DE69333173T2 - Verfahren zur Herstellung eines Substrates mit einer Halbleiterschicht auf einem Isolator - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines SOI-Substrates nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein auf einem isolierenden Substrat gebildeter Wafer und ein darauf gebildeter monokristalliner Siliciumdünnfilm werden auch SOI (Silicium auf Isolator) genannt. Wenn eine Halbleitervorrichtung wie ein MOS-(Metalloxidhalbleiter) Feldeffekttransistor auf solch einem monokristallinem Siliciumdünnfilm gebildet ist, kann ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Vorrichtung durch die Abnahme der parasitären Kapazität und die Zunahme der Stromtreiberfähigkeit erzielt werden, und ein Kurzkanaleffekt kann wirksam verringert werden.
  • Herkömmlicherweise sind viele Versuche zum Bilden einer SOI-Struktur vorgeschlagen worden, und das SIMOX-(Trennung durch implantierten Sauerstoff)Verfahren zum Bilden einer SOI-Struktur durch Implantieren von Sauerstoffionen hoher Konzentration in ein Siliciumsubstrat ist einer von solchen Versuchen. Hier im folgenden wird das SIMOX-Verfahren beschrieben.
  • Das SIMOX-Verfahren ist ein Verfahren zum Bilden eines vergrabenen Filmes (SiOz-Film) direkt innerhalb eines Siliciumsubstrates durch Implantieren von Sauerstoffionen in das Siliciumsubstrat mit einer Beschleunigungsenergie von 200 keV, einem Dosisbetrag von 2,0 × 1018/cm2 und dann Durchführen einer ausreichenden Thermobehandlung bei einer Temperatur von 1.300°C oder höher in einem Mischgas von Ar/O2 oder N2/O2. Nun wird ein Verfahren des Herstellens eines SOI-Substrates durch ein herkömmliches SIMOX-Verfahren im einzelnen in Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
  • 5A–5C sind Ansichten, die Schritte in einem Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates durch ein herkömmliches SIMOX-Verfahren zeigen.
  • Es wird bezug genommen auf 5A, ein Siliciumsubstrat 1 wird vorbereitet.
  • Es wird bezug genommen auf 5B, Sauerstoffionen 2 werden von einer oberen Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 implantiert, wobei das Siliciumsubstrat 1 auf eine Temperatur von 500°C bis 600°C erwärmt wird. Die Implantierungsbedingung ist zum Beispiel mit einer Beschleunigungsenergie von 200 keV in einem Dosisbetrag von 2,0 × 1018/cm2. Die Implantation von Sauerstoffionen 2 verursacht eine Reaktion des Siliciumsubstrates 1 und der Sauerstoffionen 2, und ein vergrabener Isolierfilm (hier im folgenden als SiO2-Film bezeichnet) 3 wird gebildet. Der SiO2-Film wird an einer Position in einer vorgeschriebenen Tiefe von der oberen Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 gebildet, und daher ist eine Siliciumschicht 4 auf dem SiO2-Film 3 vorhanden.
  • Es wird bezug genommen auf 5C, eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1.300°C oder höher wird in einer Atmosphäre von Ar/O2 während ungefähr fünf Stunden- durchgeführt . Somit verschwinden Defekte, die durch die Implantation von Sauerstoffionen 2 verursacht sind, die Kristallqualität wird zurückgewonnen, und eine monokristalline Siliciumschicht (hier im folgenden als eine SOI-Schicht) 5 wird als Resultat gebildet. Da jedoch die Sauerstoffionen 2 in einem großen Betrag in das Siliciumsubstrat 1 implantiert sind, verschwinden verschiedene Defektresultate und diese Defekte nicht durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1.000°C oder höher. Dagegen wachsen bei einer Wärmebehandlung hoher Temperatur diese feinen Defekte zum Bilden von Defekten in einer Linien form, die von der Oberfläche der Siliciumschicht 4 zu der Grenzoberfläche der Siliciumschicht 4 und des SiO2-Filmes 3 reicht. Dieses wird eine schraubenförmige Versetzung 6 genannt.
  • Zum Verhindern einer Reaktion mit der Atmosphäre aus Ar/O2 zu der Zeit der o. g. Wärmebehandlung wird weiter ein Schutzfilm (SiO2) 7 auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1, wie in 5D gezeigt ist, in einigen Fällen gebildet.
  • Nun werden Bedingungen zum Implantieren von Ionen, die bei der Herstellung eines SOI-Substrates verwendet werden, im folgenden besc-hrieben. 6 ist eine Darstellung, die die Sauerstoffkonzentration in dem Siliciumsubstrat 1 relativ zu dem Betrag von implantierten Sauerstoffionen 2 zeigt. In 6 zeigt der Sauerstoff, wenn der Betrag von implantierten Sauerstoffionen 2 klein ist, eine Gauss-Verteilung in dem Siliciumsubstrat 1, und der SiO2-Film 3 wird nicht in dem Siliciumsubstrat 1 gebildet. Wenn jedoch der Betrag von implantierten Sauerstoffionen 2 mehr als ein kritischer Implantierungsbetrag (1,35 × 1018/cm2) ist, der notwendig ist zum Bilden des SiO2 Film 3 in dem Siliciumsubstrat 1, geht die Sauerstoffkonzentration nahe der Spitze der Implantation über die Zahl von Sauerstoffatomen pro 1 cm3 hinaus, die in dem SiO2-Film enthalten sind, mit anderen Worten, die stöchiometrische Konzentration für SiO2 (4,4 × 1022/cm3) . Daher diffundiert überschüssiger Sauerstoff zu der führenden und der nachlaufenden Kante der Verteilung und reagiert mit dem Siliciumsubstrat 1 zum Bilden + von SiO2, wodurch ein SiOz-Film mit einer scharfen Schnittstelle in dem Siliciumsubstrat 1 vorgesehen wird. Die Reaktion zu der Zeit wird wie folgt dargestellt: xSi + 20i > SiO2 + (x – 1) Sii (1)(Oi: Zwischengitterplatzsauerstoff,
    Sii: Zwischengitterplatzsilicium).
  • Hierin bedeutet der Zwischengitterplatzsauerstoff Sauerstoffatome, die zwischen die Gitterplätze kommen und nicht mit den anderen Atomen koppeln, und das Zwischengitterplatzsilicium bedeutet Siliciumatome, die zwischen die Gitterplätze kommen und nicht mit anderen Atomen koppeln. SiO2 wird durch Implantieren von Sauerstoffionen 2 in einem Betrag von mehr als der kritische Implantationsbetrag gebildet, aber das Zwischengitterplatzsilicium wird ausgeschieden, damit die Zunahme im Volumen beschränkt bleibt, die gemäß der Implantation stattfindet. Das Zwischengitterplatzsilicium wird in die Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 absorbiert, die als Senke dient. Mit der Zunahme des Betrages der implantierten Sauerstoffionen 2 nimmt die Zahl von Siliciumatomen, die zwischen den Gitterplätzen erzeugt werden, zu, und inzwischen sammeln sich überschüssige Siliciumatome zwischen den Gitterplätzen zum Verbleiben als ein Defekt in der Siliciumschicht 4. Der Defekt wird als eine schraubenförmige Versetzung 6 stabilisiert, die zwischen der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 und dem SiOz-Film 3 bei dem folgenden Wärmebehandlungsschritt fixiert wird, was in einer Verschlechterung der Kristallqualität des Siliciumsubstrates 1 resultiert. Der Mechanismus solch einer Versetzungsbildung ist zum Beispiel von J. Stoemenos, u. a. in J. Appl. Phys., Bd. 69, Nr. 2, 15. Januar 1991, S. 793–802 beschrieben.
  • Die Dichte der schraubenförmigen Versetzung 6 hängt von den Ionenimplantationsbedingungen ab. 7 ist eine Darstellung, die die Abhängigkeit der Versetzungsdichte in einer SOI-Schicht von dem Betrag von implantierten Sauerstoffionen und der Beschleunigungsspannung zeigt. Wie in 7 dargestellt ist, wenn der Betrag von implantierten Sauerstoffionen zunimmt und die Beschleunigungsspannung verringert wird, neigt die Versetzungsdichte zum Zunehmen. Daher existiert ein Verfahren des Multionimplantations-(Multistufenimplantations-)Verfahren, das Vorteile aus der Relativität zwischen dem Betrag von Implantation und der Dichte der Defekte zieht zum Bilden eines hochqualitativen SiO2-Filmes 3, ohne schraubenförmige Versetzungen 6 zu bilden. Solch ein Multiionimplantations-(Multistufenimplantations-)Verfahren wird von D. Hill u. a. in J. Appl. Phys., Bd. 63, Nr. 10, 15. Mai 1988, S. 4933–4936 berichtet. Durch dieses Verfahren wird Implantation von Sauerstoffionen in einem kleineren Betrag (in dem Bereich von 0,5 bis 1,0 × 1018/cm2) als bei einem herkömmlichen Verfahren zum Verringern der Versetzungsdichte durchgeführt, dann wird die Kristallqualität wiedergewonnen, SiO2 wird durch eine Wärmebehandlung ausgeschieden, und diese Implantations- und Wärmebehandlungsschritte werden eine Anzahl von Schritten zum Erzielen eines vorgeschriebenen Betrages von Implantation wiederholt. Gemäß diesen Verfahren wird ein SOI-Substrat mit einem SiOz-Film recht guter Qualität, dessen Si/SiO2-Schnittstelle sehr scharf ist und die Versetzungsdichte in der SOI-Schicht 103/cm2 oder kleiner ist, erzeugt. Dieses Verfahren enthält jedoch einen komplizierten Prozeß und ist nicht für kommerzielle Massenproduktionen geeignet.
  • Ein Verfahren zum Verringern der Versetzungsdichte ist von M. K. EL-Ghor u. a. in Appl. Phys., Lett., Bd. 57, Nr. 2, 9. Juli 1990, S. 156–158 vorgeschlagen worden. Gemäß diesem Verfahren wird ein Hohlraum (hohler Raum) einer hohen Dichte in einer SOI-Schicht zu der Zeit des Implantierens von Sauerstoffionen gebildet, und dieser Hohlraum dient als eine Senke für Zwischengitterplatzsilicium, wodurch die Versetzungsdichte verringert wird.
  • Zum Benutzen eines SOI-Sustrates als ein Substrat zum Erzeugen eines Dünnfilm-SOI/MOS-Feldeffekttranistors sollte die Dicke der SOI-Schicht 100 nm (1.000 A) oder kleiner sein. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der SOI-Schicht (die in Angström ausgedrückt ist, wobei 1 nm = 10 A ist), den Betrag der implantierten Sauerstoffionen und die Beschleunigungsspannung. Die Dicke der SOI-Schicht kann, wie in 8 dargestellt ist, verringert werden, wenn der Betrag der implantierten Sauerstoffionen zunimmt als auch wenn die Beschleunigungsspannung verringert wird. Jede dieser Bedingungen erhöht jedoch die Versetzungsdichte, und daher ist ein Verfahren des Erfüllens der Bedingungen für die Dicke der SOI-Schicht und der Versetzungsdichte nicht entwickelt worden. Weiterhin wird in den Schritten der Ionen-Implantation und der Wärmebehandlung bei einem SIMOX-Verfahren das Siliciumsubstrat 1 durch Verunreinigungen von dem Gerät verunreinigt.
  • Wie oben beschrieben wurde, verbleibt bei dem Herstellungsverfahren des SOI-Substrates gemäß dem herkömmlichen SIMOX-Verfahren die Schraubenversetzung 6 in dem SOI-Substrat oder das Siliciumsubstrat 1 wird mit der Verunreinigung verunreinigt. Daher wird die Kristallqualität verschlechtert, und wenn ein MOS-Feldeffekttransistor auf dem SOI-Substrat gebildet wird, werden die Defekte oder die Verunreinigung von einem Gateoxidfilm zu der Zeit des Bildens des Filmes aufgenommen. Dieses resultiert in einer Durchbruchsspannungsverschlechterung und Zunahme eines Stromverbrauches durch Strom, der durch die Defekte erzeugt wird, die in der Verarmungsschicht vorhanden sind, wodurch die Eigenschaft der Vorrichtung verschlechtert wird. Da weiter eine Dünnfilm-SOI-Schicht-von 100 nm (1.000 A) oder kleiner nicht vorgesehen werden kann, ohne daß die schraubenförmige Versetzung 6 verbleibt, ist dieses Verfahren des Herstellens des SOI-Substrates nicht geeignet zum Herstellen eines Substrates zum Erzeugen eines Dünnfilm-SOI/MOS-Feldeffekttransistors.
  • Die FR 2 581 795 A offenbart ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Im Journal of Applied Physics, 15. Oktober 1991, USA, Bd. 70, Nr. 8, Seiten 4584–4592, Bussmann U. u. a., "Silicon-on-insulator device islands formed by oxygen implantation through patterned masking layers" ist ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates mit den folgenden Schritten offenbart: Bilden einer bemusterten Maske auf einem SOI-Substrat, Bilden einer nichtplanaren Siliciumoxidisolierschicht durch Implantieren durch Sauerstoffionen und Glühen des Siliciumsubstrates zum Erhalten einer vergrabenen Oxidschicht, die nicht planar ist und die die Siliciumvorrichtungsinsel vertikal und lateral isoliert.
  • In Materials Science and Engineering, B12 (1992), Seiten 47– 51, ist ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates durch Bilden einer Abdeckschicht aus amorphem Silicium auf einer Hauptoberfläche eines Siliciumsubstrates, Bilden einer Siliciumoxidisolierschicht in dem Siliciumsubstrat an einer Position in einer vorgeschriebenen Tiefe von der Hauptoberfläche unter einer Siliciumschicht durch Implantieren von Sauerstoffionen in das Siliciumsubstrat durch die Abdeckschicht und Durchführen einer Wärmebehandlung an der Siliciumschicht zwischen der Abdeckschicht und der Isolierschicht offenbart.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates vorzusehen, das eine schraubenförmige Versetzung daran hindern kann, in einem Halbleiter auf einem Isolator erzeugt zu werden.
  • Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates vorzusehen, das die Verringerung der Dicke eines Halbleiters auf einem Isolator ermöglicht.
  • Es ist eine noch andere Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates frei von Verunreinigung eines Halbleiters auf einem Isolator durch eine Verunreinigung vorzusehen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch das Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates gemäß dem Anspruch 1, 2 oder dem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung mit einer SOI-Stuktur.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei dem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 werden, nachdem die Abdeckschicht (polykristalline Siliciumschicht zum Beispiel) auf der Hauptoberfläche des Siliciumsubstrates gebildet ist, eine Siliciumoxidschicht durch Ionenimplantation von Sauerstoffionen gebildet, und eine Wärmebehandlung wird durchgeführt. Daher absorbieren die Korngrenzen oder ähnliches in der polykristallinen Siliciumschicht einen großen Teil des Zwischengitterplatzsilicium, das in der Siliciumschicht auf der Siliciumoxidschicht erzeugt ist, gemäß der Bildung von z. B. Siliciumoxidschicht. Somit kann die Erzeugung von schraubenförmigen Versetzungen in der Siliciumschicht auf der Siliciumoxidschicht verhindert werden. Das Steuern der Dicke der Abdeckschicht, die z. B. aus einer polykristallinen Schicht gebildet ist, ermöglicht die Verringerung der Tiefe, zu der Sauerstoffionen zu implantieren sind, so daß die Dicke der Siliciumschicht auf der Siliciumoxidschicht verringert werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A bis 1D sind Ansichten, die Schritte bei einem Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates gemäß einem Verfahren des Standes der Technik zeigen;
  • 2 ist eine Ansicht, die Schritte in einem Herstellungsverfahren eines S0I-Substrates gemäß der Erfindung zeigt;
  • 3A zeigt das SOI-Substrat nach der Beendigung des Verfahrens;
  • 4A bis 4H sind Ansichten, die Schritte in einem Herstellungsverfahren eines SOI-Substrates gemäß einer Ausführungsform zeigen, die nicht in der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
  • 5A bis 5D sind Ansichten, die Schritte in einem Herstellungsschritt eines herkömmlichen SOI-Substrates durch ein SIMOX-Verfahren zeigen;
  • 6 ist eine Darstellung, die Sauerstoffkonzentration in einem Siliciumsubstrat relativ zu dem Betrag von implantierten Sauerstoffionen zeigt;
  • 7 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Versetzungsdichte und dem Betrag von implantierten Sauerstoffionen in einer SOI-Schicht gemäß jeder Beschleunigungsspannung zeigt;
  • 8 ist eine Darstellung, die die Dicke einer SOI-Schicht, den Betrag von implantierten Sauerstoffionen und die Beschleunigungsabhängigkeit zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Zuerst werden die Schritte einer Herstellung eines SOI-Substrates gemäß einem Verfahren des Standes der Technik in Zusammenhang mit 1A bis 1D beschrieben. Da die grundlegenden Herstellungsschritte im wesentlichen identisch zu jenen sind, die im Zusammenhang mit der herkömmlichen Technologie beschrieben wurden, werden nur die Punkte des Unterschiedes von der herkömmlichen Technologie im folgenden beschrieben.
  • Es wird bezug genommen auf 1A, ein Siliciumsubstrat 1 wird dargestellt. Eine Polysiliciumschicht 8 wird auf einer Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 gebildet.
  • Es wird bezug genommen auf 1B, Sauerstoffionen 2 werden in das Siliciumsubstrat 1 durch die Polysiliciumschicht 8 implantiert. Durch diese Implantation wird ein SiO2-Film 3 an einer Position in einer vorgeschriebenen Tiefe in dem Siliciumsubstrat-1 gebildet. Da der SiO2-Film 3 an der Position in der vorgeschriebenen Tiefe von der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 gebildet wird, ist eine Siliciumschicht 4 auf dem SiOz-Film 3 vorhanden.
  • Es wird bezug genommen auf 1C, eine Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur von ungefähr 1.300°C durchgeführt. Somit wird die Kristallqualität der Siliciumschicht 4 verbessert, und eine SOI-Schicht 5 wird vorgesehen.
  • Es wird bezug genommen auf 1D, nach der oben beschriebenen Wärmebehandlung wird eine Polysiliciumschicht 8 auf einer Oberfläche der Siliciumschicht 4 weggeätzt, und ein S0I-Substrat einer guten Qualität mit einer SOI-Schicht 5 mit einer verbesserten Kristallqualität wird vorgesehen.
  • Viele Korngrenzen, die eine Senke für Zwischengitterplatzsilicium sein können, sind in der Polysiliciumschicht 8 vorhanden. Ein großer Betrag von Zwischengitterplatzsilicium, das gemäß der Bildung von SiO2 zu der Zeit der Ionenimplantation und der Wärmebehandlung erzeugt ist, kann absorbiert werden, dadurch wird stark die Bildung und das Wachstum der Defekte beschränkt. Die Versetzungsdichte der SOI-Schicht 5, die z. B. durch Implantieren von Sauerstoffionen bei einer Beschleunigungsenergie von 200 keV, einem Dosisbetrag von 2,0 × 1018/cm2 gebildet ist, kann stark von einem herkömmlichen Niveau von 1, 0 × 108/cm2 auf 1, 0 × 103/cm2 verringert werden, wodurch stark die Kristallqualität verbessert wird.
  • Nun wird die Verringerung der Dicke der SOI-Schicht 5 beschrieben. Wie in 1B dargestellt ist, ist, da die Sauerstoffionen durch die Polysiliciumschicht 8 implantiert werden, die Tiefe, zu der die Sauerstoffionen 2 eintreten, kleiner als die, die vorhanden sein würde, wenn nicht die Polysiliciumschicht 8 vorhanden wäre um den Betrag der Dicke der Polysiliciumschicht B. Wenn z. B. Sauerstoffionen mit einer Beschleunigungsenergie von 200 keV in einem Dosisbetrag von 2,0 × 1018/cm2 implantiert werden, wie in 7 dargestellt ist, wird eine SOI-Schicht 5 mit einer Dicke von 200 nm (2.000 Å) gebildet, und gemäß der Erfindung kann die Dicke der Polysiliciumschicht 8 so eingestellt werden, daß die SOI-Schicht 5 einer vorgeschriebenen Dicke vorgesehen werden kann, wodurch eine SOI-Schicht mit einer Dicke von 100 nm (1.000 Å) oder kleiner leicht gebildet werden kann. Zum Beispiel kann durch Einstellen der Dicke der Polysiliciumschicht 8 auf 150 nm (1.500 Å) eine Dünnfilm-SOI-Schicht 5 mit einer Dicke von 50 nm (500 P.) vorgesehen werden.
  • Weiterhin sieht das Vorsehen einer gestapelten Polysiliciumschicht 8 auf dem Siliciumsubstrat 1 eine Funktion des Getterns von Verunreinigungen in dem Silicium vor. Folglich sieht die Polysiliciumschicht 8 Gettern von Verunreinigungen vor, die zu der Zeit der Ionenimplantation und der Wärmebehandlung eingemischt sind, wodurch stark die Verunreinigungen in der SOI-Schicht 5 verringert werden.
  • Das Herstellungsverfahren gemäß dem obigen Verfahren enthält keine komplizierten Schritte im Gegensatz zu dem Verfahren der Multiionenimplantation, das in Zusammenhang mit der herkömmlichen Technologie beschrieben wurde, und es ist daher für Massenproduktion geeignet. Wenn MOS-Feldeffekttransistor auf dem SOI-Substrat 5 gebildet wird, kann der Durchbruchsspannungsnachteil eines Gateoxidfilmes verringert werden, der durch Versetzungen erzeugte Strom, der eine Quelle für Leckstrom ist, wird verringert, und daher kann der Übergangsleckstrom zwischen Source/Drainbereichen verringert werden, wodurch der Energieverbrauch verringert wird.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG; AUSFÜHRUNGSFORM 1
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die gleiche Polysiliciumschicht von dem Schritt der Sauerstoffionenimplantation zu dem Schritt der Wärmebehandlung benutzt, aber wie in 2 dargestellt ist, kann die gleiche Wirkung nach der Sauerstoffionenimplantation vorgesehen werden, wenn eine zusätzliche Polysiliciumschicht 8b auf einer Polysiliciumschicht 8a plaziert wird. 1 zeigt das Substrat nach Entfernung der Polysiliciumschichten 8a und 8b.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 2
  • Bei der Ausführungsform 1 wurde der Fall beschrieben, bei dem die Polysiliciumschicht 8 zum Zwecke des Steuerns von Senken für Zwischengitterplatzsilicium und der Tiefe, zu der die Sauerstoffionen eintreten, gestapelt wird, der gleiche Effekt wie bei Ausführungsform 1 kann vorgesehen werden durch Benutzen einer polykristallinen Schicht aus einem anderen Material, einer amorphen Schicht (einschließlich einer amorphen Siliciumschicht) oder einer Siliciumoberfläche, die mit einer Beschädigungsbehandlung versehen ist, die vorsieht, daß sie als Senke für Zwischengitterplatzsilicium dient.
  • AUSFÜHRUNGSFORM, DIE NICHT TEIL DER ERFINDUNG BILDET
  • Nun werden Herstellungsschritte eines SOI-Substrates gemäß einer anderen Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist, in Zusammenhang mit 4A bis 4H beschrieben. Die grundlegenden Herstellungsschritte sind im wesentlichen identisch zu jenen, die in Zusammenhang mit der herkömmlichen Technologie beschrieben sind, die Punkte unterschiedlich von der herkömmlichen Technologie werden beschrieben.
  • Es wird bezug genommen auf 4A, Sauerstoffionen 2 werden bei einer Beschleunigungsenergie von 150 keV in einem Dosisbetrag von 2,0 × 1018/cm2 implantiert, und ein SiOz-Film 3 wird auf dem Siliciumsubstrat 1 als ein Resultat gebildet. Durch Bildung des SiO2-Filmes 2 ist eine Siliciumschicht 4 auf dem SiO2-Film 3 vorhanden.
  • Es wird bezug genommen auf 4B und 4C, ein SiO2-Dünnfilm 9 von 30 nm (300 Å) wird auf einem Elementisolationsbereich 10b gebildet, indem eine normale Bemusterungstechnik benutzt wird, und eine Oberfläche der Siliciumschicht 4 wird in einem Elementbildungsbereich 10a offengelegt.
  • Es wird bezug genommen auf 4D, eine Polysiliciumschicht 8 von 500 nm (5.000 Å) wird auf der gesamten Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 gebildet. Wenn die Polysiliciumschicht 8 gebildet ist, wird eine Wärmebehandlung an der Siliciumschicht 4 in einer Atmosphäre von Ar + 1% O2 bei einer Temperatur von 1.300°C während sechs Stunden durchgeführt.
  • Es wird bezug genommen auf 4E, die Kristallqualität der Siliciumschicht 4 ist durch die oben beschriebene Wärmebehandlung verbessert, und eine SOI-Schicht 5 von 100 nm (1.000 Å) ist als Resultat vorgesehen.
  • Es wird bezug genommen auf 4F, die Polysiliciumschicht 8 wird unter Benutzung des SiO2-Dünnfilmes 9 als Stoppschicht weggeschliffen, somit weisen der SiO2-Dünnfilm 9 und die Polysiliciumschicht 8 im wesentlichen die identische Filmdicke auf. Danach wird der SiO2-Dünnfilm 9 durch selektives Ätzen entfernt.
  • Es wird bezug genommen auf 4G, die Oberfläche der SOI-Schicht 5 wird in dem Elementisolationsbereich 10b durch diesen Ätzprozeß offengelegt, und die Polysiliciumschicht 8 wird nur auf dem Elementisolationsbereich 10a zurückgelassen. Danach wird die Polysiliciumschicht 8 durch selektives Ätzen entfernt.
  • Es wird bezug genommen auf 4H, ein SOI-Substrat einer guten Qualität mit einer SOI-Schicht 5 mit einer verbesserten Kristallqualität ist gebildet.
  • Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform kann, wenn die Sauerstoffionenimplantationsbedingungen für die SOI-Schicht 5 mit einer Dicke von 100 nm (1.000 Ä) verwendet werden, die Bildung der schraubenförmigen Versetzungen in der SOI-Schicht 5 durch die Funktion der Polysiliciumschicht beschränkt werden, die auf der Siliciumschicht 8-gestapelt ist (im einzelnen in Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 beschrieben), und die SOI-Schicht 5 mit der verbesserten Kristallqualität kann vorgesehen werden. Weiterhin kann durch den Effekt des SiO2-Dünnfilmes 9 als eine Stoppschicht die Dicke der Polysiliciumschicht 8 so dünn wie 30 nm (300 Ä) sein, wodurch die Zeit verringert wird, die zum Ätzen der Polysiliciumschicht 8 benötigt wird, und daher kann die SOI-Schicht daran gehindert werden, gemäß dem Ätzen der Polysiliciumschicht 8 überätzt zu werden. Somit wird ein SOI-Substrat mit einer SOI- Schicht 5 mit einer besseren Filmdickengleichmäßigkeit ls in der Ausführungsform eins vorgesehen.
  • Die Versetzungsdichte des SOI-Substrates gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren beträgt 1,0 × 108/cm2, während die Versetzungsdichte des durch Verwenden der Ausführungsform erzeugten SOI-Substrates 1,0 × 103/cmZ beträgt. Genauer, im Vergleich mit dem herkömmlichen Beispiel ist die Versetzungsdichte des SOI-Substrates drastisch verringert und die Kristallqualität ist stark verbessert. Weiterhin kann in Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Filmdicke durch Verwenden der Ausführungsform eine Filmdickengleichmäßigkeit von 0,1 ± 0,01 um auf dem gleichen Niveau wie das SOI-Substrat gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren, das keine Polysiliciumschicht 8 benutzt, erfolgreich erzielt werden. Obwohl die Polysiliciumschicht 8 selektiv weggeätzt wird, nachdem der SiO2-Dünnfilm 9 selektiv weggeätzt ist, kann ein SOI-Substrat einer guten Qualität mit einer verbesserten Kristallqualität durch selektives Ätzen des SiO2-Dünnfilmes 9 nach selektivem Ätzen der Polysiliciumschicht 8 gebildet werden.
  • Wie bei dem Vorangehenden wird bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung eine Siliciumoxidschicht durch Ionenimplantation und Wärmebehandlung gebildet, nachdem eine polykristalline Siliciumschicht auf einer Hauptoberfläche eines Siliciumsubstrates gebildet ist. Folglich kann die Erzeugung von schraubenförmigen Versetzungen in der Siliciumschicht verhindert werden. Weiter kann die Tiefe, zu der Sauerstoffionen implantiert werden, durch die Dicke der polykristallinen Siliciumschicht verringert werden, und daher kann die Dicke der Siliciumschicht verringert werden.

Claims (2)

  1. Verfahren des Herstellens eines SOI-Substrates, mit den Schritten: Bilden einer Abdeckschicht (8) auf einer Hauptoberfläche eines Siliciumsubstrates (1); Bilden einer Siliciumoxidisolierschicht (3) in dem Siliciumsubstrat (1) an einer Position in einer vorgeschriebenen Tiefe von der Hauptoberfläche unter einer Siliciumschicht (4) durch Implantieren von Sauerstoffionen (2) in das Siliciumsubstrat (1) durch die Abdeckschicht (8); und Durchführen einer Wärmbehandlung der Siliciumschicht (4) zwischen der Abdeckschicht (8) und der Isolierschicht (3); dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (8) eine polykristalline Siliciumabdeckschicht oder eine amorphe Siliciumabdeckschicht ist, und daß das Verfahren weiter einen Schritt aufweist des Bildens einer zweiten polykristallinen Siliciumabdeckschicht (8b) auf der Abdeckschicht (8a) nach dem Bilden der Isolierschicht (3), wobei die Wärmebehandlung an der Siliciumschicht (4) durchgeführt wird, während die Abdeckschicht (8a) und die zweite Abdeckschicht (8b) gestapelt sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt des Entfernens der Abdeckschichten (8a, 8b) nach der Wärmebehandlung.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3139904B2 (ja) * 1993-12-28 2001-03-05 新日本製鐵株式会社 半導体基板の製造方法および製造装置
US5468657A (en) * 1994-06-17 1995-11-21 Sharp Microelectronics Technology, Inc. Nitridation of SIMOX buried oxide
US5789284A (en) * 1994-09-29 1998-08-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor thin film
USRE43450E1 (en) 1994-09-29 2012-06-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor thin film
JP3204855B2 (ja) * 1994-09-30 2001-09-04 新日本製鐵株式会社 半導体基板の製造方法
US5589407A (en) * 1995-09-06 1996-12-31 Implanted Material Technology, Inc. Method of treating silicon to obtain thin, buried insulating layer
US5646053A (en) * 1995-12-20 1997-07-08 International Business Machines Corporation Method and structure for front-side gettering of silicon-on-insulator substrates
US6331457B1 (en) * 1997-01-24 2001-12-18 Semiconductor Energy Laboratory., Ltd. Co. Method for manufacturing a semiconductor thin film
JPH09331049A (ja) * 1996-04-08 1997-12-22 Canon Inc 貼り合わせｓｏｉ基板の作製方法及びｓｏｉ基板
JP2856157B2 (ja) * 1996-07-16 1999-02-10 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
US5970350A (en) * 1996-12-05 1999-10-19 Advanced Micro Devices Semiconductor device having a thin gate oxide and method of manufacture thereof
JP3830623B2 (ja) 1997-07-14 2006-10-04 株式会社半導体エネルギー研究所 結晶性半導体膜の作製方法
JP3295346B2 (ja) * 1997-07-14 2002-06-24 株式会社半導体エネルギー研究所 結晶性珪素膜の作製方法及びそれを用いた薄膜トランジスタ
US6133123A (en) 1997-08-21 2000-10-17 Micron Technology, Inc. Fabrication of semiconductor gettering structures by ion implantation
US5994759A (en) 1998-11-06 1999-11-30 National Semiconductor Corporation Semiconductor-on-insulator structure with reduced parasitic capacitance
US6753229B1 (en) 1998-12-04 2004-06-22 The Regents Of The University Of California Multiple-thickness gate oxide formed by oxygen implantation
US6248642B1 (en) 1999-06-24 2001-06-19 Ibis Technology Corporation SIMOX using controlled water vapor for oxygen implants
JP4437570B2 (ja) * 1999-07-12 2010-03-24 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US6593173B1 (en) 2000-11-28 2003-07-15 Ibis Technology Corporation Low defect density, thin-layer, SOI substrates
US20050118802A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-02 Chang-Sheng Tsao Method for implementing poly pre-doping in deep sub-micron process
US7129138B1 (en) * 2005-04-14 2006-10-31 International Business Machines Corporation Methods of implementing and enhanced silicon-on-insulator (SOI) box structures
US7709313B2 (en) * 2005-07-19 2010-05-04 International Business Machines Corporation High performance capacitors in planar back gates CMOS
US9093538B2 (en) * 2011-04-08 2015-07-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
US9070709B2 (en) * 2011-06-09 2015-06-30 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for producing a field effect transistor with implantation through the spacers

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE220812C (de) *
JPS57104239A (en) * 1980-12-22 1982-06-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Forming method for insulating layer
JPS61144018A (ja) * 1984-12-18 1986-07-01 Fujitsu Ltd マスクレス・イオン注入法
FR2581795B1 (fr) * 1985-05-10 1988-06-17 Golanski Andrzej Procede de fabrication d'une couche isolante continue enterree dans un substrat semi-conducteur, par implantation ionique
FR2591795B1 (fr) * 1985-12-16 1989-01-20 Europhane Procede de realisation de circuits magnetiques avec entrefer ajustable et circuits magnetiques ainsi obtenus
JPH0666385B2 (ja) * 1988-01-06 1994-08-24 株式会社東芝 半導体装置の製造方法

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Publication number Publication date
EP0556795A3 (en) 1996-11-06
EP0556795B1 (de) 2003-09-03
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EP0556795A2 (de) 1993-08-25
US5441899A (en) 1995-08-15
US5616507A (en) 1997-04-01

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