DE4329837B4

DE4329837B4 - Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE4329837B4
Application number: DE19934329837
Authority: DE
Inventors: Shinji Uya
Original assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Current assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2013-09-04
Also published as: DE4329837A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterbauelements mit den folgenden Schritten:
– Implantieren von Kohlenstoffionen in mindestens einen Bereich, der entweder ein Elementisolierbereich eines Siliziumsubstrats (1), ein unter einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und einem über diesem ausgebildeten Oxidfilm vorhandener Bereich und/oder ein im Siliziumsubstrat ausgebildeter Bereich mit hoher Fremstoffkonzentration ist; und
– Wärmebehandeln des Bereichs (5; 9; 39; 46) mit den implantierten Kohlenstoffionen, um einen Getterort auszubilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterbauelements, spezieller ein Verfahren zum Herstellen von Bauelementen, die eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen durch Schwermetalle aufweisen, wie Si-CCD-Festkörperbildsensoren.
Beim Herstellen von Si-Halbleiterbauelementen ist die Verunreinigung von Si-Wafern durch Schwermetalle und dergleichen ein wichtiger Faktor, der die Eigenschaften und die Zuverlässigkeit der hergestellten Bauelemente verschlechtert.
Insbesondere werden Festkörperbildsensoren mit ladungsgekoppelten Einrichtungen (CCDs), die Mikrosignalladungen handhaben, sehr leicht durch Schwermetalle verunreinigt.
Eine derartige Verunreinigung durch Schwermetalle stellt auch bei Speichervorrichtungen mit sehr hoher Integrationsdichte ein wesentliches Problem dar.

Um die Sauberkeit in Anlagen zum Herstellen von Si-Halbleiterbauelementen und diejenige von chemischen Materialien zu verbessern, wurden verschiedene Ultrareintechniken vorgeschlagen. Eine ist vorgeschlagen in "Ultra LSI Ultra Clean Technology Workshop No. 7 Announcement", Japanese Semiconductor Basic Technology Research Committee, Mai 1990.

Jedoch ist eine wirtschaftlichere Gegenmaßnahme erforderlich, da das Einführen der obigen neuen Techniken zu einem großen Anwachsen der Installationskosten führt.

Unter der Voraussetzung, daß ein bestimmtes Verunreinigungsausmaß durch Schwermetalle unvermeidlich ist, spielte ein Verfahren zum Gettern der Verunreinigung in einem anschließenden Prozeß eine wichtige Rolle zum Lösen des Verunreinigungsproblems.

Bisher wurden verschiedene Getterverfahren als Maßnahme bei Halbleiterbauelementen mit hoher Verunreinigungsempfindlichkeit gegenüber Schwermetallen, wie Si-CCD-Festkörperbildsensoren verwendet. Die bekannten Getterverfahren werden nun beispielhaft erläutert.

Das erste Verfahren ist in 3 veranschaulicht, wobei eine Schicht 29 mit im Volumen verteilten Mikrodefekten auf einem Siliziumsubstrat 30 ausgebildet wird, die als Gettersenke zu verwenden ist.

Das zweite Verfahren ist durch die 4a und 4b veranschaulicht. Gemäß diesem Verfahren wird ein Siliziumsubstrat 18 vor einem Prozeß zum Eindiffundieren von Phosphorionen in eine Polysiliziumschicht 20, die das Siliziumsubstrat 18 ab deckt, an seiner Rückseite einem Belichtungsprozeß unterzogen, wie in 4a dargestellt. Dann wird eine Phosphordiffusionsschicht 23 mit hoher Konzentration an der Rückseite des Substrats 18 ausgebildet, wie in 4b dargestellt.

5 veranschaulicht das dritte Verfahren, bei dem eine Polysiliziumschicht 19 auf der Rückseite eines Siliziumsubstrats 18 ausgebildet wird.

Das vierte Verfahren ist in 6 dargestellt, bei dem ein Siliziumsubstrat 18 an seiner Rückseite einer Ionenimplantation oder einer Sandstrahlbehandlung unterzogen wird, um eine beschädigte Schicht 29 auszubilden.

Diese Verfahren erzeugen eine Wirkung zum Verbessern des Gettervermögens von Siliziumsubstraten. Jedoch war es bekannt, daß Schwermetalle dann, wenn sie gegettert sind, in einem Heizprozeß freigesetzt werden, der bei relativ geringer Temperatur ausgeführt wird. Es ist auch schwierig, einen ausreichenden Gettereffekt unter Verwendung des Prozesses zum Eindiffundieren von Phosphorionen in die Rückseite eines Substrats zu erzielen, da der Diffusionsprozeß bei geringer Temperatur und für kurze Zeit ausgeführt wird.

Darüber hinaus können Schwermetalle dazu neigen, sich in einem Si-SiO₂-Grenzbereich oder in Bereichen, von denen mechanische Spannungen ausgehen, wie sie aufgrund der Struktur eines hergestellten Bauelements erzeugt wurden, zu konzentrieren. Es ist auch schwierig, die Oberflächenverunreinigung durch Schwermetalle im Substrat oder am Getterort an der Rückseite des Substrats zu verringern.

Demgemäß wird ein Vorderseitengettern untersucht, bei dem eine Defektschicht als Getterort in einem Bereich unter einem Elementbereich dadurch ausgebildet wird, daß Ionen hoher Energie implantiert werden, so daß ein ausreichender Gettereffekt bei geringerer Temperatur und verkürzter Behandlungszeit gegenüber bisher erzielt wird (Japanese Applied Physics Institute, Frühjahrskonferenz 1991, 31a-X-8 bis 11).

Insbesondere wurde herausgefunden, daß im Fall einer Ionenimplantation mit Bor oder Kohlenstoff ein Schwermetallgettern erzielt werden sollte, das zu keiner Wiederabgabe von Schwermetall führt.

Jedoch erfordert dieses Verfahren neue Installationen zum Ausführen von Ionenimplantation hoher Energie über 1 MeV.

Wenn Ionen hoher Energie in ein mit einem MOS-Transistor ausgebildetes Substrat 18, wie in 7a dargestellt, implantiert werden, laufen sie durch einen Elementbereich, wobei sie dafür sorgen, daß ein Getterortbereich 28 unter dem Elementbereich ausgebildet wird, wie in 7b dargestellt. Infolgedessen muß für jede Bauelementstruktur eine Messung von durch die Hochenergieionen hervorgerufene Schäden erfolgen, und auch ein Ausheilen der Schäden. Demgemäß kann das Verfahren kaum als wirtschaftliches Verfahren betrachtet werden.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die vorstehend angegebenen Schwierigkeit zu überwinden. Zu diesem Zweck versucht die Erfindung ein Getterverfahren anzugeben, das dazu in der Lage ist, Schwermetalle wirkungsvoll zu verringern, die sich in einem Elementbereich an der Oberfläche eines Siliziumsubstrats, insbesondere in einem Si-SiO₂-Grenzbereich an der Siliziumsubstratoberfläche angesammelt haben, ohne eine besondere Installation zu verwenden, um geringe Kosten zu erzielen.

Nun wird ein Getterphänomen beschrieben, wie es in wichtiger Beziehung zur Erfindung steht.

Obwohl verschiedene Siliziumkristalldefekte zum Gettern von Schwermetallen dienen, werden sie selbst bei einer relativ geringen Temperatur von 700 bis 800 °C wieder abgegeben (Japanese Applied Physics Institute, Herbstkonferenz 1992, 18p-ZH-5 Ankündigungs-Nr. 1, Seite 314).

Es war bekannt, daß Getterverfahren, die Ionenimplantation verwenden, als Getterverfahren wirkungsvoll sind, die dazu in der Lage sind, die Wiederabgabe von Schwermetallen zu verhindern.

Z.B. zeigte sich sehr starkes Gettervermögen direkt nach der Implantation von Borionen. Durch eine nach der Ionenimplantation ausgeführte Temperbehandlung wurde Fe so gegettert, daß es sich mit dem Borprofil überlappte, wie es sich direkt nach der Ionenimplantation zeigte (Y. Niki, S. Nadahara und M. Watabave: Proc. Int. Conf. Science and Tech. of Defect Control in Semicond., Yokohama, 1989, Bd. 1, S. 329).

Es wurde auch über Getterphänomene verschiedener Elemente berichtet. Jedoch verschwand das Gettervermögen, nachdem eine Behandlung bei einer hoher Temperatur von etwa 900 °C ausgeführt wurde. Dies kann der Fall sein, weil durch die Hochtemperaturbehandlung implantierte Atome direkt Si ersetzen, so daß sie in das Kristallgitter eindringen.

Es war auch bekannt, daß im Fall des Implantierens von Kohlenstoffionen das Gettervermögen dadurch beibehalten wurde, daß Kohlenstoffatome kaum in Kristallgitter eindringen, selbst bei einer Hochtemperaturbehandlung nicht (Japanese Applied Physics Institute, Herbstkonferenz 1992, 18p-ZH-11 Ankündigungs-Nr. 1, S. 313).

In diesem Fall ist der Getterort eine einem Primärfehler zugeordnete Struktur, wie sie durch Implantation von Kohlenstoffatomen oder durch zwischen Gitterstellen vorhandene Kohlenstoffatome hervorgerufen wird. Das Gettervermögen ist näherungsweise proportional zur Dosismenge von Kohlenstoff.

Der Primärfehler, bei dem es sich um einen Punktdefekt handelt, dient dazu, ein Schwermetall zu fixieren. Nach der Verbindung mit dem Schwermetall wächst der Primärfehler nicht zu einer größeren Fehlerstruktur. Im Ergebnis ist es schwierig, daß sich der Primärfehler zu einer Versetzung oder einem durch Oxidation hervorgerufenen Stapelfehler auswächst.

Es wurde auch über die Verwendung eines Elementisolierbereichs oder dergleichen, nicht verarmte n⁺- und p⁺-Bereiche, oder einen bei einem Folgeprozeß zu beseitigenden Bereich berichtet, wie einen Getterortbereich, der durch Implantation von Kohlenstoffionen gebildet wurde. Dies aufgrund der Tatsache, daß der durch Implantation von Kohlenstoffionen gebildete Getterort ein Punktfehler ist, der sich nicht zu einem großen Fehler auswächst, der zu einer Verschlechterung der Bauelementeigenschaften führen würde, selbst wenn Schwermetalle ohne Verwendung thermischer Diffusion gegettert werden.

Es wurde auch bestätigt, daß ein Gettern durch Ionenimplantation unabhängig von der Beschleunigungsspannung für die Ionen stattfindet. Demgemäß kann Ionenimplantation unter Verwendung herkömmlicher Ionenimplantationsvorrichtungen nur in einem Bereich nahe der Substratoberfläche ausgeführt werden. Jedoch kann der nichtverarmte Bereich als Getterort verwendet werden.

Wenn der Bereich, in dem das Gettern von Schwermetallen er folgt, oxidiert wird, werden die Schwermetalle in den erzeugten Oxidfilm gezogen, da stabiles Fixieren von Schwermetallen erfolgt. Demgemäß ist es möglich, den in den Oxidfilm gezogenen Si-Oberflächenbereich bei einem anschließenden Prozeß als Getterort zu verwenden. Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, zu verhindern, daß der als Getterort vorgegebene Bereich einen Bereich erreicht, in dem Bauelementeigenschaften nachteilig beeinflußt werden.

Da Halbleiterbauelemente unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Defekten aufweisen, sollte eine geeignete Spanne von bis zu 3 σ oder 4 σ für einen vorgesehenen Bereich beim Implantieren von Ionen für jedes Bauelement oder abhängig von dessen Aufbau ausgewählt werden.

Es sollte auch die Dosismenge implantierter Ionen berücksichtigt werden. Bei einer großen Dosismenge an Ionen wird die Schadensdichte im Bereich mit Ionenimplantation entsprechend höher. Die Menge fixierter Schwermetalle nimmt zu, was zu einer Zunahme der Möglichkeit führt, daß ein Sekundärfehler wächst. Demgemäß zeigt die Dosismenge implantierter Ionen einen oberen Grenzwert. Tatsächlich wurde gezeigt, daß ein Sekundärfehler bei einer Ionendosismenge von etwa 10¹⁶/cm² auftritt, was zu einer Verschlechterung des Gettervermögens führt (Japanese Applied Physics Institute, Herbstkonferenz 1992, 18p-ZH-10 Ankündigung-Nr. 1, S. 312).

Es scheint, daß die Obergrenze für die Ionendosismenge ziemlich niedrig ist, wenn Ionen in einem Bereich nahe beim Elementbereich implantiert werden. Jedoch ist es dann, wenn Ionenimplantation mehrfach unter der Bedingung erfolgt, daß die Dosismenge der Ionen in Unterdosismengen unterteilt wird und ein Tempervorgang nach jeder Ionenimplantation ausgeführt wird, möglich, eine Gesamtionendosismenge von 10¹⁴/cm² zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterbauelements anzugeben, durch das ein Getterort in einem Elementisolierbereich nahe einem Elementbereich oder dergleichen, einem nichtverarmten n⁺- oder p⁺-Bereich, einem von der Oberfläche eines Halbleitersubstrats in einem anschließenden Prozeß wegzunehmenden oder abzuisolierenden Bereich ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Verfahren gelöst. Die erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine der folgenden Vorgehensweisen beim Herstellen von Silizium-Halbleiterbauelementen durch Implantieren von Kohlenstoffionen verwenden:

1. Implantieren von Kohlenstoffionen in einen Elementisolierbereich eines Si-Halbleiterbauelements;
2. Implantieren von Kohlenstoffionen in einen unter einer Si-SiO₂-Grenze angeordneten Bereich, Ausführen eines Tempervorgangs, Oxidieren der Si-Oberfläche, um einen durch die Implantation von Kohlenstoffionen beschädigten Bereich in den auf der Si-Oberfläche ausgebildeten Oxidfilm zu ziehen, Beseitigen des Oxidfilms und erneutes Ausführen der Oxidation;
3. Implantieren von Kohlenstoffionen in einen n⁺- oder p⁺-Bereich eines Si-Halbleiterbauelements; und
4. Ausführen der Implantationen von Kohlenstoffionen gemäß den vorstehend angegebenen Vorgehensweisen mit einer Beschleunigungsspannung, die dafür sorgt, daß der Zielbereich der Ionenimplantation innerhalb von 1.000 Å (100 nm) von der Si-SiO₂-Grenze entfernt liegt.

Bei der ersten Vorgehensweise wird der Elementisolierbereich, in den Kohlenstoffionen implantiert sind, der Getterort. Demgemäß wird eine Verunreinigung in Form von Schwerme tallen im Elementbereich im Elementisolierbereich gegettert.

Allgemein wird der Elementisolierbereich unter Verwendung eines Prozesses mit lokaler Siliziumoxidierung (LOCOS) gebildet. Bei diesem Prozeß wird dort, wo die Implantation von Kohlenstoffionen vor der Oxidation ausgeführt wird, die Verunreinigung durch Schwermetalle, die von den implantierten Kohlenstoffionen gegettert wurden, bei einem anschließenden Oxidationsprozeß in den dicken Oxidfilm gezogen. Der Elementisolierbereich kann unter Verwendung eines anderen Bauelement-Isolierprozesses ausgebildet werden, der auf dieselbe Weise eingesetzt wird wie der LOCOS-Prozeß, um den dicken Oxidfilm herzustellen.

Bei der zweiten Vorgehensweise tritt ein Gettern der Verunreinigung durch Schwermetalle auf, wenn ein Tempervorgang nach dem Implantieren von Kohlenstoffionen ausgeführt wird. Die Verunreinigung wird in solcher Weise fixiert, daß sie das Verteilgungsprofil der implantierten Kohlenstoffatome überlappt. Da in einem Bereich, in dem das Gettern von Schwermetallen erfolgt, ein Oxidfilm ausgebildet wird, werden die gegetterten Schwermetalle in den Oxidfilm gezogen. Durch Ausbilden eines neuen Oxidfilms nach dem Oxidfilm mit den Schwermetallen ist es möglich, eine Si-Oberfläche mit verringerter Verunreinigung sowie einen Oxidfilm guter Qualität zu erhalten.

Bei der dritten Vorgehensweise wird der Getterort im Si-SiO₂-Grenzbereich ausgebildet, wodurch die Fähigkeit verbessert wird, wirkungsvoll Schwermetalle zu gettern, die im Grenzbereich konzentriert sind. Diese Vorgehensweise verwendet die Erscheinung, daß Schwermetalle in einen verzerrten Bereich, wie er im Kristallgitter der Si-SiO₂-Grenzfläche vorhanden ist, gezogen werden, so daß sie sich dort ansammeln.

Gemäß diesem Verfahren wird der Getterort im verzerrten Bereich ausgebildet, wodurch der Getterwirkungsgrad verbessert wird.

Die vierte Vorgehensweise sorgt für dieselbe Wirkung wie die erste. Wenn diese Vorgehensweise auf einen CCD-Festkörperbildsensor mit einem als Kanalstopbereich bezeichneten Elementisolierbereich zusätzlich zu einem allgemeinen Elementisolierbereich wie einem LOCOS-Bereich, angewandt wird, verwendet sie den Kanalstopbereich als Getterort, so daß eine Verunreinigung des Kanalbereichs durch die Verunreinigung verringert wird, wodurch es ermöglicht wird, den Ladungsübertragungswirkungsgrad zu verbessern und den Dunkelstrom zu verringern. In diesem Fall sollte jedoch die Konzentration von p-Fremdstoffen im Kanalstopbereich ausreichend hoch sein, um diesen nicht zu verarmen.

Andere Aufgaben und Erscheinungsformen der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor, in denen:
1a bis 1h schematische Querschnitte sind, die ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen;
2a bis 2i schematische Querschnitte sind, die ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen; und
3 bis 7b schematische Querschnitte sind, die herkömmliche Verfahren zum Gettern von Schwermetallen veranschauli chen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können unabhängig voneinander die oben angegebenen Vorgehensweisen verwendet werden. Jedoch ist es im Hinblick auf den Wirkungsgrad bevorzugt, mindestens zwei der Vorgehensweisen in Kombination zu verwenden.
In den 1a bis 1h ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, wobei die oben angegebenen vier Vorgehensweisen für ein integriertes Si-NOS-Bauelement verwendet werden.
Gemäß diesem Verfahren werden auf der Oberfläche eines p-Si-Substrats 1 zunächst ein Oxidfilm 2 und eine SiN-Schicht 3 ausgebildet, wie in 1a dargestellt.
Dann wird auf der SiN-Schicht 3 ein Photoresistmuster 4 ausgebildet, das über eine Öffnung verfügt, das einem Elementisolierbereich entspricht. Unter Verwendung des Photoresistmusters 4 als Maske wird die SiN-Schicht 3 einem Ätzprozeß unterzogen, um an den ungeschützten Stellen vollständig entfernt zu werden. Danach wird ein Ionenimplantatbereich 5 durch Implantieren von Borionen und anschließend von Kohlenstoffionen in die Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet, wie in 1b dargestellt.
Anschließend wird das Photoresistmuster 4 entfernt. Bei einer Temperatur von 950 °C werden Prozesse des Temperns in Stickstoff und des Oxidierens ausgeführt, um einen dicken Oxidfilm 6 im Elementisolierbereich auszubilden. Durch diese Hochtemperaturprozesse werden Borionen bis tief in das Si-Substrat 1 diffundiert, wodurch ein p⁺-Bereich 8 ausgebildet wird. Andererseits tragen die Kohlenstoffionen zum Gettern von Schwermetallen bei und sie werden anschließend in den Oxidfilm 6 gezogen, wodurch eine Getterortschicht 7 gebildet wird, wie in 1c dargestellt.
Danach wird die SiN-Schicht 3 entfernt. Wie in 1d dargestellt, werden anschließend Kohlenstoffionen erneut in die mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnete Si-SiO₂-Grenzfläche implantiert. Wenn Prozesse zum Tempern und Oxidieren ausgeführt werden, erfolgt erneut ein Gettern, wodurch Schwermetalle in den ausgebildeten Oxidfilm 2 gezogen werden.
Anschließend wir der die Schwermetalle enthaltende Oxidfilm 2 entfernt. Dabei verbleibt der am Elementisolierbereich ausgebildete Oxidfilm 6 noch, weil er ausreichende Dicke aufweist, während der unterhalb der SiN-Schicht 3 angeordnete Bereich freigelegt wird. Auf dem freigelegten Bereich wird ein Gateoxidfilm 10 ausgebildet, wie in 1e dargestellt.
Danach werden über dem Gateoxidfilm 10 eine Polysilizium-Gatelektrode 11 und ein dieselbe abdeckender Oxidfilm 12 ausgebildet. Unter Verwendung der Polysilizium-Gateelektrode 11 als Maske erfolgt dann ein Implantieren von As-Ionen, um einen n⁺-Bereich 13 an der Oberfläche des Substrats 1 auszubilden, wie in 1f dargestellt.
Danach erfolgen eine Implantation von Kohlenstoffionen und ein Tempern, um im n⁺-Bereich 13 einen Getterort 14 auszubilden. Dabei erfolgt eine Eindiffusion von As-Ionen zum Ausbilden von Source und Drain, wie in 1g dargestellt.
Danach werden eine Glättungsschicht 15, Kontaktlöcher und eine Al-Verdrahtungsschicht 16 sowie eine Oberflächenpassivierschicht 17 hergestellt, wie in 1h gezeigt.
In den 2a bis 2i ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das zum Herstellen eines zweidimensionalen Festkörperbildsensors benutzt wird.
Zum Herstellen von Umfangsbereichen des zweidimensionalen Festkörperbildsensors verwendet dieses Ausführungsbeispiel dieselben Prozesse wie das erste.
Gemäß diesem Verfahren werden auf der Oberfläche eines n-Si-Substrats 31 zunächst eine erste p-Wannenschicht 32-a, eine zweite p-Wannenschicht 32-b, ein vertikaler CCD-Kanalbereich 5, ein Si-Oxidfilm 33-a und ein einem CCD-Elementisolierbereich entsprechender Kanalstopbereich 34 unter Verwendung wohlbekannter Herstellprozesse für Festkörperbildsensoren ausgebildet, wie in 2a dargestellt.
Danach werden Kohlenstoffionen in den Kanalstopbereich 34 implantiert, der dann einem Temperprozeß unterzogen wird, damit in einem Bereich nahe der Oberfläche des Substrats 31 vorhandene Schwermetalle an einem Getterort 36 fixiert werden, der durch die Implantation der Kohlenstoffionen gebildet wurde, wie in 2b dargestellt.
Anschließend wird die Si-Oxidschicht 33-a entfernt. Danach wird ein Gateoxidfilm 33-b über der gesamten freigelegten Oberfläche der sich ergebenden Struktur ausgebildet. Auf dem Vertikalkanal-CCD-Bereich 35 wird eine Übertragungselektrode 37 aus Polysilizium ausgebildet, die ihrerseits oxidiert wird, um einen Oxidfilm 38 zu bilden. Wie schon durch 1d veranschaulicht, werden dann erneut Kohlenstoffionen in die mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnete Si-SiO₂-Grenzfläche eindiffundiert. Anschließend werden Kohlenstoffionen in die Oberfläche eines Bereichs implantiert, in dem eine Photodiode auszubilden ist, um dadurch einen Getterort 39 zu bilden, wie in 2c gezeigt.
Anschließend wird eine Photodiode 42 durch Implantieren von Ionen in den Photodiodenbereich ausgebildet. Danach wird Oxidation so vorgenommen, daß der Getterort 39 in einen durch die Oxidation gebildeten Oxidfilm 40 gezogen wird, wie in 2d dargestellt. Dabei bezeichnet die Bezugsziffer 41 die in den Oxidfilm 40 gezogenen Schwermetalle.
Dann erfolgen ein Beseitigen des Gateoxidfilms 33-b und des Oxidfilms 40, wie in 2e dargestellt. So werden der Getterort 39 und die Schwermetalle 41 entfernt.
Anschließend wird ein Oxidfilm 43 über der gesamten freigelegten Oberfläche der sich ergebenden Struktur ausgebildet, wie in 2f dargestellt. Daraufhin werden Bor- und Kohlenstoffionen in die Si-SiO₂-Grenzfläche entsprechend der Fläche der Photodiode 42 eindiffundiert, um dadurch eine Ionenimplantatschicht 44 zu bilden, wie in 2g dargestellt.
Wenn danach ein Temperprozeß ausgeführt wird, diffundieren die Borionen, wodurch ein p⁺-Bereich 45 an der Oberfläche der Photodiode 42 ausgebildet wird. Andererseits tragen die Kohlenstoffionen zu einem Gettern von Schwermetallen bei, so daß eine Getterschicht 46 gebildet wird, wie in 2h gezeigt.
Danach erfolgen die Ausbildung einer Photoabschirmschicht 47 und einer Oberflächenpassivierschicht 48, um einen Festkörperbildsensor zu erzielen, wie er in 2i dargestellt ist.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel als ein solches beschrieben wurde, das die oben angegebenen Vorgehensweisen in Kombination verwendet, kann es ausreichende Wirkungen auch dann erzielen, wenn nur eine der Vorgehensweisen verwendet wird.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, ermöglicht es die Erfindung, Halbleiterbauelemente unter Verringerung der Verunreinigung von Silizium-Substratoberflächen durch Schwermetalle herzustellen. Die Erfindung realisiert auch die Herstellung von Silizium-Halbleiterbauelementen, die stabile Elementeigenschaften und eine verringerte Anzahl von Defekten aufweisen.
Die Implantation von Kohlenstoffatomen, die als ein erfindungsgemäßes Mittel vorgenommen wird, kann unter Verwendung einer herkömmlichen Ionenimplantiervorrichtung erzielt werden. Demgemäß ist keine teure Ausrüstung zum Implantieren von Ionen mit hoher Energie erforderlich. Darüber hinaus ist es möglich, Gettern mit hohem Wirkungsgrad zu erzielen. Im Ergebnis kann der erforderliche Standard betreffend die Verunreinigung durch Schwermetalle gelockert werden, was es ermöglicht, die Installationskosten zu verringern.
Insbesondere können, wenn die Erfindung auf Si-CCD-Bildsensoren angewandt wird, Bilddefekte beträchtlich verringert werden, was es ermöglicht, die Ausbeute stark zu erhöhen. Auch kann eine Verringerung des Dunkelstroms erzielt werden, was dafür sorgt, daß der dynamische Bereich erhöht wird. Demgemäß können Halbleiterbauelemente mit hohem Grad der Integrationsdichte erhalten werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterbauelements mit den folgenden Schritten: – Implantieren von Kohlenstoffionen in mindestens einen Bereich, der entweder ein Elementisolierbereich eines Siliziumsubstrats (1), ein unter einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat und einem über diesem ausgebildeten Oxidfilm vorhandener Bereich und/oder ein im Siliziumsubstrat ausgebildeter Bereich mit hoher Fremstoffkonzentration ist; und – Wärmebehandeln des Bereichs (5; 9; 39; 46) mit den implantierten Kohlenstoffionen, um einen Getterort auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Implantierens von Kohlenstoffionen bei einer Beschleunigungsspannung ausgeführt wird, die bewirkt, daß der Zielbereich der Ionenimplantation innerhalb von 100 nm ausgehend von der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat (1) und einem über diesem ausgebildeten Oxidfilm (2) liegt.
Verfahren zum Herstellen eines Silizium-Halbleiterbauelements mit den folgenden Schritten: – Ausbilden eines ersten Oxidfilms (2) und einer SiN-Schicht (3) über einem Siliziumsubstrat (1) von einem ersten Leitungstyp; – Entfernen eines ausgewählten Abschnitts der SiN-Schicht (3), welcher Abschnitt über einem Elementisolierbereich (5) des Siliziumsubstrats liegt, Implantieren von Borionen und Kohlenstoffionen in der gesamten Reihenfolge in den Elementisolierbereich (5) und anschließendes Tempern; – Ausbilden eines zweiten Oxidfilms (6) mit großer Dicke über dem Elementisolierbereich (5); – Entfernen des Restabschnitts der SiN-Schicht (3), Implantieren von Kohlenstoffionen in einen Bereich (9), der unter der Grenzfläche zwischen dem ersten Oxidfilm (2) und dem Siliziumsubstrat (1) ausgebildet ist, und anschließendes Tempern; – Entfernen eines zweiten Oxidfilms (6); – Ausbilden eines Gateoxidfilms (10) über der gesamten freigelegten Oberfläche der sich ergebenden Struktur nach dem Beseitigen des zweiten Oxidfilms (6); – Ausbilden einer Gateelektrode (11) über dem Gateoxidfilm (10); – Ausbilden eines Bereichs von zweitem Leitungstyp (13) mit einer hohen Fremdstoffkonzentration über einem vorgegebenen Abschnitt des Siliziumsubstrats unter Verwendung von Ionenimplantation; und – Implantieren von Kohlenstoffionen in den Bereich vom zweiten Leitungstyp (13) mit hoher Fremdstoffkonzentration, und Tempern, um einen Getterort (14) im Bereich mit den implantierten Kohlenstoffionen zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt des Ausbilden des zweiten Oxidfilms (6) die implantierten Borionen in das Siliziumsubstrat (1) eindiffundiert werden, wodurch ein Bereich (8) vom ersten Leitungstyp mit hoher Fremdstoffkonzentration gebildet wird, während die implantierten Kohlenstoffionen zusammen mit den Schwermetallionen in den zweiten Oxidfilm (6) gezogen werden, um dadurch eine Getterortschicht auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Implantierens von Kohlenstoffionen in den Bereich (9) unter der Grenzfläche zwischen dem ersten Oxidfilm (2) und dem Siliziumsubstrat (1) und des anschließenden Temperns Schwermetallionen, die im Siliziumsubstrat (1) vorhanden sind, in den ersten Oxidfilm (2) gezogen werden, um gegettert zu werden.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, mit den folgenden Schritten: – Ausbilden einer ersten Wannenschicht (32-a) und einer zweiten Wannenschicht (32-b) von einem ersten Leitungstyp auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats (31) von einem zweiten Leitungstyp, Ausbilden eines Kanalstopbereichs (34) in einem vorgegebenen Abschnitt der ersten Wannenschicht (32-a), Ausbilden eines Vertikal-CCD-Bereichs (35) in einem vorgegebenen Abschnitt der zweiten Wannenschicht (32-b) und Ausbilden eines Si-Oxidfilms (33-a) über der gesamten freigelegten Oberfläche der nach der Ausbildung des Vertikalkanal-CCD-Bereichs ausgebildeten Struktur, wobei alle Ausbildungsvorgänge unter Verwendung eines allgemeinen Herstellprozesses für einen Festkörperbildsensor ausgeführt werden; – Implantieren von Kohlenstoffionen in den Kanalstopbereich (34), und Tempern, um einen Getterort (36) auszubilden, – Beseitigen des Si-Oxidfilms (33-a) und anschließendes Ausbilden eines Gateoxidfilms (33-b) über der gesamten freigelegten Oberfläche der sich nach dem Beseitigen des Si-Oxidfilms (33-a) ergebenden Struktur; – Ausbilden einer Übertragungselektrode (37) über dem Vertikalkanal-CCD-Bereich; – Implantieren von Kohlenstoffionen in eine Oberfläche eines Bereichs der ersten Wannenschicht (32-a), wo eine Photodiode (42) auszubilden ist, um einen Getterort (39) zu bilden; – Ausbilden einer Photodiode (42) im genannten Bereich der ersten Wannenschicht (32-a) unter Verwendung von Ionenimplantation, und Ausbilden eines ersten Oxidfilms (40) unter Verwendung eines Oxidationsprozesses; – Beseitigen des Gateoxidfilms und des ersten Oxidfilms (40), – Ausbilden eines zweiten Oxidfilms (43) über der gesamten freigelegten Oberfläche der sich nach der Beseitigung des Gateoxidfilms (33-b) und des ersten Oxidfilms (40) ergebenden Struktur; – Implantieren von Kohlenstoffionen in einen Bereich (44), der unter der Grenzfläche zwischen dem zweiten Oxidfilm (43) und dem Siliziumsubstrat angeordnet ist, und anschließendes Tempern; und – Ausbilden einer Photoabschirmschicht (47) und einer Oberflächenpassivierschicht (48) in jeweils vorgegebenen Bereichen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Schnitt des Ausbilden des ersten Oxidfilms (40) der Getterort (36) zusammen mit im Siliziumsubstrat (31) vorhandenen Schwermetallen in den ersten Oxidfilm (40) gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Implantierens von Kohlenstoffionen in den Bereich (44), der unter der Grenzfläche zwischen dem zweiten Oxidfilm (43) und dem Siliziumsubstrat (31) angeordnet ist, und beim Tempern die implantierten Borionen eine Diffusion erfahren, um einen Fremdstoffbereich vom ersten Leitungstyp an der Oberfläche der Photodiode (42) zu bilden, während implantierte Kohlenstoffionen eine Getterschicht bilden.