JPS6216537B2 - - Google Patents

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JPS6216537B2
JPS6216537B2 JP56035022A JP3502281A JPS6216537B2 JP S6216537 B2 JPS6216537 B2 JP S6216537B2 JP 56035022 A JP56035022 A JP 56035022A JP 3502281 A JP3502281 A JP 3502281A JP S6216537 B2 JPS6216537 B2 JP S6216537B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
heat treatment
semiconductor device
epitaxial layer
substrate
Prior art date
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Expired
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JP56035022A
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English (en)
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JPS57167635A (en
Inventor
Kazunori Imaoka
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP82301212A priority patent/EP0060676B1/en
Priority to DE8282301212T priority patent/DE3280219D1/de
Priority to IE559/82A priority patent/IE55966B1/en
Publication of JPS57167635A publication Critical patent/JPS57167635A/ja
Priority to US06/598,544 priority patent/US4597804A/en
Publication of JPS6216537B2 publication Critical patent/JPS6216537B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
    • H10P95/90—Thermal treatments, e.g. annealing or sintering

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法に係り特に内部
にイントリンシツク・ゲツタリング効果を有する
基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。
一般に半導体装置を製造する場合、素子の特性
不良に大きな影響を与えるものに、プロセスによ
つて誘起されたいわゆるプロセス誘起欠陥や有害
不純物(欠陥)がある。これらの欠陥や不純物
は、キヤリアのライフタイムを低下せしめるだけ
でなく、不純物拡散プロセスに於いて、スパイク
拡散等により装置の特性に重大な悪影響を与えて
いる。
これらの欠陥発生を防止するためや、有害不純
物を除くため、シリコン(Si)ウエハの内部に結
晶欠陥を発生させ、そこをゲツタリングのシンク
とする方法、いわゆるイントリンシツク・ゲツタ
リング法(Intrinsic gettering法、以下IG法と称
す)が知られている。
該IG法ではウエハ内部に結晶欠陥を故意に発
生させ、又装置動作に係る表面近傍には欠陥のな
いデヌーデイドゾーン(Denuded Zone、以下D.
Z.と称す)と呼ばれる領域を作る。
かかるIG効果を有する基板では、素子動作に
係るD.Z.を非常にクリーンな状態に保つことが可
能であり、特に高集積化が進み素子動作領域の清
浄化が問題となつているIC(Integral Circuit)
においては有効である。
又、該シリコン基板内部の結晶欠陥を積極的に
利用することも考えられている。即ち、MOS型
半導体装置におけるα線によるキヤリアーの破
壊、Bipolar型半導体装置において素子動作の高
速化のために行なわれる。Au拡散に代るものと
しての利用である。
上記基板内部の結晶欠陥を効率良く利用するた
めには、前記D.Z.幅を1〜2μmのオーダーで制
御しなければならない。しかし乍ら、第1図に基
板表面からの距離と、結晶欠陥の密度の関係を示
すように、該結晶欠陥は特定の分布を持ち存在す
るためその制御は困難である。
特に従来提案されている結晶欠陥の成長方法、
即ち、欠陥核を高密度化せしめる600〜800℃程度
の低温アニール、該高密度化した欠陥核を欠陥へ
成長させる1000℃以上の高温アニールをそれぞれ
施すいわゆる2step方式、又最初に1000℃以上の
高温アニールを施し基板表面近傍の欠陥核形成の
要素となる酸素分子のアウト・デイフユージヨン
並びに該領域における欠陥核の固溶若しくは消滅
を行なういわゆる3step方式では、該D.Z幅の制
御は少なくとも10〜20μmのオーダーでしか行な
えず、加えて少なくとも〜10μmの幅のD.Zが形
成される。
そこで一度基板内部にD.Zを形成し、次いで該
基板表面をポリツシングして内部結晶欠陥を表面
に露出せしめた後、該基板上に制御良くエピタキ
シヤル層を形成し新たなD.Zとして素子を形成す
る方法が考えられる。
第2図a〜cを参照してかかる半導体装置の製
造方法について説明をする。
第2図aに650℃酸素雰囲気中に於いて64時間
熱処理を行なつた後1050℃窒素雰囲気中に於いて
4時間熱処理を行なつたシリコンウエハ1の断面
概略図を示す。
かかる2stepの熱処理ではD.Z幅の制御が困難
であるばかりでなく10μmのD.Zが形成されてい
る。
次いで第2図bに示すようにウエハ1内部に形
成された結晶欠陥を表面に露出せしめるため基板
表面から15μm程度のポリツシングを行なう。
かかるポリツシング工程の後第2図cに示すよ
うに基板1上に約2〜3μmのエピタキシヤル層
を形成しD.Zとするものである。
又、前記第2図bに示すポリツシング工程は結
晶欠陥形成のための熱処理時間が60時間以上と長
時間に及ぶことを原因とする基板表面の荒れを除
去するためにも必要な工程である。
本発明は、上記従来の技術においては不可欠で
あつたポリツシング工程を省略することを目的と
している。
即ち、従来の結晶欠陥の成長方法に於いては長
時間の熱処理による基板表面の荒れ、及び基板表
面近傍にまで欠陥を形成することが困難であるた
め上記ポリツシング工程を必要とするもので、そ
れに対し本発明では従来に比べ熱処理時間を大巾
に短縮せしめるとともに、結晶欠陥を制御良く基
板表面にまで形成する工程を含有する半導体装置
の製造方法を提供するものである。
本発明は半導体装置の製造工程に於いて、酸素
濃度が1.5×1018cm-3以上のシリコンから成る半導
体基板に500℃乃至900℃の低温から1000℃乃至
1300℃の高温へ5℃/min以下の昇温工程を含む
熱処理を施し、次いで該基板表面に2μm以上の
厚さのシリコン・エピタキシヤル層を形成した
後、該エピタキシヤル層に一導電型を与える不純
物を拡散せしめ素子形成を行なうことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。及び半導体装置の製造
工程に於いて、酸素濃度が1.5×1018cm-3以下のシ
リコンから成る半導体基板に600℃乃至800℃の低
温で30分乃至90分以上のアニールを施し、さらに
500℃乃至900℃の低温から1000℃乃至1300℃の高
温へ5℃/min以下の昇温工程を含む熱処理を施
し、次いで該基板表面に2μm以上の厚さのシリ
コン・エピタキシヤル層を形成した後、該エピタ
キシヤル層に一導電型を与える不純物を拡散せし
め素子形成を行なうことを特徴とする半導体装置
の製造方法により達成される。
具体的には本発明では半導体装置の製造工程に
於いて、シリコンから成る半導体基板に5℃/
min以下の昇温工程を含む熱処理を施し、次いで
該基板表面に2μm以上の厚さのシリコン・エピ
タキシヤル層を形成した後、該エピタキシヤル層
に一導電型を与える不純物を拡散せしめ素子形成
を行なうものである。
特に、前記昇温工程による熱処理が少なくとも
1回以上くり返され且つ最初のものの昇温速度
が、2回目以降の昇温速度に比べ同じか若しくは
遅くすることにより一層の効果が得られるもので
ある。
本発明者は既に、昇温工程を結晶欠陥形成に於
ける熱処理に導入する方法について出願を行なつ
ているが、本発明では特に昇温による熱処理に於
いて基板表面近傍にまで結晶欠陥を形成可能であ
ることを利用するものである。
第3図に酸素濃度2.0×1018cm-3のシリコン基板
の昇温速度とD.Z幅の関係を示す。図からも明確
であるように昇温速度が遅いほどD.Z幅は狭くな
り基板表面にまで結晶欠陥を現出せしめることが
可能である。
D、Z幅はシリコン基板内に含有される酸素の
濃度等により若干のばらつきを生じるものの1.5
×1018cm-3(ASTM規格、以下同様とする)以上
の高濃度の酸素を含有する基板に於いては5℃/
min以下の昇温速度により0〜15μmのD、Zを
制御良く形成することが可能である。又、1.5×
1018cm-3以下の酸素濃度の基板についても、30〜
90分以上、好ましくは30分〜15時間の600〜800℃
の低温アニールをあらかじめ施しておくことによ
り基板表面近傍にまで結晶欠陥を成長させること
が可能である。
以下第4図a及びb並びに第5図及び第6図を
参照して本発明の実施例について説明を加える。
第4図a参照 例えば、2.0×1018cm-3の酸素濃度を有するシリ
コンウエハ11を750℃から1100℃まで2℃/
min、の昇温速度で熱処理を施す。本発明による
昇温工程においては、該熱処理を複数回くり返す
ことにより結晶欠陥の成長が進行するため十分な
IG効果を得られる結晶欠陥が成長するまで複数
回昇温をくり返すことが望ましいものの、D、Z
幅を決定するのはほぼ第1回日目の熱処理に於け
る昇温速度である。ここでは初めに2℃/minの
昇温速度で熱処理を施すことにより基板表面にま
で欠陥を発生させることが可能である。又、高温
処理により基板表面が荒れることを防止するた
め、あらかじめSiO2等の保護膜を被覆せしめる
若しくは当該熱処理工程中に酸化性雰囲気を導入
することにより基板表面に酸化膜を形成する。更
に、D、Z幅の設定として本発明では該D、Z幅
をほとんど零とすることによりその目的を達成す
るものであるが、前述の如く昇温速度にのみ依存
して決定されるものではない。即ち、昇温を開始
する温度として例えば750℃の温度を定めたが、
これが950℃以上の温度より開始すると基板表面
近傍の酸素のoutdiffusion及び欠陥核の固溶若し
くは消滅が主に進行するため適当ではない。
本発明では500〜900℃の温度から950〜1300
℃、好ましくは1000〜1300℃の温度へ昇温するこ
とにより、一層の効果が得られるものであり、特
に低い温度から開始する場合狭いD、Z幅となる
傾向がある。
前記2℃/minの昇温工程の後1100℃で30分間
の熱処理を連続して施す。該高温の熱処理として
は30分程度の時間が好ましく、あまりに長時間の
高温処理を行なう場合、大きくなりきらない欠陥
が消滅することがある。
その後5℃/minの降温速度で1100℃から750
℃まで熱処理を施す。該降温処理に於いては前記
昇温処理に比べ結晶欠陥成長の効率は劣るものの
一応の効果はあり、又昇温工程をくり返す場合に
於いては該降温処理を間に施すことにより作業時
間、並びに設備を有効に利用することが可能であ
る。
ここでは前述の750℃から1100℃、1100℃から
750℃の昇温及び降温処理を2回くり返すことに
より十分成長した結晶欠陥を基板表面近傍にまで
成長させることが可能であつた。
第4図b参照 前記第4図aで熱処理を施した基板表面の
SiO2膜を沸酸で除去した後少なくとも素子形成
を行なう一主表面に2〜3μmの厚さでシリコ
ン・エピタキシヤル層12を形成する。該エピタ
キシヤル層12は新たなD、Zとなるもので基板
11に形成された結晶欠陥のIG効果によりクリ
ーンな状態に保たれる。
第5図参照 前記第4図bで形成したエピタキシヤル層12
に埋め込み拡散を行ない埋め込み領域17を形成
する。
ここで該エピタキシヤル層12に例えばp型の
又埋め込み領域17にはn+型の導電型を与えた
後通常のバイポーラ・トランジスタの製造と同様
にn型の第2エピタキシヤル層を成長せしめた後
p+型素子分離領域13、p型ベース領域15、
n+型エミツタ領域14、n+型コレクタ・コンタ
クト領域16をそれぞれ形成し半導体装置を形成
する。
該バイポーラ型半導体装置に於いては清浄化さ
れたD、Z上に形成されているため従来高速化の
ために使われているAu拡散領域を必要としない
等その特性を大巾に向上させたものが得られる。
第6図参照 前記第4図bで形成したエピタキシヤル層12
に例えばp型の導電型を与え、次いでn+型のソ
ース、ドレイン領域19を拡散せしめてMOS型
の半導体装置を形成する。
ここで、該n+型ソース、ドレイン領域拡散前
に素子間分離用の厚い酸化膜18、ゲート絶縁膜
20、及びpoly siゲート21をそれぞれ形成し
該ソース、ドレイン領域拡散を自2整合によるイ
オン注入等で行なう。
次いで基板表面全面に例えばPSG膜22を形成
した後電極窓開けを行ないAl電極23を形成し
MOS型半導体装置を完成させる。
MOS型半導体装置に於いてα線照射により基
板内部に発生するキヤリアが素子動作に悪影響を
及ぼすが、本発明によればα線によるキヤリア発
生領域には結晶欠陥が形成され、又、実際の素子
動作に係る表面近傍にはIG効果によりクリーン
な領域が形成されているため従来のα線防止用の
対策が不要になるとともに特性の優れた半導体装
置を得ることが可能である。
以上、本発明の実施例からも明らかになつたよ
うに昇温工程による熱処理を施すことにより基板
表面近傍にまで結晶欠陥を形成することが可能で
あり、又熱処理時間に於いても従来の60時間以上
要したものを10時間程度で十分なIG効果を得る
ことが可能である。
そのため新たにエピタキシヤル成長によりD、
Zを形成するに際しポリツシングの工程を必要と
しない他バイポーラ型、及びMOS型半導体装置
の特性を向上させるものである。
更に、本発明に於いては基板に含有される酸素
の濃度が1.5×1018cm-3と比較的高濃度のものに関
して有効であるが現在、基板内の結晶欠陥核の成
長メカニズムが全て明確にされていない状態に於
いては、基板に応じてその前処理工程を変化せし
めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はシリコン基板表面からの距離と結晶欠
陥密度との関係を、第2図a乃至cは従来のエピ
タキシヤル層を用いたD、Zの形成方法を、第3
図は本発明による熱処理の昇温スピードとD、Z
幅の関係を、第4図a乃至bは本発明による半導
体装置の製造方法に係る結晶欠陥の成長方法を、
第5図は本発明によるバイポーラ型半導体装置
を、第6図は本発明によるMOS型半導体装置を
それぞれ示している。 図中1,11はシリコン基板、2,12はエピ
タキシヤル成長によるD、Z、13は素子間分離
領域、14はエミツタ領域、15はベース領域、
16はコレクタ・コンタクト領域、17は埋め込
み領域、18は厚い酸化膜、19はソース、ドレ
イン領域、20はゲート酸化膜、21はゲート、
22はPSG膜、23はAl電極である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体装置の製造工程に於いて、酸素濃度が
    1.5×1018cm-3以上のシリコンから成る半導体基板
    に500℃乃至900℃の低温から1000℃乃至1300℃の
    高温へ5℃/min以下の昇温工程を含む熱処理を
    施し、次いで該基板表面に2μm以上の厚さのシ
    リコン・エピタキシヤル層を形成した後、該エピ
    タキシヤル層に一導電型を与える不純物を拡散せ
    しめ素子形成を行なうことを特徴とする半導体装
    置の製造方法。 2 前記昇温工程による熱処理が、少なくとも1
    回以上くり返され且つ最初のものの昇温速度が2
    回目以降の昇温速度に比べ同じか若しくは遅くし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体装置の製造方法。 3 半導体装置の製造工程に於いて、酸素濃度が
    1.5×1018cm-3以下のシリコンから成る半導体基板
    に600℃乃至800℃の低温で30分乃至90分以上のア
    ニールを施し、さらに500℃乃至900℃の低温から
    1000℃乃至1300℃の高温へ5℃/min以下の昇温
    工程を含む熱処理を施し、次いで該基板表面に2
    μm以上の厚さのシリコン・エピタキシヤル層を
    形成した後、該エピタキシヤル層に一導電型を与
    える不純物を拡散せしめ素子形成を行なうことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。 4 前記昇温工程による熱処理が、少なくとも1
    回以上くり返され且つ最初のものの昇温速度が2
    回目以降の昇温速度に比べ同じか若しくは遅くし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    半導体装置の製造方法。
JP56035022A 1981-03-11 1981-03-11 Manufacture of semiconductor device Granted JPS57167635A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56035022A JPS57167635A (en) 1981-03-11 1981-03-11 Manufacture of semiconductor device
EP82301212A EP0060676B1 (en) 1981-03-11 1982-03-10 A method for the production of a semiconductor device comprising annealing a silicon wafer
DE8282301212T DE3280219D1 (de) 1981-03-11 1982-03-10 Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung mit ausgluehen eines halbleiterkoerpers.
IE559/82A IE55966B1 (en) 1981-03-11 1982-03-11 A method for the production of a semiconductor device comprising annealing a silicon wafer
US06/598,544 US4597804A (en) 1981-03-11 1984-04-12 Methods of forming denuded zone in wafer by intrinsic gettering and forming bipolar transistor therein

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JP56035022A JPS57167635A (en) 1981-03-11 1981-03-11 Manufacture of semiconductor device

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JPS57167635A JPS57167635A (en) 1982-10-15
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251050U (ja) * 1985-09-20 1987-03-30

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251050U (ja) * 1985-09-20 1987-03-30

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