JPS60236209A - 半導体装置およびその製造方法 - 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】 〈発明の分野〉 この発明は・ソリッド・ステート半導体装置を構成する
間に発生する結晶学的欠陥の数を減らすための技術に関
するものである。特にこの発明け、半導体装置上の形状
を特定の結晶学的方向と整列させるための方法に関する
。

〈従来技術〉 ソリッド・、ステート半導体装置を構成するための基体
材料として一般に単結晶シリコンが使用されており、こ
のような基体は通常円形ウェハの形で提供される。一般
にウェハは、単結晶シリコンの円柱状原石をその主軸に
垂直にスライスすることによって構成される。この原石
はツオクラルスキー（Ｃ２ｏｃｈｒａ１ｓｋｉ　”）成
長法のような方法によって予め作られる。シリコンはダ
イヤモンド立体結晶学構造を有し、ウェハの特定の結晶
学的方位（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　）は、そのウェハ
が使用さり、るべき適用例に基づく特定された物理的パ
ラメータの１つとなる。

半導体装置用の製造工程において、ウェハａ　一般Ｋ　
（１ｏｏ）またｒ６　（Ｉｌｌ）結晶学的面（Ｐｌａｉ
ｎ）の１５つと平行な主表面を持つように特定されてい
る。

例えば、（Ｉｌｌ）面の１つに平行な主表面を有するウ
ェハは１一般にエピタキシャル被着が主表面とに形成さ
れるべきときに指定される。（１００）面の１つに平行
な主表面を有するウェハは、金属酸化】０物半導体電界
効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ　）を構成するときの
ように、一般に酸化物が主表面上に形成されるべきとき
に指定される。

通常の結晶学的命名法に従えば、立体座標系中の面の＋
１１１１群には結晶学的に等価な（１１１）、（］５了
１１）、　（１了１）、　（１１Ｔ）、　（了１１）、
　（１工了）、　（工１工）、および（１１１）面が含
まれる。［ｎ、）面の１つに平行な主面を有するウェハ
に一般に（ｌｌｌ’ｌウェハと称される。同様に立体座
標系中の面の（１ｏｏ）群には（１００）、（０１０）
、（００１）、ｃ〒００）、（ＯＴＯ）、お２０Ｊ：び
（ＯＯｌ”１面が含まれ、（１ｏｏ）面の１つに平行な
主表面を有するウェハは通常（１００）ウニ・・称され
るＯ 半導体装置の構成用の結晶学的方位に関するさらに詳細
は、１９’７３年１月発行の［゛ソリッド　ステート　
テクノロジ（５ＯＬＩＤ　５ＴＡＴＥ　ＴＥＣＨＮＯＬ
Ｉ）ＧＹ　）Ｊの第４３頁乃至第４′７頁のタウンリ（
Ｄ、Ｏ，Ｔｏｗｎｌｅｙ　）氏の論文「Ｏｐｔｉｍｕｍ
（Ｉｆｆ６ｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　０ｒｉｅｎｔａ
ｔｉｏｎＦｏｒ　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｆａ
ｂｒｉｃａｔｉｏｎ　（シリコン装置の構成用の最適結
晶学的方法）」、１９７５年２月発行のｒ　５ＯＬＩＤ
　ｓＴＡＴｇ　ＴＥＣＨＮＯＩ、ＯＧＹ　Ｊの第４０頁
乃至第４３頁のモア、シニア（Ｇ、Ｅ、　Ｍｏｏｒｅ　
、　Ｓｒ）氏他の論文ｆ：　Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ　Ｗａ
ｆｅｒ　５ｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ−Ｆａｃｔｏ
ｒ　Ｆａｎｃｙ　？Ｊ％　１９８１年５月１９日付の米
国特許第４、２６８，８４８号明細書に示されている。

シリコンウェハの表面上の結晶学的方向（ｄ１ｒθＣ−
ｔｓｏｎ）の方位を示すために、ウェハ［Ｈ通常方位平
面（ｆｌａｔ　以下フラットと称す）あるいはその円形
周辺上にあるそのような複数のフラットが設けられる。

このようなフラットは、ウェハのスライス工程の前に、
原石の主軸と平行な面な形成するように円柱状シリコン
原石の表面の一部を機械的に研摩することによって形成
される。複数のフラソトカ設けられるときは、そのフラ
ットの１つけ他のものよりも長く、通常主方位フラット
と称５される。説明を明確にするために、こ＼で使用さ
ね、でいる主方位フラットという用語はまた単一方位フ
ラットのみを持つウェハとのフラットを示している。

半導体装置の構成期間中は、ウェハを特定の基ｉｏ準位
置に機械的に整列させるための手段として使用され、捷
た通常はこの構成工程中に、このような機械的整列作業
は何回か行なわれる。例えば、装置の構成期間中に実行
される通常の写真平版工程中に、ホトレジストで被覆さ
れた主表面をもっＩ５たウェハは、パターン露光に先立
って整列用取付は具に機械的に配置される。このような
工程では、主方位フラン）ｄ、整列用取付は具申の２本
のビンによって示される基準面に対して接触関係で配置
される。次いで第２方位フラットあるいはウニ２０ハの
円形端縁が、第３の整列ピンのような第２の基準面と接
触関係で配置される。

この整列位置の例えば光学的な任意の補助調整に次いで
、ウェハＬのホトレジストｆ１％定のマスク・パターン
に露光される。この露光工程中Ｋ。

次にドープされるべき基板領域、あるいはウェハ表面上
に形成されるシリコンあるいは他の拐料の各種の層が特
定される。これらの形状は通常、主方位フラットと平行
または垂直になるように方位が定められた端縁部を有す
る直線で囲１れた幾何学的形状にされている。このよう
な形状の特定および構成に続いて、その直線状端縁の方
位とウニ・・中に生成される結晶学的欠陥との間の相互
関係が観察される。

〈発明の概要〉 ＋　１００１結晶学的面の１つに平行な主表面を有する
ダイヤモンド立体半導体ウエノ＼は、ウエノ＼の周辺上
の主方位フラットを利用する基準位置に方位が設定され
る。次の装置の処理工程で、ウニ・・表面に隣接して直
線で囲まれた形状が形成される。

これらの形状は応力集中部を生成し、且つ主方位フラッ
トと平行捷たは垂直のいずれかに方位が設定された端縁
をもっている。この発明の方法では、主表面フラソトハ
、ウニ・・表面の特定の（１００）面Ｊ：、ＶＣある＜
００１＞結晶学的方向の１つと平行にあり、５それによ
って装置の処理期間中に核が生成され、それがト記直線
で囲まれた形状の端縁に伝搬する転移の数を減少させて
いる。

く好ましい実施例の詳細な説明〉 以下、この発明を図示の実施例によって詳細に１０説明
する。

通常の半導体装置を作るに当って、先づ第１図に示すよ
うに主表面１４を有する実質的に円形の（１ｃＤ）単結
晶シリコン・ウェハ１０が準備される。この通常の（１
００”ｌウェハ１０ｒｉ、ウェハ表面１４の面丘１５Ｖ
Ｃある＜０１１＞結晶学的方向のうちの１つに沿って方
位が定められた主方位フラット１２を有している。

前述のように、ＭＯ８ＦＥＴ装置を作るＶＣはこのよう
なウェハ１０が使用され、（１００）形式の主表面１４
が望ましい。説明を明確にするために、ウエノ・１０Ｊ
：、の２０　＋１００１形式の主表面１４ｄ以下でＨ（
ｌｏｏ）面に平行であると考える。〔１１０〕、（１０
１）、〔０１１〕、〔了１０〕〔１′ｉｏ〕、　（１０
１）　、　〔１０工〕、　〔０〒１〕、　〔０１工〕、
Ｃ〒１０’）〔１０′ｉ′〕、および〔０工丁〕方向を
含む（０１１）方向群中でハ、（１００）面上にあるこ
れらの方向Ｂ　（０１１）、〔０工１〕、〔０１工〕、
および〔０百〕方向を含んでいる。

さらに説明を明確にするために、平面１２の方位はこ＼
で＋６　（０１１）方向と平行であると考える。

ＭＯ８ＦＥＴ装置の形成時には、１６で示すような複数
の長方形が表面１４に隣接して写真平版的に生成される
。このような形状１６ハ、例えば、表面１４ＪＪｊ形成
された窒化珪素、多結晶シリコン、２酸化シリコン、あ
るいは他の各種の材料からなる。さらに、形状ＩＱｊ、
表面１４にＰＮ接合あるいは高−低導電率接合が形成さ
れるように、拡散あるいにイオン注入によってドープさ
れた半導体ウェハの領域からなる。

形状１６は、〔０１１〕方位フラット１２に垂直または
並行のいずれかに方位が定められた直線状端縁１８を有
するという特命をもっている。端縁１８が（ｌＯＯ）ウ
ェハ１の（０１１）方向に平行または垂直な形状１６の
通常の方位はシリコンのダイヤモンド立体構造の臂開面
に関連する基準をもっている。単一のウェハ上に複数の
半導体装置が構成されるとき、装置は、通常、結晶臂開
面、すなわち（Ｉｌｌ）面ＪＪ５ある方向に対応する線
に沿って分離される。この装置との形状１６の収容密度
を最大にするために、形状１６ハこの同じ方向に平行で
ありまた垂直な端縁部１８ヲ有している。（１００）面
とでは、（０１１）、１：ｔｊＴｌ）、〔０１工〕、お
よび〔ＯＨ〕方向は（１１１）臂開面Ｊ：ＶＣある。

しかしながら、このような端縁部１８ハシリコン・ウェ
ハｌ０Ｉｃ応力集中部を作り出し、これらの応力集中部
は単結晶ウエノ・１０内に転位のような結晶学的欠陥を
生成する傾向がある。さらに、通常のウェハ上に応力集
中部によって導入される転位は、半導体装置の構成時に
実施される後続する処理工程の期間中に容易に伝播する
傾向があり、またこのような欠陥によるシリコン結晶構
造の退化は最終的にこれらのウエノ・丘に生成される装
置の性能に悪影響を与える。

〔０１１〕方向に平行および垂直に方位が設定された直
線で囲まれた形状を有する普通に方位設定された（１０
０）シリコン・ウェハのマイクロ写真が第２図に示され
ている。このマイクロ写真はノマルスキ（Ｎｏｍａｒｓ
ｋｉ　）干渉コントラスト顕微鏡を使用して撮影したも
のである。

図示の形状は次の処理工程によって得られる。

（ａ）（１００）ウェハの表面Ｊ：ｌｃ２酸化シリ酸化
シリコ成層る。

ｔｂ）　ウェハの表面の一部分を覆う２酸化シリコンの
マスクを形成するよう［２酸化シリコン層を写真平版的
に特定し且つエツチングする。

ｔｃ）　マスクＶＣよって覆われていない表面の領域に
イオンを注入する。

（ｄ）　ウェハを焼な捷すと共に注入され几イオンを拡
散するために加熱処理する。

＋８）　加熱処理期間中に形成された酸化物を取除く。

（ｆ）　ウェハの表面とに第２の２酸化シリコン層を形
成する。

（ｇ）　第２の２酸化シリコン層１に窒化シリコン層を
形成する。

（ｈｌ　ウェハ表面の部分を覆う第２のマスクを焼な捷
すように窒化シリコン／２酸化シリコン層を５写真平版
的に特定し、エツチングする。

（１）　第２のマスクによって覆われていないウェハ表
面の領域１．［フィールド酸化物層を形成する０ｔｊ）
　第２のマスクおよびフィールド酸化物を取除く。

、、、［ｋ）　ウェハ表面ＪＪあるあらゆる欠陥を強調
するようにライト・エツチング剤（Ｗｒｉｇｈｔ　ｅｔ
ｃｈａｎｔ）中でエツチングする。

マイクロ写真に示されているように、工程ｔｅｌの期間
中に実行されるイオン注入は第２図の３０で示１ラサれ
る領域で生じ、結晶欠陥３２ニ、窒化シリコノ／２酸化
ンリコ／・マスク形状３４の端縁部が形成されるシリコ
ン・ウェハの領域で生じる傾向がある。これニ、窒化シ
リコン／２酸化シリコン・マスク形状３４がそれに隣接
するシリコン中に応力集２０中部を与えるために生じ、
寸たこれらの応力集中部は複数の転位を導入すると考え
られている。軽鉄的に見て、転位の密度にライト・エツ
チング剤によって生成される適当なエッチ・ビットの密
度によって決定される。第２図において、転位密度ハ窒
化シリコン／２酸化シリコン・マスク形状３４の周囲の
センチメートル当り約１０　個である。

シリコン・ダイヤモンド立体構造でｒＪ、　、（］、］
、］　１群の面はすべり面となっている。マスク形状３
４ｖｃよって生成される応力集中部１４　＜’０１１）
方向にあるので、これらの方向げ（ｌＸｌ）すべり面上
にあり、転位核生成のエネルギにこれらの方向でｒま低
い、。

さらに、これらσ）転位に−１−形成されると、それに
付帯するバーガーズ・ベクトル（Ｂｕｒｇ＋〕ｒ’ａＶ
ｅｃｔｏｒ）がすべり１ｎＮｃ含１ハ５るため、容易に
伝播し、増大すると考えられる。

この転位核生成と伝播を解消するために、この発明の方
法が見出された。第３図に示すように、この発明の方法
は、ウニノ・の主表面２４の（１ｏｏ’）而ＬＶＣある
＜００１＞方向の１つと平行な一ト方位フラット２２を
有する実質的１円形のＣ１ｏｏ’＋　／リコ／・ウェハ
２０を提供するものである。説明を明確にするために、
フラン）　２２ｉｊ　（００１）方向と平行であると示
されているが、（１ｏＯ）ウェハ表面に対しては、（（
１０１，’：ｌ、〔Ｏ１Ｏ〕、〔００〒〕、および〔ｏ
、ｉｏ）方向に等５価であることは言う迄もない。

この発明の方法によれば、ウェハ２０はウェハ１０と同
様なやり方で処理され、主表面２０上に主方位フラット
２２と平行捷たけ垂直な端縁１８を有釘る直線で囲まれ
た形状１６が生成される。すなわち、直１（）線で四重
れ友形状１６は応力集中部ご生成し、主方位フラット２
２と９０°の倍数で方位の定められた端４１８を有して
いる。

しかしながら、ウェハ２０トに形成される形状１６は、
それらの端縁部においてに転位核生成および１５伝播し
ま著しく少なくなる。これに、この発明に↓ｈ、げ、端
縁部１Ｂと平行なくｏｏｌ＞方向は（１１１）すべり血
力・ら最大限度Ｃすなわち４５°）の角度ずれているこ
と［ｊるものと考えられている。形状１６の端縁部１Ｂ
ＶＣ付随する応力集中部に（ｌ１１）すべり面２０から
転置されており、転位の核生成に必要なエネルギは大き
くなり、核生成される任意の転位１４−べり而に介在す
るバーガーズ・ベクトルを持たない。結晶学の分野で周
知のように、転位に対゛４−るバーガーズ・ベクトルが
すべり面内に存（ｊ・しなければ、転位はすべり機構に
よっては動くことができない。従って、発生した転位ｉ
１容易ＶｃＦｉｌ増人し７ない。

Ｌ述の工程ｉａｌ乃至ｔｋ）でウニノ・」Ｏを処理して
観察すると、転位は殆んど観察されなかった１、ウニ・
・２０Ｆでは、窒化／リコン／２酸化／リコン・マスク
形状の周囲のセンナメートル当り１個！：、　Ｉｔσ）
転位密度が観察された。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の（１００）／リコン・ウ−［ハ”　甲−
＋ｆｉｔ図・第２図は普通に配列さね、た長方形σ）形
状をもった通常の処理を受けた（１００）７１１コノ・
ウニノーの結晶構造を示すマイクロ写真の拡大図、第！
′５図はこの発明の処理で使用される（　、’１．（，
１（］　）半導体つ「−ハの平面図である。 １６・・・直線で囲捷れた形状、１８・・・端縁部、に
０・・・半導体ウニ・・、２２・・・主方位平…１．２
４・・・事大ｔｒ＋ｉ　０ オフ図 才３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　（１００）結晶学的面の１つに平行な主表面を
   有し、且つ周辺上に主方位平面を有するダイヤモンド立
   体半導体ウェハからなり、と記主方位平面は上記ウニ・
   ・の表面上にあるくΩ０１）方向の１つと平行である、
   半導体装置。 Ｌ２）　（ｘｏｏ）結晶学的面の１つに平行な主表面を
   有するダイヤモンド立体半導体ウニ・・を、その周辺の
   主方位平面を利用して基準位置に整列させ、次いでその
   ウェハを処理して上記主表面に隣接して直線で囲まれた
   形状を形成する工程を含み・上記形状は、上記ウニ・・
   中に応力集中部を生成し且つ上記平面と９０°の倍数に
   方向が定められた端縁部を有し・ 上記ウエノ・ＶＣハその表面上にある＜００１＞結晶学
   的方向の１つと平行な上記主方位平面が設けられており
   、半導体装置の製造期間中、上記端縁に導入される転位
   の数を減少させた、半導体装置の製造方法。