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JPH0373536A - semiconductor equipment - Google Patents

semiconductor equipment

Info

Publication number
JPH0373536A
JPH0373536A JP1207793A JP20779389A JPH0373536A JP H0373536 A JPH0373536 A JP H0373536A JP 1207793 A JP1207793 A JP 1207793A JP 20779389 A JP20779389 A JP 20779389A JP H0373536 A JPH0373536 A JP H0373536A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
junction
conductivity type
gettering
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1207793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiko Itoga
敏彦 糸賀
Shizunori Oyu
大湯 静憲
Tadashi Suzuki
匡 鈴木
Nobuyoshi Kashu
夏秋 信義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP1207793A priority Critical patent/JPH0373536A/en
Publication of JPH0373536A publication Critical patent/JPH0373536A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce leak current by forming a high concentrated impurity layer of second conductivity type in a second conductivity type layer between junction and a gettering layer. CONSTITUTION:In a semiconductor device having a junction of first and second conductivity type layer 2, 3 in a semiconductor substrate 1 and a gettering layer 4, a highly concentrated impurity layer 5 of second conductivity type is formed in the second conductivity type layer 3 between the junction and the getting layer 4. The concentration of impurity at this time is 10 times of higher than the concentration of the second conductivity type layer 3 forming the junction. In addition, such constitution is made that a first conductivity type layer 6 which can apply voltage to a part of the second conductivity type layer 3 between the junction and the getting layer 4 is formed. Further such constitution is made that the getting layer 4 is embedded in the first conductivity type layer 6 which can apply voltage formed in a part of the second conductivity type layer 3 forming the junction. A semiconductor layer 7 having band gap, different from that of the semiconductor substrate 1 where the junction is formed, is further formed between the junction and the gettering layer 4. Thus diffusion of a small number of carriers into the junction can be suppressed, resulting in the reduction of leak current at high temperature.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は異なった導電型の不純物導入層から成る接合及
びゲッタリング層を有する半導体装置に係り、上記接合
のリーク電流を低減できる半導体装置に関するものであ
る。
The present invention relates to a semiconductor device having a junction and gettering layer made up of impurity-introduced layers of different conductivity types, and relates to a semiconductor device that can reduce leakage current of the junction.

【従来の技術】[Conventional technology]

上記接合を逆バイアス状態に保った場合のリーク電流の
発生機構としては次の2つが挙げられる。 1つは空乏層中での結晶欠陥や重金属などが関与した発
生再結合電流(G−R)電流であり、もう1つは中性領
域での少数キャリアの拡散電流である。現在のSi基板
中に形成した接合では、前者は室温付近で支配的であり
、後者は100’C程度の高温領域で支配的となる。 従来の技術は、特開昭63−246831に記載のよう
にG−R電流の発生原因となる結晶欠陥や重金属を半導
体基板の深部や接合近傍などにゲッタリングすることに
よりG−R電流を減少させる方法となっていた。しかし
ながら、この従来法では少数キャリアの拡散によるリー
ク電流を低減できない、また、最近のプロセス低温化に
伴い、ゲッタリング層を上記接合の近くに形成する必要
性がある場合、少数キャリアの拡散長内にゲッタリング
層が含まれることがある。このような場合、ゲッタリン
グ層から多量の少数キャリアが発生し、リーク電流が増
大するという問題点があった。
There are the following two mechanisms for generating leakage current when the junction is maintained in a reverse bias state. One is a generated recombination current (GR) current associated with crystal defects or heavy metals in the depletion layer, and the other is a diffusion current of minority carriers in the neutral region. In current junctions formed in Si substrates, the former is dominant near room temperature, and the latter is dominant in a high temperature region of about 100'C. Conventional technology reduces the G-R current by gettering crystal defects and heavy metals that cause the generation of the G-R current deep into the semiconductor substrate or near the junction, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-246831. This was the way to do it. However, this conventional method cannot reduce leakage current due to diffusion of minority carriers, and with the recent trend toward lower process temperatures, when it is necessary to form a gettering layer near the junction, it is necessary to may include a gettering layer. In such a case, there is a problem in that a large amount of minority carriers are generated from the gettering layer, increasing leakage current.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

近年の半導体装置の高集積化に伴い、その動作温度がl
0C)℃前後の高温領域に及んでいる。このため、従来
までは問題とされなかった少数キャリアの拡散によるリ
ーク電流を低減することが重要な課題となってきた。上
記従来技術では室温付近で支配的であるG−Rft流に
よるリーク電流は低減できるものの、高温で支配的であ
る小数キャリアの拡散によるリーク電流は低減できず、
場合によっては増大するという問題点が有り、依然とし
て少数キャリアの拡散によるリーク電流を低減するとい
う課題は解決されていない。 本発明の目的は、G−R成分と同時に少数キャリアの拡
散によるリーク電流を低減することである。
As semiconductor devices have become more highly integrated in recent years, their operating temperatures have become l
The temperature range is around 0C)°C. Therefore, it has become an important issue to reduce leakage current due to diffusion of minority carriers, which has not been considered a problem in the past. Although the above conventional technology can reduce the leakage current due to the G-Rft flow that is dominant near room temperature, it cannot reduce the leakage current due to the diffusion of minority carriers that is dominant at high temperatures.
There is a problem that the leakage current increases in some cases, and the problem of reducing leakage current due to diffusion of minority carriers remains unsolved. An object of the present invention is to reduce leakage current due to the diffusion of minority carriers as well as the G-R component.

【課題を解決するための手段) 上記目的を解決するために、第1図(a)に示すように
、半導体基板中1に第1の導電型層2と第2の導電型層
3から成る接合、及びゲッタリング層4を有する半導体
装置において、上記接合と上記ゲッタリング層4の間の
第2の導電型M3中に第2の導電型の高濃度不純物層5
を形成した構造とした。この場合の不純物濃度は、上記
接合を形成する第2の導電型層の少なくとも10倍とし
た。 また、第1図(b)に示したように、上記接合とゲッタ
リング/lW4の間の第2の導電型層3の少なくとも一
部に電圧を印加できる第1の導電型層6を形成した構造
とした。また、第1図(c)に示したように、上記接合
を形成する第2の導電型層の少なくとも一部に形成され
た電圧を印加できる第1の導電型層6中に上記ゲッタリ
ング層4を埋め込んだ構造とした。 さらに、第工図(d)に示したように、上記接合とゲッ
タリング層4を有する半導体装置において、接合とゲッ
タリング層4の間に、接合が形成されている半導体基板
1と異なったバンドギャップを持つ半導体層7を形成し
た構造とした。 この場合のゲッタリング層としては、酸素、炭素、窒素
などのイオン打ち込みにより形成した層。 高濃度結晶欠陥層、酸素の析出層、多結晶Si層。 張り合わせ基板の張り合わせ界面、エピタキシャル層と
基板の界面、その他が考えられる。 【作用1 第工図に示した構造を持つ半導体装置のポテンシャル分
布をそれぞれの構造について第2図に示す。ここでは、
第1の導1!型をn型、第2の導電型をp型とし、8層
8と2層9との接合に逆方向バイアスが印加された状態
で説明する。(a)は8層8と9層9から成る接合とゲ
ッタリング層10の間にp型の高濃度層11(p”)を
形成した場合であり、(b)は8層8と9層9から成る
接合とゲッタリング層10の間に9層9の一部にn型層
12を形成した場合、(c)は上記接合を構成する9層
9の少なくとも一部に形成された0層12中に上記ゲッ
タリングM10を埋め込んだ場合、(d)は8層8と9
層9から成る接合とゲッタリング層10の間に−p/n
接合が形成されている半導体基板1よりも広いバンドギ
ャップを持つ半導体層13を形成した場合、(e)は(
d、)とは逆にp / n接合が形成されている半導体
基板よりも狭いバンドギャップの半導体層14を形成し
た場合のそれぞれのポテンシャル分布である。 8層8と9層9の接合に逆方向電圧を印加した場合、接
合近傍の空乏化領域15を除く中性領域16が少数キャ
リア(この場合は電子)の供給源となる。上記接合とゲ
ッタリング層10の間になにも形成しないとき、ゲッタ
リング層10側のp要領域9が電子の供給源になる。(
a〉の様に上記接合とゲッタリング層10の間にp4″
層11を形成した場合には、このP+層11のポテンシ
ャルが周囲のp型頭域よりも高いために、p4″層11
よりも接合から遠いp層から拡散してきた電子がポテン
シャルの壁を越えにくくなり、空乏層15に達する電子
の数が減少する。したがって。 リーク電流に寄与する電子は91層11よりも接合に近
いp層で発生した電子が支配的になる。これにより、少
数キャリアである電子の拡散によるリーク電流を低減で
きる。この場合、p+層11の不純物濃度を高く゛する
と電子の拡散に対するポテンシャルの壁はより高くなる
ので、電子はより拡散しにくくなり、リーク電流低減に
対する効果が大きくなる。 (b)および(c)の場合、接合とゲッタリング層10
の間に形成したn層工2、およびゲッタリング層10を
埋め込んだn Ml 2のポテンシャルが周囲のp層に
比べて低く、(、)の場合とは逆に電子を捕獲する層と
なり、電子の接合側への拡散が抑えられる。また、n層
の不純物濃度を高くするとポテンシャルはより低くなる
ので電子の拡散に対するバリアがより高くなり、より効
果は大きくなる。さらに、n層12に正の電圧を印加す
ると、n層12のポテンシャルが低くなりより多くの電
子を捕獲するようになる。それと同時に。 上記n層12と接合を形成する9層9に逆方向電圧が印
加された状態になるので、上記9層9の中性領域の一部
が空乏化される。したがって、電子の供給源である中性
領域が、空乏化した分だけ狭くなり、電子の拡散による
リーク電流をポテンシャルの効果に加え更に低減できる
。 (d)および(e)の場合も上記(、)および(b)と
同様の効果が有り、(d)の場合は広いバンドギャップ
の半導体層13が電子拡散のバリアとなり、(e)の場
合は狭いバンドギャップの半導体層14が電子を捕獲す
る。これらの効果で電子の拡散によるリーク電流を低減
できる。 また、第1の導電型をp型とし、第2の導電型をn型と
した場合、少数キャリアを正孔として考えると同様に説
明ができる。 【実施例】 以下、本発明の実施例を第3図〜第6図を用いて説明す
る。 第1実施例 第3図(a)はp / n接合ダイオードの接合とゲッ
タリング層の間にP+層を形成した場合の例である0表
面濃度が101“/C1のp型Si基板17に表面濃度
が10”/c+m’のn層18を形成した。また1表面
から2〜3μmの領域に酸素濃度が10”/Cm’のゲ
ッタリング層19を形成した。さらにp / n接合と
ゲッタリング層19の間にI M e VのBイオン打
込みにより3 X 10”/c1および、3 X 10
”/cm”の濃度のp+層20を形成した@’ P /
 n接合の形状は200μm×200μmの矩形とした
。また、それぞれの素子は膜厚500nmの選択酸化膜
(Sin、膜)21で素子分離した。 (b)は100℃でのp / n接合の単位面積当りの
リーク電流とP+層19の不純物濃度の関係である。こ
の場合、基板17の電圧をOV、n層18の電圧を5v
として測定した一p/n接合のリーク電流は、100℃
程度の高温では少数キャリアである電子の拡散によるリ
ーク電流が主成分であるので、この結果は電子の拡散に
よるリーク電流を表している。このリーク電流はP+層
20の濃度を3 X 10”/am’とした時は、p+
層20を形成しないときの約1/2に、p+層20の濃
度を3’X 10 ” / cm”とした時は約1/1
0になった・ 本実施例によれば、少数キャリアによるリーク電流を従
来法と比較して約1/2〜1/10に低減することがで
き、高温動作時にp/n接合のリーク電流が少ないp 
/ n接合ダイオードを得ることができる。 第2実施例 第4図(a)はダイナミック・ランダム・アクセス・メ
モリ(DRAM)に本発明を実施した例であり、その構
造を示す0表面濃度が5 X 10”/c11″のp型
Si基板25にNチャネルMOSトランジスタおよびプ
レーナ型のMOSキャパシタを有したDRAMを作展し
た。ここでMOSトランジスタのゲート總縁膜26およ
びMOSキャパシタのキャパシタ絶縁膜27は膜厚10
nmの31酸化膜(sio、膜)とし、またゲート電極
28およびキャパシタ電極29は膜厚300nmのリン
ドープされた多結晶Siとした。MOSトランジスタの
ソース・ドレイン領域は表面濃度が10”/cm’のn
+層30とし、MOSキャパシタ下の8層31は表面濃
度が5 X 10”/am”の濃度とした。MOSトラ
ンジスタのゲート長およびゲート幅はそれぞれ1μmと
し、MOSキャパシタの形状および寸法は5μmX5μ
mの矩形とした。更にMOSトランジスタとMOSキャ
パシタを形成した領域は、膜厚500nmの選択酸化膜
32により他の素子と分離した。このメモリセルを形成
した基板中に、10”/cm”の濃度の炭素を存在させ
たゲッタリング層33を表面から約2〜3μmの領域に
形成し、更に表面から約1〜2μmの領域に濃度が10
”/cm’の0層34を存在させた構造とした。 この素子の基板電圧をOV、n”N30と8層31の電
圧を3■としたときの、1 ′OO℃でのn+層30と
p層25との接合およびn N31と1層25との接合
のリーク電流を、従来法の素子の値(I X 10−’
A/cm”)に比べて約1/2に低減できた0図4(b
)に n 4″層30と9層25との接合および8層3
1とpj125との接合とゲッタリング層33の間に形
成した0層34に重圧を印加した場合の、高温での単位
面積当りの接合リーク電流の変化を示す、0層34に約
0.5’V以上の電圧を印加することにより、高温での
n/p接合の単位面積当りのリーク電流を電圧を印加し
ない場合の約175に低減でき、従来法に比べて約17
10にできた。これは、電圧を印加したことにより、n
N35のポテンシャルが少数キャリアの拡散を妨げるの
に十分な低さに或ったためである。このように、n層3
5に電圧を印加することにより、より大きな効果が得ら
れた。 また、n/p接合とゲッタリング層33の間に0層34
を形成する代りに9表面から1.5〜2.5μmの領域
に形成したゲッタリング層33を、表面から1〜3μm
の領域に形成した0層34に埋め込んだ構造とした場合
にも同様な効果が得られた。 本実施例によれば、DRAM中のn/p接合の高温での
単位面積当りのリーク電流を1/2〜1/10に低減で
きるたぬ、高温動作時の情報保持時間を2倍程度まで長
くできるという効果がある。 第3実施例 第5図は−p/n接合ダイオードの接合とゲッタリング
層の間にSiよりバンドギャップの小さいGe層を形成
した例である0表面濃度が5×10”/am”のp型S
i基板37に表面濃度が1 () 1@ /C,sのn
層38を形成した。また、ゲッタリング層39は10”
/Cm’の窒素を含んだ層(表面から2〜3μmの領域
)で形成した。さらに、p/r+接合とゲッタリング層
39の間に10nmのp型Ge (Ef=:0.1+E
v)層40(表面から1.5μmの深さ)を形成した。 ダイオードの形状は200μm X 200μmの矩形
とし、それぞれの素子は500nrnの選択酸化膜(S
in、膜)41で素子分離した。GeはSiよりも約0
.5eVバンドギヤツプが狭いためにGe7140は少
数キャリアである電子を捕獲する作用がある。したがっ
て、GelllI40を形成したときは形成しない従来
法に比べ高温でのリーク電流を約173に低減できた。 また、上記Ge層40の代りにバンドギャップが2.2
6eVと広い、厚さ50nmのp型GaP(Ef=0.
3+Ev)層40を表面から約1.5μmの深さに形成
した場合、GaP層40は十分にバンドギャップが広い
ために十分に高いポテンシャルバリアが形成され、Ge
層40を形成した時よりも効果が大きく、高温でのp 
/ n接合のリーク電流を1/10に低減することがで
きた。 本実施例によれば、高温でのp / n接合のリーク電
流を低減でき、高温動作特性の優れたp/n接合ダイオ
ードが得られる。 第4実施例 第6図(a)は、本発明をホトダイオードに実施した例
で、その構造を示す、ホトダイオード部は、n型Si基
板45にP型のウェル層(pウェルA層)46およびp
ウェルA層46よりも不純物濃度の高いP型のウェル層
(pウェルBM)47を形成した。pウェルA46層と
接合を形成するn層48を表面から深さ約2μmまで形
成し、更にn層48の表面から深さ0.3μmに2層4
9を形成した。また、(a)の一部を拡大した(b)に
示すように、1層49中に表面から0.1μmの深さに
ゲッタリング層50を、深さ0.1〜0.2μmに高濃
度のp+層層上1形成した構造とした。また、n層48
の周辺のpウェルB層47中に帽0.2μmで、表面か
ら深さ1.5μmまでのゲッタリング層52を、n層4
8とゲッタリング層52の間のpウェルB層47中に、
1110.5μmで表面からの深さ2μmまでの高濃度
の94層53を形成した構造とした。更に、電荷読みだ
し部は表面濃度が10”/c1のn1層54、ゲート絶
縁膜であるSi酸化膜55、およびリンドープされた多
結晶Siゲート電極56から構成した。ここで、ホトダ
イオード部のn型基板45.pウェルA層46、pウェ
ルB層47、およびn層48の不純物濃度はそれぞれ、
5×10”70m” 、 2 X 10°/cm”、 
2 X 10”/c1.および5 X 10”70m”
とした、また、n層48表面の2層49、p+層層上1
よびn層48周辺のp+層53の濃度は、それぞれ5 
X 10”/c1.10”70m”、および10”70
m”とした。 さらにゲッタリング層50.52は酸素濃度1019/
am’の贋とした。 ホトダイオード部で基板電圧を9vとし、n層48が4
vとなるような電位とした場合、n層48およびn層4
8したのpウェルA層46は全て空乏化されるため、拡
散電流に寄与する少数キャリアの供給源はn層48周辺
のpウェルB層47中とn層48表面の1層49中とな
る0本実施例では、少数キャリアの供給源となるn層4
8表面の9層49中にp+層層上1.n層48周辺のp
ウェルB層47中にP+層53を形成したために、p+
層層上1よびp+層53が少数キャリア拡散のバリアと
なる。したがって、100℃でのp/n接合のリーク電
流を従来法に比べ約115に低減できた。 本実施例によれば、ホトダイオード部への少数キャリア
の拡散を低減できるため、ホトダイオードの暗電流を従
来法に比べて約115にできるという効果がある。また
、この暗電流を低減できたことで、暗電流による感度低
減効果を抑制するのに効果がある。 【発明の効果1 本発明によれば、ゲッタリング層を有した状態で、第1
の導電層と第2の導電層から成る接合への少数キャリア
拡散を抑制できるため、高温でのリーク電流を低減する
ことができ、高温動作時の半導体装置の性能向上に効果
がある。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above object, as shown in FIG. In a semiconductor device having a junction and a gettering layer 4, a high concentration impurity layer 5 of a second conductivity type is provided in the second conductivity type M3 between the junction and the gettering layer 4.
It has a structure that forms. The impurity concentration in this case was at least 10 times that of the second conductivity type layer forming the junction. Further, as shown in FIG. 1(b), a first conductivity type layer 6 capable of applying a voltage to at least a part of the second conductivity type layer 3 between the junction and gettering/lW4 was formed. Structure. Further, as shown in FIG. 1(c), the gettering layer is formed in the first conductivity type layer 6 to which a voltage can be applied, which is formed on at least a part of the second conductivity type layer forming the junction. 4 is embedded in the structure. Further, as shown in the drawing (d), in the semiconductor device having the junction and the gettering layer 4, a band different from that of the semiconductor substrate 1 on which the junction is formed is formed between the junction and the gettering layer 4. The structure is such that a semiconductor layer 7 with a gap is formed. In this case, the gettering layer is a layer formed by ion implantation of oxygen, carbon, nitrogen, etc. High concentration crystal defect layer, oxygen precipitation layer, polycrystalline Si layer. Possible examples include a bonded interface between bonded substrates, an interface between an epitaxial layer and a substrate, and others. [Operation 1] The potential distribution of the semiconductor device having the structure shown in the first drawing is shown in FIG. 2 for each structure. here,
First guide 1! The description will be made assuming that the type is an n type, the second conductivity type is a p type, and a reverse bias is applied to the junction between the 8th layer 8 and the 2nd layer 9. (a) shows the case where a p-type high concentration layer 11 (p'') is formed between the junction consisting of 8 layers 8 and 9 layers 9 and the gettering layer 10, and (b) shows the case where 8 layers 8 and 9 layers are formed. When an n-type layer 12 is formed on a part of the 9 layer 9 between the junction consisting of the 9 layers 9 and the gettering layer 10, (c) is the 0 layer formed on at least a part of the 9 layer 9 constituting the junction. When the above gettering M10 is embedded in 12, (d) is 8 layers 8 and 9.
-p/n between the junction consisting of layer 9 and gettering layer 10
When forming a semiconductor layer 13 having a wider bandgap than the semiconductor substrate 1 on which the junction is formed, (e) becomes (
Contrary to d and ), these are respective potential distributions when a semiconductor layer 14 having a narrower bandgap than the semiconductor substrate on which the p/n junction is formed is formed. When a reverse voltage is applied to the junction between the 8th layer 8 and the 9th layer 9, the neutral region 16 excluding the depleted region 15 near the junction becomes a source of minority carriers (electrons in this case). When nothing is formed between the junction and the gettering layer 10, the p-required region 9 on the gettering layer 10 side becomes a source of electrons. (
p4'' between the junction and the gettering layer 10 as shown in a>
When the layer 11 is formed, since the potential of this P+ layer 11 is higher than the surrounding p-type head region, the p4″ layer 11
Electrons diffused from the p-layer farther from the junction become difficult to cross the potential wall, and the number of electrons reaching the depletion layer 15 decreases. therefore. Electrons contributing to the leakage current are dominated by electrons generated in the p layer, which is closer to the junction than the 91 layer 11. Thereby, leakage current due to diffusion of electrons, which are minority carriers, can be reduced. In this case, if the impurity concentration of the p+ layer 11 is increased, the potential wall against electron diffusion becomes higher, making it more difficult for electrons to diffuse, and increasing the effect of reducing leakage current. In cases (b) and (c), the junction and gettering layer 10
The potential of the n-layer structure 2 formed during the process and the nMl 2 in which the gettering layer 10 is embedded is lower than that of the surrounding p-layer, and it becomes a layer that captures electrons, contrary to the case of (,). diffusion to the bonding side is suppressed. Furthermore, when the impurity concentration of the n-layer is increased, the potential becomes lower, so the barrier to electron diffusion becomes higher, and the effect becomes greater. Furthermore, when a positive voltage is applied to the n-layer 12, the potential of the n-layer 12 becomes lower and more electrons are captured. At the same time. Since a reverse voltage is applied to the nine layers 9 forming a junction with the n-layer 12, a portion of the neutral region of the nine layers 9 is depleted. Therefore, the neutral region, which is a source of electrons, becomes narrower by the amount of depletion, and leakage current due to electron diffusion can be further reduced in addition to the potential effect. In cases (d) and (e), the same effect as in (, ) and (b) above is obtained; in case (d), the semiconductor layer 13 with a wide bandgap acts as a barrier to electron diffusion, and in case (e), The narrow bandgap semiconductor layer 14 captures electrons. These effects can reduce leakage current due to electron diffusion. Furthermore, when the first conductivity type is p type and the second conductivity type is n type, the same explanation can be given by considering the minority carriers as holes. Embodiments Examples of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 to 6. FIRST EMBODIMENT FIG. 3(a) is an example in which a P+ layer is formed between the junction of a p/n junction diode and the gettering layer. An n layer 18 having a surface concentration of 10''/c+m' was formed. In addition, a gettering layer 19 with an oxygen concentration of 10''/Cm' was formed in a region 2 to 3 μm from the surface.Furthermore, B ions were implanted with IMeV between the p/n junction and the gettering layer 19. X 10"/c1 and 3 X 10
A p+ layer 20 with a concentration of "/cm" was formed @'P/
The shape of the n-junction was a rectangle of 200 μm×200 μm. Further, each element was separated by a selective oxide film (Sin, film) 21 having a thickness of 500 nm. (b) shows the relationship between the leakage current per unit area of the p/n junction and the impurity concentration of the P+ layer 19 at 100°C. In this case, the voltage of the substrate 17 is OV, and the voltage of the n layer 18 is 5V.
The leakage current of one p/n junction measured as 100℃
At such high temperatures, the main component is leakage current due to the diffusion of electrons, which are minority carriers, so this result represents the leakage current due to the diffusion of electrons. This leakage current is p+ when the concentration of the p+ layer 20 is 3 x 10"/am'
It is about 1/2 when the layer 20 is not formed, and about 1/1 when the concentration of the p+ layer 20 is 3'X 10''/cm''.
According to this example, the leakage current due to minority carriers can be reduced to about 1/2 to 1/10 compared to the conventional method, and the leakage current of the p/n junction can be reduced during high-temperature operation. less p
/ n-junction diode can be obtained. Second Embodiment FIG. 4(a) shows an example in which the present invention is implemented in a dynamic random access memory (DRAM), and its structure is shown using p-type Si with a zero surface concentration of 5 x 10''/c11''. A DRAM having an N-channel MOS transistor and a planar MOS capacitor on a substrate 25 was exhibited. Here, the gate edge film 26 of the MOS transistor and the capacitor insulating film 27 of the MOS capacitor have a film thickness of 10
The gate electrode 28 and the capacitor electrode 29 were made of phosphorus-doped polycrystalline Si with a film thickness of 300 nm. The source/drain regions of the MOS transistor have a surface concentration of 10"/cm'
+ layer 30, and the 8 layers 31 below the MOS capacitor had a surface concentration of 5 x 10''/am''. The gate length and gate width of the MOS transistor are each 1 μm, and the shape and dimensions of the MOS capacitor are 5 μm x 5 μm.
It is a rectangle of m. Further, the region where the MOS transistor and the MOS capacitor were formed was separated from other elements by a selective oxide film 32 with a thickness of 500 nm. In the substrate on which this memory cell is formed, a gettering layer 33 containing carbon at a concentration of 10"/cm" is formed in a region approximately 2 to 3 μm from the surface, and further in a region approximately 1 to 2 μm from the surface. concentration is 10
It has a structure in which the 0 layer 34 of "/cm' is present. When the substrate voltage of this device is OV and the voltage of n"N30 and 8 layer 31 is 3■, the n+ layer 30 at 1'OO°C. The leakage currents at the junction between and the p-layer 25 and between the n-N31 and the 1-layer 25 are calculated using the values of the conventional device (I x 10-'
Figure 4 (b
) to the junction of n 4″ layer 30 and 9 layer 25 and 8 layer 3
The graph shows the change in junction leakage current per unit area at high temperature when a heavy pressure is applied to the 0 layer 34 formed between the junction of 1 and pj125 and the gettering layer 33. By applying a voltage higher than 'V, the leakage current per unit area of the n/p junction at high temperature can be reduced to about 175 compared to when no voltage is applied, and about 175 compared to the conventional method.
I made it to 10. This is due to the voltage applied, n
This is because the potential of N35 was low enough to prevent minority carrier diffusion. In this way, n layer 3
A greater effect was obtained by applying a voltage to 5. Additionally, a zero layer 34 is provided between the n/p junction and the gettering layer 33.
Instead of forming a gettering layer 33 in a region 1.5 to 2.5 μm from the surface of 9, a gettering layer 33 is formed in a region 1 to 3 μm from the surface.
A similar effect was obtained when the structure was embedded in the 0 layer 34 formed in the region. According to this embodiment, the leakage current per unit area of the n/p junction in a DRAM at high temperatures can be reduced to 1/2 to 1/10, and the information retention time during high temperature operation can be approximately doubled. It has the effect of being able to last a long time. Embodiment 3 Figure 5 shows an example in which a Ge layer with a bandgap smaller than that of Si is formed between the junction and gettering layer of a -p/n junction diode. Type S
The surface concentration of the i-substrate 37 is 1 () 1@ /C,s n
Layer 38 was formed. Moreover, the gettering layer 39 is 10"
/Cm' nitrogen-containing layer (area 2 to 3 μm from the surface). Furthermore, 10 nm of p-type Ge (Ef=:0.1+E
v) Layer 40 (1.5 μm deep from the surface) was formed. The shape of the diode is a rectangle of 200 μm x 200 μm, and each element is covered with a selective oxide film (S) of 500 nrn.
The elements were separated by a film (in, film) 41. Ge is about 0 less than Si
.. Ge7140 has a narrow 5 eV bandgap, so Ge7140 has the effect of capturing electrons, which are minority carriers. Therefore, when GellI40 was formed, the leakage current at high temperature could be reduced to about 173 compared to the conventional method in which GellI40 was not formed. Also, instead of the Ge layer 40, the band gap is 2.2.
6 eV wide, 50 nm thick p-type GaP (Ef=0.
3+Ev) layer 40 is formed at a depth of about 1.5 μm from the surface, the GaP layer 40 has a sufficiently wide band gap and a sufficiently high potential barrier is formed.
The effect is greater than when layer 40 is formed, and p
/N junction leakage current could be reduced to 1/10. According to this embodiment, the leakage current of the p/n junction at high temperatures can be reduced, and a p/n junction diode with excellent high-temperature operation characteristics can be obtained. Fourth Embodiment FIG. 6(a) shows an example in which the present invention is applied to a photodiode, and its structure is shown. p
A P-type well layer (p-well BM) 47 having a higher impurity concentration than the well A layer 46 was formed. An n-layer 48 that forms a junction with the p-well A46 layer is formed to a depth of about 2 μm from the surface, and two layers 4 are further formed to a depth of 0.3 μm from the surface of the n-layer 48.
9 was formed. In addition, as shown in (b), which is a partially enlarged view of (a), a gettering layer 50 is formed in one layer 49 at a depth of 0.1 μm from the surface, and a gettering layer 50 is formed to a depth of 0.1 to 0.2 μm. The structure was such that one layer was formed on the p+ layer at a high concentration. In addition, the n layer 48
A gettering layer 52 with a thickness of 0.2 μm and a depth of 1.5 μm from the surface is placed in the p-well B layer 47 around the n-layer 4.
In the p-well B layer 47 between the gettering layer 52 and the gettering layer 52,
The structure was such that 94 high concentration layers 53 were formed with a thickness of 1110.5 μm and a depth of up to 2 μm from the surface. Further, the charge readout section is composed of an n1 layer 54 with a surface concentration of 10''/c1, a Si oxide film 55 serving as a gate insulating film, and a phosphorous-doped polycrystalline Si gate electrode 56. type substrate 45. The impurity concentrations of the p-well A layer 46, the p-well B layer 47, and the n-layer 48 are as follows:
5 x 10"70m", 2 x 10°/cm",
2 x 10”/c1. and 5 x 10”70m”
In addition, 2 layers 49 on the surface of the n layer 48, 1 layer on the p+ layer
and the concentration of the p+ layer 53 around the n layer 48 are 5.
X 10”/c1.10”70m” and 10”70
Furthermore, the gettering layer 50.52 has an oxygen concentration of 1019/
It was a fake of am'. The substrate voltage is 9V at the photodiode section, and the n-layer 48 is 4V.
When the potential is set to v, the n-layer 48 and the n-layer 4
Since all of the p-well A layer 46 in FIG. 0 In this embodiment, the n-layer 4 serves as a supply source of minority carriers.
8 surface 9 layer 49 on p+ layer 1. p around the n layer 48
Since the P+ layer 53 is formed in the well B layer 47, the p+
The upper layer 1 and the p+ layer 53 serve as a barrier for minority carrier diffusion. Therefore, the leakage current of the p/n junction at 100° C. could be reduced to about 115 compared to the conventional method. According to this embodiment, diffusion of minority carriers into the photodiode portion can be reduced, so that the dark current of the photodiode can be reduced to about 115% compared to the conventional method. Furthermore, since this dark current can be reduced, it is effective in suppressing the sensitivity reduction effect caused by the dark current. Effect 1 of the invention According to the present invention, the first
Since diffusion of minority carriers into the junction between the conductive layer and the second conductive layer can be suppressed, leakage current at high temperatures can be reduced, which is effective in improving the performance of the semiconductor device during high-temperature operation.

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

第1図は本発明の説明図で半導体装置の構造を示す、第
2図は第1図の構造を持つ半導体中のポテンシャル分布
を示す図、第3図は本発明をp/n接合ダイオードに実
施した例を説明する図、第4図は本発明をDRAMに実
施した例を説明する図、第5図は本発明をp/n接合ダ
イオードに実施した例・を説明する図、第6図は本発明
をホトダイオードに適用した例を説明する図である。 符号の説明 1・・・半導体基板、2,6・・・第1導電層、3.5
・・・第2導電層、 4.10,19,34,39,50.52・・・ゲッタ
リング層、7,13,14,40・・・半導体基板と異
なったバンドギャップを持つ半導体層、8.18・・・
n型接合形成層、 9.38.49・・・p型接合形成層。 11.20,51,53・・・p型高濃度層、12.3
3.48・・・n型層、15・・・空乏層。 16・・・中性領域、17,25.37・・・p型Si
基板、21,32.41・・・選択酸化膜(SLO,膜
)、22.26,42.55・・・ゲート絶縁膜(Si
n。 膜)−23,35,43・・・A1電極。 24.36・・・リンガラス(パッシベーション用)、
27・・・キャパシタ絶mmcsio、膜)、28.5
6・・・ゲート多結晶sit極、29・・・キャパシタ
多結晶Si電極、30.54・・・ソース・ドレイン領
域、31・・・キャパシタn層、45・・・n型Si基
板、46.47・・・pウェル層。 夢 図 (山) (b) <C) (d) 表面りのシ采ざ 呆面がちのシハ 第2図 (e) 表面旬゛ら0ン!丁 (C) ギ 3 図 (α) (b) 第 図 ((1) Cb) θ 2J4 4層印力ロ電圧(Y)
Fig. 1 is an explanatory diagram of the present invention, showing the structure of a semiconductor device, Fig. 2 is a diagram showing the potential distribution in a semiconductor having the structure of Fig. 1, and Fig. 3 is an illustration of the present invention applied to a p/n junction diode. 4 is a diagram illustrating an example in which the present invention is implemented in a DRAM, FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the present invention is implemented in a p/n junction diode, and FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the present invention is implemented in a DRAM. FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which the present invention is applied to a photodiode. Explanation of symbols 1... Semiconductor substrate, 2, 6... First conductive layer, 3.5
...Second conductive layer, 4.10,19,34,39,50.52...Gettering layer, 7,13,14,40...Semiconductor layer having a different band gap from the semiconductor substrate, 8.18...
n-type junction forming layer, 9.38.49...p-type junction forming layer. 11.20,51,53...p-type high concentration layer, 12.3
3.48...n-type layer, 15...depletion layer. 16...neutral region, 17,25.37...p-type Si
Substrate, 21, 32.41... selective oxide film (SLO, film), 22.26, 42.55... gate insulating film (Si
n. Membrane) -23, 35, 43...A1 electrode. 24.36...phosphorus glass (for passivation),
27... Capacitor absolute mmcsio, membrane), 28.5
6... Gate polycrystalline sit pole, 29... Capacitor polycrystalline Si electrode, 30.54... Source/drain region, 31... Capacitor n layer, 45... N-type Si substrate, 46. 47...p well layer. Dream map (mountain) (b) <C) (d) Shiha with a dull look on the surface Figure 2 (e) Surface seasonal 0n! D (C) G3 Fig. (α) (b) Fig. ((1) Cb) θ 2J4 4th layer applied voltage (Y)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板中に第1の導電型層と第2の導電型層か
ら成る接合、及び結晶欠陥及び重金属汚染に対するゲッ
タリング層を有する半導体装置において、上記接合と上
記ゲッタリング層の間の第2の導電型層中に第2の導電
型の高濃度不純物層を形成したことを特徴とする半導体
装置。 2、上記接合とゲッタリング層を有する半導体装置にお
いて、接合とゲッタリング層の間の第2の導電型層の少
なくとも一部に第1の導電型の層を形成したことを特徴
とする半導体装置。 3、上記接合とゲッタリング層を有する半導体装置にお
いて、接合を構成する第2の導電型層の少なくとも一部
に形成された第1の導電型層に上記ゲッタリング層を埋
め込んだ構造を持つことを特徴とする半導体装置。 4、上記接合とゲッタリング層を有する半導体装置にお
いて、接合とゲッタリング層の間に、接合が形成されて
いる半導体基板と異なったバンドギャップを持つ半導体
層を形成したことを特徴とする半導体装置。 5、前記特許請求の範囲第1項において、上記接合とゲ
ッタリング層の間に形成した第2の導電型層の不純物濃
度が接合を構成する第2の導電型層の濃度の少なくとも
10倍以上であることを特徴とする半導体装置。
[Claims] 1. A semiconductor device having a junction made of a first conductivity type layer and a second conductivity type layer in a semiconductor substrate, and a gettering layer for crystal defects and heavy metal contamination, wherein the junction and the getter A semiconductor device characterized in that a second conductivity type high concentration impurity layer is formed in a second conductivity type layer between ring layers. 2. A semiconductor device having a junction and a gettering layer as described above, characterized in that a layer of the first conductivity type is formed on at least a part of the layer of the second conductivity type between the junction and the gettering layer. . 3. The semiconductor device having the above-mentioned junction and gettering layer has a structure in which the above-mentioned gettering layer is embedded in the first conductivity type layer formed in at least a part of the second conductivity type layer constituting the junction. A semiconductor device characterized by: 4. A semiconductor device having a junction and a gettering layer as described above, characterized in that a semiconductor layer having a bandgap different from that of the semiconductor substrate on which the junction is formed is formed between the junction and the gettering layer. . 5. In claim 1, the impurity concentration of the second conductivity type layer formed between the junction and the gettering layer is at least 10 times the concentration of the second conductivity type layer constituting the junction. A semiconductor device characterized by:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245345A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Nec Corp Semiconductor light receiving element
JP2007242713A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Elpida Memory Inc Semiconductor device and manufacturing method thereof

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