JPH05136153A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH05136153A
JPH05136153A JP29900391A JP29900391A JPH05136153A JP H05136153 A JPH05136153 A JP H05136153A JP 29900391 A JP29900391 A JP 29900391A JP 29900391 A JP29900391 A JP 29900391A JP H05136153 A JPH05136153 A JP H05136153A
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JP
Japan
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phosphorus
gettering
film
heat treatment
silicon film
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Application number
JP29900391A
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Japanese (ja)
Inventor
Souichi Nadahara
壮一 灘原
Kikuo Yamabe
紀久夫 山部
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH05136153A publication Critical patent/JPH05136153A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor device and its manufacturing method wherein gettering is enabled without deteriorating element characteristics. CONSTITUTION:A poly-silicon film 2a doped with phosphorus wherein phosphorus concentration is about 10<20>atoms/cm<3> or higher and the film thickness is about 400nm is deposited on the rear of silicon substrate 1b by a CVD method using SiH4 and PH3 gas, and sequentially low temperature heat treatment is performed, thereby segregating contaminants in an element region into the poly-silicon film 2a doped with phosphorus.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特に素子形成領域から重金属等の汚染物質を除
去する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a step of removing contaminants such as heavy metals from element formation regions.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程中に侵入する汚染
物質、例えば、鉄,銅等の重金属は、Si中の格子位置
或いは格子間位置に固溶或いは化合物として析出する。
この結果、少数キャリアの生成消滅中心の形成,pn接
合のリーク電流の増大,過剰キャリア寿命の短命化等が
起こり、半導体装置の電気的特性が劣化する。
2. Description of the Related Art Contaminants, such as heavy metals such as iron and copper, that enter during the manufacturing process of semiconductor devices are deposited as a solid solution or a compound at lattice positions or interstitial positions in Si.
As a result, the generation and extinction centers of minority carriers are formed, the leak current of the pn junction is increased, the excess carrier life is shortened, and the electrical characteristics of the semiconductor device are deteriorated.

【0003】例えば、MOS型メモリ素子においては、
発生した過剰電子又は過剰正孔がシリコン基板内を拡散
するため、電荷蓄積セル内に蓄積された電荷が減少し、
これにより蓄積電荷が臨界電荷以下になると、メモリセ
ルの状態が1から0へ反転し、蓄積情報が失われる。
For example, in a MOS type memory device,
Since the generated excess electrons or excess holes diffuse in the silicon substrate, the charge stored in the charge storage cell decreases,
As a result, when the accumulated charge falls below the critical charge, the state of the memory cell is inverted from 1 to 0, and the accumulated information is lost.

【0004】また、CCDにおいては、生成消滅中心か
ら発生した過剰キャリアが、入射光による過剰キャリア
と同様に信号電荷として検出される。この結果、生成消
滅中心から発生した過剰キャリアが異常に強い信号(白
傷)となって画質が低下する。
Further, in the CCD, excess carriers generated from the generation / disappearance center are detected as signal charges in the same manner as excess carriers due to incident light. As a result, the excessive carriers generated from the generation and extinction center become an abnormally strong signal (white defect), and the image quality deteriorates.

【0005】また、バイポーラ素子においては、生成消
滅中心はpn接合のリーク電流を増大させる。また、ベ
ース領域に発生した過剰キャリアは、異常な信号として
外部に伝わるため、低周波ノイズが増大するなどの不都
合が生じる。このように重金属汚染は、素子の電気的特
性の劣化を引き起こすため、LSIの生産歩留まりを低
下させる。このような汚染物質に対して、従来より2つ
の対策が行なわれている。
In addition, in the bipolar element, the generation and extinction center increases the leak current of the pn junction. In addition, the excess carriers generated in the base region are transmitted to the outside as an abnormal signal, which causes inconveniences such as an increase in low frequency noise. In this way, heavy metal contamination causes deterioration of the electrical characteristics of the device, and thus reduces the production yield of LSI. Conventionally, two measures have been taken against such pollutants.

【0006】1つは、汚染源を極力なくすことである。
汚染源としては、弗酸、硝酸、塩酸、過酸化水素、弗化
アンモニウム、硫酸等の化学薬品、超純水、クリーンル
ーム内のダスト、作業者、レジスト、各種微細加工装置
内で発生する微粒子等、枚挙に暇がない。これらの純度
を改善し、微粒子汚染を低減する技術は超クリーン化技
術として開発が行われている。
One is to eliminate pollution sources as much as possible.
Examples of pollution sources include chemicals such as hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide, ammonium fluoride, and sulfuric acid, ultrapure water, dust in clean rooms, workers, resists, and fine particles generated in various types of microfabrication equipment. I have no time to enumerate. A technique for improving these purities and reducing particulate contamination is being developed as an ultra-cleaning technique.

【0007】しかしながら、超LSIの製造環境、使用
材料の清浄化及び製造装置からの汚染の低減など超クリ
ーン技術の開発が進んでも、数百工程に及ぶ超LSI製
造工程を必要な清浄度で完璧に管理することは困難であ
る。統計的にもある確率で汚染が発生することが続いて
きた。このように、超LSI製造工程の全工程におい
て、汚染物質の管理を行なっているが、製造工程数の増
大と共に汚染される可能性はかなり高く、幾つかの工程
において汚染が生じるのは避けられないことである。も
う1つは、重金属等の汚染物質を素子の活性領域から取
り除いてしまうこと、即ち、ゲッタリングである。ゲッ
タリングには、リンゲッタリング,ウエハ裏面ダメ−ジ
ゲッタリング,イントリンシックゲッタリング等があ
る。
However, even if development of ultra-clean technology such as VLSI manufacturing environment, cleaning of used materials and reduction of contamination from manufacturing equipment is advanced, hundreds of VLSI manufacturing processes can be completed with required cleanliness. It is difficult to manage. Contamination has continued to occur with a certain probability statistically. As described above, although pollutants are controlled in all the steps of the VLSI manufacturing process, it is highly likely that the pollutants will be contaminated as the number of manufacturing steps increases, and it is inevitable that contamination will occur in some steps. That is not the case. The other is to remove contaminants such as heavy metals from the active region of the device, that is, gettering. The gettering includes ring gettering, wafer backside damage gettering, intrinsic gettering, and the like.

【0008】リンゲッタリングでは、工程の最終段階で
ウエハ裏面からリンを拡散させ、汚染重金属をリン拡散
層に偏析させ、素子の活性領域から汚染重金属を取り除
いている。リンゲッタリングを行なうには、例えば、P
OCl3 をリンの原料ガスとして用い、ウエハを900
℃〜1000℃の温度の下で酸化性雰囲気に晒す。リン
ゲッタリングは、リン濃度が高いほどゲッタリングの効
率がよい。
In the ring gettering, phosphorus is diffused from the back surface of the wafer at the final stage of the process, and the contaminated heavy metal is segregated in the phosphorus diffusion layer to remove the contaminated heavy metal from the active region of the device. To perform ring gettering, for example, P
Using OCl 3 as the source gas for phosphorus, the wafer was
Exposing to an oxidizing atmosphere at a temperature of ℃ to 1000 ℃. As for the gettering, the higher the phosphorus concentration, the better the gettering efficiency.

【0009】ウエハ裏面ダメ−ジゲッタリングでは、ウ
エハ裏面に故意に機械的歪みを形成する。その結果、こ
の機械的歪みを核にして、超LSI工程中、特に最初の
酸化工程で酸化誘起積層欠陥が発生し、そこに重金属が
偏析する。機械的歪みは、例えば、SiO2 微粉をウエ
ハ裏面に吹き付ければ形成できる。酸化誘起積層欠陥
は、1100℃程度の酸化工程で最も成長が速いので、
このゲッタリングは特に高温工程で有効な方法とされて
いる。
In the wafer backside damage gettering, mechanical strain is intentionally formed on the backside of the wafer. As a result, using this mechanical strain as a nucleus, an oxidation-induced stacking fault occurs in the VLSI process, especially in the first oxidation process, and heavy metals segregate there. The mechanical strain can be formed, for example, by spraying SiO 2 fine powder on the back surface of the wafer. Since the oxidation-induced stacking fault grows fastest in the oxidation step at about 1100 ° C.,
This gettering is said to be an effective method especially in a high temperature process.

【0010】イントリンシックゲッタリングでは、65
0℃〜750℃の低温熱処理によって酸素の析出核を形
成した後、1000℃〜1100℃の高温熱処理で酸素
を析出させ、この酸素に重金属を取り込んでいる。ま
た、表面近傍の素子の活性領域内に析出物が形成するの
を防ぐために、1200℃程度の高温熱処理を低温熱処
理の前に行なうことも多い。通常、上記低温熱処理はウ
エハ製造工程で行ない、上記高温熱処理は超LSI製造
工程で行なっている。しかしながら、上記ゲッタリング
に次のような問題があった。
In intrinsic gettering, 65
After forming oxygen precipitation nuclei by low temperature heat treatment at 0 ° C. to 750 ° C., oxygen is precipitated by high temperature heat treatment at 1000 ° C. to 1100 ° C., and heavy metals are incorporated into this oxygen. Further, in order to prevent the formation of precipitates in the active region of the element near the surface, high temperature heat treatment at about 1200 ° C. is often performed before low temperature heat treatment. Usually, the low temperature heat treatment is performed in the wafer manufacturing process, and the high temperature heat treatment is performed in the VLSI manufacturing process. However, the gettering has the following problems.

【0011】即ち、ウエハ裏面ダメ−ジゲッタリングや
イントリンシックゲッタリングのようにウエハ製造工程
で行なうものでは、ウエハコストが上昇するという問題
がある。また、リンゲッタリングでもゲッタリング工程
が追加されるのでこの場合もコストが上昇する。また、
熱処理の温度に関しても問題があった。
That is, there is a problem that the wafer cost is increased in the case of performing the wafer backside damaging gettering or intrinsic gettering in the wafer manufacturing process. In addition, since the gettering step is added to the ring gettering, the cost also increases in this case. Also,
There was also a problem with the heat treatment temperature.

【0012】即ち、超LSIの微細化が進むにつれて、
各素子間の距離が短くなるので、リン、砒素、ボロン等
によるpn接合形成やVTHコントロール等のための局所
的ドーピングは、900℃以下、例えば、800〜85
0℃程度の低温熱処理で行なう必要がある。しかし、上
述したように、ウエハ裏面ダメ−ジゲッタリングでは、
酸化誘起積層欠陥の成長のために約1000℃以上の高
温熱処理を必要とし、イントリンシックゲッタリングで
は、酸素の析出のために約900℃以上の高温熱処理を
必要とする。また、リンゲッタリングでも、リンの拡散
係数の温度依存性により、低温では十分なリン拡散を行
なうことが困難であった。したがって、最適温度より低
い温度でゲッタリングを行なわなければならず、汚染物
質を十分に取り除くことができないという問題があっ
た。
That is, as miniaturization of VLSI progresses,
Since the distance between the respective elements becomes short, local doping for forming a pn junction of phosphorus, arsenic, boron or the like and for controlling V TH is 900 ° C. or lower, for example, 800 to 85.
It is necessary to perform a low temperature heat treatment at about 0 ° C. However, as described above, in the wafer backside damaging gettering,
A high temperature heat treatment of about 1000 ° C. or higher is required for the growth of oxidation-induced stacking faults, and intrinsic gettering requires a high temperature heat treatment of about 900 ° C. or higher for the precipitation of oxygen. Even in the ring gettering, it was difficult to sufficiently diffuse phosphorus at low temperature because of the temperature dependence of the diffusion coefficient of phosphorus. Therefore, there is a problem that the gettering must be performed at a temperature lower than the optimum temperature and the contaminants cannot be sufficiently removed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、超クリー
ン技術の開発が進んでも、素子の微細化により、より少
量の汚染でも素子特性が低下するため、ゲッタリングに
よる汚染物質の除去は超LSIの製造に不可欠な工程と
なっている。しかしながら、従来の超LSIにおけるゲ
ッタリングでは、コストや熱処理の温度の点において問
題があった。
As described above, even if the development of ultra-clean technology advances, element characteristics are deteriorated even with a smaller amount of contamination due to the miniaturization of the element. It is an essential process for manufacturing. However, the gettering in the conventional VLSI has problems in terms of cost and heat treatment temperature.

【0014】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、低温熱処理でも十分に
汚染物質を取り除くことができる構造を有する半導体装
置及びその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor device having a structure capable of sufficiently removing contaminants even by low temperature heat treatment, and a method for manufacturing the same. It is in.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するため
に、本発明の半導体装置は、表面に素子が形成される半
導体基板と、この基板の裏面に形成され、前記素子の形
成領域から重金属を含む汚染物質を除去するリンを含む
シリコン膜とを備え、前記シリコン膜のリン濃度が所定
温度においてシリコン膜の固溶限を越えることを特徴と
する。
In order to achieve the above-mentioned object, a semiconductor device of the present invention comprises a semiconductor substrate having an element formed on the front surface thereof, and a heavy metal formed on the back surface of the substrate from the area where the element is formed. And a silicon film containing phosphorus that removes contaminants containing, and the phosphorus concentration of the silicon film exceeds the solid solubility limit of the silicon film at a predetermined temperature.

【0016】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板の素子形成領域から重金属を含む汚染物質を
除去する方法であって、前記基板の裏面にリンを含むシ
リコン膜を設ける工程と、このシリコン膜のリン濃度が
シリコン膜の固溶限を越えるように、所定定温度で熱処
理を行なう工程とを備えていることを特徴とする。
The semiconductor device manufacturing method of the present invention is
A method of removing contaminants containing heavy metals from an element formation region of a semiconductor substrate, the method comprising providing a silicon film containing phosphorus on the back surface of the substrate, and the phosphorus concentration of the silicon film exceeds a solid solubility limit of the silicon film. As described above, the heat treatment is performed at a predetermined constant temperature.

【0017】なお、上記シリコン膜は複数であっても良
い。例えば、素子下部に第1のリンを含むシリコン膜が
形成された後、ノンド−プのシリコン膜或いはシリコン
基板を介して第2のリンを含むシリコン膜が形成された
ものでも良い。更に、外界と接するリンを含むシリコン
膜、例えば、上記第2のシリコン膜は、酸化膜,窒化膜
等の保護膜で被覆されていることが望ましい。
The silicon film may be plural in number. For example, the first silicon film containing phosphorus may be formed under the element, and then the second silicon film containing phosphorus may be formed via a non-doped silicon film or a silicon substrate. Further, it is desirable that the silicon film containing phosphorus, which is in contact with the outside, such as the second silicon film, be covered with a protective film such as an oxide film or a nitride film.

【0018】[0018]

【作用】リンは温度が低い方が重金属等の汚染物質の吸
込み能力が高い。また、CVD法等を用いることで、低
温で高濃度のリンド−プシリコン膜を基板の裏面に形成
できる。即ち、本発明によれば、このシリコン膜は低温
工程で形成されるので、この工程で前記シリコン膜に重
金属等の汚染物質が偏析して効率のよいゲッタリングが
行なわれる。また、上記シリコン膜が形成された後も、
この後の素子形成にともなう低温熱処理時に、効率のよ
いゲッタリングが行なわれる。
[Function] Phosphorus has a higher ability to absorb contaminants such as heavy metals at lower temperatures. Further, by using the CVD method or the like, a high-concentration phosphorus-doped silicon film can be formed on the back surface of the substrate at a low temperature. That is, according to the present invention, since this silicon film is formed in a low temperature process, contaminants such as heavy metals are segregated in the silicon film in this process, and efficient gettering is performed. Further, even after the silicon film is formed,
Efficient gettering is performed during the low temperature heat treatment that accompanies the subsequent element formation.

【0019】また、ノンド−プのシリコン膜又はシリコ
ン基板の両面に第1,第2のリンを含むシリコン膜を形
成し、第1のシリコン膜上に別のノンド−プのシリコン
基板を貼り合わせたり、ノンド−プのシリコン膜を形成
したりする場合には、第2のシリコン膜が外部の汚染物
質を集めるので、第1のシリコン膜の汚染物質除去能力
の低下を防止することができる。
Further, a silicon film containing the first and second phosphorus is formed on both surfaces of the non-doped silicon film or the silicon substrate, and another non-doped silicon substrate is bonded onto the first silicon film. In the case of forming a non-doped silicon film or the like, the second silicon film collects external contaminants, so that it is possible to prevent deterioration of the contaminant removing ability of the first silicon film.

【0020】また、外界と接するシリコン膜を保護膜で
被覆することによって、製造工程中の各種処理によるシ
リコン膜の薄膜化を避けることができ、汚染物質除去能
力の低下を防止できる。
Further, by covering the silicon film in contact with the outside with a protective film, it is possible to avoid thinning of the silicon film due to various treatments during the manufacturing process, and it is possible to prevent deterioration of the contaminant removal capability.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は本発明の第1の実施例に係る半導体装置の製
造工程断面図である。これは張り付けウエハ法を利用し
たものである。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. 1A to 1D are sectional views of a semiconductor device in the manufacturing process according to the first embodiment of the present invention. This utilizes the bonded wafer method.

【0022】先ず、図1(a)に示す如く、比抵抗が1
0Ωcmで表面が(100)面のn型のシリコン基板1
aに、例えば、SiH4 、PH3ガスを用いたCVD法
により、リン濃度が1020(atom/cm2 )以上、
膜厚が500nm程度のリンドープポリシリコン膜2
a,2bを形成する。ここで、反応温度を850℃、反
応時間を150分、圧力を0.6Torr、SiH4
量を800sccm、N2 流量を850sccm、PH
3 はHeによって1%まで希釈して希釈ガスを150s
ccm流した。以下、リンドープポリシリコン膜2aを
ゲッタリングサイト2aと呼び、リンドープポリシリコ
ン膜2bをゲッタリングバリア2bと呼ぶ。
First, as shown in FIG. 1A, the specific resistance is 1
N-type silicon substrate 1 with 0 Ωcm and (100) surface
For example, a phosphorus concentration of 10 20 (atom / cm 2) is obtained by a CVD method using SiH 4 and PH 3 gas. )that's all,
Phosphorus-doped polysilicon film 2 having a thickness of about 500 nm
a and 2b are formed. Here, the reaction temperature is 850 ° C., the reaction time is 150 minutes, the pressure is 0.6 Torr, the SiH 4 flow rate is 800 sccm, the N 2 flow rate is 850 sccm, and the PH is
3 is diluted with He to 1% and diluted gas is 150s
It was flushed with ccm. Hereinafter, the phosphorus-doped polysilicon film 2a is referred to as a gettering site 2a, and the phosphorus-doped polysilicon film 2b is referred to as a gettering barrier 2b.

【0023】次に図1(b)に示す如く、シリコン基板
1aと同規格のシリコン基板1bの裏面をゲッタリング
サイト2aの表面に張り付ける。次いでこのシリコン基
板1bの表面に所望の素子を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, the back surface of the silicon substrate 1b of the same standard as the silicon substrate 1a is attached to the front surface of the gettering site 2a. Then, a desired element is formed on the surface of the silicon substrate 1b.

【0024】この方法によれば、素子形成工程中にシリ
コン基板1bに混入した重金属等の汚染物質は、ゲッタ
リングサイト2aに取り込まれるので、素子活性領域の
汚染を防止できる。また、ゲッタリングバリア2bは、
基板1aの裏面から混入する汚染物質が素子形成領域へ
拡散するのを防止している。このようにして本実施例で
は素子形成領域の汚染を防止でき、もって製造歩留まり
の向上を図ることができる。
According to this method, contaminants such as heavy metals mixed in the silicon substrate 1b during the element formation process are taken into the gettering site 2a, so that contamination of the element active region can be prevented. Further, the gettering barrier 2b is
The contaminants that enter from the back surface of the substrate 1a are prevented from diffusing into the element formation region. In this way, in this embodiment, the element formation region can be prevented from being contaminated, and the manufacturing yield can be improved.

【0025】また、後述するように、ゲッタリングサイ
ト2a及びゲッタリングバリア2bの重金属の除去能力
(ゲッタリング能力)は、低温熱処理を行なったほうが
より高くなるため、従来のようにpn接合の深さが変化
するといった問題は生じない。
As will be described later, the gettering site 2a and the gettering barrier 2b have a higher heavy metal removing ability (gettering ability) when the low temperature heat treatment is performed. There is no problem such as the change in size.

【0026】更に、上記低温熱処理のための新たな工程
が不要なので工程数が多くなったり、コストが上昇する
といった問題も生じない。これは、素子形成のための熱
処理が上記低温熱処理の役割を果たすからである。
Further, since a new step for the low temperature heat treatment is not required, there is no problem that the number of steps is increased and the cost is increased. This is because the heat treatment for forming the element plays the role of the low temperature heat treatment.

【0027】更にまた、従来のゲッタリング、例えば、
リンゲッタリングでは、工程の最終段階で汚染物質の除
去を行なっていたが、本実施例では、素子形成の最初の
工程から汚染物質の除去を行なうことができるという利
点がある。なお、ゲッタリングサイト2aの上下のシリ
コン基板1a,1bに関しては、素子構造によって変化
しても構わない。
Furthermore, conventional gettering, for example,
In the ring gettering, the contaminants were removed at the final stage of the process, but this embodiment has an advantage that the contaminants can be removed from the first step of forming the device. The silicon substrates 1a and 1b above and below the gettering site 2a may be changed depending on the element structure.

【0028】本発明者等はシリコン基板に金属溶液を用
いて、強制汚染を行い、ゲッタリングサイトとして機能
するリンド−プポリシリコン膜を形成し、このポリシリ
コン膜のゲッタリング能力をシリコン基板の少数キャリ
アの再結合寿命から評価した。
The inventors of the present invention used a metal solution on a silicon substrate to forcibly contaminate it to form a lind-polysilicon film functioning as a gettering site. It was evaluated from the recombination lifetime of minority carriers.

【0029】具体的には、Fe濃度が0.01〜100
ppmで、0.1NのHNO3 酸性のFe溶液にシリコ
ン基板を浸して強制汚染を行ない、引き続き、スピン乾
燥後に、1000℃,60分間のN2 アニールを行な
い、上記実施例と同様な条件でリンド−プポリシリコン
膜を前記基板の裏面に形成してN2 アニ−ルを行なう
か、又はN2 アニ−ルのみを行ない、これら各処理後に
前記シリコン基板の表面を弗硝酸溶液で約40μmエッ
チングした。そしてSurface Photovol
tage(SPV)法を用いて、シリコン基板中の少数
キャリアの拡散長を測定し、この測定結果から少数キャ
リアの再結合寿命を求めた。また、リン濃度はSIMS
法により得られた深さプロファイルから求めた。
Specifically, the Fe concentration is 0.01 to 100.
The silicon substrate was immersed in 0.1 N HNO 3 acidic Fe solution at ppm to perform forced contamination, and subsequently, spin drying was followed by N 2 annealing at 1000 ° C. for 60 minutes, under the same conditions as in the above embodiment. A phosphorus-doped polysilicon film is formed on the back surface of the substrate to perform N 2 annealing, or only N 2 annealing is performed. After each of these treatments, the surface of the silicon substrate is treated with a fluorinated nitric acid solution to about 40 μm. Etched. And Surface Photovol
The diffusion length of the minority carriers in the silicon substrate was measured using the target (SPV) method, and the recombination lifetime of the minority carriers was obtained from the measurement result. The phosphorus concentration is SIMS
It was calculated from the depth profile obtained by the method.

【0030】図2は以上のようにして得られたFe濃度
と再結合寿命との関係を示す特性図である。再結合寿命
とFe濃度とはリニアーな関係を満たしていることが分
かる。リンド−プポリシリコン膜を形成した場合、N2
アニールによるゲッタリングの温度が低いほど、基板の
再結合寿命が長くなっていることが分かる。また、リン
ド−プポリシリコン膜を用いる代わりに、この場合と同
一の温度、時間でN2アニールした場合は、リンド−プ
ポリシリコン膜の場合より再結合寿命が短くなり、再結
合寿命が飽和する傾向が観測された。アニ−ル温度が8
00℃,900℃,1000℃の場合のFeの飽和濃度
はそれぞれ6×1012、2×1013、4×1014ato
ms/cm3 である。これは、それぞれ800℃,90
0℃,1000℃におけるSi中のFeの固溶限に相当
していることが分かった。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the Fe concentration and the recombination life obtained as described above. It can be seen that the recombination lifetime and the Fe concentration satisfy a linear relationship. When a Lind-polysilicon film is formed, N 2
It can be seen that the lower the gettering temperature due to annealing, the longer the recombination life of the substrate. Further, instead of using the phosphorus-doped polysilicon film, when N 2 annealing is performed at the same temperature and time as in this case, the recombination life becomes shorter than that of the phosphorus-doped polysilicon film, and the recombination life is saturated. The tendency to do was observed. Anneal temperature is 8
The saturation concentrations of Fe at 00 ° C., 900 ° C., and 1000 ° C. are 6 × 10 12 , 2 × 10 13 , and 4 × 10 14 ato, respectively.
ms / cm 3 Is. This is 800 ℃, 90
It was found that this corresponds to the solid solution limit of Fe in Si at 0 ° C and 1000 ° C.

【0031】以上のことから、リンド−プポリシリコン
膜によるFeのゲッタリングは、各処理温度における固
溶限までのシリコン基板中のFe濃度の低下とその各々
のレベルからのリンによる吸出し効果の2つの機構によ
り起こっていると考えられる。
From the above, the gettering of Fe by the phosphorus-doped polysilicon film reduces the Fe concentration in the silicon substrate up to the solid solution limit at each processing temperature and the absorption effect of phosphorus from each level. It is thought to be caused by two mechanisms.

【0032】一方、リンド−プポリシリコン膜を用いて
ゲッタリングを行なう際の温度は、高温に比して低温の
方が、シリコン基板中に残留するFe量は少ないという
結果は、リンド−プポリシリコン膜中のゲッタリングサ
イトとシリコン基板におけるFeの平衡反応から説明で
きる。
On the other hand, the fact that the amount of Fe remaining in the silicon substrate is smaller when the gettering temperature is lower than the high temperature when the get-doped polysilicon film is used is low. This can be explained from the equilibrium reaction between gettering sites in the polysilicon film and Fe on the silicon substrate.

【0033】図3は、800℃,900℃,1000℃
でのゲッタリング温度における、リンド−プポリシリコ
ン膜中のリン量([P])と、ゲッタリング後のシリコ
ン基板中の残留Fe量([Fe]B )に対するゲッタリ
ングされたFe量([Fe]G )の比(ゲッタリング効
率)との関係を示す特性図である。ここで、Fe汚染は
800℃におけるFeの固溶限を越えない範囲で行なっ
ている。また、リン量([P])は単位面積当たりの原
子数であり、単位体積当たりの原子数を求めるには、こ
れをリンド−プポリシリコン膜の膜厚(この場合は、5
00nm)で割ればよい。この図から[Fe]B は、リ
ン量に対して、一義的に決定されることが分かり、この
関係は次式で表せる。 [Fe]B /[Fe]G =K(T)*[P]1/2 ・・・(1) ここでK(T)は分配係数である。
FIG. 3 shows 800 ° C., 900 ° C., 1000 ° C.
At the gettering temperature at the gettering temperature, the amount of phosphorus in the phosphorus-doped polysilicon film ([P]) and the amount of gettered Fe ([[Fe] B ) in the silicon substrate after gettering ([Fe] B ) It is a characteristic view showing a relation with the ratio of Fe] G ) (gettering efficiency). Here, Fe contamination is performed within a range not exceeding the solid solubility limit of Fe at 800 ° C. Further, the phosphorus amount ([P]) is the number of atoms per unit area, and in order to obtain the number of atoms per unit volume, this is calculated as the film thickness of the phosphorus-doped polysilicon film (in this case, 5).
00 nm). From this figure, it is found that [Fe] B is uniquely determined with respect to the amount of phosphorus, and this relationship can be expressed by the following equation. [Fe] B / [Fe] G = K (T) * [P] 1/2 (1) where K (T) is a distribution coefficient.

【0034】図4は分配係数K(T)とゲッタリング温
度Tとの関係を示す特性図である。K(T)は、ボルツ
マン定数kを用いて、4.5×10-18 exp(2.4
/kT)と表すことができる。この図からP量が同じ場
合には、低温ほど残留Fe量が少ないことが分かる。即
ち、低温の方がゲッタリング効果が高い。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the distribution coefficient K (T) and the gettering temperature T. K (T) is 4.5 × 10 −18 using the Boltzmann constant k exp (2.4
/ KT). It can be seen from this figure that when the P amount is the same, the residual Fe amount decreases as the temperature decreases. That is, the gettering effect is higher at lower temperatures.

【0035】低温の熱処理で効果的にゲッタリングを行
なうには、熱処理時間が一定時間以上でなければならな
い。即ち、この時間は、重金属が基板の一表面からゲッ
タリングサイトのある他表面までの最短経路を走るのに
必要な時間以上でなければならない。
In order to effectively perform gettering in a low temperature heat treatment, the heat treatment time must be a certain time or longer. That is, this time must be greater than or equal to the time required for the heavy metal to travel the shortest path from one surface of the substrate to the other surface with gettering sites.

【0036】上記熱処理時間は、熱処理温度に依存する
ものであり、温度が高くなれば重金属の基板内を走る速
度が大きくなる。図5に熱処理時間と熱処理温度との関
係を示す。図中、縦軸は熱処理時間t(分)の平方根を
表わし、横軸は熱処理温度T(℃)を表わしている。こ
こで示された曲線は、各熱処理温度に対応する最小熱処
理時間を示し、最適な熱処理時間の領域(斜線部分)と
熱処理時間には不適当な領域の境界を示すものである。
この曲線上における600℃,700℃,800℃,9
00℃,1000℃の熱処理時間は、それぞれ約104
分,42分,21分,10分,6分である。
The above heat treatment time depends on the heat treatment temperature, and the higher the temperature, the higher the speed at which the heavy metal runs in the substrate. FIG. 5 shows the relationship between the heat treatment time and the heat treatment temperature. In the figure, the vertical axis represents the square root of the heat treatment time t (minutes), and the horizontal axis represents the heat treatment temperature T (° C). The curve shown here indicates the minimum heat treatment time corresponding to each heat treatment temperature, and indicates the boundary between the region of optimum heat treatment time (hatched portion) and the region unsuitable for heat treatment time.
600 ℃, 700 ℃, 800 ℃, 9 on this curve
The heat treatment time at 00 ° C and 1000 ° C is about 104, respectively.
Minutes, 42 minutes, 21 minutes, 10 minutes, 6 minutes.

【0037】また、高いゲッタリング能力を得るには、
リンド−プポリシリコン膜のリン濃度が固溶限を越える
必要があり、少なくとも約1020(atom/cm3
以上であることが必要である。図6は熱処理温度とリン
のシリコンに対する固溶限との関係を示す特性図であ
る。この図から分かるように、リンの固溶限は、熱処理
温度が上がるにしたがって上昇する。例えば、熱処理温
度Tが600℃,700℃,800℃,900℃のとき
のリンの固溶限は、それぞれ約9×1019,2.4×1
20,3.4×1020,4.5×1020(atoms/
cm3 )であり、この曲線より上の斜線領域がリンド−
プポリシリコン膜に必要な、固溶限以上の濃度領域であ
る。図7は本発明の第2の実施例に係るCMOSトラン
ジスタの製造工程断面図である。
To obtain high gettering ability,
The phosphorus concentration of the phosphorus-doped polysilicon film needs to exceed the solid solubility limit, and is at least about 10 20 (atom / cm 3). )
It is necessary to be above. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the heat treatment temperature and the solid solubility limit of phosphorus in silicon. As can be seen from this figure, the solid solubility limit of phosphorus increases as the heat treatment temperature increases. For example, when the heat treatment temperature T is 600 ° C., 700 ° C., 800 ° C., 900 ° C., the solid solubility limits of phosphorus are about 9 × 10 19 and 2.4 × 1, respectively.
0 20 , 3.4 × 10 20 , 4.5 × 10 20 (atoms /
cm 3 ), And the shaded area above this curve is the Lind-
It is a concentration region above the solid solubility limit necessary for the polysilicon film. FIG. 7 is a sectional view of a manufacturing process of a CMOS transistor according to the second embodiment of the present invention.

【0038】先ず、図7(a)に示す如く、比抵抗が1
0Ωcmで表面が(100)面のn型シリコン基板11
のnチャネルMOSトランジスタ形成部分に、加速電圧
160keVでボロンを約1.5×1013cm-2イオン
注入する。その後、1190℃で8時間の熱処理を行な
い、pウエル12を形成し、基板1の表面をpMOS領
域とnMOS領域とに分離する。
First, as shown in FIG. 7A, the specific resistance is 1
N-type silicon substrate 11 with 0 Ωcm and (100) surface
About 1.5 × 10 13 cm −2 of boron is ion-implanted at an acceleration voltage of 160 keV in the n-channel MOS transistor forming portion of the above. After that, heat treatment is performed at 1190 ° C. for 8 hours to form the p well 12, and the surface of the substrate 1 is separated into a pMOS region and an nMOS region.

【0039】次に図7(b)に示す如く、素子分離を行
なうために、例えば、厚さ約700nmの厚いフィール
ド酸化膜13を選択的に形成した後、ゲート酸化膜とな
る厚さ10〜20nm程度の薄い酸化膜14を形成す
る。次いでゲート電極となるアンドープポリシリコン膜
にリンを熱拡散させたn+ ポリシリコン膜15を形成し
た後、これを通常のフォトリソグラフィを用いてゲ−ト
電極状にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 7B, in order to perform element isolation, for example, after a thick field oxide film 13 having a thickness of about 700 nm is selectively formed, a thickness 10 to be a gate oxide film is formed. A thin oxide film 14 of about 20 nm is formed. Then, phosphorus was thermally diffused into the undoped polysilicon film to be the gate electrode, n + After the polysilicon film 15 is formed, it is patterned into a gate electrode shape by using ordinary photolithography.

【0040】次いでゲート電極15及びフィールド酸化
膜13をマスクとしてイオン注入し、自己整合的にp+
層16、n+ 層17を形成する。これにより、p型MO
Sトランジスタ及びn型MOSトランジスタのソース、
ドレイン領域が形成される。なお、n型MOSトランジ
スタ領域にp型不純物をイオン注入するときには、p型
MOSトランジスタ領域をフォトレジストによりマスク
する。逆に、p型MOSトランジスタ領域にn型不純物
をイオン注入するときには、n型MOSトランジスタ領
域をフォトレジストによりマスクする。また、n型不純
物としては例えば砒素、p型不純物としては例えば硼素
又は弗化硼素を用いる。
Then, ions are implanted using the gate electrode 15 and the field oxide film 13 as a mask, and p + is self-aligned.
Layer 16, n + Form layer 17. This allows the p-type MO
Sources of S-transistors and n-type MOS transistors,
A drain region is formed. When p-type impurities are ion-implanted into the n-type MOS transistor region, the p-type MOS transistor region is masked with photoresist. On the contrary, when ion-implanting the n-type impurity into the p-type MOS transistor region, the n-type MOS transistor region is masked with photoresist. Arsenic is used as the n-type impurity, and boron or boron fluoride is used as the p-type impurity.

【0041】次に図7(c)に示す如く、全面にCVD
酸化膜18を堆積し、この酸化膜18の所定の部分に開
口部を形成し、引き続き、全面にポリシリコン膜19を
堆積する。次いでフォトリソグラフィを用いてこのポリ
シリコン膜19を電極状にパターニングした後、全面を
厚さ400nm程度の絶縁膜20、例えば、PSGやB
PSG等の燐ガラス膜で被覆する。
Next, as shown in FIG. 7 (c), CVD is performed on the entire surface.
An oxide film 18 is deposited, an opening is formed in a predetermined portion of the oxide film 18, and then a polysilicon film 19 is deposited on the entire surface. Then, this polysilicon film 19 is patterned into an electrode shape by using photolithography, and then the entire surface is covered with an insulating film 20 having a thickness of about 400 nm, such as PSG or B.
Cover with a phosphorus glass film such as PSG.

【0042】次いで、例えば、SiH4 、PH3 ガスを
用いたCVD法により、ゲッタリングサイトとなる、リ
ン濃度が1020atoms/cm3 以上、膜厚が500
nm程度のリンドープトポリシリコン膜21を基板11
の裏面に形成する。成膜条件は第1の実施例の条件と同
様である。なお、重金属等の汚染物質の除去工程として
は、リンド−プポリシリコン膜21の形成時間内で多く
の場合十分であるが、汚染物質の拡散に対して不十分で
ある場合には、引き続いて800℃以下の低温熱処理工
程を追加する。
Then, for example, by a CVD method using SiH 4 and PH 3 gas, the phosphorus concentration serving as a gettering site is 10 20 atoms / cm 3. Above, the film thickness is 500
The phosphorus-doped polysilicon film 21 having a thickness of about nm is formed on the substrate 11
Formed on the back surface of. The film forming conditions are similar to those of the first embodiment. It should be noted that the step of removing contaminants such as heavy metals is sufficient in most cases within the formation time of the phosphorus-doped polysilicon film 21, but if it is insufficient for diffusion of contaminants, it is continued. A low temperature heat treatment step at 800 ° C. or lower is added.

【0043】そして図7(d)に示す如く、基板表面の
不要なポリシリコン膜を除去した後、絶縁膜20にコン
タクトホ−ルを形成し、引き続き、メタライゼーション
工程を行ない、微細加工によって配線パターン22を形
成した後、N2 雰囲気中で450℃、15分の熱処理を
行なう。最後に、素子全体を保護するために、パッシベ
ーション膜23を全体に堆積してCMOSトランジスタ
を完成する。
Then, as shown in FIG. 7D, after removing the unnecessary polysilicon film on the surface of the substrate, a contact hole is formed on the insulating film 20, and subsequently a metallization process is carried out to form a wiring by fine processing. After forming the pattern 22, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in an N 2 atmosphere. Finally, in order to protect the entire device, a passivation film 23 is deposited all over to complete the CMOS transistor.

【0044】図8はリ−ク電流と電圧との関係を示す特
性図であり、図中、曲線aは本実施例の方法により作製
された素子のリ−ク電流と電圧との関係を示し、曲線b
は従来法の場合のそれである。この図から、低温ゲッタ
リングを行なった本実施例の素子のリ−ク電流の方が、
従来法の素子のそれより1桁リーク電流が小さいことが
分かる。かくして本実施例によれば、素子形成工程中に
ゲッタリングサイト21を形成することで、リ−ク電流
の小さいCMOSトランジスタを得ることができる。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relation between the leak current and the voltage. In the figure, the curve a shows the relation between the leak current and the voltage of the device manufactured by the method of this embodiment. , Curve b
Is that of the conventional method. From this figure, the leakage current of the element of this example subjected to low temperature gettering is
It can be seen that the leakage current is smaller by one digit than that of the conventional device. Thus, according to this embodiment, by forming the gettering site 21 during the element forming process, a CMOS transistor with a small leak current can be obtained.

【0045】なお、第1の実施例のように、ゲッタリン
グサイト,ゲッタリングバリアが形成されたシリコン基
板とシリコン基板11とを張り合わせた後、CMOSト
ランジスタの形成を行なっても良い。更にゲッタリング
バリアの表面に酸化膜や窒化膜からなる保護膜を形成し
ても良い。図9,図10は本発明の第3の実施例に係る
DRAMセルの製造工程断面図である。
As in the first embodiment, the CMOS transistor may be formed after the silicon substrate on which the gettering site and the gettering barrier are formed and the silicon substrate 11 are bonded together. Further, a protective film made of an oxide film or a nitride film may be formed on the surface of the gettering barrier. 9 and 10 are sectional views showing the steps of manufacturing a DRAM cell according to the third embodiment of the present invention.

【0046】先ず、図9(a)に示す如く、比抵抗が約
10Ωcmのp型シリコン基板31上にフィールド酸化
膜32を選択的に形成した後に、全面に厚さ約0.8μ
mのCVD酸化膜33を堆積する。次いで、例えば、S
iH4 、PH3 ガスを用いたCVD法により、基板31
の裏面にゲッタリングサイトとなるリン濃度が1020
toms/cm3 以上、膜厚が約500nm程度のリン
ドープポリシリコン膜21を形成する。成膜条件は第1
の実施例の材料と同様である。汚染物質の除去工程は引
き続く素子形成工程の熱処理により行なわれる。なお、
この熱処理中で生じるリンドープポリシリコン膜21の
薄膜化を防止するために、リンドープポリシリコン膜2
1の表面に保護膜となるSiO2 膜やSiN膜等の絶縁
膜を形成したほうが望ましい。次いでフォトリソグラフ
ィを用いて基板31の表面のキャパシタ形成領域内に窓
を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, after a field oxide film 32 is selectively formed on a p-type silicon substrate 31 having a specific resistance of about 10 Ωcm, a thickness of about 0.8 μm is formed on the entire surface.
m CVD oxide film 33 is deposited. Then, for example, S
The substrate 31 is formed by the CVD method using iH 4 and PH 3 gas.
Concentration of phosphorus, which is a gettering site, is 10 20 a on the back surface of
toms / cm 3 As described above, the phosphorus-doped polysilicon film 21 having a film thickness of about 500 nm is formed. First film forming condition
The material is the same as that of the example. The pollutant removal step is performed by heat treatment in the subsequent element forming step. In addition,
In order to prevent thinning of the phosphorus-doped polysilicon film 21 that occurs during this heat treatment, the phosphorus-doped polysilicon film 2
It is desirable to form an insulating film such as a SiO 2 film or a SiN film, which serves as a protective film, on the surface of 1. Next, a window is formed in the capacitor formation region on the surface of the substrate 31 by using photolithography.

【0047】次に図9(b)に示す如く、CVD酸化膜
33をマスクに用いて基板31をエッチングし、DRA
MセルのMOSキャパシタとなる領域内に、垂直壁を有
する深さ約3μmの溝34を形成する。基板31のエッ
チングは、例えば、CF4 ,SF6 ,CC14 等を主成
分とするガス或いはこれにHが入ったガスを用いた反応
性イオンエッチング(RIE)法で行なう。なお、RI
E法によるエッチングの場合、マスクとして通常のフォ
トレジストを用いると、それ自体もエッチングされて消
失する場合があるので、例えば、SiO2 /Si3 4
/SiO2 膜等の積層絶縁膜を用いることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 9B, the substrate 31 is etched using the CVD oxide film 33 as a mask, and DRA is performed.
A groove 34 having a vertical wall and having a depth of about 3 μm is formed in a region to be the MOS capacitor of the M cell. Etching of the substrate 31, for example, performed by CF 4, SF 6, CC1 reactive ion etching (RIE) method using a gas or this H enters the gas mainly composed of such 4. In addition, RI
In the case of etching by the E method, if a normal photoresist is used as a mask, it may itself be etched and disappear. Therefore, for example, SiO 2 / Si 3 N 4 is used.
It is desirable to use a laminated insulating film such as a / SiO 2 film.

【0048】次に図9(c)に示す如く、CVD酸化膜
33をエッチング除去した後、露出したシリコン基板3
1の表面にn- 層35を形成し、続いて熱酸化を行なっ
てキャパシタ絶縁膜となる熱酸化膜36を形成する。そ
して多結晶シリコン膜を堆積し、これをパターニングし
てキャパシタ電極37を形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, after the CVD oxide film 33 is removed by etching, the exposed silicon substrate 3 is removed.
N − on the surface of 1 A layer 35 is formed, and then thermal oxidation is performed to form a thermal oxide film 36 to be a capacitor insulating film. Then, a polycrystalline silicon film is deposited and patterned to form a capacitor electrode 37.

【0049】次に図10(a)に示す如く、キャパシタ
領域に隣接する位置にゲート絶縁膜となる熱酸化膜3
8,多結晶シリコン膜からなるゲート電極39を順次形
成した後、例えば、砒素をイオン注入してソース,ドレ
インとなるn+ 層40,41を形成する。ここで、キャ
パシタ電極37及びゲート電極39を同一の多結晶シリ
コン膜で形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 10A, a thermal oxide film 3 to be a gate insulating film is formed at a position adjacent to the capacitor region.
8. After sequentially forming a gate electrode 39 made of a polycrystalline silicon film, for example, arsenic is ion-implanted to form an n + source and drain. The layers 40 and 41 are formed. Here, the capacitor electrode 37 and the gate electrode 39 may be formed of the same polycrystalline silicon film.

【0050】次に図10(b)に示す如く、CVD法を
用いて全面に厚さ約400nmの絶縁膜42、例えば、
PSGやBPSG等のリンガラス膜を堆積する。この後
に、再び、例えばSiH4 ,PH3 ガスを用いたCVD
法により、ゲッタリングサイトとなる、リン濃度が10
20atoms/cm3 以上、膜厚が約400nmのリン
ドープポリシリコン膜を基板31の裏面に形成する。引
き続いて、重金属の除去工程として、例えば、800℃
以下、20分以上の低温熱処理工程を行なう。なお、先
に形成したゲッタリングサイトとしてのリンドープポリ
シリコン膜21が十分に残っていれば、再度、リンドー
プポリシリコン膜を形成する必要はなく、低温熱処理だ
けでも構わない。ここで、600℃以上の工程は終了す
る。最後に、メタライゼーション工程を行ない、微細加
工によって配線パターンを形成した後、全面に保護膜を
堆積してDRAMセルが完成する。以上述べた方法で
も、低温熱処理で素子活性領域から重金属等の汚染物質
を取り除くことができるので、素子特性の劣化を防止で
きる。
Next, as shown in FIG. 10B, the insulating film 42 having a thickness of about 400 nm, for example, the entire surface is formed by the CVD method.
A phosphorus glass film such as PSG or BPSG is deposited. After this, again, for example, CVD using SiH 4 and PH 3 gas is performed.
By the method, the concentration of phosphorus, which is a gettering site, is 10
20 atoms / cm 3 As described above, the phosphorus-doped polysilicon film having a thickness of about 400 nm is formed on the back surface of the substrate 31. Subsequently, as a heavy metal removing step, for example, 800 ° C.
Then, a low temperature heat treatment step for 20 minutes or more is performed. If the previously formed phosphorus-doped polysilicon film 21 as the gettering site remains sufficiently, it is not necessary to form the phosphorus-doped polysilicon film again, and only the low temperature heat treatment may be performed. Here, the process of 600 ° C. or higher is completed. Finally, a metallization process is performed to form a wiring pattern by fine processing, and then a protective film is deposited on the entire surface to complete the DRAM cell. Even with the method described above, it is possible to remove contaminants such as heavy metals from the element active region by low-temperature heat treatment, so that deterioration of element characteristics can be prevented.

【0051】また、第1の実施例のように、ゲッタリン
グサイト,ゲッタリングバリアが形成されたシリコン基
板とシリコン基板31とを張り合わせた後、DRAMセ
ルの形成を行なっても良い。図11は本発明の第4の実
施例に係る光電変換装置を含んだCCDイメージセンサ
の画素部の断面図である。
As in the first embodiment, the DRAM substrate may be formed after the silicon substrate 31 having the gettering site and the gettering barrier formed thereon is bonded to the silicon substrate 31. FIG. 11 is a sectional view of a pixel portion of a CCD image sensor including a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【0052】n型のシリコン基板51中にはpウェル領
域52が形成されている。このpウェル52中には、垂
直CCD領域53(n- 層)とフォトダイオード領域6
1(n- 層)とが交互に形成されている。垂直CCD領
域53とフォトダイオード領域61とは、垂直CCDの
チャネルストップ(P+ 層)60によって分離されてい
る。垂直CCD領域53上にはSiO2 からなるゲート
酸化膜54を介してポリシリコンからなるゲート電極5
5が形成されている。その上に、CVD酸化膜(SiO
2 )56及びアルミニウムからなる光シ−ルド層57,
59が順に形成され、更にその上にBPSG等からなる
絶縁膜58が形成されている。そして基板51の裏面に
は高濃度のリンド−プポリシリコン膜21が形成されて
いる。このリンド−プポリシリコン膜21の形成は次の
ようにして行なう。
A p-well region 52 is formed in the n-type silicon substrate 51. In the p-well 52, a vertical CCD area 53 (n Layer) and photodiode region 6
1 (n - Layers) are formed alternately. The vertical CCD area 53 and the photodiode area 61 are connected by a channel stop (P + Layers) 60. A gate electrode 5 made of polysilicon is formed on the vertical CCD region 53 via a gate oxide film 54 made of SiO 2.
5 is formed. On top of that, a CVD oxide film (SiO
2 ) 56 and an optical shield layer 57 made of aluminum,
59 are sequentially formed, and an insulating film 58 made of BPSG or the like is further formed thereon. A high-concentration phosphorus-doped polysilicon film 21 is formed on the back surface of the substrate 51. The formation of this phosphorus-doped polysilicon film 21 is performed as follows.

【0053】即ち、素子形成工程の初期に、CVD法を
用いて、基板51の表面にマスクとなる厚さ約0.8μ
mのシリコン酸化膜を形成する。次いで、SiH4 、P
3ガスを用いたCVD法により、基板51の裏面にゲ
ッタリングサイト(ゲッタリングバリア)となる、リン
濃度が1020atoms/cm3 以上、厚さが約500
nmのリンドープポリシリコン膜21を形成する。成膜
条件は第1の実施例の条件と同様である。続いて、例え
ば、800℃、20分以上の低温熱処理を行なう。この
後、上述したpウェル領域52等を形成する工程に移行
する。
That is, at the beginning of the element forming process, the thickness of about 0.8 μ serving as a mask is formed on the surface of the substrate 51 by using the CVD method.
m silicon oxide film is formed. Then SiH 4 , P
By the CVD method using H 3 gas, the phosphorus concentration which becomes a gettering site (gettering barrier) on the back surface of the substrate 51 is 10 20 atoms / cm 3. Above, the thickness is about 500
A phosphorus-doped polysilicon film 21 having a thickness of nm is formed. The film forming conditions are similar to those of the first embodiment. Subsequently, for example, low temperature heat treatment is performed at 800 ° C. for 20 minutes or more. After that, the step moves to the step of forming the p well region 52 and the like described above.

【0054】本実施例でも、リンドープポリシリコン膜
21により、重金属等の汚染物質の侵入防止や除去を行
なうことができる。この結果、重金属による少数キャリ
アの生成消滅中心の発生を防止でき、白傷の発生を無く
すことができる。
Also in this embodiment, the phosphorus-doped polysilicon film 21 can prevent and remove contaminants such as heavy metals. As a result, the generation and extinction center of minority carriers due to heavy metals can be prevented from occurring, and the occurrence of white scratches can be eliminated.

【0055】なお、第1の実施例のように、ゲッタリン
グサイト,ゲッタリングバリアが形成されたシリコン基
板とシリコン基板51とを張り合わせた後、CCDの形
成を行なっても良い。更に、ゲッタリングバリアの表面
を酸化膜や窒化膜からなる保護膜で被覆しても良い。
As in the first embodiment, the CCD may be formed after the silicon substrate 51 on which the gettering site and the gettering barrier are formed and the silicon substrate 51 are bonded together. Furthermore, the surface of the gettering barrier may be covered with a protective film made of an oxide film or a nitride film.

【0056】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。上記実施例ではポリシリコン膜を58
0℃で形成したが、これに限らず適宜変更が可能であ
る。その中で好ましくは、580℃及至620℃が良
い。580℃より低いと成膜速度が低下し、620℃よ
り高いと膜の均一性が劣化する。また、上記実施例では
ポリシリコン膜を用いたゲッタリングサイト,ゲッタリ
ングバリアについて説明したが、エピタキシャルシリコ
ン膜を用いても良い。更に、ゲッタリングサイト,ゲッ
タリングバリアの形成工程は、上記実施例で述べた工程
段階に限定されるものではなく、その前後であっても良
い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施できる。
The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the polysilicon film is 58
Although it is formed at 0 ° C., it is not limited to this and can be appropriately changed. Among them, 580 ° C to 620 ° C is preferable. When the temperature is lower than 580 ° C, the film forming rate decreases, and when the temperature is higher than 620 ° C, the uniformity of the film deteriorates. Further, although the gettering site and the gettering barrier using the polysilicon film have been described in the above embodiments, an epitaxial silicon film may be used. Further, the process of forming the gettering site and the gettering barrier is not limited to the process steps described in the above embodiments, but may be before or after the process steps. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板裏面にリンを含むシリコン膜を堆積し、低温熱処理に
よりこのポリシリコン膜に汚染物質を吸収させること
で、素子特性の低下を招くこと無く素子領域の汚染物質
を除去でき、もって半導体素子の製造歩留まりを向上す
ることができる。
As described above in detail, according to the present invention, a silicon film containing phosphorus is deposited on the back surface of a substrate, and a low temperature heat treatment causes the polysilicon film to absorb contaminants, thereby reducing device characteristics. Contaminants in the element region can be removed without inviting it, and thus the manufacturing yield of semiconductor elements can be improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係わる半導体装置の製
造工程断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】Fe濃度と再結合寿命との関係を示す特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between Fe concentration and recombination lifetime.

【図3】リン量とゲッタリング効率との関係を示す特性
図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a phosphorus amount and gettering efficiency.

【図4】分配係数K(T)とゲッタリング温度との関係
を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a distribution coefficient K (T) and a gettering temperature.

【図5】熱処理時間と熱処理温度との関係を示す特性
図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between heat treatment time and heat treatment temperature.

【図6】リンのシリコンに対する固溶限曲線。FIG. 6 is a solid solubility limit curve of phosphorus for silicon.

【図7】本発明の第2の実施例に係わるC−MOSトラ
ンジスタの製造工程断面図。
FIG. 7 is a sectional view of a manufacturing process of the C-MOS transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図8】リ−ク電流と電圧との関係を示す特性図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between leak current and voltage.

【図9】本発明の第3の実施例に係わるDRAMセルの
製造工程断面図。
FIG. 9 is a sectional view of a manufacturing process of a DRAM cell according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施例に係るDRAMセルの
製造工程断面図。
FIG. 10 is a sectional view of a manufacturing process of a DRAM cell according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第4の実施例に係わるCCDイメ−
ジセンサの画素部の断面図。
FIG. 11 is a CCD image according to a fourth embodiment of the present invention.
Sectional drawing of the pixel part of a di-sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,11,31,51…シリコン基板、2a,
2b,21…リンドープポリシリコン膜、12,52…
pウェル、13,32…フィールド酸化膜、14,1
8,36,38,54,56…酸化膜、15,19…ポ
リシリコン膜、16…p+ 層、17…n+ 層、20,4
2…絶縁膜、22…配線パターン、35…n- 層、37
…キャパシタ電極、39,55…ゲ−ト電極、53…垂
直CCD領域、60…チャネルストップ、61…フォト
ダイオード領域。
1a, 1b, 11, 31, 51 ... Silicon substrate, 2a,
2b, 21 ... Phosphorus-doped polysilicon film, 12, 52 ...
p-well, 13, 32 ... field oxide film, 14, 1
8, 36, 38, 54, 56 ... Oxide film, 15, 19 ... Polysilicon film, 16 ... P + layer, 17 ... N + layer, 20, 4
2 ... Insulating film, 22 ... Wiring pattern, 35 ... N - layer, 37
... Capacitor electrodes, 39, 55 ... Gate electrodes, 53 ... Vertical CCD area, 60 ... Channel stop, 61 ... Photodiode area.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年12月10日[Submission date] December 10, 1992

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【図5】 [Figure 5]

【図11】 FIG. 11

【図2】 [Fig. 2]

【図6】 [Figure 6]

【図3】 [Figure 3]

【図10】 [Figure 10]

【図4】 [Figure 4]

【図7】 [Figure 7]

【図9】 [Figure 9]

【図8】 [Figure 8]

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面に素子が形成される半導体基板と、こ
の基板の裏面に形成され、前記素子の形成領域から重金
属を含む汚染物質を除去するリンを含むシリコン膜とを
備え、前記シリコン膜のリン濃度が所定温度においてシ
リコン膜の固溶限を越えることを特徴とする半導体装
置。
1. A silicon film, comprising: a semiconductor substrate having an element formed on a front surface thereof; and a silicon film formed on the back surface of the substrate and containing phosphorus for removing contaminants containing heavy metals from a formation region of the element. A semiconductor device having a phosphorus concentration exceeding the solid solubility limit of a silicon film at a predetermined temperature.
【請求項2】半導体基板の素子形成領域から重金属を含
む汚染物質を除去する方法であって、前記基板の裏面に
リンを含むシリコン膜を設ける工程と、このシリコン膜
のリン濃度がシリコン膜の固溶限を越えるように、所定
定温度で熱処理を行なう工程とを有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
2. A method of removing a contaminant containing a heavy metal from an element formation region of a semiconductor substrate, comprising the step of providing a silicon film containing phosphorus on the back surface of the substrate, and the phosphorus concentration of the silicon film is equal to that of the silicon film. And a step of performing heat treatment at a predetermined constant temperature so as to exceed the solid solution limit.
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