JPH0296328A - エピタキシャル層形成方法 - 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、（１００）　シリコンウェハ基板上にＣＶＤ
法によるエピタキシャル成長によりエピタキシャル層を
形成するエピタキシャル層形成方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来より、シリコンウェハ基板上に高濃度の不純物拡散
層を設けた後にエピタキシャル成長によってシリコンの
成長を行い、不純物拡散層をシリコンウェハ基板とエピ
タキシャル層の中に埋め込んだエピタキシャルウェハが
製造されている。この不純物拡散層は埋込層と呼ばれ、
この埋込層に対し、シリコンウェハ基板上には各種素子
製造プロセスにおける位置合わせのために、埋込層の位
置を表示する段差を持ったマーク（以下、第１窪み部と
称する。）が設けられている。また、エピタキシナル成
長後には、エピタキシャル層上に第１窪み部に対応する
段差を持ったマーク（以下、第２富み部と称する。）が
形成される。

ところで、例えばパイＣＭＯ３−ＩＣ等の各種素子製造
プロセスにおいては、エピタキシャル成長後に、第２窪
み部を目印にして埋込層の周囲のエピタキシャル層に素
子分離層等を形成する。したがって、第２窪み部は第１
窪み部との相対的位置がずれることなく、しかも第１窪
み部と同一の形状でエピタキシャル層上に形成されるこ
とが望ましい、しかしながら、（１００）シリコンウェ
ハ基板（ここで、この基板の法線は結晶学的に正確な（
１００）方向と必ずしも厳密には一致せず、ずれ角すな
わちオフセント角αを一般に存している。）にエピタキ
シャル成長を行うと、エピタキシャル成長後に、エピタ
キシャル層上に形成される第２窪み部の中心が（１００
）シリコンウェハ基板に設けられた第１窪み部の中心よ
りも横方向にずれてしまう、かかる不都合を回避するた
めには、なるべ（正確な（１００）面を持った、すなわ
ちオフセット角αの小さいシリコンウェハ基板を使用す
れば良いことが開示されている（Ｓ、Ｐ。

Ｗｅｅｋｓ　　　５ｏｌｉｄ　　　５ｔａｔｅ　　　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　１９８１年１１月号　Ｐ１１１
〜１１７、　　Ｃ，Ｄ、　　Ｄｒｕｍ　　　ａｎｄ　　
　Ｃ，Ａ、　　Ｃ１ａｒｋ、　　Ｊ、　　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｃｈｅｍ　　　Ｓｏｃ。

１９７０年１１月　ｐｉ、ｔｏｉ〜１４０５）。

この場合の（１００）シリコンウェハ基板のオフセット
角αは約０．１６度乃至０．５度以下であれば良いとさ
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の微小（０，１６〜０．５度）オフセット
角αを持った（１００）シリコンウェハ基板を使用して
エピタキシャル成長を行うと、エピタキシャル成長後の
埋込層の位置を表示する第２窪み部の輪郭の一部が不明
確になり、ときには隣設された他の第２窪み部の輪郭と
の区別がつかなくなることがある。このため、従来の（
１００）シリコンウェハ基板を用いて製造したシリコン
ウェハでは以下の問題が生していた。すなわち、例えば
パイＣＭＯ３−Ｉ　Ｃ等の各種素子を設計するときには
、第２富み部の変形等を考慮しなければならないので、
集積度が悪かった。また、第２窪み部の輪郭が不明確で
あうだので、エピタキシャル成長後の各種素子製造プロ
セスにおいて、正確な位１合わせをすることができず、
このため、設計通りの特性を有する素子を製造すること
が困難であった。

本発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、（
１００）シリコンウェハ基板上に設けた第１窪み部に対
応する変形の少ない第２窪み部を、エピタキシャル層上
に形成するエピタキシャル層形成方法を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するための本発明は、位置合わせ用の
第１窪み部を有する（１００）シリコンウェハ基板上に
ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長を行って第１窪み部
に対応する第２窪み部を有するエピタキシャル層を形成
する方法において、結晶学的に正確な（１００）面上に
おける直交座標軸の双方の軸から０．１度乃至８度傾斜
した面を持つ前記（１００）シリコンウェハ基板に、減
圧雰囲気中で、エピタキシャル層を形成することを特徴
とする。

前記第１窪み部は少なくとも前記傾斜した面を持つ（１
００）シリコンウェハ基亭反のプライマリフラット面（
（１１０１面）に平行な一辺又は該平行な一辺に垂直な
一辺を含むもの、たとえば方形状であることが望ましい
。

また、前記第１窪み部は、前記傾斜した面を持った（１
００）シリコンウェハ基板に埋め込められた埋込層の位
置を示すものであってもよい。

〔作用〕

本発明は前記の手段により、結晶学的に正確な（１００
）面上における直交座標軸の双方の軸から０．１度乃至
８度傾斜した面を持つ（１００）シリコンウェハ基板に
位置合わせ用の第１窪み部を形成し、該（１００）シリ
コンウェハ基板に減圧雰囲気中で、エピタキシャル層を
形成することにより、エピタキシャル層上に、第１窪み
部に対応する変形の少ない第２窪み部を形成することが
できる。

前記第１窪み部を少なくとも前記傾斜した面を持つ（１
００）シリコンウェハ基板のプライマリフラット面（＋
１１０）面〉に平行な一辺又は該平行な一辺に垂直な一
辺を含む形状、たとえば方形状に形成することにより、
第２窪み部の変形を少なくすることができる。

また、前記第１窪み部を、前記傾斜した面を持った（１
００）シリコンウェハ基板に埋め込められた埋込層の位
置を示すように形成することにより、エピタキシャル層
形成後のアイソレーション拡散等によって、素子特性の
良好なｒｃ、たとえばバイポーラＩＣを製造することが
できる。

〔実施例〕

以下に本発明の１実施例を第１図乃至第７図を参照して
説明する。

第１図は本発明の１実施例であるエピタキシャル層形成
方法に用いる（１’００）シリコンウェハ基板（以下、
α（１００）シリコンウェハ基板と称する。）の結晶方
位を示す図、第２図はエピタキシャル成長前のα（１０
０）シリコンウェハ基板の概略部分断面図、第３図はエ
ピタキシャル成長後のα（１００）シリコンウェハ基板
の概略部分断面図、第４図はそのエピタキシャル層上に
形成された第２窪み部の平面図である。

第１図乃至第４図において、■はα（１００）シリコン
ウェハ基板、２はα（１００）シリコンウェハ基板１の
表面の結晶学的な位置、３はα（１００）シリコンウェ
ハ基板１上に設けられた不純物層（埋込層）、４は埋込
層３の位置を明示するための段差を持った方形状の第１
窪み部、５はエピタキシャル成長によりα（１００）シ
リコンウェハ基板１上に成長したエピタキシャル層、６
はエピタキシャル層５に形成された第２窪み且０は結晶
学的に正確な（１００）面を持ったシリコンウェハ基板
（以下、（１００）面シリコンウェハ基板と称する。）
上の任意の点をとった原点、ｘ−ｘ’は結晶学的に正確
な（１００）面上に設けられた直行座標軸の一方であり
、例えば（１０Ｏ）面シリコンウェハ基板のプライマリ
フラット面に平行な方向、Ｙ−Ｙ　’は（１００）面内
にあってｘ−ｘ’に直交する座標軸である。２−０は結
晶学的に正確な（１００）方向、Ａ−０はα（１００）
シリコンウェハ基板２の法線である。

本発明で使用するα（１００）シリコンウェハ基板１は
、第１図に示すように（１００）面シリコンウェハ基板
のプライマリフラット面に平行な方向ｘ−ｘ　’から角
α１傾斜し、かつｘ−ｘ　’に垂直な方向Ｙ−Ｙ’から
角α２傾斜したものであり、α（１００）シリコンウェ
ハ基板１のオフセント角αＩ□と、角α１　・角α２と
のあいだには、ｔａｎ”　ｃｒ、ｚ＝ｔａｎ”　ａ、＋
ｔａｎ”　α。

の関係式が成立する。

また、法線ＡからＸ’Ｙ’平面上に垂線を下ろしてその
垂線とＸ’Ｙ’平面との交点をＢとし、線ＯＢと線ＯＸ
′とのなす角をθとすれば、ｔａｎＬｘｌ　ｗｃｏｓθ
−ｔａｎαＩ＝の関係式が成立する。

上記のオフセント角α１２を持ったα（１００）シリコ
ンウェハ基板ｌには、第２図に示すように高濃度の不純
物層（埋込層）３が設けられ、エピタキシャル成長後に
その埋込層３の位置を確認するために、不純物１ｉ３と
特定の位置関係を持ち、且つ段差４ａを有する第１窪み
部４が設けられている。この第１窪み部４の段差４ａの
一辺はα（１００）シリコンウェハ基板１のプライマリ
フラット面（（１１０１面）に平行である。このような
α（１００）シリコンウェハ基板１に、原料ガスにＳｉ
　Ｃ１１ａやＳｉＨ，Ｃｊ！、を用いてＣＶＤ法により
エピタキシャル成長を行う。

エピタキシャル成長後は、第３図に示すように埋込層３
の位置を示す第２窪み部６がエピタキシャル層５の表面
に形成され、エピタキシャル成長後の各種素子製造プロ
セスにおいて、第２窪み部６を目印にして、例えば素子
分離層を埋込層３の外側に形成する。

ところで、オフセット角αが０．５度以内の従来の（１
００）シリコンウェハ基板を使用して常圧でエピタキシ
ャル成長を行うと、第２窪み部６の輪郭がぼやけて、方
形状の第２窪み部６の段差６ａのうち隣合う２つの段差
６ａが第３図及び第４図の点線（６ｘ）で示すように変
形し、場合によっては変形段差６ｘの幅がｌＯミクロン
以上になることがある。このため、前述のように従来の
（１００）シリコンウェハ基板では、エピタキシャル成
長後に、第２富み部６を目印にした正確な位置合わせを
することが困難である等の問題が生じていた。

本発明者等がＸ線回折技術等を用いて実験した結果、第
３図及び第４図に示す第２窪み部６左側の変形は変形段
差６ｘとα（１００）シリコンウェハ基板１とのなす角
度α、が結晶学的に正確な（１００）面からのオフセッ
ト角α、８と密接に関係し、角α、は第１窪み部４の直
交する２辺に対するオフセット角α１８の射影角に等し
くなることが明らかになった。

そこで、本発明者等が縦型のエピタキシャル成長炉を使
用して、ジクロルシランを原料とし、常圧（７６０Ｔｏ
ｒｒ）または減圧（１７５Ｔｏｒｒ）雰囲気中で、成長
温度１０６０度乃至１０８０度、成長速度０．５ミクロ
ン／分乃至０．２５ミクロン／分で種々の実験を行った
結果、エピタキシャル成長後の変形段差６ｘｓすなわち
（１００）ファセットの幅σ（以下、ファセット幅σと
称する。

）は、膜厚が１０ミクロンの場合には第５図に示す関係
を持った。

第５図はオフセット角α１！が０．４度（α、＝αｔ”
０．４度）のα（１００）シリコンウェハ基板１を使用
した場合におけるエビタシャル成長条件とファセット幅
σとの関係を示す特性図である。常圧雰囲気中では、い
ずれの成長温度、成長速度においてもファセット幅σは
１０ミクロン以上あり、第２窪み部６の変形を充分に小
さくすることができなかった。

ところが減圧雰囲気中では、先に述べた結晶学的な要因
から決まった角α。のファセットが現れたのは成長温度
が１０６０度Ｃ１成長速度が０゜５ミクロン／分の成長
条件のみで、それ以外の成長条件のときには明瞭なファ
セットは現れながうた。そして、成長温度が１０６０度
Ｃ１成長速度が０．５ミクロン／分の場合においても、
ファセット幅σは２ミクロン以下である。

第６図はエピタキシャル成長炉内を減圧雰囲気にしたと
きの、エビタシャル成長条件とファセット幅σとの関係
を示す特性図である。尚、この場合のα（１００）シリ
コンウェハ基板１のオフセント角α１．は０．３８度（
α、　−ａｔ、　＝０．３８度）である、第６図に示す
ように、エピタキシャル成長炉内の雰囲気は低圧である
程、ファセット幅σが小さくなり、成長温度が１０８０
度、成長速度が０．２５ミクロン／分の場合には、減圧
雰囲気が３５０　Ｔｏｒｒ以下であれば、ファセット幅
σは２ミクロン以下となる。また、成長温度が１０６０
度、成長速度が０．５ミクロン／分の場合においても減
圧雰囲気が１７５　Ｔｏｒｒ以下であれば、ファセット
幅は２ミクロン以下になり、実用に影響のないファセッ
ト幅であった。

このように、ファセット幅σを小さ（するには減圧雰囲
気中でエピタキシャル成長を行うことが望ましい。

しかし、シリコンウェハ基板のオフセット角α１、が０
．１度以下であると減圧雰囲気中で、エビクシャル成長
を行っても、第２窪み部６のすべての辺に変形段差が現
れ、埋込層の位置を明確に表示することができな（なる
。

また、シリコンウェハ基盤のオフセット角α、２が大き
くなりすぎると第２窪み部６と第１窪み部４との中心の
ずれが大きくなり、また１本のインゴットから取れるα
（１００）シリコンウェハ基板１の枚数が減少するなど
の弊害が生じ、経済性が悪くなる０本発明者等の実験に
よれば、減圧雰囲気中で、エピタキシャル成長を行うと
きには、シリコンウェハ基板のオフセット角αＩ１１は
０．１度乃至８度であることが望ましい。

尚、一般に埋込Ｎ３の位置を示す第１窪み部４の幾何学
的な形状は様々である。方形状の場合、α（１００）シ
リコンウェハ基板１に設けられたプライマリフラット面
（−殻内に（１１０１面に設けられる）に平行な方向と
これに垂直な方向の各々に平行な辺（段差４ａ）を有す
る。従って、オフセント角α、は（１００）面シリコン
ウェハ基板のプライマリフラット面に平行な方向とそれ
に垂直な方向に対して各々傾ける必要がある。すなわち
、オフセット角α、が０．１度乃至８度ということは、
角α、と角α、とが各々０．１度乃至８度であることを
意味する。

また、第１窪み部４を第７図に示すような十字状の形状
にしたものとすると、同図中の斜線部に示したように窪
みの外側の四つの角の部分のいずれかに、本来の結晶学
的に正確な（１００）面を反映したファセットが生じる
ことがわかった。このため、埋込層３の位置を示す第工
窪み部４は方形状のように本来の（１００）面が表出し
ないような形状であることが必要である。

上記の実施例によれば、α（１００）シリコンウェハ基
板１に埋込層３の位置を表示する第１窪み部４を設け、
減圧雰囲気中でエピタキシャル成長を行うことにより、
エピタキシャル層５に形成される第１窪み部４に対応す
る第２窪み部６の輪郭のぼやけ等の変形を減少すること
ができる。この結果、本実施例であるエピタキシャル層
形成方法を用いて、例えばバイポーラ集積回路を製造す
れば、エピタキシャル成長後に行うアイソレーシッン拡
散やベース拡散等において、埋込層３の位置を正確に知
ることができるので、素子特性の良好なバイポーラ集積
回路を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、結晶学的に正確な
（１００）面上における直交座標軸の双方の軸から０．
１度乃至８度傾斜した面をもった（１００）シリコンウ
ェハ基板に埋込層の位置を表示する第１窪み部を設け、
減圧雰囲気中でエピタキシャル成長を行うことにより、
エピタキシャル層上に形成される第２窪み部の変形を減
少することができるので、エピタキシャル成長後も第２
冨み部を目印にして正確な位置合わせを行い、特性の良
好なＩＣを製造することができるエピタキシャル層形成
方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はα（１００）シリコンウェハ基板の結晶方位を
示す図、第２図はエピタキシャル成長前のα（１００）
シリコンウェハ基板の概略部分断面図、第３図はエピタ
キシャル成長後のα（１００）シリコンウェハ基板の概
略部分断面図、第４図はそのエピタキシャル層上に形成
された第２窪み部の平面図、第５図はエピタキシャル成
長条件とファセット幅びとの関係を示す特性図、第６図
はエピタキシャル成長炉内を減圧雰囲気にしたときの、
エビタシャル成長条件とファセット幅との関係を示す特
性図、第７図は第１窪み部の他の例を示す図である。 １・・・α（１００）シリコンウェハ基板、２・・・α
（１００）シリコンウェハ基板１の表面の結晶学的な位
置、 ３・・・埋込層、４・・・第１窪み部、５・・・エピタ
キシャル層、６・・・第２窪み部、ｘ−ｘ　’・・・　
（１００）面シリコンウェハ基板のプライマリフラット
面に平行な軸、 ｙ−ｙ　’・・・Ｘ−Ｘ　’に垂直な軸、Ｚ・・・結晶
学的に正確な（１００）方向、Ａ・・・α（１００）シ
リコンウェハ基板の法線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置合わせ用の第１窪み部を有する（１００）シ
   リコンウェハ基板上にＣＶＤ法によるエピタキシャル成
   長を行って第１窪み部に対応する第２窪み部を有するエ
   ピタキシャル層を形成する方法において、結晶学的に正
   確な（１００）面上における直交座標軸の双方の軸から
   ０．１度乃至８度傾斜した面を持つ前記（１００）シリ
   コンウェハ基板に、減圧雰囲気中で、エピタキシャル層
   を形成することを特徴とするエピタキシャル層形成方法
   。
2. （２）前記第１窪み部は少なくとも前記傾斜した面を持
   つ（１００）シリコンウェハ基板のプライマリフラット
   面（｛１１０｝面）に平行な一辺又は該平行な一辺に垂
   直な一辺を含むものである請求項１項記載のエピタキシ
   ャル層形成方法。
3. （３）前記第１窪み部は、前記傾斜した面を持った（１
   ００）シリコンウェハ基板に埋め込められた埋込層の位
   置を示すものである請求項１又は２記載のエピタキシャ
   ル層形成方法。