JPH0250434A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0250434A
JPH0250434A JP63201593A JP20159388A JPH0250434A JP H0250434 A JPH0250434 A JP H0250434A JP 63201593 A JP63201593 A JP 63201593A JP 20159388 A JP20159388 A JP 20159388A JP H0250434 A JPH0250434 A JP H0250434A
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silicon epitaxial
wafer
silicon
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Hiromasa Kikuchi
菊池 浩昌
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特に硼素を高濃度に含ん
だP+基板上にシリコンエピタキシャル膜を形成した半
導体基板を用いた半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、第7図に示すようなP+基板21上にエピタキシ
ャル膜22を形成して成るエピタキシャルウェハーは、
素子間のラッチアップやα線ソフトエラーの防止に対し
て有効であることから高集積記憶回路素子や超高速記憶
回路素子などに利用されている。このとき、ラッチアッ
プ防止やα線ソフトエラ一対策には、P+基板はできる
だけ硼素を高濃度に含んで低抵抗であることが有効であ
る。また、P+基板上に形成するシリコンエピタキシャ
ル膜はデバイスの形成領域となるため実用上P+基板よ
りも2桁はど高い抵抗率を有するエピタキシャル膜が用
いられている。しかし硼素を含んだP+基板は格子定数
が硼素濃度の増加とともに減少し1.低抵抗化するとエ
ピタキシャル膜との格子定数の差が大きくなり、ウェハ
ーの大きな反りやミスフィツト転位が発生する。このた
め、従来のこの種の工、ピタキシャルウェハーを用いた
半導体デバイスは、このウェハーの反りやミスフット転
位の発生を防止しようとして、硼素濃度の含有量を抑え
たエピタキシャルウェハーを用いていた。また、このよ
うなエビタキシャルウェバーは、裏面にサンドブラスト
によって損傷を与えて重金属ゲッタリングをおこなって
いる。このゲッタリング法はデバイス形成工程中に裏面
より粒子(パーチクル)発生がおこる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のシリコンエピタキシャルウェハーを用い
た半導体デバイスはP+基板の硼素含有量をミスフィツ
ト転位が発生しない範囲で抑えているのでP+基板を十
分に低抵抗化できないため、ラッチアップ、α線ソフト
エラーの防止対策などデバイス特性向上のため十分な対
策がとれないという欠点がある。
また、P+基板は硼素濃度がウェハーの反りやミスフィ
ツト転位の発生を抑える範囲においては酸素析出が起り
易くなるために、過度の酸素析出欠陥が生じ、これらが
デバイス不良原因となる欠点がある。
さらに従来エピタキシャルウェハー用いられてきたサン
ドブラストによるゲッタリング法は、デバイス形成工程
中にバーチクルが発生するため、これらがデバイス不良
原因となる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、硼素を高濃度に含んだP+基板
の両面にこのP+基板より2桁以上高い抵抗率を有する
エピタキシャル膜が形成された半導体基板を用いており
、P+基板とエピタキシャル膜の格子定数の差にもとづ
いたミスフィツト転位を有している。
本発明者は、前記P+基板を用いたシリコンエピタキシ
ャルウェハーにおいて発生するミスフィツト転位は、エ
ピタキシャル膜とP+基板との界面近傍のP+基板側に
形成され、LOCO8端部等に発生する転位とは大きく
性質が異なり、その後の熱処理工程経過後も表面に突き
出してくることがなくエピタキシャル膜上に形成される
デバイスには全く悪影響を及ぼすことのないことを見出
した。
逆に、このミスフィツト転位は重金属元素などのデバイ
ス製造工程で混入してくる汚染を捕捉する強いゲッタリ
ング効果があることを見出した。
本発明のミスフィツト転位を含む、半導体デバイスは、
以上の本発明者によってなされた発見にもとづき発明さ
れたもので、従来のミスフィツト転位はデバイスに悪影
響を与えるという考え方を基本的に見直してミスフィツ
ト転位を積極的に取り入れてP+基板の低抵抗化を図ろ
うとするものである。特に本発明の半導体装置用いるP
+基板は、その両面または裏面側にミスフィツト転位を
有している。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例に用いる半導体基板の縦断面
である。P+基板3の両面にシリコンエピタキシャル膜
1,5およびミスフィツト転位発生領域2,4を有して
いる、 第2図(a)〜(d)は本発明の一実施例の製造方法に
ついて示した基板縦断面である。まず、6インチの直径
、比抵抗0.005Ω・国のP” (100)基板6の
表面に二酸化シリコン膜7を5000人の厚さに堆積し
た(第2図(a))。堆積法として通常の化学気相堆積
(CVD)法を用いた。次に第2図(b)に示すように
、P+基板6の裏面側にシリコンエピタキシャル膜8を
15μmの厚さに成長した。エピタキシャル成長では、
成長温度1150℃、常圧、供給ガスとして四塩化シリ
コン(SiCβ4)と水素(H2)の混合ガスを用いた
。次に弗化水素溶液により表面の二酸化シリコン膜7を
除去した(第2図(C))。最後にP+基板60表面側
にシリコンエピタキシャル膜11を10μmの厚さに成
長することにより第1図、第2図(d)に示すようなシ
リコンエピタキシャルウェハーヲ得、た。エピタキシャ
ル成長では、成長温度1150℃、常圧、供給ガスとし
て四塩化シリコン(SiCβ4)、水素(H2)、ジポ
ラン(B2H6)の混合ガスを用いた。この際、シリコ
ンエピタキシャル膜11の比抵抗はジポラン量を調整し
て、10Ω・口とした。
このウェハーをヘキ開後、欠陥選択エツチング液でエツ
チングし、ミスフィツト転位の発生を評価した。その結
果、第1図に示すようなミスフィツト転位発生領域2,
4が形成されていることが確認された。
また参照試料として6インチ、比抵抗0.005Ω・国
と0.02Ω・口のP” (100)基板21上にシリ
コンエピタキシャル膜22を本実施例ト同様にして10
μmの厚さに成長することにより、第7図に示すような
従来構造のシリコンエピタキシャルウェハーを得た。
上記の3種類のシリコンエピタキシャルウェハーを用い
1メガビツトダイナミツクランダムアクセスメモリ素子
(以下IMDRAM素子と称す)を作成し、ウェハーの
反りと裏面からのパーチクル発生量および素子の歩留り
を比較した。IMDRAM素子形成前のウェハーの反り
量は、本発明のシリコンエピタキシャルウェハーで一2
5μm(ウェハー表面側が凸の場合を正とする)、従来
構造のシリコンエピタキシャルウェハーでは、P+基板
比抵抗0.005Ω・国のもので50μm。
P+基板比抵抗0.02Ω・国のもので10μmであっ
た(第3図)。また、IMDRAM素子形成後のウェハ
ーの反り量は、本発明のシリコンエピタキシャルウェハ
ーでは20μm、従来構造のシリコンエピタキシャルウ
ェハーでは、P+基板比抵抗0.005Ω・口のもので
95μm、P+基板比抵抗0.02Ω・国のもので60
μmであった(第3図)、、このように本発明のシリコ
ンエピタキシャルウェハーは、IMDRAM素子形成工
程においてウェハーの大きな反りは発生しないことがわ
かる。また、裏面からのパーチクル発生は、従来構造の
シリコンエピタキシャルウェハーでは、裏面にはサンド
ブラストによって損傷か与えられているからパーチクル
の発生が見られたのに対し、本発明のシリコンエピタキ
シャルウェハーは、裏面にはエピタキシャル膜lが設け
られているから、パーチクルの発生が見られなかった。
さらにIMDRAM素子の歩留りは、本発明のシリコン
エピタキシャルウェハーを用いたIMDRAM素子では
、P+基板比抵抗0.005Ω・工の従来構造のシリコ
ンエピタキシャルウェハーを用いたものに比べて30%
、P+基板比抵抗0.02Ω・口の従来構造のシリコン
エピタキシャルウェハーろ用いたものに比べて25%向
上した。これは、P+基板の低抵抗化によるラッチアッ
プ、α線ソフトエラー耐性およびゲッタリング能力の向
上のためと、裏面を鏡面化していることによるデバイス
形成工程中におこる裏面からのパーチクル発生防止によ
ってパーチクルの影響による歩留り低下が抑えられたた
めと、ウェハーの反り量の低減によるデバイス形成工程
内での熱応力による欠陥の発生の低減およびフォトリソ
グラフ工程における反りによる歩留り低下を抑制したた
めであると考えられる。
次に、本発明の他の実施例としてP+基板にも素子(デ
バイス)の能動領域が形成されるデバイスの例について
述べる。第4図は実施例に用いる半導体基板縦断面図で
ある。P+基板14の両面にシリコンエピタキシャル膜
12.15を有し、また片面のみにミスフィツト転位発
生領域13を有している。第5図(a)〜(d)は本実
施例の製造方法について示した基板縦断面である。まず
、4インチの直径、比抵抗0.004Ω・口のP”(1
00)基板16の表面に二酸化シリコン膜17を500
0人の厚さに堆積した(第5図(a))。堆積法として
通常の化学気相成長堆積(CVD)法を用いた。
次に第5図(b)に示すように、P+基板16の裏面側
にシリコンエピタキシャル膜18を7μmの厚さに成長
した。エピタキシャル成長では、成長温度ll00℃、
圧力50To r r、供給ガスとしてジクロルシラン
(S iH2C(12) r水素(H2)の混合ガスを
用いた。次に弗化水素溶液により表面の二酸化シリコン
膜17を除去した(第5図(C))。最後にP+基板1
6の表面側にシリコンエピタキシャル膜20を2.5μ
mの厚さに成長することにより第4図および第5図(d
)に示すようなシリコンエピタキシャルウェハーを得た
。エピタキシャル成長では成長温度1100℃、圧力5
゜To r rj供給ガスとしてジクロルシラン(Si
HzCJt)、水素(H2)、ジポラン(B2H,)の
混合ガスを用いた。また、シリコンエピタキシャル膜2
0の比抵抗はジポラン量を調整して2Ω・■とした。こ
のシリコンエピタキシャルウェハーをヘキ開後、欠陥選
択エツチング液でエツチングしミスフィツト転位の発生
を評価した。その結果、第4図に示したようなミスフィ
ツト転位発生領域13が形成されていることが確認され
た。また、参照試料として、4インチ、比抵抗0.00
4Ω・■と0.015Ω・国のP” (100)基板2
1上にシリコンエピタキシャル膜22を実施例と同様に
して2.5μmの厚さに成長することにより、第7図に
示すような従来構造のシリコンエピタキシャルウェハー
を得た。
上記3種類のシリコンエピタキシャルウェハーを用いP
+基板内にトレンチキパシタを形成した構造の1メガビ
ツトダイナミツクランダムアクセスメモリ素子(以下ト
レンチキャパシタIMDRAMと称す)を作成し、ウェ
ハーの反りと素子の歩留りを比較した。トレンチキャパ
シタIMDRAM素子形成前のウェハーの反り量は、本
実施例のシリコンエピタキシャルウェハーでは、−15
μm、従来構造のシリコンエピタキシャルウェハーでは
、P+基板比抵抗0.004Ω・国のもので45μm、
P+基板比抵抗0゜015Ω・国のもので3μmであっ
た(第6図)。またトレンチキャパシタIMDRAM素
子形成後のウェハーの反り量は、本発明のシリコンエピ
タキシャルウェハーでは、18μm、従来構造のシリコ
ンエピタキシャルウェハーでは、P′″基板比抵抗0.
004Ω・国のもので75μm、P+基板比抵抗0.0
15Ω・■のもので40μmであった。このように本実
施例のシリコンエピタキシャルウェハーの反りは、トレ
ンチキャパシタIMDRAM素子形成工程においてウェ
ハーの大きな反りは発生しないことがわかる。また、裏
面からのパーチクルの発生は、従来構造のシリコンエピ
タキシャルウェハーでは、パーチクルの発生が見られた
のに対し、本発明のシリコンエピタキシャルウェハーは
、パーチクルの発生が見られなかった。再にトレンチキ
ャパシタIMDRAM素子の歩留りは、本発明のシリコ
ンエピタキシャルウェハーを用いた。1MDRAM素子
では、P+基板比抵抗0.004Ω・国の従来構造のシ
リコンエピタキシャルウェハーを用いたものに比べて3
5%、P+基板比抵抗0.015Ω・σの従来構造のシ
リコンエピタキシャルウェハーを用いたものに比べて3
0%以上向上した。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、P+基板の両面にP+基
板より2桁以上高い比抵抗のシリコンエピタキシャル膜
を有し、かつP“基板とシリコンエピタキシャル膜との
格子定数の違いにより生じるミスフィツト転位を有する
シリコンエピタキシャルウェハー上にデバイスを形成す
ることにより十分なラッチアップ、α線ソフトエラー耐
性を有し、デバイスの歩留りを従来技術よりも高くする
ことことができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するための半導体装置
用基板の縦断面図、第2図(a)〜(d)は本発明の一
実施例における製造工程を示す基板縦断面図、第3図は
本発明の一実施例における本発明の従来技術のウェハー
の反りを示す一実施例図、第4図は本発明の他の実施例
を説明するための半導体装置用基板の縦断面図、第5図
(a)〜(d)は本発明の他の実施例における製造工程
を示す基板縦断面図、第6図は本発明の他の実施例にお
ける本発明と従来技術のウェハーの反りを示す一実施例
図、第7図は従来技術の半導体装置用基板の縦断面図で
ある。 1.5,8,11,12,15,18,20゜22・・
・・・・シリコンエピタキシャルL  2,4,9゜1
0.13,19・・・・・・ミスフィツト転位発生領域
、3.6,14,16.21・・・・・・P+基板、7
゜17・・・・・・二酸化シリコン膜。 代理人 弁理士  内 原   晋 鳩 図 躬 / ■ 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 不純物元素として硼素を添加したP型シリコン基板の一
    主面及び他の主面にシリコンエピタキシャル膜を有する
    半導体基板の前記一主面側に半導体素子が形成されてい
    ることを特徴とする半導体装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005311126A (ja) * 2004-04-22 2005-11-04 Shin Etsu Handotai Co Ltd p型シリコン単結晶ウェーハ及びその製造方法

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