JPS59167011A - 半導体ウエハ - Google Patents

半導体ウエハ

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JPS59167011A
JPS59167011A JP58015701A JP1570183A JPS59167011A JP S59167011 A JPS59167011 A JP S59167011A JP 58015701 A JP58015701 A JP 58015701A JP 1570183 A JP1570183 A JP 1570183A JP S59167011 A JPS59167011 A JP S59167011A
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Tadashi Nishimura
正 西村
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明は大きな単結晶成長領域が得られる半導体ウェ
ハに関するものである。
〔従来技術〕
従来の半導体ウェハ、特にシリコンウェハで〈100〉
と称されるものは主面がダイヤモンド構造における<o
oi>軸に垂直方向に切シ出されたもので、半導体プロ
セスで使用される際の位置検出の便宜をはかるため、主
に<110>軸に垂直方向、すなわち主面と垂直で、か
つ主面と直交する<o。
1〉軸以外の二方向の(100)軸、(<100>およ
び<010>軸)と45°の角度をなす面がウエノ・端
部から切シ取られている。仁の主面あるいはこれに近い
主面をもつシリコンウェハは酸化によって生ずる二酸化
シリコン膜との界面に存在する電子的準位が少なく、他
の主面をもつシリコンウェハよシミ気的に安定であるた
め、特にMOS (metaloxide semic
onduetor )型と称されるトランジスタによっ
て形成されるLSI製作用の基板として供されることが
多い。
第1図(、)および第1図(b)は従来の<ioo>シ
リコンウェハを示す平面図および斜視図であシ、−例と
して、シリコンウェハ(1)の直径が10cIrLで、
〈110〉面に長さ約33罰のオリエンテーションフラ
ット(2)をもつものである。このオリエンテーション
フラット(2)の役割は半導体ウェハプロセスにおける
位置決めでアシ、多数の写真製版工程におけるマスク合
せはこのオリエンテーションフラット(2)をマスクの
一辺にそろえることによって行なわれる。したがって、
製作される半導体デバイスのチップ(3)のわシつけは
、第2図(a) 、 (b)に示すように、短辺または
長辺がオリエンテーションフラット(2)とほぼ平行で
あシ、またチップ(3)内部のMOS )ランジスタの
チャネル方向モオリエンテーションフラット(2)に平
行か、または垂直になることが多い。また、最近、この
シリコン基板ノ・(1)上に厚い絶縁膜を設け、その上
にさらに多結晶シリコンまたは非晶質シリコン層を形成
し、これをレーザ光または電子線などのエネルギー線の
照射や、ヒータで昇温して、溶解、再結晶化させて、結
晶シリコン層ヲ得るシリコンオンインシュレータ(以下
SOIと言う)が注目されている。これは従来のシリコ
ンサファイヤ(以下SO8と言う)に比べて安価で、か
つSO8における欠点を除去できる可能性を持ち、SO
8の特質をすべて生かすことが可能であるという背景に
よっている。このSOIの形成手法のうち、絶縁膜にあ
けた窓を通して下地のシリコン層を種結晶とし、絶縁層
上にも下地の結晶軸方向と同じ結晶軸方向をもつ単結晶
を成長させる方法が最も良質なシリコン層が得られ、再
現性、量産性などにおいて確実な方法と見られている。
第3図(a)〜第3図(d)は従来のSOIの製造方法
を示す工程別の断面図である。同図において、(4)は
(110)面をオリエンテーションフラット(2)とし
、(100)面を主面とするシリコン基板、(5)はこ
のシリコン基板(4)上に例えば厚さ5ρOOAの酸化
膜、(6)は写真製版技術によシ、この酸化膜(5)上
に、下地シリコン基板(4)が露出するように形成した
穴、(7)は例えば減圧気相成長法によシ、厚さ5,0
00^に堆積した多結晶シリコン、(8)はこの多結晶
シリコン(7)を溶解するだめの連続発振の大出力アル
ゴンレーザである。
次に、上記構成によるSOIの製造工程について説明す
る。まず、第3図(−)に示すように、<110>面を
オリエンテーションフラット(2)、!: L、(10
0)を主面とするシリコン基板(4)上に酸化膜(5)
を例えば厚さs 、o o o^に生成する。次に、第
3図(b)に示すように、この酸化膜(5)に写真製版
技術によシ、下地シリコン基板(4)が露出するように
窓(6)をあける。次に、第3図(c)に示すように、
減圧気相成長法によシ、多結晶シリコン(7)を例えば
厚さ5.000Aに堆積する。次に、第3図(d)に示
すように、連続発振の大出力アルゴンレーザ(8)で照
射しながら矢印入方向に走査すると、この多結晶シリコ
ン(力は溶融し、酸化膜(5)の窓(6)では下地のシ
リコン基板(4)にまで溶融が達してから固化しはじめ
る。このとき、下地の単結晶シリコンの結晶軸をなぞっ
て結晶成長するため、レーザ光の走査に従って、下地シ
リコンと同じ結晶軸をもった単結晶層が酸化膜(5)上
に成長する。
なお、第4図(a)および第4図(b)は第3図(、)
〜第3図(d)によシ製造したSOIとその単結晶シリ
コン層の単結晶が成長できる距離の関係を示す図である
。特に窓(6)をもつ酸化膜(5)上の多結晶シリコン
(7)の層をビーム径をしばったレーザで照射し、その
ラマン散乱光を測定したものである。特に、第4図(b
)の横軸は距離(D)を示し、縦軸はラマン散乱光の強
さくI)を示す。また、この第4図(b)において、曲
線(Xl)はシリコン基板と同じ(100)の結晶軸配
向をもつ面からのラマン散乱光を測定したものであシ、
曲線(Yl)はそのラマン散乱光(7)偏光面と90°
ずらした検出器で受けたラマン散乱光を測定したもので
ある。この第4図(b)にょシ、ラマン散乱光曲線(X
l)が高く、ラマン散乱光面m CYl)が低いことは
結晶が<ioo>面に配向していることを示す。また、
ラマン散乱光曲線(Xl)が低くなシ1ラマン散乱光曲
線(Yl)が高くなることは結晶の面が<100>から
ずれたことを示す。また、ラマン散乱光曲線(Xl)の
み低くなり、ラマン散乱光曲線(Yl )があまシ高く
ならないのは結晶の質が悪いことを示す。そして、レー
ザ光が走査された再結晶シリコン層(7)において、窓
(6)から左側は種がないので、結晶は良いが、面の配
向が(100)ではない。そして、窓(6)の上の再結
晶シリコン層(力は<100>K配向し、そのまま、窓
(6)から右側でも、これが保持される。そして、その
距離が約20μmからラマン散乱光曲線(XI )が低
くなシはしめ、結晶性が悪くなシはじめることがわかる
。このようにル−ザ光の熱分布や本質的な結晶成長速度
の影響を受けて、単結晶が成長できる距離が制限をうけ
る。
このように、従来の半導体ウェハではオリエンテーショ
ンフラットが(110)面近傍であるため、種々のデバ
イスのパターンが<ito>軸と平行または垂直になる
。したがって、再結晶処理における結晶成長方向も<1
10>軸に平行または垂直にせざるを得ない。このため
、再結晶化方法によっては必要領域すべてを単結晶化す
ることができないことがある。例えばレーザを用いた場
合、特にレーザビームのパワー分布や溶融されるべき試
料側の工夫をしなければ絶縁膜上での単結晶成長は絶縁
膜にあけられた窓部分から約20μmが限度となシ、回
路設計に支障をきたすなどの欠点があった。
〔発明の概要」 したがって、どの発明の目的は再結晶化の手法に比較的
注意をはらうことなく、大きな単結晶成長領域が得られ
、回路設計を容易にすることができる半導体ウェハを提
供するものである。
このような目的を達成するため、この発明は半導体回路
素子が形成される半導体ウェハの主面が<001>軸に
垂直方向であシ、そのオリエンテーションフラット面は
主面と作る交線が(100)軸または(010)軸と9
0°±10°の角度を成すように形成するものでアシ、
以下実施例を用いて詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
第5図はこの発明に係る半導体ウェハの一実施例倉示す
斜視図でちる。同図において、(9)はオリエンテーシ
ョンフラット(2)の面が(100)軸と垂直方向に形
成し、主面を<001>軸に垂直方向に形成したシリコ
ンウェハである。
このシリコンウェハ(9)のオリエンテーションフラッ
ト(2)を写真製版工程におけるマスクの一辺をそろえ
ることによって、このシリコンウェハ(9)の主面上に
形成されるすべての素子は第6図(a)および(b)に
示すように、〈100〉軸に平行または垂直に位置せし
める。これによ、9、SOIにおける結晶成長方向を(
100)軸方向にし易くすることができる。そして、こ
のシリコンの結晶成長方向は窒素ガスなどが高濃度であ
るような場合を除いて1本質的には<100>軸方向で
あ、9、(110)方向に再結晶化処理を行なった場合
に比べ約2倍の単結晶成長速度になる。したがって、こ
のシリコンウェハ(9)を用いたSOIでは絶縁膜にあ
けられた窓を介して単結晶成長させるにあたって、再結
晶化の手法に比較的注意をはらうことなく、大きな単結
晶成長領域が得られる。すなわち、第7図(a)および
第7図(b)は第5図に示す半導体ウエノ・を用いて単
結晶シリコン層の単結晶が成長できる距離の関係を示す
図である。特に、窓(6)をもつ酸化膜(5)上の多結
晶シリコン(7)の層をビーム径をし埋ったレーザ光で
照射し、そのラマン散乱光を測定したものである。この
第7図(b)によル、距離(D)が約40μmからラマ
ン散乱光曲線(X2)が低くなるので、約40μmがシ
リコンウェハ・(9)と同じ配向をもった単結晶となっ
ていることがわかる。このことから、絶縁膜上での単結
晶成長は絶縁膜にあけられた窓端部から約40μmにな
シ、回路設計上の制限を非常にゆるやかにすることがで
きる。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、この発明に係る半導体ウェ
ハによればSolにおいて、絶縁膜にあけられた窓を介
して単結晶成長させるにあたって、再結晶化の手法に比
較的注意をはらうことなしに1大きな単結晶成長領域が
得られるなどの効果がある0
【図面の簡単な説明】
第1図(、)および(b)は従来の(100:>シリコ
ンウェハを示す平面図および斜視図、第2図(−)およ
び(b)は第1図(、)および第1図(b)に示すシリ
コン上のチップのわシつけを示す平面図およびチップ内
の回路パターンの方向を示す平面図、第3図(a)〜第
3図(a)は従来のSOIの製造方法を示す工程別の断
面図、第4図(、)および(b)は第3図(a)〜第3
図(d)によシ製造したSOIとその単結晶シリコン層
の単結晶が成長できる距離の関係を示す図、第5図はこ
の発明に係る半導体ウェハの一実施例を示す斜視図、第
6図C&)および(b)は第5図に示す半導体装置・・
上のチップのわシつけを示す平面図およびチップ内の回
路パターンの方向を示す平面図、第7図(、)および(
b)は第5図に示す半導体ウエノ・を用いて単結晶シリ
コン層の単結晶が成長できる距離の関係を示す図である
。 (1)−−−−シリコンクエバ、(2)・・・・オリエ
ンチージョイフラット、(3)・・・・チップ、(4)
・・・・シリコン基板、(5)・・・・酸化膜、(6)
・・・・穴、(7)・・・・多結晶シリコン、(8)・
・・・レーザ、(9) −@−@シリコンウェハqなお
、図中、同一符号は同一または相当部分を示す0 代理人 葛 野 信 − 第1図 (Q) @2図 (b) 第3図 第4図 第5図        D(/J“) 〈001〉 第6図 (b) D  (Hm)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体回路素子が形成される半導体ウェハの主面が<0
    01>軸に垂直方向であシ、そのオリエンテーションフ
    ラット面は主面と作る交線が<100>軸または(01
    0>軸と900±100の角度を成すように形成するこ
    とを特徴とする半導体ウー・・。   1
JP58015701A 1983-02-01 1983-02-01 半導体ウエハ Pending JPS59167011A (ja)

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Cited By (5)

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