JPH01272109A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置用の半導体結晶基板に係り、特に熱
処理工程で発生する酸化誘起積層欠陥や熱応力転位の発
生を防止できるとともに、エピタキシャル成長時の埋込
層パターンシフトを最小に抑えることのできる高品質単
結晶シリコン基板に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置用のシリコン結晶基板については、本出願人
の出願に係る特公昭５０−１８２号公報に記載されてい
る。

従来よりシリコン結晶基板の上にエピタキシャル成長に
よりシリコン層を形成し、この表面に生成した酸化膜を
マスクに不純物の選択拡散による素子領域を形成して半
導体装置を製造している。

基板に使用するシリコン結晶は（１００）面をそのまま
主面とするか、あるいは（１００）７１から２．５〜１
５の範囲内で〈ｌＯＯ〉方向に傾斜させて酸化誘起積層
欠陥の発生を防止してきた。

第１図は従来の（１００）面に対し結晶軸な４傾斜させ
たシリコン結晶基板を用い、その上にエピタキシャル成
長させたデバイス完成時の断面構造を示しである。１は
ｐ型基板、２はコレクタｎ型高濃度埋込層、３はエピタ
キシャル成長ｎ−型層、４は素子分離用ｐ型拡散層、５
はコレクタコンタクトｎ　型層、６はベース、７はエミ
ッタである。破線８で示した基板表面間の形状がエピタ
キシャル成長層表面９で大きくシフト（右側に）してい
るため素子分離に多くの領域を必要としている。

なお、この例において、エピタキシャルｎ層３の表面に
おける酸化誘起積層欠陥（２０）の密度は４．０Ｘ１０
”個／　（Ｂ　Ｓ程度である。

第２図は同じ〈従来の例であって、（１００）面におい
て４傾斜を無くしただけの場合を示している。上記と同
様に１１はｐ型基板、１２はコレクタ高濃度層、１３は
エピタキシャル成ＡＭ、１４は素子分離用ｐ型拡散層、
１５はコレクタコンタクト、１６はミース、１７はエミ
ッタである。

破線１８で示した基板表面の形状がシフトすることなく
そのままの位置でエピタキシャル成長層表面１９に引き
継がれている。

ただし、基板の酸素濃度が不適切の場合、斜線のハツチ
ング２０で示すように酸化誘起積層欠陥や、熱応力転位
が発生し易い。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した半導体装置の製造のためのエピタキシャル成長
層において、そのシリコンの成長速度や酸化速度に結晶
の面方位依存性があることにより、（１００）面から傾
けた結晶基板を使用することくより、エピタキシャル成
長時に基板埋込層パターンが結晶軸方向にシフトする問
題や、選択酸化。

パターンのズレによる非対称等が生じる問題があり、ま
た、（１００）面をそのまま主面に使った結晶基板を使
用する場合にパターンシフトはなくなるがエピタキシャ
ル層表面での酸化誘起積層欠陥を完全になくすことはで
きなかった。

本発明の目的は、エピタキシャル成長時の基板埋込層の
パターンシフトや選択酸化パターンの非対称を本質的に
解決してデバイスの微細化を促進し、しかも基板に適度
なゲッター作用を持たせて工程汚染によって発生し易い
酸化誘起積層欠陥を防止するとともＫ、余分なバルク欠
陥形成による熱応力転位の発生をも防止できる高品質シ
リコン単結晶基板を提供することＫある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の半導体結晶基板は
半導体装置において主面が（１００）面方位ないしそれ
に対し１５近傍傾いた面をもち、格子間酸素濃度が８．
５Ｘ１０’７〜１０．５Ｘ１０１マａｔｏｍｓ／ｍｌの
範囲であるシリコン結晶を基板とするものである。

〔作用〕

上記のよ５に構成された半導体装置においては、（１０
０）結晶軸の４傾斜を無くすことにより、完全に４回対
称の基板とし、エピタキシャル成長時のパターンシフト
や選択酸化パターンの非対称を解決した。一方、それに
よって失われた酸化誘起積層欠陥防止効果を、基板の格
子間酸素濃度の下限値を８．５Ｘ１０’丁ａｔｏｍｓ／
備畠と定めることにより生じる基板のゲッター効果で代
替した。更に、基板の格子間酸素濃度を特定することに
より余分な酸素析出による基板強度の劣化、熱応力転位
の発生を防止する。

なお、主面が（１００）面に対し傾いた結晶を基板に使
用すれば、酸化膜誘起積層欠陥の発生なさらに完全く低
減できる（この場合、エピタキシャル層表面のパターン
シフトを考慮に入れない）。

〔実施例〕

実施例について図面を参照し説明する。

第３図は本発明による結晶基板を用いて製造したデバイ
スの縦断面図である。使用した基板は（１００）面をそ
のまま主面に選び、格子間酸素濃度（８，５〜１０．５
　）　Ｘ　１０１′Ｉａｔｏｍｓ／ｃｍ”のシリコン結
晶でこのうえにエピタキシャル成長させてバイポーラＩ
Ｃを形成したものである。

３１はｐ型基板、３２はコレクタｎ型高濃度層、３３は
エピタキシャル成長層、３４は素子分離用ｐ型拡散層、
３５はコレクタコンタクト、３６はベース、３７はエミ
ッタである。第２図の場合と同様に破線３８で示した基
板表面の形状がシフトすることなくそのままの位置でエ
ピタキシャル成長層表面３９に引き継がれている。この
場合は欠陥の発生は見られない。

第４図は本発明による結晶（格子間酸素濃度は第３図の
場合と同じ）を用い、結晶軸を傾斜させた基板を使い、
その上にエピタキシャル成長させて製造したバイポーラ
ＩＣの縦断面図である。

４工はｐ型基板、４２はコレクタｎ　　ｉｉ！ｉ１１度
埋込層、４３はエピタキシャル成長層、４４は素子分離
用ｐ散拡散層である。破線８で示した基板表面の形状が
エピタキシャル成長層表面で大きくシフトしている。

この例において、エピタキシャル層の表面における酸化
誘起積欠陥は、第３図の場合よりもさらに大幅に低減し
ている。

下表は従来公知の場合の例（第１図、第２図に対応）と
本発明の場合の例（第３図、第４図）について積層欠陥
の低減効果とパターン・シフト低減効果とを対照させた
ものである。

ただし、赤外吸収スペクトルから格子間酸素濃度を求め
るための換算係数は３．　ＯＸ　１０　”　ａｔｏｍｓ
／ｌｘｓ　とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、（１００）面をそのままとした結晶を
使った場合Ｋ、エピタキシャル成！時の埋込層パターン
のシフト量をエピタキシャル膜厚の５０％以下にでき、
しかも酸化誘起積層欠陥と熱応力転位の発生を防止でき
るため、微細な高性能高集積デバイスを高歩留で得られ
るという効果が得られる。

また、（１００）結晶軸を４°傾斜させた場合、エピタ
キシャル成長時の埋込層パターンのシフト量を考慮に入
れなければ、表面の酸化誘起積層欠陥を大幅に低減でき
、高性能のデバイスが得られるという動線が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示し結晶軸を（１００）から傾斜させ
た基板を使って製造したバイポーラＩＣの縦断面図であ
る。 第２図は従来例を示し、結晶軸を（１００）そのままと
した基板を使って製造したバイポーラＩＣの縦断面図で
ある。 第３図は本発明の一実施例であって、結晶軸を（１００
）そのままとし、かつ格子間酸素濃度を特定した基板を
使って製造したバイポーラＩＣの縦断面図である。 第４図は本発明の他の実施例であって、結晶軸を（１０
０）から傾斜させ、かつ格子間酸素濃度を特定した基板
を使って製造したバイポーラＩＣの縦断面図である。 １．１１．３１．４１・・・ｐ型基板、２．１２゜３２
．４２−　コレクタｎ型高濃度層、３．１３゜３３．４
３・・・エピタキシャル成長層、４．１４゜３４．４４
・・・素子分離用ｐ散拡散層、５，１５゜３５．４５川
コレクタコンタクト、６，１６゜３６．４６・・・ベー
ス、７．１７．３７．４７川エミツタ、８．１８．３８
．４８・・・基板表面の形状、９．１９．３９．４９・
・・エピタキシャル成長層表面、２０・・・酸化誘起積
層欠陥。 代理人　弁理士　　小　川　勝　男（パ）第　　１　　
図　　（＝４．１゜ ／−（ｌρθ）４１１０ガ苓棲 ３−工こ・２モミイＩし雪 ２０−蛭品で４ 第３図６、□□） ダＪ−ニレ１ダ代シイＪし４ゴ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主面が（１００）面方位または、それに対し１５゜
   近傍以内傾いた面をもち、格子間酸素濃度が８．５×１
   ０＾１＾７〜１０．５×１０＾１＾７ｓｔｏｍｓ／ｃｍ
   ＾３の範囲であるシリコン結晶を基板とすることを特徴
   とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置において
   、基板の主面上にエピタキシャル成長層が形成されてい
   る。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置において
   、基板の主面が（１００）面方位であることを特徴とす
   る。 ４、特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置において
   、基板の主面が（１００）面方位に対し１５゜近傍以内
   傾いた面を有することを特徴とする。