
の熱処理を行う。この際第1図ら)に示すように、半導
体基板1においてイオンが打ち込まれた領域にゲッタリ
ングサイト2を形成するとともに、イオン打ち込みによ
ってダメージを受けた半導体基板1の主面側表層を無欠
陥化する。この場合の無欠陥化とは、後述するMOS
−FETの電気的特性に悪影響を与えず、かつエピタキ
シャル成長膜に転位が生じない程度という意味である。That is, the semiconductor substrate 1 is housed in an inert gas atmosphere such as nitrogen (N2) gas, and the processing temperature is set to 1000 to 1
Heat treatment is performed for a short time of about 5 to 60 seconds at a temperature of about 200°C. At this time, as shown in Fig. 1 et al., gettering sites 2 are formed in the region of the semiconductor substrate 1 into which ions have been implanted, and the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate 1, which has been damaged by the ion implantation, is made defect-free. do. In this case, defect-free means MOS
- This means that it does not adversely affect the electrical characteristics of the FET and does not cause dislocations in the epitaxially grown film.
なお、熱処理は、PTAに限定されるものではない。Note that the heat treatment is not limited to PTA.
次いで、第1図(C)に示すように、例えばシラン(S
iH,ンー水素(N2)系ガスを用いたCVD法により
、半導体基板1上にエピタキシャル成長膜3を形成する
。そして、本実施例1においては、無欠陥化された半導
体基板1の主面側表層と、エピタキシャル成長膜3とに
より素子形成層4を形成する。ここで、ゲッタリングサ
イト2の深さ位置は、イオン打ち込みの際の加速エネル
ギー等により高精度に設定することができる。また、エ
ピタキシャル成長膜3の厚さも精度良く設定することが
できる。したがって、本実施例1によれば、素子形成層
4の厚さを高精度に設定することができ、MOS−FE
Tとゲッタリングサイト2との間の距離を非常に短くす
ることが可能となる。本実施例1においては、その距離
を0.2μm程度にすることも可能である。ただし、素
子形成層4の厚さは、MOS−FETの空乏層より厚く
なるようにする。Next, as shown in FIG. 1(C), for example, silane (S
An epitaxial growth film 3 is formed on a semiconductor substrate 1 by a CVD method using iH, hydrogen (N2) based gas. In Example 1, the element forming layer 4 is formed by the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate 1 which has been made defect-free and the epitaxially grown film 3. Here, the depth position of the gettering site 2 can be set with high precision using acceleration energy during ion implantation. Further, the thickness of the epitaxially grown film 3 can also be set with high precision. Therefore, according to the first embodiment, the thickness of the element forming layer 4 can be set with high precision, and the MOS-FE
It becomes possible to make the distance between T and gettering site 2 very short. In the first embodiment, it is also possible to set the distance to about 0.2 μm. However, the thickness of the element formation layer 4 is made to be thicker than the depletion layer of the MOS-FET.
その後、MOS−FETの通常の製造プロセスにより、
第1図(6)に示すように、素子分離領域にフィールド
絶縁膜5を形成した後、素子形成領域内にヒ!I(AS
)およびリン(P)等のようなn形不純物からなる拡散
層6を形成し、さらにゲート絶縁膜7、ゲート電極8、
ソース電極9aおよびドレイン電極9bを形成してMO
S−FETl0を半導体基板1上に形成する。After that, through the normal manufacturing process of MOS-FET,
As shown in FIG. 1(6), after the field insulating film 5 is formed in the element isolation region, there is a leak in the element formation region. I(AS
) and an n-type impurity such as phosphorus (P), and further a gate insulating film 7, a gate electrode 8,
A source electrode 9a and a drain electrode 9b are formed and MO
An S-FETl0 is formed on a semiconductor substrate 1.
このように本実施例1によれば、以下の効果を得ること
が可能となる。As described above, according to the first embodiment, it is possible to obtain the following effects.
(1)、ゲッタリングサイト2の深さ位置をイオン打ち
込み条件およびエピタキシャル成長膜3の膜厚設定によ
り高精度に制御することが可能となる。(1) The depth position of the gettering site 2 can be controlled with high precision by setting the ion implantation conditions and the thickness of the epitaxially grown film 3.
すなわち、ゲッタリングサイト2の深さ位置の最適化が
可能となる。したがって、ゲッタリングサイト2をMO
S−FETIOに非常に近接した状態で形成することが
可能となる。That is, the depth position of the gettering site 2 can be optimized. Therefore, gettering site 2 is MO
It becomes possible to form the S-FETIO in close proximity to the S-FETIO.
(2)、イオン打ち込みの場合、打ち込み不純物の濃度
およびその濃度の面内均一性を高精度に制御できるので
、ゲッタリングサイト2にふける欠陥密度の制御も高精
度に行うことが可能となる。すなわち、ゲッタリングサ
イト2における欠陥密度の最適化が可能となる。(2) In the case of ion implantation, since the concentration of the implanted impurity and the in-plane uniformity of the concentration can be controlled with high precision, the defect density at the gettering site 2 can also be controlled with high precision. That is, the defect density at the gettering site 2 can be optimized.
(3)、上記(2)により、ゲッタリングサイト2にお
ける欠陥密度の不足に起因するゲッタリング効果の低下
を抑制することが可能となる。(3) According to (2) above, it becomes possible to suppress a decrease in the gettering effect due to insufficient defect density at the gettering site 2.
(4)、上記(2)により、ゲッタリングサイト2にお
ける欠陥密度の過剰に起因する熱応力転位の発生を抑制
することが可能となる。(4) According to (2) above, it becomes possible to suppress the occurrence of thermal stress dislocation caused by excessive defect density at the gettering site 2.
(5)、上記(1)、 (3)により、ゲッタリング効
果を大幅に向上させることが可能となる。例えば従来1
0’A/cm”程度あったpn接合のリーク電流をIQ
−’ A / cm” に低減することが可能となる
。(5), the above (1), and (3) make it possible to significantly improve the gettering effect. For example, conventional 1
The leakage current of the pn junction, which was about 0'A/cm'', was determined by IQ.
-'A/cm''.
(6)、イオン打ち込み量をイオン打ち込み直後の半導
体基板1の主面側表層における結晶構造が連続非晶質化
しないように設定することにより、エピタキシャル成長
膜3に転位等が生じる現象を抑制することが可能となる
。(6) By setting the ion implantation amount so that the crystal structure in the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate 1 immediately after ion implantation does not become continuous and amorphous, the phenomenon of dislocations etc. occurring in the epitaxially grown film 3 is suppressed. becomes possible.
(7)、上記(1)〜(6)により、半導体集積回路装
置の歩留り右よび信頼性を大幅に向上させることが可能
となる。(7) With the above (1) to (6), it is possible to significantly improve the yield and reliability of semiconductor integrated circuit devices.
(8)、イオン打ち込みによりゲッタリングサイト2を
形成するので、FZ法やMCZ法等によって製造された
低酸素濃度の半導体基板に対してもゲッタリングサイト
2を形成することが可能となる。(8) Since the gettering site 2 is formed by ion implantation, it is possible to form the gettering site 2 even in a semiconductor substrate with a low oxygen concentration manufactured by the FZ method, the MCZ method, or the like.
〔実施例2〕
’!21!I(a)〜(社)は本発明の他の実施例であ
る半導体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要
部断面図である。[Example 2] '! 21! I(a) to I(a) are sectional views of main parts of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
以下、本実施例2においては、絶縁膜上に単結晶S1層
を形成してなるSOI基板(半導体基板)上にバイポー
ラトランジスタを形成する場合を例として半導体集積回
路装置の製造方法を説明する。In the second embodiment, a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device will be described below, taking as an example a case in which a bipolar transistor is formed on an SOI substrate (semiconductor substrate) formed by forming a single crystal S1 layer on an insulating film.
第2図(a)にSOI基板11を示す。SOI基板11
は、半導体層12と、半導体層12上に形成された絶縁
膜層13と、絶縁膜層13上に形成された半導体層14
とから構成されている。半導体層12.14は、例えば
単結晶s1からなる。半導体層14の膜厚は、例えば1
μm程度である。The SOI substrate 11 is shown in FIG. 2(a). SOI substrate 11
is a semiconductor layer 12, an insulating film layer 13 formed on the semiconductor layer 12, and a semiconductor layer 14 formed on the insulating film layer 13.
It is composed of. The semiconductor layer 12.14 is made of, for example, single crystal s1. The thickness of the semiconductor layer 14 is, for example, 1
It is about μm.
また、絶縁膜層13は、例えば二酸化ケイ素(S102
)からなる。Further, the insulating film layer 13 is made of, for example, silicon dioxide (S102
).
このようなSOI基板11の半導体層14上にフォトレ
ジスト(以下、単にレジストという)パターン15aを
形成した後、そのレジストパターン15aをマスクとし
て、例えば炭素イオンあるいはS1イオンを半導体層1
4の所定の平面位置に選択的に導入する。この際の加速
エネルギーおよびイオン導入量は、前記実施例1と同一
である。After forming a photoresist (hereinafter simply referred to as resist) pattern 15a on the semiconductor layer 14 of the SOI substrate 11, using the resist pattern 15a as a mask, carbon ions or S1 ions are applied to the semiconductor layer 14.
selectively introduced into four predetermined planar positions. The acceleration energy and the amount of ions introduced at this time are the same as in Example 1 above.
続いて、レジストパターン15aを除去し、S○■基板
11を洗浄した後、SOI基板11に対して例えば前記
実施例1と同様にRTA等のような熱処理を施す。この
際、第2図ら)に示すように、半導体層14の所定の平
面位置にゲッタリングサイト2を形成するとともに、イ
オン打ち込みによってダメージを受けた半導体層14の
主面側表層を無欠陥化する。Subsequently, after removing the resist pattern 15a and cleaning the SOI substrate 11, the SOI substrate 11 is subjected to heat treatment such as RTA as in the first embodiment. At this time, as shown in FIG. 2 et al., gettering sites 2 are formed at predetermined planar positions of the semiconductor layer 14, and the surface layer on the main surface side of the semiconductor layer 14, which has been damaged by the ion implantation, is made defect-free. .
次いで、第2図(C)に示すように、SOI基板11の
半導体層14上に、例えばS IH4Ha系ガスを用い
たCVD法により、第一のエピタキシャル成長膜3aを
形成する。第一のエピタキシャル成長膜3aの膜厚は、
例えば1μm程度である。Next, as shown in FIG. 2C, a first epitaxial growth film 3a is formed on the semiconductor layer 14 of the SOI substrate 11 by, for example, a CVD method using SIH4Ha-based gas. The thickness of the first epitaxially grown film 3a is
For example, it is about 1 μm.
続いて、第一のエピタキシャル成長膜3aに、例えばA
s等のようなn形不純物を拡散し、コレクタ埋め込み層
BLを形成する。そして、Sol基板11に対してN2
ガス等の不活性ガス雰囲気中で熱処理を施す。この際
、エピタキシャル成長膜3aに打ち込まれた不純物イオ
ンを電気的に活件化する。Subsequently, the first epitaxially grown film 3a is coated with, for example, A.
An n-type impurity such as s is diffused to form a collector buried layer BL. Then, N2 is applied to the Sol substrate 11.
Heat treatment is performed in an inert gas atmosphere such as gas. At this time, the impurity ions implanted into the epitaxially grown film 3a are electrically activated.
その後、第2図(d)に示すように、第一のエピタキシ
ャル成長膜3a上に第一のエピタキシャル成長膜3aと
同様にして第二のエピタキシャル成長膜3bを形成する
。第二のエピタキシャル成長膜3bの膜厚は、例えば1
μm程度である。Thereafter, as shown in FIG. 2(d), a second epitaxial growth film 3b is formed on the first epitaxial growth film 3a in the same manner as the first epitaxial growth film 3a. The thickness of the second epitaxially grown film 3b is, for example, 1
It is about μm.
次いで、第2図(e)に示すように、素子分離(および
電極分離)するための溝16を形成する。続いて、第2
図(f)に示すように、溝16内に酸化膜17を埋め込
む。その後、レジストパターン15bをマスクとして第
二のエピタキシャル成長膜3bの所定の平面位置にホウ
素等のようなp形不純物をイオン打ち込みする。そして
、SOI基板11に対して不活性ガス雰囲気中で熱処理
を施し、第2図(区に示すように、第二のエピタキシャ
ル成長膜3bにベース領域18を形成する。その後、第
2図(f)に示したレジスト15bを除去し、SO工基
板11を洗浄した後、第2図(社)に示すように、ベー
ス領域18内にエミッタ領域19を形成し、さらにベー
ス電極20a、エミッタ電極20bおよびコレクタ電極
20cを形成してバイポーラトランジスタ21を形成す
る。Next, as shown in FIG. 2(e), grooves 16 for element isolation (and electrode isolation) are formed. Next, the second
As shown in Figure (f), an oxide film 17 is buried in the groove 16. Thereafter, using the resist pattern 15b as a mask, p-type impurities such as boron are ion-implanted into predetermined planar positions of the second epitaxial growth film 3b. Then, heat treatment is performed on the SOI substrate 11 in an inert gas atmosphere to form a base region 18 in the second epitaxial growth film 3b as shown in FIG. After removing the resist 15b shown in FIG. 2 and cleaning the SO substrate 11, an emitter region 19 is formed in the base region 18 as shown in FIG. A collector electrode 20c is formed to form a bipolar transistor 21.
このように本実施例2によれば、以下の効果を得ること
が可能となる。As described above, according to the second embodiment, it is possible to obtain the following effects.
(1)、ゲッタリングサイト2をバイポーラトランジス
タ21に非常に近接した状態で形成することができる上
、ゲッタリングサイト2における欠陥密度を最適化する
ことが可能となる。(1) The gettering site 2 can be formed very close to the bipolar transistor 21, and the defect density in the gettering site 2 can be optimized.
〔2)、上記(1)により、ゲッタリング効果を大幅に
向上させることが可能となる。この結果、例えばコレク
タ領域、ベース領域18、エミッタ領域19間の耐圧不
良の発生を抑制することが可能となる。[2) With the above (1), it becomes possible to significantly improve the gettering effect. As a result, it is possible to suppress the occurrence of breakdown voltage defects between the collector region, the base region 18, and the emitter region 19, for example.
(3)、イオン打ち込みによりゲッタリングサイト2を
形成するので、SOI基板11でもゲッタリングサイト
2を形成することが可能となる。(3) Since the gettering sites 2 are formed by ion implantation, the gettering sites 2 can also be formed on the SOI substrate 11.
(4)、上記(1)〜(3)により、SOI基板11を
用いた半導体集積回路装置の歩留りおよび信頼性を向上
させることが可能となる。(4) According to (1) to (3) above, it is possible to improve the yield and reliability of a semiconductor integrated circuit device using the SOI substrate 11.
〔実施例3〕
第3図(a)〜(f)は本発明の他の実施例である半導
体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面
図である。[Embodiment 3] FIGS. 3(a) to 3(f) are sectional views of essential parts of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention.
本実施例3においては、ゲッタリングサイトを半導体基
板の所定の平面位置および深さ位置に形成する場合につ
いて説明する。In the third embodiment, a case will be described in which gettering sites are formed at predetermined planar and depth positions of a semiconductor substrate.
まず、第3図(a)に示すように、半導体基板1上にレ
ジストパターン15Cを形成した後、そのレジストパタ
ーン15Cをマスクとして、例えばホウ素イオン、炭素
イオンあるいはSiイオンを半導体基板1の主面側の所
定位置に選択的に導入する。この際の加速エネルギーお
よびイオン注入量は、前記実施例1.2と同一である。First, as shown in FIG. 3(a), after forming a resist pattern 15C on the semiconductor substrate 1, using the resist pattern 15C as a mask, for example, boron ions, carbon ions, or Si ions are applied to the main surface of the semiconductor substrate 1. selectively introduced into a predetermined position on the side. The acceleration energy and ion implantation amount at this time are the same as those in Example 1.2.
続いて、レジストパターン15Cを除去し、半導体基板
1を洗浄した後、半導体基板1に対して、例えば前記実
施例1,2と同様にRTA等のような熱処理を施す。こ
の際、第3図(ハ)に示すように、半導体基板lの所定
の平面位置に第一のゲッタリングサイト2aを形成する
とともに、イオン打ち込みによってダメージを受けた半
導体基板1の主面側表層を無欠陥化する。Subsequently, after removing the resist pattern 15C and cleaning the semiconductor substrate 1, the semiconductor substrate 1 is subjected to heat treatment such as RTA as in the first and second embodiments. At this time, as shown in FIG. 3(c), a first gettering site 2a is formed at a predetermined planar position of the semiconductor substrate l, and the surface of the main surface of the semiconductor substrate 1 damaged by the ion implantation is to be defect-free.
その後、第3図(C)に示すように、半導体基板1上に
、前記実施例2と同様にして第一のエピタキシャル成長
膜3aを形成する。第一のエピタキシャル成長膜3aの
膜厚は、例えば1μm程度である。Thereafter, as shown in FIG. 3(C), a first epitaxial growth film 3a is formed on the semiconductor substrate 1 in the same manner as in the second embodiment. The thickness of the first epitaxially grown film 3a is, for example, about 1 μm.
次いで、第3図(d)に示すように、第一のエピタキシ
ャル成長膜3a上にレジストパターン15dを形成する
。レジストパターン15dは、上記したゲッタリングサ
イ)2aの上方に位置するように形成する。Next, as shown in FIG. 3(d), a resist pattern 15d is formed on the first epitaxially grown film 3a. The resist pattern 15d is formed so as to be located above the above-mentioned gettering ring 2a.
続いて、そのレジストパターン15dをマスクとして、
例えばホウ素イオン、炭素イオンあるいはSiイオンを
エピタキシャル成長膜3aの所定の平面位置に選択的に
導入する。この際の加速エネルギーおよびイオン導入量
は、前記実施例1゜2と同一である。Next, using the resist pattern 15d as a mask,
For example, boron ions, carbon ions, or Si ions are selectively introduced into predetermined planar positions of the epitaxially grown film 3a. The acceleration energy and the amount of ions introduced at this time were the same as those in Example 1.2.
その後、レジス)15dを除去して、半導体基板1を洗
浄した後、半導体基板1に対して前記実施例1.2と同
様にRTA等のような熱処理を施す。この際、第3図(
e)に示すように、エピタキシャル成長膜3aの所定の
平面位置に第二のゲッタリングサイト2bを形成すると
ともに、イオン打ち込みによってダメージを受けたエピ
タキシャル成長膜3aの主面側表層を無欠陥化する。After that, the resist 15d is removed and the semiconductor substrate 1 is cleaned, and then the semiconductor substrate 1 is subjected to heat treatment such as RTA in the same manner as in Example 1.2. At this time, as shown in Figure 3 (
As shown in e), a second gettering site 2b is formed at a predetermined planar position of the epitaxially grown film 3a, and the surface layer on the main surface side of the epitaxially grown film 3a damaged by ion implantation is made defect-free.
次いで、第3図(0に示すように、第一のエピタキシャ
ル成長膜3a上に第一のエピタキシャル成長膜3aと同
様にして第二のエピタキシャル成長膜3bを形成する。Next, as shown in FIG. 3 (0), a second epitaxial growth film 3b is formed on the first epitaxial growth film 3a in the same manner as the first epitaxial growth film 3a.
第二のエピタキシャル成長膜3bの膜厚は、例えば1μ
m程度である。このようにして半導体基板1に、平面位
置および深さ位置の異なるゲッタリングサイ)2a、2
bを形成する。その後、領域Aおよび領域Cに所定の素
子を形成する。領域Bは素子分離領域とする。The thickness of the second epitaxially grown film 3b is, for example, 1μ.
It is about m. In this way, the semiconductor substrate 1 is provided with gettering rings (2a, 2) with different planar positions and depth positions.
form b. After that, predetermined elements are formed in region A and region C. Region B is an element isolation region.
このように本実施例3によれば、半導体基板1に、平面
位置および深さ位置の異なるゲッタリングサイト2a、
2bを形成することが可能となる。In this way, according to the third embodiment, gettering sites 2a having different planar positions and depth positions are provided on the semiconductor substrate 1.
2b can be formed.
したがって、半導体基板1に、例えばMOS−FETと
バイポーラトランジスタとが形成されるような場合でも
、それらの素子にとって最適な位置にゲッタリングサイ
ト2a、2bを形成することができ、ゲッタリング効果
を向上させることが可能となる。Therefore, even if, for example, a MOS-FET and a bipolar transistor are formed on the semiconductor substrate 1, the gettering sites 2a and 2b can be formed at optimal positions for these elements, improving the gettering effect. It becomes possible to do so.
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例1〜3に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変更可能であることはいうまでもない。The invention made by the present inventor has been specifically explained based on Examples above, but the present invention is not limited to Examples 1 to 3, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Needless to say.
例えば、前記実施例1〜3においては、ゲッタリングサ
イトを形成するためにイオン打ち込み法を用いた場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、例
えば集束イオンビーム打ち込み法を用いても良い。この
場合、高集積化および薄膜化に対応することが可能とな
る。For example, in Examples 1 to 3, the case where the ion implantation method was used to form the gettering site was described, but the invention is not limited to this. For example, the focused ion beam implantation method may also be used. good. In this case, it becomes possible to cope with higher integration and thinner films.
また、前記実施例1〜3においては、イオン打ち込み後
にRTA等のような熱処理工程を付加し、その後、エピ
タキシャル成長を行っているが、次のようにすることも
可能である。すなわち、通常、エピタキシャル成長を行
う前には、半導体基板表面の清浄化等の観点からH2ガ
ス等のような非酸化性ガス雰囲気中で半導体基板に対し
て前加熱処理を行うが、その際にイオン打ち込み後の半
導体基板表面の無欠陥化およびゲッタリングサイトの形
成を行ってしまうことも可能である。この場合、処理工
程数を低減することが可能となる。Further, in Examples 1 to 3, a heat treatment process such as RTA is added after ion implantation, and then epitaxial growth is performed, but the following method is also possible. That is, before performing epitaxial growth, the semiconductor substrate is usually subjected to preheating treatment in a non-oxidizing gas atmosphere such as H2 gas from the viewpoint of cleaning the semiconductor substrate surface, but at that time, ion It is also possible to make the surface of the semiconductor substrate defect-free after implantation and to form gettering sites. In this case, it becomes possible to reduce the number of processing steps.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。Among the inventions disclosed in this application, the effects obtained by typical inventions are briefly described below.
すなわち、請求項1記載の発明によれば、ゲッタリング
サイトをイオン打ち込みによって形成するので、ゲッタ
リングサイトの平面位冒を精度良く制御できる。また、
イオン打ち込み深さおよびエピタキシャル成長膜の膜厚
を制御することにより、ゲッタリングサイトの深さ位置
も精度良く制御できる。すなわち、ゲッタリングサイト
の形成位置を最適化することが可能となる。このため、
ゲッタリングサイトを素子の近傍に形成することが可能
となる。また、半導体基板上にMOS−FETとバイポ
ーラトランジスタとが混在されているような場合でもそ
れぞれの素子に応じて最適な位置にゲッタリングサイト
を形成することが可能となる。これらにより、ゲッタリ
ング効果を大幅に向上させることが可能となる。That is, according to the first aspect of the invention, since the gettering site is formed by ion implantation, the planar position of the gettering site can be controlled with high precision. Also,
By controlling the ion implantation depth and the film thickness of the epitaxially grown film, the depth position of the gettering site can also be controlled with high precision. That is, it becomes possible to optimize the formation position of the gettering site. For this reason,
It becomes possible to form gettering sites near the element. Furthermore, even in the case where MOS-FETs and bipolar transistors are mixed on a semiconductor substrate, gettering sites can be formed at optimal positions according to each element. These make it possible to significantly improve the gettering effect.
また、イオン打ち込みの場合、打ち込み不純物の濃度お
よびその濃度の面内均一性を高精度に制御できるので、
ゲッタリングサイトにおける欠陥密度も最適化できる。In addition, in the case of ion implantation, the concentration of implanted impurities and the in-plane uniformity of that concentration can be controlled with high precision.
Defect density at gettering sites can also be optimized.
そして、イオン打ち込み量をイオン打ち込み直後の半導
体基板における主面側の結晶構造が連続非晶質化しない
ように設定するので、エピタキシャル成長膜に転位等が
生じることもない。これらにより、ゲッタリングサイト
における欠陥密度の不足に起因するゲッタリング効果の
低下や欠陥密度の過剰に起因する熱応力転位の発生、さ
らには高濃度イオンの打ち込みに起因してエピタキシャ
ル成長膜に転位等が形成される現象を抑制することが可
能となる。Since the amount of ion implantation is set so that the crystal structure on the main surface side of the semiconductor substrate immediately after ion implantation does not become continuous and amorphous, no dislocation or the like occurs in the epitaxially grown film. As a result, the gettering effect decreases due to insufficient defect density at the gettering site, thermal stress dislocation occurs due to excessive defect density, and dislocations etc. occur in the epitaxially grown film due to implantation of high concentration ions. It becomes possible to suppress the phenomenon of formation.
その上、イオン打ち込みによりゲッタリングサイトを形
成するので、低酸素濃度の半導体基板やSOI基板にも
ゲッタリングサイトを形成することが可能となる。Furthermore, since gettering sites are formed by ion implantation, gettering sites can be formed even in semiconductor substrates and SOI substrates with low oxygen concentrations.
第1図(a)〜(d)は本発明の一実施例である半導体
集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
、
第2図(a)〜(社)は本発明の他の実施例である半導
体集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面
図、
第3図(a)〜(0は本発明の他の実施例である半導体
集積回路装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
1・・・半導体基板、2.2a、2b・・・ゲッタリン
グサイト、3,3a、3b・・・エピタキシャル成長膜
、4・・・素子形成層、5・・・フィールド絶縁膜、6
・・・拡散層、7・・・ゲート絶縁膜、8・・・ゲート
電極、9a・・・ソース電極、9b・・・ドレイン電極
、10・・・MOS −FET、11・・・SOI基板
〈半導体基板)、12.14・・・半導体層、13・・
・絶縁膜層、15a〜15d・・・レジスト、16・・
溝、17・・・酸化膜、18・・・ベース領域、19・
・・エミッタ領域、20a・・・ベース電極、20b・
・・エミッタ電極、20c・・・コレクタ電極、21・
・・バイポーラトランジスタ、BL・・・」レクタ埋め
込み層、A−C・・・領域。1(a) to 1(d) are cross-sectional views of essential parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention. A cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention, FIGS. 1 is a cross-sectional view of essential parts of a semiconductor substrate shown in FIG. ...field insulating film, 6
... Diffusion layer, 7... Gate insulating film, 8... Gate electrode, 9a... Source electrode, 9b... Drain electrode, 10... MOS-FET, 11... SOI substrate< semiconductor substrate), 12.14... semiconductor layer, 13...
・Insulating film layer, 15a to 15d...Resist, 16...
groove, 17... oxide film, 18... base region, 19.
...Emitter region, 20a...Base electrode, 20b.
...Emitter electrode, 20c...Collector electrode, 21.
...Bipolar transistor, BL...''Rector buried layer, A-C...area.
Claims (1)
化しないように所定の原子をイオン打ち込みした後、そ
の半導体基板に対して非酸化性ガス雰囲気中において熱
処理を施して前記半導体基板の主面側表層を無欠陥化す
るとともに前記半導体基板内にゲッタリングサイトを形
成し、さらにその半導体基板上にエピタキシャル成長膜
を形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。 2、前記ゲッタリングサイトを半導体基板の所定の平面
位置に形成し、前記エピタキシャル成長膜において前記
ゲッタリングサイトと異なる平面位置にその結晶構造が
連続非晶質化しないように所定の原子をイオン打ち込み
した後、その半導体基板に対して非酸化性ガス雰囲気中
において熱処理を施して前記エピタキシャル成長膜の主
面側表層を無欠陥化するとともに前記エピタキシャル成
長膜に第二のゲッタリングサイトを形成することによっ
て、前記半導体基板に平面位置および深さ位置の異なる
ゲッタリングサイトを形成することを特徴とする請求項
1記載の半導体集積回路装置の製造方法。[Claims] 1. After ion-implanting predetermined atoms from the main surface side of the semiconductor substrate so that the crystal structure does not become continuously amorphous, the semiconductor substrate is heat-treated in a non-oxidizing gas atmosphere. A semiconductor integrated circuit device, characterized in that the surface layer on the main surface side of the semiconductor substrate is made defect-free by performing the following steps, a gettering site is formed in the semiconductor substrate, and an epitaxially grown film is further formed on the semiconductor substrate. Production method. 2. The gettering site was formed at a predetermined planar position of the semiconductor substrate, and predetermined atoms were ion-implanted into a planar position different from the gettering site in the epitaxially grown film so that the crystal structure did not become continuous and amorphous. After that, the semiconductor substrate is heat-treated in a non-oxidizing gas atmosphere to make the surface layer on the main surface side of the epitaxially grown film defect-free and to form a second gettering site in the epitaxially grown film. 2. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, further comprising forming gettering sites at different planar positions and depth positions on the semiconductor substrate.
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