JPH07263453A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH07263453A
JPH07263453A JP6054299A JP5429994A JPH07263453A JP H07263453 A JPH07263453 A JP H07263453A JP 6054299 A JP6054299 A JP 6054299A JP 5429994 A JP5429994 A JP 5429994A JP H07263453 A JPH07263453 A JP H07263453A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 シリコン基板101と、前記シリコン基板表
面側に形成された素子、例えば、ゲート電極110や金
属配線115と、前記基板裏面側に形成された非晶質シ
リコン膜102とを備えた半導体装置。 【効果】 600℃以下の低温プロセス、また、素子の
長期信頼性を確保するための高速加速試験においても、
電気特性の劣化を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に係わり、特に素子形成領域への汚染物質の混入
を防ぐ半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置は集積化が進んでお
り、その信頼性向上のために、被処理基板表面の素子形
成領域内部に取り込まれた重金属、軽金属等の金属不純
物に対しては、製造プロセス中にゲッタリング等の手法
を用いて、効果的に除去する必要がある。また、一旦ゲ
ッタリング層中に捕獲した金属不純物に対しては、続く
後熱処理工程でもゲッタリング層からの再放出を抑え、
装置の長期信頼性を確保するためにも、素子活性層中へ
の金属不純物の侵入を長期間抑える必要がある。
【0003】即ち、半導体装置の製造工程中、あるいは
半導体装置の長期常用中(試験的には高温加速試験中)
に半導体基板内部に侵入した金属不純物は電子、正孔の
トラップ中心を形成し、pn接合のリーク電流の原因と
なり、さらには半導体素子の電気特性を劣化させる。例
えば、シリコン基板内部の素子形成領域に、Fe、C
u、Ni、Au等の重金属が導入されるとMOSライフ
タイムの低下、pnジャンクションリークの増大、DR
AMのメモリホールディング時間が短くなる等の問題が
ある。また、ゲート酸化膜中及びシリコン基板との界面
に侵入した金属不純物は酸化膜の絶縁耐圧やリーク電流
等の電気特性の劣化及び欠陥密度の増大の原因となるこ
とが報告されている。特に、EEPROM等の不揮発性
メモリにおいては、1010atoms/cm2 以下の微
量な金属不純物においても、トンネル酸化膜の信頼性に
悪影響を及ぼす。
【0004】このように金属不純物は、素子の電気特性
の劣化を引き起こし、特にUSLIの生産においては少
量の汚染でも素子特性が劣化、変動するため、生産歩留
まり、また長期信頼性を劣化させる大きな原因となって
いる。
【0005】通常、このような重金属等の汚染物質は、
素子形成領域からエッチングまたはゲッタリングにより
除去する方法が取られている。ウエットあるいはドライ
エッチングによる不純物除去方法は、被処理基板表面の
不純物に関しては基板をエッチングすることなしに除去
できるが、一度、被処理基板中に拡散した微量な不純物
に関しては効果的に除去することはできない。
【0006】一方、基板のエッチングを必要としないゲ
ッタリングによる不純物除去方法は大きく二つに分けら
れ、イントリンシックゲッタリング、(IG)とエクス
トリンシックゲッタリング(EG)がある。
【0007】IGはウエハ内部の不純物である酸素が必
要であり、酸素析出物(バルクマイクロディフェクト:
BMD)形成のための熱処理が重要な意味を持ってい
る。つまり、最適な析出状態を作り出すため、低温から
高温までのすべての熱プロセスにおけるウエハの熱履歴
管理が必要になり、ウエハの転位強度との兼ね合いか
ら、高度の技術が必要になる。さらに根本的な問題とし
て、IGはシリコン基板中に過飽和に存在する金属不純
物を高温状態から低温状態に冷却する工程において、B
MD近傍に析出させているだけであるので、500〜1
000℃程度の高温状態では、金属不純物の固溶限とも
関係するがほとんどゲッタリング効果はなく、冷却時に
おいても素子形成領域への析出を抑制し、選択的にBM
D近傍のみに金属不純物を析出させることはできない。
【0008】一方、代表的なEGにはリンゲッタリン
グ、ウエハ裏面ポリシリコンゲッタリング(バックサイ
ドポリ:BSP)等がある。リンゲッタリングはウエハ
裏面からリンを拡散させ、金属不純物を素子形成領域か
ら、高濃度のリン拡散層に選択的に析出させて取り除く
方法である。リンゲッタリングを行うには、例えばPO
Cl3 を原料ガスとして用いるが、高濃度のリン拡散層
を形成するためには固溶限の問題からシリコン基板に対
して800℃より高温の熱処理プロセスが必要である。
したがって、リンゲッタリングは800℃より高温の熱
処理が行えるプロセスでは有効な手法であるが、800
℃以下の熱処理しか許されない低温プロセスではリンゲ
ッタリングは採用できない。
【0009】BSPゲッタリングはウエハの裏面にポリ
シリコン膜を堆積させ、そのポリシリコンの粒界に金属
不純物を析出させる方法である。この方法はシリコン基
板の裏面側にポリシリコンを堆積させておけば、プロセ
スの最初の工程からゲッタリングできるが、IGと同様
に、汚染量の問題はあるが600℃より高い高温プロセ
スではほとんどゲッタリング効果が見られない。さら
に、Cu、Ni等のシリコン基板内での拡散係数が大き
い金属不純物は、IGと同様に、約700℃以上の高温
状態から室温の状態までウエハを冷却する過程中にポリ
シリコンの粒界に析出する。しかし、この析出した金属
不純物は、再びシリコン基板の温度を上げることによっ
てゲッタリングサイトから再放出される。
【0010】金属不純物のゲッタリングサイトでの熱的
安定性を各種ゲッタリング方法で比較すると、IGやB
SPゲッタリングはリンゲッタリングのようなリンと金
属不純物との相互作用が期待できるゲッタリング手法に
比べて、金属不純物の熱安定性が低い。つまり、IGや
BSPゲッタリングは700℃以上の高温状態から室温
の状態までウエハを管理制御された速度で冷却し、BM
D近傍やポリシリコン粒界に金属不純物を捕獲したとし
ても、その後の高温熱処理でゲッタリングサイトから再
放出するため、素子形成領域に再度悪影響を及ぼす。つ
まり、IGやBSPゲッタリングは単に、金属不純物の
捕獲と放出の繰り返しを行っているにすぎない。
【0011】プロセスサイドからゲッタリングを考える
と、低融点金属、例えばアルミニウムの金属配線形成工
程後は600℃より高い温度での高温熱処理工程が行え
ないため、素子形成領域中の金属不純物を、シリコン基
板の裏面側に選択的に除去するようなリンゲッタリング
は金属配線形成工程前に行う必要がある。さらに、半導
体の高集積化に伴い、プロセス温度の低温化が進む中
で、800℃以上の熱処理が必要なリンゲッタリングは
プロセスとの整合性の問題から今後は使用できなくな
る。
【0012】また、IGやBSPゲッタリングは前述の
ように、シリコン基板の高温状態から室温状態までの冷
却工程中に、シリコン基板内の大部分の金属不純物を捕
獲する。しかし、金属配線形成後の400℃近傍で行う
シンターアニール、300〜450℃近傍で行う層間絶
縁膜、あるいはパッシベーション膜等の成膜プロセスに
おいて、捕獲された金属不純物が再放出される。特に、
シリコン中での拡散係数の大きいCu、Ni、Ag、A
u、Fe等、中でもCu、Niは、そのような低温プロ
セスにおいても素子形成領域に影響を及ぼす。
【0013】また、ダイシング工程後のウエハボンディ
ング、ワイヤーボンディング工程等の最終工程であるパ
ッケージング工程が終わった半導体、即ち、製品状態で
のデバイス特性を評価する際、高温保持特性等の長期信
頼性では、100〜300℃の比較的高い温度にて高温
加速実験が行われる。このようなデバイス特性の評価段
階でも、素子活性層に近いIG層に捕獲された金属不純
物は、例えばポーズタイムの変動等の悪影響を及ぼす。
【0014】以上述べたように、半導体装置の高い信頼
性を得るためには、現状の製造プロセス、特に金属配線
形成工程の前後における500℃以下の低温プロセスを
用いた半導体装置の形成において、十分なIG、EG等
のゲッタリング方法はなかった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】このように、基板中の
素子形成領域に取り込まれた金属汚染は、素子の電気特
性の劣化を引き起こし、信頼性を低下させる大きな問題
となっている。本発明は上記実情を鑑みて為されたもの
であり、その目的とするところは、高温熱工程が使えな
い金属配線形成工程後の500℃程度以下の低温プロセ
スにおいても、従来のIG、BSPゲッタリングに比べ
て熱安定性が高く(高温時に再放出する金属不純物量を
IG、BSPゲッタリングよりも抑える)、さらにゲッ
タリングサイトの容量をBSPゲッタリングよりも格段
に高めた半導体装置の製造方法を提供することにある。
さらに、長期信頼性を確保するための高温加速試験にお
いても、金属不純物の素子形成領域への侵入、それに伴
う電気特性の劣化を抑えるための特別な半導体装置の構
造を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第1では、半導体基板と、この半導体基板の
表面側に形成され、金属からなる電極配線が配設された
素子と、前記半導体基板の裏面側に形成された非晶質半
導体膜とを備えた半導体装置を提供する。
【0017】望ましくは、前記半導体基板は、チップと
してその裏面側がフレームにボンディングされたり、前
記半導体基板内の金属不純物を取り除くためのゲッタリ
ング層であったりすることである。
【0018】また、前記金属不純物には、Cu、Ni、
Ag、Au、Fe、特にCu、Niの少なくとも一元素
が含まれていることが好ましい。また、望ましくは、前
記非晶質半導体膜は、半導体基板の裏面に直接接して形
成されたり、裏面全面あるいは少なくとも一部の領域に
形成されたりすることである。
【0019】また、前記非晶質半導体膜には、周期律表
III 族またはV 族に属する不純物元素、特にボロンまた
はリンが含有されていることが好ましい。また、前記非
晶質半導体膜は非晶質シリコン膜であることが好まし
い。
【0020】また、前記金属からなる電極配線は、A
l、Cu、Ag、Auのうち少なくとも一つを主成分と
するものであることが好ましい。また、本発明の第2で
は、半導体基板の表面側に金属からなる電極配線が配設
された素子を形成する工程と、前記素子が形成された半
導体基板の裏面側に非晶質半導体膜を形成する工程とを
有する半導体装置の製造方法を提供する。
【0021】望ましくは、前記非晶質半導体膜を形成す
る工程を、前記半導体基板をパッケージングする工程前
で、かつ前記半導体基板の裏面側をポリッシングする工
程後に行うことである。
【0022】また、前記素子を形成する工程を前記ポリ
ッシングする工程前に行うことが好ましい。また、本発
明の第3では、半導体基板の表面側に素子を形成する工
程と、前記素子が形成された半導体基板の裏面側に非晶
質半導体膜を形成する工程と、前記非晶質半導体膜が裏
面側に形成された状態で、前記半導体基板の表面側に前
記素子に配設される金属からなる電極配線を形成する工
程とを有する半導体装置の製造方法を提供する。
【0023】望ましくは、前記非晶質半導体膜を形成す
る工程を、前記半導体基板をパッケージングする工程前
で、かつ前記半導体基板の裏面側をポリッシングする工
程後に行う。なお、このポリッシングする工程は、前記
半導体基板の裏面側に形成された多結晶半導体膜をポリ
ッシングする工程であることが好ましい。
【0024】また、前記多結晶半導体膜は多結晶シリコ
ン膜で、前記半導体基板内の不純物を取り除くためのゲ
ッタリング層であることが好ましい。また、望ましく
は、前記非晶質半導体膜を形成する工程以降を、この半
導体膜の非晶質性が維持される温度に制御することであ
る。特に、前記非晶質半導体膜は非晶質シリコン膜であ
り、この非晶質シリコン膜を形成する工程以降を、60
0℃以下の温度に制御することが好ましい。
【0025】また、前記制御された温度で、金属不純物
のゲッタリングを行うことが好ましい。また、前記金属
不純物には、Cu、Ni、Ag、Au、Fe、特にC
u、Niの少なくとも一元素が含まれていることが好ま
しい。
【0026】また、前記非晶質半導体膜に周期律表III
族またはV 族に属する不純物元素、特にボロンまたはリ
ンを含有せしめることが好ましい。また、前記金属から
なる電極配線は、Al、Cu、Ag、Auのうち少なく
とも一つを主成分とするものであることが好ましい。な
お、本発明のおいて電極配線とは、電極又は配線又はそ
の両方を指す。
【0027】
【作用】本発明によれば、従来のIGやEGよりも金属
不純物のゲッタリング効果が高く、かつゲッタリングサ
イトの容量が多い、アモルファス(非晶質)シリコン膜
(ゲッタリング層)を素子が形成されたシリコン基板
(半導体装置)の裏面側に形成してあるので、IG層の
BMD近傍に析出している金属不純物を長期信頼性評価
である100〜300℃の高温加速試験中でも基板裏面
のゲッタリング層に捕獲できるため、素子形成領域へ金
属不純物が侵入する量を低減できる。即ち、本発明は、
アモルファス構造においては、金属不純物の析出サイト
がIGやBSPゲッタリングよりも著しく増しているこ
とに注目してなされたものである。
【0028】また、不純物としてボロン等を添加した場
合、周期律表III 族またはV 族に属する不純物元素、特
にボロン等の不純物元素と、シリコン等の半導体基板中
における拡散係数が大きなCu、Ni、Ag、Au、F
e等の金属不純物との間には、アモルファス構造におい
て化学的な相互作用があるため、IGやBSPゲッタリ
ングよりも熱安定性が高い。このため、ゲッタリング層
からの金属不純物の再放出を抑えることができる。
【0029】したがって、金属からなる電極配線形成後
にゲッタリング層を形成した場合には、400℃近傍で
行う上記金属等のシンターアニール、300〜450℃
近傍で行う層間絶縁膜あるいはパッシベーション膜等の
成膜プロセスにおいても、基板内外の金属不純物をゲッ
タリング層に捕獲でき、一旦ゲッタリング層に捕獲した
拡散係数が大きいCu、Ni、Ag、Au、Fe等、特
にCu、Niの金属不純物(これらの金属不純物は基板
の表面側に形成される金属電極配線が汚染源となること
もある)であっても、IGやBSPゲッタリングに比べ
て、素子形成領域への再放出量を抑えることができる。
【0030】また、ゲッタリング層として、ボロン添加
アモルファスシリコン膜を金属からなる電極配線形成
前、特に直前に、シリコン基板の裏面側に形成する場合
には、上記した効果が得られる他に、低融点金属、例え
ばAl、Al−Si−Cu、Cu、AgまたはAu等の
金属配線をスパッタ法やCVD法にて形成する際、基板
の裏面、裏面の縁等に付着した金属不純物をその後の熱
処理の際に基板内に取り込まれないように防止できる。
【0031】また、素子形成領域表面をパッシベーショ
ン膜等で覆うなどして、シリコン基板の裏面側をポリッ
シングして薄膜化した後に、ボロン等を添加したアモル
ファスシリコン膜のゲッタリング層を上記シリコン基板
の裏面側に形成することにより、ポリッシング工程時等
に基板中に混入したり、あるいはまた既に基板中に存在
していた金属不純物を上記ゲッタリング層により基板か
らゲッタリング除去することが可能である。さらに上記
基板をチップとして、その裏面をフレームにボンディン
グする工程やワイヤーボンディング工程等のパッケージ
ング工程において低温熱処理を行っても、上記ゲッタリ
ングでアモルファスシリコン膜中に捕獲した金属不純物
をポリッシング工程で薄膜化したシリコン基板の内部に
拡散させない。即ち、ポリッシング工程により薄膜化さ
れたシリコン基板では、基板裏面側から素子の形成され
る表面側までの拡散距離が短くなり、素子に影響が出や
すくなるが、上記した如く基板裏面にゲッタリング層と
してのアモルファスシリコン膜を形成した状態にしてお
けば、金属不純物の(再)拡散による問題を防止するこ
とが可能である。
【0032】また、たとえ、IG層に捕獲されている金
属不純物が上記低温熱処理でIG層から再放出されたと
しても、裏面のゲッタリング層で捕獲できるため、基板
表面の素子形成領域に拡散させる量を大幅に低減でき
る。
【0033】さらに、シリコン基板裏面側にシリコン等
の多結晶半導体膜を形成した場合、この膜をゲッタリン
グ層として用いることができるが、上記多結晶半導体膜
は、ゲッタリングした金属不純物を再放出させやすく、
また、ゲッタリングサイトの容量も多くない。したがっ
て、上記半導体膜を一度、ポリッシングにより除去した
後、再度本発明のように、アモルファス半導体膜を基板
の裏面側に形成すれば、ゲッタリング能力の向上、及び
維持に効果的である。
【0034】
【実施例】以下、本発明による半導体装置及びその製造
方法の実施例について図面を参照しながら詳細に説明す
る。 実施例1 図1は、本発明の半導体装置の一実施例の断面図を示
す。
【0035】トランジスタやキャパシタ等の素子が形成
されているシリコン基板101の裏面に、ボロンが例え
ば1021atom/cm3 添加されたアモルファスシリ
コン膜102が形成されている。なお、図1中、103
はソース・ドレイン拡散層、104はフィールド酸化
膜、105、107は絶縁膜、106、108はキャパ
シタ電極、109はゲート酸化膜、110、112はゲ
ート電極、111、115は金属配線、113、11
4、116、117は層間絶縁膜である。
【0036】本発明は金属配線が形成された半導体装置
において、半導体基板裏面にアモルファスシリコン膜が
形成されていること、また、この裏面に形成するゲッタ
リング層はボロンを添加したアモルファスシリコン膜で
あることが特徴であり、単にボロンが添加されたシリコ
ン基板、ボロンが添加されたエピタキシャルシリコン
膜、あるいはボロンが添加されたポリシリコン膜等とは
異なる。
【0037】このボロン添加アモルファスシリコン膜
は、例えば、減圧化学気相成長法(LP−CVD)にて
ジボランとジシランを用いて、約300℃の低温で形成
することができるので、金属配線形成後であっても問題
はない。
【0038】なお、ゲッタリング層であるボロン添加ア
モルファスシリコン膜の膜厚は50nm以上、添加する
ボロン濃度は1020atom/cm3 以上であることが
望ましい。
【0039】また、ボロン以外にも周期律表III 族また
はV 族に属する不純物元素、例えばリン、ヒ素等を用い
ることができる。本発明の効果を示すために、Cuを強
制汚染法にて汚染したウエハを用意して、本発明のボロ
ン添加アモルファスシリコン膜を用いたゲッタリングと
従来例のBSPゲッタリングとでゲッタリング効果の熱
安定性を比較した。
【0040】図2は、横軸がゲッタリング熱処理温度、
縦軸がSPV(Surface Photovolta
ge)法にて求めたゲッタリング効果[1−τ0 /τ]
(%)を示す特性図である。τ0 は汚染ウエハ(ゲッタ
リング処理なし)の少数キャリヤーライフタイム、τは
ゲッタリング処理を行ったウエハの少数キャリヤーライ
フタイムである。裏面に形成されたボロン添加アモルフ
ァスシリコン膜及びBSPゲッタリング層の厚さは各々
0.1μmである。また、ゲッタリング熱処理は、窒素
アニールでCuを各温度で十分に拡散させた後、室温ま
で急冷した。
【0041】図2から明らかなように、本発明では従来
例であるBSPゲッタリングよりも600℃以下の温度
範囲で高いゲッタリング効果を有することが分かった。
図2中には示していないが、金属汚染量が増すとゲッタ
リング効果の差は益々広がる。また、ゲッタリング層の
厚さを薄くしてもその差は広がる。この理由は、ボロン
を添加することで金属不純物と化学的な相互作用が働く
こと、また、析出サイトは本発明のほうが十分に存在し
ていることによる。
【0042】この結果から、ゲッタリングサイトからの
金属不純物の再放出を考えた場合、BSPゲッタリング
では300〜600℃程度の低温プロセスでも金属不純
物をゲッタリング層から放出させてしまうが、本発明の
ボロン添加アモルファスシリコン膜は同じ温度範囲で、
再放出を抑え、安定に金属不純物をゲッタリングサイト
に捕獲できる。
【0043】ここで、本発明のボロン添加アモルファス
シリコン膜を用いたゲッタリングと従来例のBSPゲッ
タリングとで、400℃で窒素アニールした際のゲッタ
リングサイトに捕獲されるCu量の比較を、上記ウエハ
を用いてSIMS分析によって行った。図3は、その結
果を示した図である。この図から、本発明のボロン添加
アモルファスシリコン膜を用いたゲッタリング(図3
(a))の方が、BSPゲッタリング(図3(b))よ
りも多くのCuを捕獲することが分かった。したがっ
て、本発明はBSPゲッタリングよりも熱安定性(再放
出特性)と容量(ゲッタリングサイト量)の両面におい
て優れていることが分かる。
【0044】図10に、従来のSRAMと、本発明の裏
面にゲッタリング層を有したSRAMのpnジャンクシ
ョンリーク電流特性の比較を示した。図10から明らか
なように、本発明では従来例に比べて、リーク電流が減
少しているのが分かる。これは、従来例においては、p
nジャンクションの空乏層中に、電荷のジェネレーショ
ンセンターとなる金属不純物が存在していることを示し
ている。本発明では、金属不純物を効果的にゲッタリン
グしているため、良好な素子特性が得られる。
【0045】図11に本発明の裏面にボロン添加アモル
ファスシリコン膜が形成されたDRAMと従来のDRA
Mとで、電荷保持特性の高温放置時間の依存性を示し
た。この図から明らかなように、従来例の場合には高温
放置時間が経つにつれて電荷保持特性が劣化するが、本
発明の場合には高温放置時間依存性がなく、良好な電荷
保持特性が保たれていることが分かる。これは従来法で
は、電荷保持部となっているシリコン基板中のキャパシ
タ部の拡散層中に、電荷のリークセンターとなる金属不
純物が存在していることを意味している。本発明では、
シリコン基板内部、及びキャパシタ絶縁膜とシリコン基
板界面に金属不純物が存在していないことを示してい
る。
【0046】EEPROM等のフラッシュメモリに用い
られるトンネル酸化膜の高温加速試験にて行った低電流
TDDB(Time Dependent Deelectric Breakdown )測
定による経時絶縁破壊寿命の累積不良率を従来法と本発
明とで比較した。図12に経時絶縁破壊寿命(Tbd)
をワイブルプロットにて比較した結果を示す。この図1
2から本発明のほうが従来法に比べて、経時絶縁破壊寿
命が改善され、トンネル酸化膜の信頼性が向上している
ことが分かる。これは従来法では酸化膜中またはシリコ
ン基板と酸化膜界面に偶発不良の核となる金属不純物が
存在していることを示している。本発明では偶発不良の
核となる金属不純物が効果的に除去されていることを示
している。
【0047】本発明の半導体装置は、シリコン基板裏面
に直接接するようにボロン添加アモルファスシリコン膜
が形成されており、上記効果を顕著に奏することを特徴
としている。また、基板の表面側に形成される素子構造
はDRAM、SRAM、EEPROM等、どのような構
造であっても構わない。
【0048】実施例2 図4は、本発明による半導体装置の一実施例の断面図、
図5及び図6は図4に示す本発明による半導体装置の一
実施例の工程断面図を示す。なお、図中、図1と同じ構
成のものには同じ符号を用いた。なお、図4において電
極配線層は図示されていないが、この後、ソース・ドレ
イン拡散層103からコンタクトホールを介して引き出
して形成される。
【0049】本実施例では、金属からなる電極配線形成
工程前に、ボロンが添加されたアモルファスシリコン膜
を表面に素子が形成されたシリコン基板の裏面に直接接
するように形成した。
【0050】図4は、金属配線形成工程前にシリコン基
板101の裏面にボロン添加アモルファスシリコン膜1
02が形成された構造を示してある。113は層間絶縁
膜、103はソース・ドレイン拡散層を示してある。
【0051】まず、図5に示されるように、層間絶縁膜
113表面をフォトレジスト118で覆い、シリコン基
板の裏面に形成されたポリシリコン、酸化膜等をケミカ
ルドライエッチング(CDE)やウエットエッチング等
にてすべて剥離し、シリコン基板裏面をむき出しにす
る。
【0052】次に、図6に示されるように、フォトレジ
スト118を除去した後に、裏面に直接接するようにボ
ロン添加アモルファスシリコン膜を、例えば、LP−C
VDにて300℃の温度にて形成する。表面に同時に形
成されたボロン添加アモルファスシリコン膜119をC
DEにて除去する。最後にコンタクトホール形成をエッ
チングにより行って、図4の形状を得る。
【0053】このように、シリコン基板の裏面にゲッタ
リング層を形成したことによって、400℃近傍で行う
シンターアニール、300〜450℃近傍で行う層間絶
縁膜、あるいはパッシベーション膜形成等の低温熱処理
プロセスにおいて、IG層から再放出される金属不純物
を効果的に裏面のゲッタリングサイトに捕獲できるた
め、表面側の素子形成領域に侵入する金属不純物量を抑
えることができる。
【0054】また、ゲッタリング層として、ボロン添加
アモルファスシリコン膜を金属配線形成直前に、シリコ
ン基板の裏面側に形成するため、低融点金属、例えばA
l、Al−Si−Cu、Cu、AgまたはAu等の金属
配線をスパッタ法やCVD法にて形成する際、基板の裏
面、裏面の縁等に付着した金属不純物をその後の熱処理
の際に基板内に取り込まれないように防止できる。
【0055】実施例3 図7及び図8は、本発明の半導体装置の製造方法の他の
実施例の工程断面図を示す。なお、図中、図1と同じ構
成のものには同じ符号を用いた。
【0056】図7は、金属配線121及び層間絶縁膜1
20、122等の形成、並びにパッシベーション膜12
3の形成が終了したシリコン基板101の裏面を、約6
00μmの厚さからポリッシングにて、約200〜30
0μmの厚さ分削ることにより、約300〜400μm
の厚さまでシリコン基板101を薄膜化した状態を示し
ている。
【0057】シリコン基板101は、表面側において5
0μm程度の深さまで、無欠陥領域(DZ層)が形成さ
れており、その深さ以上にはBMDの形成されたIG層
がシリコン基板の裏面側まで続いている。一方、シリコ
ン基板101の裏面側には、本来は表面側と同様にDZ
層が形成されているわけであるが、ポリッシングにより
このDZ層は除去されている。
【0058】次に、図8に示されるように、シリコン基
板101の裏面に直接接するようにボロン添加アモルフ
ァスシリコン膜102を形成する。この際、ボロン添加
アモルファスシリコン膜を形成する方法は、どのような
方法によって形成しても差支えない。例えば、LP−C
VD法、スパッタリング法等を用いて容易に形成でき
る。
【0059】このように、IG層の直下に、強力なゲッ
タリング層を形成したため、金属配線形成後にゲッタリ
ング層を形成したとしても、400℃近傍で行うシンタ
ーアニール、300〜450℃近傍で行う層間絶縁膜あ
るいはパッシベーション膜等の成膜プロセスにおいて
も、基板内外の金属不純物をゲッタリング層に捕獲でき
る。さらに、一旦ゲッタリング層に捕獲した拡散係数が
大きいCu、Ni、Ag、Au、Fe等、特にCu、N
iの金属不純物であっても、IGやBSPゲッタリング
に比べて、素子形成領域へのこれら金属不純物の再放出
量を抑えることができる。
【0060】即ち、素子形成領域表面をパッシベーショ
ン膜で覆い、シリコン基板の裏面をポリッシングして薄
膜化した後に、ボロン添加アモルファスシリコン膜のゲ
ッタリング層を上記シリコン基板の裏面に形成すること
により、フレームに上記基板をチップとしてボンディン
グする工程やワイヤーボンディング工程等のその後のパ
ッケージング工程において低温熱処理を行っても、ポリ
ッシング工程時にシリコン基板中に存在した金属不純物
を薄膜化したシリコン基板内部に拡散させないですむ。
たとえ、IG層に捕獲されている金属不純物が低温熱処
理でIG層から再放出されたとしても、裏面のゲッタリ
ング層で捕獲できるため、基板表面の素子形成領域に拡
散させる量を低減できる。
【0061】図9は、本実施例の製造工程と従来の製造
工程とのプロセスフローの違いを示してある。従来法で
は、図9(b)に示すように、パッケージング工程の
際、裏面ポリッシング工程後、チップ状にダイシングさ
れ、その後、パッケージに張り付けられる。その後、ワ
イヤーボンディング工程に移る。この際、従来の製造工
程では裏面ポリッシング工程時に用いる溶剤中の金属不
純物が裏面に吸着したままの状態でパッケージに張り付
けられるため、100〜300℃程度の温度が必要なチ
ップボンディング工程ではシリコン基板中に拡散してし
まう。さらに、パッケージング工程が終了した半導体装
置では、製品の長期信頼性項目の一つである100〜3
00℃で行う高温長時間の加速試験中に、IG層中のB
MD近傍に捕獲されていた金属不純物が再放出されるた
め、素子形成領域まで影響を及ぼす。一方、本実施例で
は図9(a)に示すように、裏面ポリッシング工程後
に、ゲッタリング層となるボロンが添加されたアモルフ
ァスシリコン膜をウエハ裏面に直接接するように形成す
るため、上記、従来例で問題となる金属不純物を効果的
にゲッタリング層に捕獲でき、素子形成領域中への金属
不純物の侵入を防止できる。
【0062】なお、図9(a)中には基板裏面にボロン
添加アモルファスシリコン膜を形成する工程を裏面ポリ
ッシング工程後、ダイシング工程前に記述してあるが、
本発明の趣旨から、ダイシング工程後に形成したとして
も問題ではない。
【0063】なお、本発明では実施例に示された構造、
製法に限定されない。例えば、非晶質半導体膜の材料と
して、非晶質シリコン以外に、非晶質ゲルマニウム、非
晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンカーバイト
等、周期率表IV族元素からなる他の材料を用いることが
できる。
【0064】さらに、非晶質半導体中に含有せしめる不
純物として、周期率表III 、V 族元素が好ましいが、C
u、Ni、Ag、Au、Fe等の金属元素、特にCu、
Niと安定な物質を形成する元素であれば、この元素を
用いることも可能である。その他、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で、種々応用可能である。
【0065】
【発明の効果】本発明によれば、600℃以下の低温プ
ロセス、また、素子の長期信頼性を確保するための高速
加速試験においても、電気特性の劣化を抑えることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体装置の基本構造を示す断面
図。
【図2】 本発明の効果を示す特性図。
【図3】 本発明の効果を示す特性図。
【図4】 本発明の半導体装置の一実施例を示す断面
図。
【図5】 本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を
示す工程断面図。
【図6】 図5に続く半導体装置の製造方法の一実施例
を示す工程断面図。
【図7】 本発明の半導体装置の製造方法の他の実施例
を示す工程断面図。
【図8】 図7に続く半導体装置の製造方法の他の実施
例を示す工程断面図。
【図9】 本発明と従来技術のプロセスフロー図。
【図10】 本発明の効果を示す特性図。
【図11】 本発明の効果を示す特性図。
【図12】 本発明の効果を示す特性図。
【符号の説明】
101・・・シリコン基板 102、119・・・ボロン添加アモルファスシリコン
膜 103・・・ソース・ドレイン拡散層 104・・・フィールド酸化膜 105、107・・・絶縁膜 106、108・・・キャパシタ電極 109・・・ゲート酸化膜 110、112・・・ゲート電極 111、115、121・・・金属配線膜 113、114、116、117、120、122・・
・層間絶縁膜 118・・・フォトレジスト 123・・・パッシベーション膜

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、この半導体基板の表面側
    に形成され、金属からなる電極配線が配設された素子
    と、前記半導体基板の裏面側に形成された非晶質半導体
    膜とを備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板はチップとしてその裏面
    側がフレームにボンディングされていることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記非晶質半導体膜は、前記半導体基板
    内の金属不純物を取り除くためのゲッタリング層である
    ことを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記金属不純物には、Cu、Ni、A
    g、Au、Feの少なくとも一元素が含まれていること
    を特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記金属不純物は、Cu、Niの少なく
    とも一元素であることを特徴とする請求項4記載の半導
    体装置。
  6. 【請求項6】 前記非晶質半導体膜は、半導体基板の裏
    面に直接接して形成されたことを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記非晶質半導体膜は、裏面全面あるい
    は少なくとも一部の領域に形成されていることを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記非晶質半導体膜には、周期律表III
    族またはV 族に属する不純物元素が含有されていること
    を特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記不純物はボロンまたはリンであるこ
    とを特徴とする請求項8記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記非晶質半導体膜は非晶質シリコン
    膜であることを特徴とする請求項1または2記載の半導
    体装置。
  11. 【請求項11】 前記金属からなる電極配線は、Al、
    Cu、Ag、Auのうち少なくとも一つを主成分とする
    ものであることを特徴とする請求項1または2記載の半
    導体装置。
  12. 【請求項12】 半導体基板の表面側に金属からなる電
    極配線が配設された素子を形成する工程と、前記素子が
    形成された半導体基板の裏面側に非晶質半導体膜を形成
    する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。
  13. 【請求項13】 前記非晶質半導体膜を形成する工程
    を、前記半導体基板をパッケージングする工程前で、か
    つ前記半導体基板の裏面側をポリッシングする工程後に
    行うことを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製
    造方法。
  14. 【請求項14】 前記素子を形成する工程を前記ポリッ
    シングする工程前に行うことを特徴とする請求項13記
    載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 半導体基板の表面側に素子を形成する
    工程と、前記素子が形成された半導体基板の裏面側に非
    晶質半導体膜を形成する工程と、前記非晶質半導体膜が
    裏面側に形成された状態で、前記半導体基板の表面側に
    前記素子に配設される金属からなる電極配線を形成する
    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。
  16. 【請求項16】 前記非晶質半導体膜を形成する工程
    を、前記半導体基板をパッケージングする工程前で、か
    つ前記半導体基板の裏面側をポリッシングする工程後に
    行うことを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製
    造方法。
  17. 【請求項17】 前記ポリッシングする工程は、前記半
    導体基板の裏面側に形成された多結晶半導体膜をポリッ
    シングする工程であることを特徴とする請求項13また
    は16記載の半導体装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記多結晶半導体膜は多結晶シリコン
    膜で、前記半導体基板内の不純物を取り除くためのゲッ
    タリング層であることを特徴とする請求項17記載の半
    導体装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記非晶質半導体膜を形成する工程以
    降を、この半導体膜の非晶質性が維持される温度に制御
    することを特徴とする請求項12または15記載の半導
    体装置の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記非晶質半導体膜は非晶質シリコン
    膜であり、この非晶質シリコン膜を形成する工程以降
    を、600℃以下の温度に制御することを特徴とする請
    求項19記載の半導体装置の製造方法。
  21. 【請求項21】 前記制御された温度で、金属不純物の
    ゲッタリングを行うことを特徴とする請求項19記載の
    半導体装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 前記金属不純物には、Cu、Ni、A
    g、Au、Feの少なくとも一元素が含まれていること
    を特徴とする請求項21記載の半導体装置の製造方法。
  23. 【請求項23】 前記金属不純物は、Cu、Niの少な
    くとも一元素であることを特徴とする請求項22記載の
    半導体装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 前記非晶質半導体膜に周期律表III 族
    またはV 族に属する不純物元素を含有せしめることを特
    徴とする請求項12または15記載の半導体装置の製造
    方法。
  25. 【請求項25】 前記不純物元素はボロンまたはリンで
    あることを特徴とする請求項24記載の半導体装置の製
    造方法。
  26. 【請求項26】 前記金属からなる電極配線は、Al、
    Cu、Ag、Auのうち少なくとも一つを主成分とする
    ものであることを特徴とする請求項12または15記載
    の半導体装置の製造方法。
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