JPS62502438A - エピタキシヤル層のオ−トド−ピング防止方法 - 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】 エピタキシャル層のオートドーピング 防止方法 技術分野 本発明は、一般的には、半導体製造プロセス中にドープされた基板にエピタキシ ャル層を与える方法に関し、特に、その様なエピタキシャル層の成長及び半導体 デバイス製作中に使用される以後のプロセスの間のオートドーピングの防止方法 に関する。

背景技術 超大規模集積回路（ＶＬＳＩＣ）及び超高速集積回路（ＶＨ８ＩＣ）技術への継 続的発展は、膜の厚さの減少、オートドーピングの最小化、低エピタキシャル温 度、非常に低い欠陥レベル及び良好な膜の均一性に関して、シリコン・エピタキ シャル・プロセスに精密な要求をしている。この傾向は、ドープされた基板上の エピタキシャル層成長の技術改善に、常に圧力を加えている。

例えば、固体技術１９８１年１１月号第１０１〜第１１０頁。

Ｇ、Ｒ，Ｓｒ　１ｎｉｖａａａｎの１高性能集積回路用シリコン・エピタキシー ″を参照されたい。

この論文に述べられる１つの問題は、エピタキシャル層生成の間のオートドーピ ングの最小化を含む。オートドーピングは、エピタキシャル層の成長の間望まし くない、制御不能なドーピングと定義され、ドーパントは、反応炉、エピタキシ ャル成長源の不純物、処理されるウェハの支持に用いるサセプタ、ドープ基板エ ツチング・プロセスまたは、ドープされた基板自体。

のような考えられない源から発生される。エピタキシャル成長中のドープされた 基板自体からの外部拡散（ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　）が、オートドーピン グ現象に対する王な貢献者であるのは決定的である。詳細に言えば、現在の技術 で用いられる比較的低温度状態（（１０００℃）では、一度エビタキシャル成長 が始まってからウエノ・表面から外部に拡散されるドーパントは殆んどないから 、ドーパント源は、ウェハの裏面である。しかしながら、この状態は、ウェハ裏 面からのガス相拡散をおこす程充分厳しい。

第１図は、エピタキシャル層１０の成長の間に、拡散経路１６に沿ってドープさ れた基板１４の裏面ｎから拡散する他のドーパント（ドナー、またはアクセプタ ）により、エピタキシャル層１０が如何に汚染されるかを図示したものである。

オートドーピングは、エピタキシャル層の不純物濃度輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ　） 　に予想外の変化をおこし、これは、エピタキシャル層の上や中に置かれるデバ イスの構造や性能に、不利に影響するから望ましくない。エピタキシャル層は、 基板よシ、よシ少なくドープされることが典型的に好ましいことである。

ドープされた基板上のエピタキシャル層及び他の表面層のオートドーピングは、 典型的な半導体デバイス製作の他プロセスをウェハが受ける時には、また必ずお こる。

オートドーピング問題の先行技術による解決法は、オートドーピングを最小にす るようにエピタキシー成長プロセスを変化することに集中した。実際、この方法 （ａｐｐｒｏａｃｈ　）は、エピタキシー成長中のオートドーピングの減少に部 分的にのみ成功しているが、後段エピタキシャル層（ｐｏｓｔ−ｅｐｉｔａｘｉ ａｌ　１ａｙｅｒ　）プロセッシング中におこるオートドーピングは扱わない。

他の実施された解決法は、基板裏側のドーパント拡散防止のためエピタキシー成 長の前に、ドーパント拡散障壁で基板の裏側にふたをすることであった。後者の 技術では、ドーパント拡散障壁はウェハの裏面にのみデポジット、または、成長 され、可能であれば基板ウェハの両面に形成され、それから前面だけ除去された 。この論議では、基板の表面側は、常にエピタキシャル層を受け入れる側でおる とする。

月号、第１５６１〜１５６５頁の１急峻なインタフェース不純物輪郭（ｐｒｏｆ ｉｌｅ　）を持つシリコン・エピタキシャル層１において、Ｄ、Ｃ，Ｇｕｐｔａ 　＊その他は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、その他のような、絶縁性の工 ッチ抵抗膜を用い堆積（ｄｅｐｏｓｉｔ　）前に基板裏面を密閉することは、エ ピタキシャル層／基板インタフェースにおける不純物オートドーピング量をかな シ減少すると述べている。この研究では基板は砒素でドープされた。裏面側を密 閉するのに用いた材料の詳細１ｊ発表されていない。

電子化学学会ジャーナル、　ｖｏｌ、　１１２．　Ａｌｌ、　１９６５年。

１１　月、　第１１００〜ｌｌ０６頁の１エピタキシヤル・シリコン層における 不純物再分布プロセス″において、Ｂ、Ａ。

Ｊｏｙｅｅ　、その他は、基板裏面の熱成長酸化膜は、砒素。

リン、アンチモン、にたいし外部拡散障壁としてかなシ有効であるが、基板が完 全に酸化されても、ある程度の外部拡散転送はおこなわれると述べている。さら に外部拡散障壁としての熱酸化物膜の有効度は、第５族ドナーである。リン、砒 素、アンチモンに対比して、第３族アクセプタであるガリウム・ドーパントの場 合は非常に低い。そこで、シリコン酸化膜はドナーに対するドーパント拡散障壁 として利用出来るが、あるドナーに対しては有効度がかわシ、いづれのアクセプ タに対しても有効性は完全ではない。

ちなみに上述のＧｕｐｔａその他、によシ提案されたシリコン窒化物のよりな他 の障壁は、ウェハの上面からきれいにエッチすることができないから問題がある 。

換言すれば、エピタキシャル層成長の前に、シリコン窒化物をウェハの表面から 除去するために要するブ２ズマ・エツチングのような乾式エツチング技術は、基 板表面の汚染と機械的損傷をおこす。基板の表面のそのような物理的欠陥は、次 のエピタキシャル層の結晶格子欠陥に伝搬し、品質の悪い製品となるのはよく知 られている。

基板またはウェハの裏面に、他の層がデポジットされるのも既知であるが、これ らの層は普通、逆バイアス電極端子として使用されるだけである。Ｃｈｒｉｓｔ ｉａｎ＋その他、にたいする米国特許第４，４８５．５５３号および第４．４６ ８，８５７号は、集積回路デバイ・ス製作用２ウェハ法（ｔｗｏ−ｗａｆｅｒ　 ｍｅｔｈｏｄ　）を説明している。　これには、シリコン窒化物層で覆われたシ リコン酸化物層の使用を含む多重層保護が開示されているが、保護層は、すでに 形成された半導体デバイスを保持するウェハの上面に接着された。独立した支持 ウェハの上に置かれる。

そこでオートドーピング問題は、この技術では回避不可能である。

発明の簡単な要約 したがって、本発明の目的は、基板の裏面からのドーパント拡散にもとづく、エ ピタキシャル層の最小オートドーピングを消去することである。

本発明の他の目的は、エピタキシャル層が成長される基板の表面を、汚染しない か又は物理的に損傷しないであろうオートドーピング防止法を提供することであ る。

本発明のさらに他の目的は、この方法が加えられた後の半導体製造中に、すべて のその後の層を保護するであろうオートドーピング防止法を提供することである 。

本発明のさらに他の目的は、広い範囲の基板に適用され、利用可能の技術で実施 できるオートドーピング防止法を提供することである。

本発明の以上の目的及び他の目的を実行する際に、ドープされた基板の全露出面 に、きれいにエッチされ得る材料の第１層を形成することによシ、オートドーピ ングからエピタキシャル及び以後の層を保護するであろう半導体デバイスの製造 方法が提供される。次に、ドーパント拡散障壁材料が第２層が第１層の全露出面 に形成される。最後に、エピタキシャル層の成長が望まれる区域がエッチによシ 除去される。

図面の簡単な説明 第１図は、ドープされた基板上のエピタキシャル層の断面を図示し、エピタキシ ャル層のオートドーピングが如何におこるかを説明する図を示す。

第２図は、きれいにエッチされ得る材料層で完全に覆われたドープされた基板の 断面を図示する。

第３図は、本発明にもとづく２保護層で完全に覆われたドープされた基板の断面 を図示する。

第４図は、上部保護層の片側だけがエッチで除去された本発明のドープされた基 板の断面を図示する。

第５図は、基板の表面側がエピタキシャル成長のためきれいに露出され、他方、 裏面側が本発明による２保護層を保持しているドーグされた基板の断面を図示す る。

第６図は、オートドーピングから保護され、その表側面上にエピタキシャル層を 成長させたドープされた基板の断面を図示する。

第７図は、エピタキシャル層成長の後にオートドーピング防止層が適用された本 発明の他の実施例の断面を図示する。

発明の詳細な明 本発明の実施例は、第２図乃至第７図を参照することによシ説明される。第２図 に図示するのは、表面側２２を持つドープされた基板またはウェハ加であシ、こ の面上には、結局、ドープされた基板加と同じ導電率型か異なる導電率型のエピ タキシャル層が成長されるであろう。ドープされた基板加はまた裏側面列を持ち 、本発明が用いられないとしたら、こ＼よシドーバント不純分が拡散されるだろ う。基板及びこの上の種々の層の厚さは、明確にするためウェハ直径に対し非常 に誇張されている点で、図面は縮尺と一致しないのけ理解されるだろう。

第２図のドープされた基板頷を完全にとシ囲み、内部に閉じこめるのは、きれい にエッチ可能な材料の第１層％である。”きれいにエッチ可能な材料″とは、エ ッチで取シ除かれる時にドープされた基板加の表側面ｎを平滑にし、傷をつける ことなく、エピタキシャル成長への準備が出来ている物質を意味する。２酸化シ リコン（Ｓｉｎｇ　）は、このきれいにエッチ可能な材料として望ましい物質で ある。第１層％がきれいにエッチ可能であるのみならず、ドーパント拡散にだい する障壁でもある材料であるのは、非常に望ましい。その様な材料が利用可能で あれば、本発明の目的は１保護層で完成されるだろう。しかしながら、除去の後 に基板の表側面２２を十分平滑にし、また、満足すべきドーパン）［壁の拡散特 性を所有する物質は知られていない。２酸化シリコンはきれいにエッチ可能な物 質であるが、前に述べたように完全なドーパント障壁ではなく、アクセプタに対 し特にそうである。そこで他の層が必要となる。また第１層の表側路及び裏側Ｉ は、基板加の表側ｎ及び裏側列に対応することに注意されたいＯ 第３図に図示するのは、ドープされた基板加は完全にきれいにエッチ可能な材料 の第１層で囲み覆われ、次にこの層は、ドーパント拡散障壁材料の第２層で完全 に囲まれることである。第１層部は、ドープされた基板２０の表側２２及び裏側 列の両面を覆い、第２層３２はまた、第１層％の表側路及び裏側部の両面を覆う ことに注意されたい。注意したごとく、第２層％は、ドーパント拡散障壁材料で なければならない。第２層３２は、エピタキシャル層の成長の間のような高温処 理の間、ドーパント不純物（ドナー及びアクセプタ）がそれを通して拡散するの を防止するような材料でなければならないことを意味する。さらに第２層３２は 、第１層％のエッチ特性とは顕著に異なる特性を示さなければならない。云い方 を変えれば、第２層３２材料に有効なエッチ手順は、第１層部の材料を実質的に エッチしてはならない。同様に第１層が材料に対し有効なエッチ手順は、第２層 ３２の材料に対し実質的に有効であってはならない。ドーパント拡散障壁材料と して適当で、しかも２酸化シリコンと異なるエッチ特性を持つ材料は、窒化シリ コン（Ｓｉ３Ｎ２　）及びポリシリコンを含むが、これらに限られない。

第２層３２は、第１層表側路及びドープされた基板表側２２に対応する表側あを 持ち、同様に、第１層長側（９）及びドープされた基板裏側別に対応する裏側あ を持つのは、さらに注意すべきである。

第４図に図示するのは本発明の方法の次の段階（ｓｔｅｐ）の結果で、即ち、第 １層がをかなシの程度消耗しない第２層部の表側Ｍの選択エッチである。例えば 第２層％は、ドーパント拡散障壁材料である第２層部と、きれいにエッチ可能な 材料の第１層かの間のエッチ速度比を調整することによシ、第１層％を消耗せず に、選択的に乾式エッチ、例えば、プラズマ・エッチが可能である。注意したよ りに、このようなエッチが選択的に可能なようにドーパント拡散障壁は選定され なければならない。前に注意したように、有効かつ完全なドーパント障壁及び、 きれいにエッチ可能な特性の両方を提供する材料は知られていないので、第２層 ３２はプラズマ゛エツチングのような方法で必然的にエッチされなければならな いが、この方法は下の層、即ち、第１層部を汚染し、損傷しがちである。しかし エピタキシャル層あけ、第１層表側部には成長されないので、第２層表側あのプ ラズマ・エッチ除去により何等の損傷もおこらない。

第５図に図示されるのは、エピタキシャル層あの成長のため、ドープされた基板 加の表側２２がすでに露出された基板の断面である。再び必要なのは、きれいに エッチ可能な第１層あの表側路のエッチは、ドープされた基板加の露出された表 側２２を、機械的に損傷したシ、汚染すべきでない。他に必要なのは、このエツ チング・プロセスは、第１層あの材料を選択的に差別的にエッチし、第２層％の 材料を、特に第２層部の裏側部を認められるほどエッチせず、ドーパント拡散障 壁をその場に維持しなければならない。

湿式エツチング技術は、以上に述べた望ましい結果を与えるため設計されること が可能である。例えば、きれいにエッチ可能な材料の第１層が２酸化シリコン（ Ｓｔｏｗ　）で、ドーパント拡散障壁材料の第２層がシリコン窒化物（５ｉａＮ ４）であるとすれば、フッ化水素（ＨＦ）は、第２層３２（この段階では裏側部 でおる）の残部を殆んど、または、全熱エッチせずに、第１層％の表側あを除去 するであろう。フッ化水素酸エッチは、エピタキシーを受ける露出基板表側表面 ｎを機械的に損傷も、汚染もしないだろう。ドープされた基板２０の裏側Ｕは、 第１層あの裏側（９）及び第２層％の裏側あを保有するのに注意されたい。

第６図に図示するのは、第５図のように裏側を保護され、その表側ｎにエピタキ シャル層間を持ったドーグされた基板２０の断面である。エピタキシャル層間は 、以上に述べたように準備されたドープされた基板加の表側ｎの上に、ドープさ れた基板加の裏側Ｕからのオートドーピングもなく成長可能であるのに注意され たい。第２層％の残余の裏側あのような、基板加の裏側Ｕの位置に残存される一 つ以上の拡散障壁によジオ−トド−ピングは妨げられる。これら保護ドーパント の拡散障壁は、ウェハまたは、基板２０の裏側列にとどまシ、集積回路製作の残 シ工程を通じ、オートドーピング保護を提供するでおろう。さらに、基板加の表 側２２は、品質を劣化しエピタキシャル層あの欠陥を伝播する可能性がある機械 的損傷や感染を受けなかったことに注意されたい。

本発明の特定の１つの実施例では、ドープされた基板２０は、シリコンであり、 普通の方法で成長されたエピタキシャル層間は、ドープされたシリコンまたは、 ドープされないシリコンである。第１層２石は湿式技術できれいにエッチ可能な ２酸化シ１片・ンであシ、他方、第２層３２はプラズマ技術でエッチ可能なシリ コン窒化物または、ポリシリコンである。本発明の方法は、特に、ガリウム°砒 素（ＧａＡ＋ｑ　）基本半導体に適当でちろうと予期される。本発明のオートド ーピング防止方法は、一般製造手順に調和する普通の半導体デバイス・プロセス 技術を使い実施され得ることが、また注意さるべきである。換言すれば、慣習上 の特別なオートドーピング防止段階（５ｔｅｐ　）を実行するため製造上の流れ （フロー）は、中断される必要はない。本発明のオートドーピング防止手順は、 他の技術を用いる段階（ｓｔｅｐ）の複雑さに比較し非常に少ない段階（５ｔｅ ｐ　）で第１層が及び第２層諺の厚さは設計者により、全ての半導体製造段階に 耐え、ダイがウェハがら切断されるまで層が有効な形で存在するように、都合よ く調整されるべきである。この方法で層が及び諺は、可能なかぎり長く、ドーピ ング防止を提供する。

第７図に図示するのは、非保護屑物のオートドーピングが問題とは考えられない 場合の本発明の他の実施例である。この実施例では第１層が及び第２層諺は、非 保護層４０がドープされた基板茄の表側ｎに成長された後に形成（成長またはデ 嘉ポジット）される。蕗７図に図示するある段階では第２層３２の表側あけすで に除去される。ついで第１層あの表側路は除去され、集積回路製造は非保護層旬 の露出表側面で続けられるであろう。このような実施例では、層旬はオートドー ピングから保護されないエピタキシャル層でよいが、次の層は保護されるであろ う。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条７の第１項）昭和６１年１２月１日 １、特許出願の表示 国際出願番号　ＰＣＴ／ＵＳ　８６１００４４０λ発明の名称 エピタキシャル層のオートドーピング防止方法３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国イリノイ州６０１９６．シャンバーブ。

イー・アルゴンフィン・ロード、１３０３番名　称　モトローラ・インコーホレ ーテッド代表者　ラウナー、ピン七ント　ジエイ国　籍　アメリカ合衆国 請求の範囲 １．（削除） ２、（削除） ３、（削除） ４、（削除） ５、（補正）　ドープされた基板から拡散されるドーパントにより汚染されない エピタキシャル層及びその後の層を持つ半導体デバイスの製造法において、ドー プされた半導体基板の表側及び裏側の全表面にきれいにエッチ可能な材料の第１ 層を形成するステップ。

第１層の表側及び裏側の表面にドーパント拡散障壁の第２層を形成するステップ 。

第１層をそこから除去せずに表側の表面から第２層を選択的にエツチングするス テップ。

追加の第２層ドーパント拡散障壁材料を除去せずにドープされた基板の表側から 第１層を選択的に湿式エツチングするステップ。

ドープされた半導体基板の表側にエピタキシャル半導体層を成長させるステップ 。

残シのデバイス層が形成される時、ドープされた半導体基板の裏側表面に第２層 ドーパント拡散障壁及びきれいにエッチ可能な材料の第１層を保持するステップ 、を具えるデバイス形成用基板を準備することを特徴とするエピタキシャル層の オートドーピング防止方法０ ６、　きれいにエッチ可能な材料は２酸化シリコンである前記請求の範囲第５項 記載の方法。

７、　ドーパント拡散障壁材料はシリコン窒化物及びポリシリコンよシなる群か ら選択される前記請求の範囲第５項記載の方法。

８、前記請求の範囲第５項の方法で作られる半導体デバイス。

９、（補正）　ドープされたシリコン基板よシ拡散されるドーパントによシ汚染 されないエピタキシャル層及びその後の層を持つ半導体デバイスの製造法におい て、ドープされたシリコン半導体基板の表側及び裏側の表面を覆い２酸化シリコ ンの第１層を形成するステップ。

第１層の表側及び裏側の表面を覆いシリコン窒化物からなるドーパント拡散障壁 材料の第２層を形成するステップ。

第１層をそこから除去せず裏側の表面から第２層を選択的にドライエツチングす るステップ。

追加の第２層ドーパント拡散障壁を除去せずにドープされたシリコン基板の表側 から第１層を選択的に湿式エツチングするステップ。

ドープされたシリコン基板の表側の上にシリコン・エピタキシャル層を成長させ るステップ。

その後の残シの層の形成のあいだドープされた半導体基板の裏側の上にドーパン ト拡散障壁材料の第２層及び２酸化シリコンの第１層を保持するステップ、を具 えるデバイス用基板を準備することを特徴とするエピタキシャル層のオートドー ピング防止方法。

１０、前記請求の範囲第９項記載の方法によ）作られる半導体デバイス。

国際調査報告 １′！６゛−！１−ａｌ　Ａｐｏｌ□＋＋＋１ｏｌｌ　Ｎ６．　ｐｃ’ｒ／ｌ＋ ｓ　３６／ｃｏ１１１１゜＋ｎｍｌ１ａｕｅｎａｌ＾ｐｏ＋：ｅｈａｏｎトｃ０ ．ＰＣＴ／ＵＳ８６１０Ｏ’１４０

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．半導体デバイスの製造法において、表側及び裏側を有するドープされた基板 の全露出表面にわたりきれいにエツチ可能な材料の第１層を形成するステツプ， きれいにエツチ可能な材料の前記第１層の全露出表面にドーパント拡散障壁材料 の第２層を形成するステツブ， ドープされた基板の表側から両層を除去するステツブ，を具えるデバイス形成用 基板を準備することを特徴とするエピタキシヤル層のオートドーピング防止法。
2. ２．きれいにエツチ可能な材料が２酸化シリコンである前記請求の範囲第１項記 載の方法。
3. ３．ドーパント拡散障壁は、シリコン窒化物及びポリシリコンの群より選択され る前記請求の範囲第１項記載の方法。
4. ４．請求の範囲第１項記載の方法で製造される半導体デバイス。
5. ５．ドープされた基板から拡散されたドーパントにより汚染され互いエピタキシ ヤル層を有する半導体デバイスの製造方法において、 ドープされた半導体基板の表側及び裏側表面にわたりきれいにエツチ可能な材料 の第１層を形成するステツブ， 第１層の表側及び裏側表面にわたりドーパント拡散障壁材料の第２層を形成する ステツプ，そこの第１層を除去することなく表側表面から第２層を選択的にエツ チングするステツプ，追加の第２層ドーパント拡散障壁を除去することなくドー プされた基板の表側から第１層を選択的に湿式エツチングするステツプ′ ドープされた半導体基板の表側にエピタキシヤル半導体層を成長するステツプ， を具えるデバイス形成用基板を準備することを特徴とするエピタキシヤル層のオ ートドーピング防止方法。
6. ６．きれいにエツチ可能な材料が２酸化シリコンてある前記請求の範囲第５項記 載の方法。
7. ７．ドーパント拡散障壁材料は、シリコン窒化物及びポリシリコンよりなる群か ら選択される前記請求の範囲第５項記載の方法。
8. ８．前記請求の範囲第５項記載の方法で作られる半導体デバイス。
9. ９．ドープされたシリコン基板から拡散されたドーパントにより汚染されないエ ピタキシヤルシリコン層を持つ半導体デバイスを製造する方法において、ドープ されたシリコン半導体基板の表側及び裏側の表面を覆う２酸化シリコンの第１層 を形成するステツブ， 第１層の表側及び裏側の表面を覆いシリコン窒化物及びポリシリコンの群より選 択されたドーパント拡散障壁材料の第２層を形成するステツプ，そこの第１層を 除去せずに表側の表面より第２層を選択的にドライエツチングするステツプ，追 加の第２層ドーパント拡散障壁材料を除去せずにドープされたシリコン基板の表 側から第１層を選択的に湿式エツチングするステツプ， ドープされたシリコン基板の表側にシリコン・エピタキシヤル層を成長するステ ツプ，を具えるデバイス形成用基板を準備することを特徴とするエピタキシヤル 層のオートドーピング防止方法。
10. １０．前記請求の範囲第９項記載の方法により作られる半導体デバイス。