JP2002289552A - Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法およびｓｉｍｏｘ基板 - Google Patents
Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法およびｓｉｍｏｘ基板Info
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- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素イオン注入量として低ドーズ領域の注入
量を用いて作製するSIMOX基板において、品質良好にBOX
層厚を増加させることを可能とすることにより、高性能
ＬＳＩ用の高品質SOI基板およびその製造方法を供する
ことを目的とする。 【解決手段】 シリコン単結晶基板に酸素イオンを注入
し、その後高温熱処理を施すことにより、埋め込み酸化
層および表面単結晶シリコン層を形成するSIMOX基板の
製造方法において、最初の酸素イオン注入後に、最初の
高温熱処理を実施して埋め込み酸化層を形成した後に、
第二回目以降の酸素イオン注入を、注入酸素分布の最大
位置がそれまでに形成されている埋め込み酸化層とその
下部の基板との界面よりも下側に配置されるようにして
実施し、その後高温熱処理を実施することを繰り返すSI
MOX基板の製造方法、及び、この方法により製造されたS
IMOX基板の表面単結晶シリコン層の厚さが10nm以上400n
m以下、かつ、埋め込み酸化層の厚さが60nm以上250nm以
下のSIMOX基板である。
量を用いて作製するSIMOX基板において、品質良好にBOX
層厚を増加させることを可能とすることにより、高性能
ＬＳＩ用の高品質SOI基板およびその製造方法を供する
ことを目的とする。 【解決手段】 シリコン単結晶基板に酸素イオンを注入
し、その後高温熱処理を施すことにより、埋め込み酸化
層および表面単結晶シリコン層を形成するSIMOX基板の
製造方法において、最初の酸素イオン注入後に、最初の
高温熱処理を実施して埋め込み酸化層を形成した後に、
第二回目以降の酸素イオン注入を、注入酸素分布の最大
位置がそれまでに形成されている埋め込み酸化層とその
下部の基板との界面よりも下側に配置されるようにして
実施し、その後高温熱処理を実施することを繰り返すSI
MOX基板の製造方法、及び、この方法により製造されたS
IMOX基板の表面単結晶シリコン層の厚さが10nm以上400n
m以下、かつ、埋め込み酸化層の厚さが60nm以上250nm以
下のSIMOX基板である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板の表
面近傍に埋め込み酸化層を配し、その上に表面単結晶シ
リコン層（以下SOI（Silicon-on-insulator）層とす
る）を形成させたSOI基板に関する。
面近傍に埋め込み酸化層を配し、その上に表面単結晶シ
リコン層（以下SOI（Silicon-on-insulator）層とす
る）を形成させたSOI基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン酸化物のような絶縁物上に単結
晶シリコン層を形成するSOI基板としては、SIMOX（Sepa
ration by IMplanted OXygen）ウェハと貼り合わせウェ
ハが主として知られている。SIMOXウェハは、酸素イオ
ンのイオン注入によって単結晶シリコン基板内部に酸素
イオンを注入し、引続き行われるアニール処理によって
これら酸素イオンとシリコン原子を化学反応させて、埋
め込み酸化層（BOX層）を形成させることによって得ら
れるSOI基板である。一方、貼り合わせウェハは、２枚
の単結晶シリコンウェハを酸化層をはさんで接着させ、
２枚のうち片方のウェハを薄膜化することによって得ら
れるSOI基板である。
晶シリコン層を形成するSOI基板としては、SIMOX（Sepa
ration by IMplanted OXygen）ウェハと貼り合わせウェ
ハが主として知られている。SIMOXウェハは、酸素イオ
ンのイオン注入によって単結晶シリコン基板内部に酸素
イオンを注入し、引続き行われるアニール処理によって
これら酸素イオンとシリコン原子を化学反応させて、埋
め込み酸化層（BOX層）を形成させることによって得ら
れるSOI基板である。一方、貼り合わせウェハは、２枚
の単結晶シリコンウェハを酸化層をはさんで接着させ、
２枚のうち片方のウェハを薄膜化することによって得ら
れるSOI基板である。
【０００３】これらSOI基板のSOI層に形成されたMOSFET
（Metal-oxide-Semiconductor feild effect transisit
or）は、高い放射線耐性とラッチアップ耐性を持ち、高
信頼性を示すことに加えて、デバイスの微細化にともな
うショートチャネル効果を抑制し、かつ低消費電力動作
が可能となる。また、デバイス動作領域が静電容量的に
基板自体から絶縁されるため、信号伝達速度が向上し、
デバイスの高速動作が実現できる。これらの理由によ
り、SOI基板は次世代MOS-LSI用の高機能半導体基板とし
て期待されている。
（Metal-oxide-Semiconductor feild effect transisit
or）は、高い放射線耐性とラッチアップ耐性を持ち、高
信頼性を示すことに加えて、デバイスの微細化にともな
うショートチャネル効果を抑制し、かつ低消費電力動作
が可能となる。また、デバイス動作領域が静電容量的に
基板自体から絶縁されるため、信号伝達速度が向上し、
デバイスの高速動作が実現できる。これらの理由によ
り、SOI基板は次世代MOS-LSI用の高機能半導体基板とし
て期待されている。
【０００４】これらSOI基板のうち、SIMOXウェハは、SO
I層の膜厚均一性に特に優れるという特徴を有してい
る。SIMOXウェハにおいては、SOI層として0.4μｍ以下
の厚さが形成可能であり、0.1μｍ前後、さらにそれ以
下の厚さのSOI層も良好に厚さ制御可能である。特に、
厚さ0.1μｍ以下のSOI層は、完全空乏型動作のMOS-LSI
形成に適用されることが多く、その場合、SOI層自体の
膜厚がMOSFET動作のしきい値電圧と比例関係があること
から、性能の揃ったデバイスを歩留良く作製するには、
SOI層の膜厚均一性が重要な品質となる。その観点か
ら、SOI膜厚均一性に優れるSIMOXウェハは、次世代MOSF
ET用基板として期待されている。
I層の膜厚均一性に特に優れるという特徴を有してい
る。SIMOXウェハにおいては、SOI層として0.4μｍ以下
の厚さが形成可能であり、0.1μｍ前後、さらにそれ以
下の厚さのSOI層も良好に厚さ制御可能である。特に、
厚さ0.1μｍ以下のSOI層は、完全空乏型動作のMOS-LSI
形成に適用されることが多く、その場合、SOI層自体の
膜厚がMOSFET動作のしきい値電圧と比例関係があること
から、性能の揃ったデバイスを歩留良く作製するには、
SOI層の膜厚均一性が重要な品質となる。その観点か
ら、SOI膜厚均一性に優れるSIMOXウェハは、次世代MOSF
ET用基板として期待されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】SOI基板上に作製したM
OS-LSIは、そのデバイス形成領域が、絶縁体であるBOX
層を介することにより、基板本体と電気的に絶縁される
ことから、前項で述べたような放射線耐性やラッチアッ
プ耐性の向上や、低消費電力動作、超高速動作などの優
れた特性が実現できる。そのため、BOX層には電気的絶
縁性がより完全であることが要求される。具体的には、
リーク欠陥が極力少なく、絶縁耐圧が熱酸化膜と同等の
特性により近いことが要求される。
OS-LSIは、そのデバイス形成領域が、絶縁体であるBOX
層を介することにより、基板本体と電気的に絶縁される
ことから、前項で述べたような放射線耐性やラッチアッ
プ耐性の向上や、低消費電力動作、超高速動作などの優
れた特性が実現できる。そのため、BOX層には電気的絶
縁性がより完全であることが要求される。具体的には、
リーク欠陥が極力少なく、絶縁耐圧が熱酸化膜と同等の
特性により近いことが要求される。
【０００６】SIMOX基板の作製においては、通常、単一
の加速エネルギー、典型的には２００ｋＶ程度の加速電
圧を用いて酸素イオンの注入が行われるが、その場合、
酸素イオンの注入量が１．５×１０18ｃｍ-2以上の領域
か、２．５〜４．５×１０17ｃｍ-2の範囲の限られた領
域のいずれかの場合においてのみ、高温熱処理後に得ら
れるSIMOX構造において、連続かつ均一な品質良好なBOX
層が得られることが良く知られている（例えば、S.Naka
shima and K.Izumi、Journal of Materials Research、第
８巻、５２３頁（１９９３年））。これらの酸素イオン
注入量を用いて作製されたSIMOX基板は、慣例的に、前
者の酸素イオン注入量領域を用いて作製されたものが高
ドーズSIMOX基板、後者の酸素イオン注入量領域を用い
て作製されたものが低ドーズSIMOX基板と呼ばれてい
る。
の加速エネルギー、典型的には２００ｋＶ程度の加速電
圧を用いて酸素イオンの注入が行われるが、その場合、
酸素イオンの注入量が１．５×１０18ｃｍ-2以上の領域
か、２．５〜４．５×１０17ｃｍ-2の範囲の限られた領
域のいずれかの場合においてのみ、高温熱処理後に得ら
れるSIMOX構造において、連続かつ均一な品質良好なBOX
層が得られることが良く知られている（例えば、S.Naka
shima and K.Izumi、Journal of Materials Research、第
８巻、５２３頁（１９９３年））。これらの酸素イオン
注入量を用いて作製されたSIMOX基板は、慣例的に、前
者の酸素イオン注入量領域を用いて作製されたものが高
ドーズSIMOX基板、後者の酸素イオン注入量領域を用い
て作製されたものが低ドーズSIMOX基板と呼ばれてい
る。
【０００７】高ドーズSIMOX基板と低ドーズSIMOX基板に
はそれぞれ特徴があり、それに応じて使い分けられてい
る。これらのうち、低ドーズSIMOX基板は、酸素イオン
注入量が比較的少ないことから、SOI層の貫通転位密度
が低減されており、かつ低コストが実現可能な技術とし
て期待されている。しかしながら、低ドーズSIMOX基板
はBOX層が薄いことにより、リーク欠陥の発生頻度が高
い、絶縁耐性が不十分となる確率が高い、といった問題
があった。低ドーズSIMOX基板におけるこれらの品質に
関しては、酸素イオンの注入量を単純に増加させること
によりBOX層を厚くしようとすると、リーク欠陥は減少
するものの、BOX層の内部に粒状のシリコン含有物が数
多く発生するようになり、結果としてBOX層の絶縁耐圧
は低下してしまう。一方、酸素イオンの注入量を減少さ
せると、上述のシリコン含有物は減少し、BOX層の絶縁
耐圧は向上するものの、リーク欠陥の密度は、酸素イオ
ン注入量の低減に従って、増加してしまうことが指摘さ
れている。従って、従来の技術による低ドーズSIMOX基
板において、これらのBOX層の品質を同時に改善するこ
とは非常に困難であった。
はそれぞれ特徴があり、それに応じて使い分けられてい
る。これらのうち、低ドーズSIMOX基板は、酸素イオン
注入量が比較的少ないことから、SOI層の貫通転位密度
が低減されており、かつ低コストが実現可能な技術とし
て期待されている。しかしながら、低ドーズSIMOX基板
はBOX層が薄いことにより、リーク欠陥の発生頻度が高
い、絶縁耐性が不十分となる確率が高い、といった問題
があった。低ドーズSIMOX基板におけるこれらの品質に
関しては、酸素イオンの注入量を単純に増加させること
によりBOX層を厚くしようとすると、リーク欠陥は減少
するものの、BOX層の内部に粒状のシリコン含有物が数
多く発生するようになり、結果としてBOX層の絶縁耐圧
は低下してしまう。一方、酸素イオンの注入量を減少さ
せると、上述のシリコン含有物は減少し、BOX層の絶縁
耐圧は向上するものの、リーク欠陥の密度は、酸素イオ
ン注入量の低減に従って、増加してしまうことが指摘さ
れている。従って、従来の技術による低ドーズSIMOX基
板において、これらのBOX層の品質を同時に改善するこ
とは非常に困難であった。
【０００８】この低ドーズSIMOX基板のBOX層の品質改善
に寄与する技術としては、高温での内部酸化（Internal
Thermal Oxidation Process、以下ITOＸ技術と略）を利
用する技術が発案されている（中嶋ら、特開平07-26353
8、あるいは、S.Nakashimaほか、Journal of Electroch
emical Society、第１４３巻、２４４頁）。ITOＸ技術に
よれば、高温での酸化処理により基板表面に熱酸化膜が
成長すると同時に、BOX層の上部界面にも若干量の酸化
膜成長が生じ、BOX層の厚膜化が可能となる。またその
結果として、リーク欠陥の低減、絶縁耐圧の改善の双方
が可能となることが報告されている。しかしながら、IT
OＸ技術においてはBOX層における増分の１０倍以上の表
面酸化膜成長が必要となるため、最終的に得られるSIMO
X構造において所定のSOI層を確保するためには、その基
板表面の酸化量を制限する必要があり、結果としてBOX
層の増分にも自ずと制約が生じていた。
に寄与する技術としては、高温での内部酸化（Internal
Thermal Oxidation Process、以下ITOＸ技術と略）を利
用する技術が発案されている（中嶋ら、特開平07-26353
8、あるいは、S.Nakashimaほか、Journal of Electroch
emical Society、第１４３巻、２４４頁）。ITOＸ技術に
よれば、高温での酸化処理により基板表面に熱酸化膜が
成長すると同時に、BOX層の上部界面にも若干量の酸化
膜成長が生じ、BOX層の厚膜化が可能となる。またその
結果として、リーク欠陥の低減、絶縁耐圧の改善の双方
が可能となることが報告されている。しかしながら、IT
OＸ技術においてはBOX層における増分の１０倍以上の表
面酸化膜成長が必要となるため、最終的に得られるSIMO
X構造において所定のSOI層を確保するためには、その基
板表面の酸化量を制限する必要があり、結果としてBOX
層の増分にも自ずと制約が生じていた。
【０００９】この制約を受けずにSIMOX基板のBOX層を厚
くする方法としては、平均注入深さを段階的あるいは連
続的に変化させながら一連の酸素イオン注入を行い、そ
の後高温熱処理を行う方法において、一連の酸素イオン
注入後に加算累積した注入酸素分布がシリコン含有物が
発生しないような条件範囲となるように制御し、さらに
高温熱処理後に単一なBOX層が形成されるようその分布
が単一のピークを有するよう制御することが提案されて
いる（特開平7-201975号公報）。この手法によれば、単
一の加速電圧を用いて酸素イオン注入を行った場合には
良好なBOX層を得ることができない、いわゆるドーズウ
ィンドウの外側のドーズ条件でも、品質良好なBOX層を
得ることが原理的には可能となる。しかしながら、BOX
層中のシリコン含有物を防止するためには、注入酸素分
布のピーク値を、シリコン酸化物の酸素濃度４.４８×
１０22ｃｍ-3の約半分である２.２５×１０22ｃｍ-3以
下とする必要がある一方で、プロセス条件変動などによ
り、一連の酸素イオン注入後の注入酸素分布にピークが
複数発生したりすると、高温熱処理時にそれぞれのピー
クを中心として析出が発生し、単一なBOX層が得られな
いといった不安定さを合わせ持っているため、それを回
避するために、厳密かつ微妙な制御が必要との問題があ
った。
くする方法としては、平均注入深さを段階的あるいは連
続的に変化させながら一連の酸素イオン注入を行い、そ
の後高温熱処理を行う方法において、一連の酸素イオン
注入後に加算累積した注入酸素分布がシリコン含有物が
発生しないような条件範囲となるように制御し、さらに
高温熱処理後に単一なBOX層が形成されるようその分布
が単一のピークを有するよう制御することが提案されて
いる（特開平7-201975号公報）。この手法によれば、単
一の加速電圧を用いて酸素イオン注入を行った場合には
良好なBOX層を得ることができない、いわゆるドーズウ
ィンドウの外側のドーズ条件でも、品質良好なBOX層を
得ることが原理的には可能となる。しかしながら、BOX
層中のシリコン含有物を防止するためには、注入酸素分
布のピーク値を、シリコン酸化物の酸素濃度４.４８×
１０22ｃｍ-3の約半分である２.２５×１０22ｃｍ-3以
下とする必要がある一方で、プロセス条件変動などによ
り、一連の酸素イオン注入後の注入酸素分布にピークが
複数発生したりすると、高温熱処理時にそれぞれのピー
クを中心として析出が発生し、単一なBOX層が得られな
いといった不安定さを合わせ持っているため、それを回
避するために、厳密かつ微妙な制御が必要との問題があ
った。
【００１０】一方、酸素イオン注入と高温熱処理を繰り
返す技術としては、高ドーズSIMOX基板の品質改善を目
的として、同一の加速エネルギーでの酸素イオン注入
と、高温熱処理を繰り返す技術が提案されている（特開
平1-17444号公報）。これは、必要となるドーズ量を複
数回に分割して注入することにより、各回の注入時に基
板に導入されるダメージを低減し、それをその都度高温
熱処理を実施することにより回復させることにより、最
終的に得られるSOI層中の貫通転位などの欠陥を低減す
ることを目的としている。この手法では、高ドーズSIMO
X基板製造用に従来用いてきた酸素イオン注入量を分割
して注入するものであり、最終的に得られるBOX層の厚
さには変化をもたらさない。また、この手法を用いる
と、中間段階で形成されるBOX層に顕著なうねりが発生
し、その影響で、最終的に得られるBOX層の界面平坦性
が劣化するといった問題点も指摘されている。
返す技術としては、高ドーズSIMOX基板の品質改善を目
的として、同一の加速エネルギーでの酸素イオン注入
と、高温熱処理を繰り返す技術が提案されている（特開
平1-17444号公報）。これは、必要となるドーズ量を複
数回に分割して注入することにより、各回の注入時に基
板に導入されるダメージを低減し、それをその都度高温
熱処理を実施することにより回復させることにより、最
終的に得られるSOI層中の貫通転位などの欠陥を低減す
ることを目的としている。この手法では、高ドーズSIMO
X基板製造用に従来用いてきた酸素イオン注入量を分割
して注入するものであり、最終的に得られるBOX層の厚
さには変化をもたらさない。また、この手法を用いる
と、中間段階で形成されるBOX層に顕著なうねりが発生
し、その影響で、最終的に得られるBOX層の界面平坦性
が劣化するといった問題点も指摘されている。
【００１１】この問題を回避する方法として、注入を二
回とし、二回目の注入時に一回目の注入よりも低い加速
エネルギーを用いることにより、一回目の熱処理後に形
成されたBOX層とSOI層の界面部分に重点的に酸素イオン
を注入し、その界面の平坦度を改善することを目的とし
た発明もなされている（特開平4-249323号公報）。しか
しながら、これも高ドーズSIMOX基板の品質改善を目的
とした発明であり、前例同様、高ドーズSIMOX基板製造
用に従来用いてきた酸素イオン注入量を分割して注入す
るため、最終的に得られるBOX層の厚さには変化をもた
らさない。さらに、一度形成されたBOX層の上側に二度
目の酸素イオン注入を実施するため、最終的に得られる
SOI層は薄くなる傾向にある。そのため、SOI層の厚さを
確保しながら、BOX層厚さを増加させるには不向きな技
術である。
回とし、二回目の注入時に一回目の注入よりも低い加速
エネルギーを用いることにより、一回目の熱処理後に形
成されたBOX層とSOI層の界面部分に重点的に酸素イオン
を注入し、その界面の平坦度を改善することを目的とし
た発明もなされている（特開平4-249323号公報）。しか
しながら、これも高ドーズSIMOX基板の品質改善を目的
とした発明であり、前例同様、高ドーズSIMOX基板製造
用に従来用いてきた酸素イオン注入量を分割して注入す
るため、最終的に得られるBOX層の厚さには変化をもた
らさない。さらに、一度形成されたBOX層の上側に二度
目の酸素イオン注入を実施するため、最終的に得られる
SOI層は薄くなる傾向にある。そのため、SOI層の厚さを
確保しながら、BOX層厚さを増加させるには不向きな技
術である。
【００１２】本発明では、SIMOX基板の埋め込み酸化層
を、これらの困難さを伴うことなく厚くすることを可能
とする技術を提供することを目的とする。特に、酸素イ
オン注入量として低ドーズ領域の注入量を用いて作製す
るSIMOX基板において、品質良好にBOX層厚を増加させる
ことを可能とすることにより、高性能ＬＳＩ用の高品質
SOI基板およびその製造方法を供することを目的とす
る。
を、これらの困難さを伴うことなく厚くすることを可能
とする技術を提供することを目的とする。特に、酸素イ
オン注入量として低ドーズ領域の注入量を用いて作製す
るSIMOX基板において、品質良好にBOX層厚を増加させる
ことを可能とすることにより、高性能ＬＳＩ用の高品質
SOI基板およびその製造方法を供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決しようとするための手段】単結晶シリコン
基板に酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すこ
とによりSOI構造を形成するSIMOX法において、高温熱処
理により一旦BOX層を形成した後に、そのBOX層よりも深
い位置に再度酸素イオンを注入し、再び高温熱処理を行
うと、SOI層の厚さならびに結晶性を維持し、かつ、BOX
層中のシリコン含有物の発生を抑制したまま、BOX層の
厚さを増加させることが可能となることを我々は新たに
見いだした。すなわち、本発明は、上記課題を解決する
ためのSOI基板の製造方法、さらにはそれらの技術を用
いて製造したSOI基板に関するものであり、以下に述べ
る手段による。
基板に酸素イオンを注入し、その後高温熱処理を施すこ
とによりSOI構造を形成するSIMOX法において、高温熱処
理により一旦BOX層を形成した後に、そのBOX層よりも深
い位置に再度酸素イオンを注入し、再び高温熱処理を行
うと、SOI層の厚さならびに結晶性を維持し、かつ、BOX
層中のシリコン含有物の発生を抑制したまま、BOX層の
厚さを増加させることが可能となることを我々は新たに
見いだした。すなわち、本発明は、上記課題を解決する
ためのSOI基板の製造方法、さらにはそれらの技術を用
いて製造したSOI基板に関するものであり、以下に述べ
る手段による。
【００１４】すなわち、シリコン単結晶基板に酸素イオ
ンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、BOX
層およびSOI層を形成するSIMOX基板の製造方法におい
て、最初の酸素イオン注入後に、最初の高温熱処理を実
施してBOX層を形成した後に、第二回目以降の酸素イオ
ン注入を、注入酸素分布の最大位置がそれまでに形成さ
れているBOX層とその下部の基板との界面よりも下側に
配置されるようにして実施し、その後高温熱処理を実施
することを繰り返すことを特徴とする。
ンを注入し、その後高温熱処理を施すことにより、BOX
層およびSOI層を形成するSIMOX基板の製造方法におい
て、最初の酸素イオン注入後に、最初の高温熱処理を実
施してBOX層を形成した後に、第二回目以降の酸素イオ
ン注入を、注入酸素分布の最大位置がそれまでに形成さ
れているBOX層とその下部の基板との界面よりも下側に
配置されるようにして実施し、その後高温熱処理を実施
することを繰り返すことを特徴とする。
【００１５】また、前記のSIMOX基板の製造方法におい
て、第二回目以降の酸素イオン注入ドーズ量が、それま
でに行われた酸素イオン注入のドーズ量合計を超えない
ことを特徴とする。
て、第二回目以降の酸素イオン注入ドーズ量が、それま
でに行われた酸素イオン注入のドーズ量合計を超えない
ことを特徴とする。
【００１６】また、前記のSIMOX基板の製造方法におい
て、最初の酸素イオン注入に用いる加速エネルギーと、
第二回目以降の酸素イオン注入に用いる加速エネルギー
が異なることを特徴とする。
て、最初の酸素イオン注入に用いる加速エネルギーと、
第二回目以降の酸素イオン注入に用いる加速エネルギー
が異なることを特徴とする。
【００１７】また、前記のSIMOX基板の製造方法におい
て、第二回目以降の酸素イオン注入の実施前に、既に形
成されているSOI層の表面を一部除去することを特徴と
する。
て、第二回目以降の酸素イオン注入の実施前に、既に形
成されているSOI層の表面を一部除去することを特徴と
する。
【００１８】また、前記SOI層表面の除去方法が、反応
性物質を用いたエッチングであることを特徴とする。
性物質を用いたエッチングであることを特徴とする。
【００１９】あるいは、前記SOI層表面の除去方法が、
基板表面に酸化膜を形成した後、該酸化膜を除去する方
法であることを特徴とする。
基板表面に酸化膜を形成した後、該酸化膜を除去する方
法であることを特徴とする。
【００２０】あるいは、前記SOI層表面の除去方法が、
表面研磨であることを特徴とする。
表面研磨であることを特徴とする。
【００２１】また、前記のSIMOX基板の製造方法におい
て、酸素イオン注入と高温熱処理の繰り返し回数が２回
であることを特徴とする。
て、酸素イオン注入と高温熱処理の繰り返し回数が２回
であることを特徴とする。
【００２２】また、上述のいずれかのSIMOX基板の製造
方法において、最初の酸素イオン注入の前にシリコン単
結晶基板表面にあらかじめ酸化膜を形成しておき、その
酸化膜を最初の酸素イオン注入後もしくは最初の高温熱
処理後に除去することを特徴とする。
方法において、最初の酸素イオン注入の前にシリコン単
結晶基板表面にあらかじめ酸化膜を形成しておき、その
酸化膜を最初の酸素イオン注入後もしくは最初の高温熱
処理後に除去することを特徴とする。
【００２３】また、前記のSIMOX基板の製造方法におい
て、最初の酸素イオン注入が加速エネルギー１５０ｋｅ
Ｖ以上２５０ｋｅＶ以下、ドーズ量２×１０17ｃｍ-2以
上６×１０17ｃｍ-2以下の条件で、２回目以降の酸素イ
オン注入が加速エネルギー１５０ｋｅＶ以上２５０ｋｅ
Ｖ以下、ドーズ量０．１×１０17ｃｍ-2以上６×１０ 17
ｃｍ-2以下の条件であると共に、シリコン単結晶表面の
除去深さの合計が２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする。
て、最初の酸素イオン注入が加速エネルギー１５０ｋｅ
Ｖ以上２５０ｋｅＶ以下、ドーズ量２×１０17ｃｍ-2以
上６×１０17ｃｍ-2以下の条件で、２回目以降の酸素イ
オン注入が加速エネルギー１５０ｋｅＶ以上２５０ｋｅ
Ｖ以下、ドーズ量０．１×１０17ｃｍ-2以上６×１０ 17
ｃｍ-2以下の条件であると共に、シリコン単結晶表面の
除去深さの合計が２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする。
【００２４】また、上述のいずれかの方法で製造された
SIMOX基板であって、該SIMOX基板のSOI層の厚さが１０
ｎｍ以上４００ｎｍ以下、BOX層の厚さが６０ｎｍ以上
２５０ｎｍ以下であることを特徴とするSIMOX基板であ
る。
SIMOX基板であって、該SIMOX基板のSOI層の厚さが１０
ｎｍ以上４００ｎｍ以下、BOX層の厚さが６０ｎｍ以上
２５０ｎｍ以下であることを特徴とするSIMOX基板であ
る。
【００２５】本発明によれば、最初の酸素イオン注入お
よび最初の高温熱処理により、従来の低ドーズSIMOX同
様のBOX層が一旦製造される。そのため、第二回目以降
の酸素イオン注入による注入酸素が、引き続き実施され
る高温熱処理において析出する際には、既に形成されて
いるBOX層が存在するため、そのBOX層に吸収されること
により安定した析出がなされ、結果として単一のBOX層
を安定して得ることが可能となる。また本発明ではBOX
層の厚膜化と同時にBOX層中のピンホール欠陥密度につ
いても低減することも可能となる。
よび最初の高温熱処理により、従来の低ドーズSIMOX同
様のBOX層が一旦製造される。そのため、第二回目以降
の酸素イオン注入による注入酸素が、引き続き実施され
る高温熱処理において析出する際には、既に形成されて
いるBOX層が存在するため、そのBOX層に吸収されること
により安定した析出がなされ、結果として単一のBOX層
を安定して得ることが可能となる。また本発明ではBOX
層の厚膜化と同時にBOX層中のピンホール欠陥密度につ
いても低減することも可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明による実施の形態を図１〜
４の断面図を用いて説明する。
４の断面図を用いて説明する。
【００２７】本発明の実施の形態におけるSIMOX基板の
製造工程の前半部分は、図１に示した従来技術によるSI
MOX基板の製造工程を用いている。図１に示した工程に
おいては、単結晶シリコン基板をイオン注入機に搭載
し、基板をその結晶性が維持されるよう加熱しながらそ
の表面に酸素イオンを所定のドーズ量まで注入を実施す
る。続いて、基板をイオン注入機から取り出し、熱処理
炉にて高温熱処理を施し、SIMOX構造を形成する。尚、
所定のドーズ量としては、例えば、酸素イオン注入の加
速電圧として１５０ｋＶ以上２５０ｋＶ以下を用いて低
ドーズ領域でのSIMOX基板を形成する場合、良好な品質
のBOX層を得るためには、２×１０17ｃｍ-2以上６×１
０17ｃｍ-2以下のドーズ量を用いることが望ましい。
製造工程の前半部分は、図１に示した従来技術によるSI
MOX基板の製造工程を用いている。図１に示した工程に
おいては、単結晶シリコン基板をイオン注入機に搭載
し、基板をその結晶性が維持されるよう加熱しながらそ
の表面に酸素イオンを所定のドーズ量まで注入を実施す
る。続いて、基板をイオン注入機から取り出し、熱処理
炉にて高温熱処理を施し、SIMOX構造を形成する。尚、
所定のドーズ量としては、例えば、酸素イオン注入の加
速電圧として１５０ｋＶ以上２５０ｋＶ以下を用いて低
ドーズ領域でのSIMOX基板を形成する場合、良好な品質
のBOX層を得るためには、２×１０17ｃｍ-2以上６×１
０17ｃｍ-2以下のドーズ量を用いることが望ましい。
【００２８】図２に示した本発明における第一の実施の
形態においては、図１の工程が完了した後、サンプルを
再度、イオン注入機に搭載し、酸素イオン注入を、注入
酸素イオン分布のピークが既に形成されているBOX層下
部に配置されるような加速電圧を用いて実施する。その
後、サンプルをイオン注入機から取り出し、熱処理炉に
て高温熱処理を行ない、SIMOX構造を形成する。
形態においては、図１の工程が完了した後、サンプルを
再度、イオン注入機に搭載し、酸素イオン注入を、注入
酸素イオン分布のピークが既に形成されているBOX層下
部に配置されるような加速電圧を用いて実施する。その
後、サンプルをイオン注入機から取り出し、熱処理炉に
て高温熱処理を行ない、SIMOX構造を形成する。
【００２９】図２の方法によれば、二度目に注入された
酸素イオンは、その後に施される二度目の高温熱処理に
おいて、既に形成されているBOX層に対して下側から凝
集する。その際、より安定した凝集を実現するために
は、二度目に注入された酸素イオンのドーズ量を一度目
の酸素イオンドーズ量を超えないようにすることが望ま
しい。その場合、二度目の高温熱処理の際に、二度目に
注入された酸素が独立して析出することなく、優先的に
既に形成されているBOX層に凝集することで析出が進む
ことになる。また、この第二の酸素イオン注入から高温
熱処理における析出過程はBOX層の上部界面にはほとん
ど影響することなく進むため、結果としてSOI層の膜厚
均一性は良好に維持されたままBOX層の厚膜化が可能と
なる。
酸素イオンは、その後に施される二度目の高温熱処理に
おいて、既に形成されているBOX層に対して下側から凝
集する。その際、より安定した凝集を実現するために
は、二度目に注入された酸素イオンのドーズ量を一度目
の酸素イオンドーズ量を超えないようにすることが望ま
しい。その場合、二度目の高温熱処理の際に、二度目に
注入された酸素が独立して析出することなく、優先的に
既に形成されているBOX層に凝集することで析出が進む
ことになる。また、この第二の酸素イオン注入から高温
熱処理における析出過程はBOX層の上部界面にはほとん
ど影響することなく進むため、結果としてSOI層の膜厚
均一性は良好に維持されたままBOX層の厚膜化が可能と
なる。
【００３０】また、良く知られているように、注入され
たイオンが被注入材料に及ぼす損傷は、該イオンが被注
入材料中でエネルギーを失って減速すると共に大きくな
る。そのため、そのイオンが被注入材料にもたらす損傷
の度合いは、そのイオンが停止した位置の直上近傍で大
きくなる。図２の方法によれば、二度目のイオン注入に
おいて基板に発生する損傷は、一度目の高温熱処理にて
形成されたBOX層の内部もしくはその下部に集中させる
ことができる。そのため、既に形成されているSOI層へ
の、二度目の酸素イオン注入による新たな損傷発生を抑
制することが可能であり、結果として二度目の高温熱処
理後に形成されるSOI層における貫通転位などの欠陥の
発生を抑制することが可能となる。
たイオンが被注入材料に及ぼす損傷は、該イオンが被注
入材料中でエネルギーを失って減速すると共に大きくな
る。そのため、そのイオンが被注入材料にもたらす損傷
の度合いは、そのイオンが停止した位置の直上近傍で大
きくなる。図２の方法によれば、二度目のイオン注入に
おいて基板に発生する損傷は、一度目の高温熱処理にて
形成されたBOX層の内部もしくはその下部に集中させる
ことができる。そのため、既に形成されているSOI層へ
の、二度目の酸素イオン注入による新たな損傷発生を抑
制することが可能であり、結果として二度目の高温熱処
理後に形成されるSOI層における貫通転位などの欠陥の
発生を抑制することが可能となる。
【００３１】図３に示した本発明における第二の実施の
形態においては、図１の工程が完了した後、SOI層表面
の一部を除去することによりSOI層を薄膜化する。その
後、サンプルを再度、イオン注入機に搭載し、図２と同
様に酸素イオン注入を、注入酸素イオン分布のピークが
既に形成されているBOX層下部に配置されるような加速
電圧を用いて実施する。その後、サンプルをイオン注入
機から取り出し、熱処理炉にて高温熱処理を行ない、SI
MOX構造を形成する。
形態においては、図１の工程が完了した後、SOI層表面
の一部を除去することによりSOI層を薄膜化する。その
後、サンプルを再度、イオン注入機に搭載し、図２と同
様に酸素イオン注入を、注入酸素イオン分布のピークが
既に形成されているBOX層下部に配置されるような加速
電圧を用いて実施する。その後、サンプルをイオン注入
機から取り出し、熱処理炉にて高温熱処理を行ない、SI
MOX構造を形成する。
【００３２】図３の方法によれば、図２の方法に比べて
二度目の酸素イオン注入に用いる加速電圧を、一度目の
注入に用いた値からそれほど変更しなくとも所望の位置
への酸素イオン注入が可能となる。そのため、使用する
イオン注入機の性能範囲にて、二回の注入における加速
電圧の組み合わせ自由度が大きくなるため、最終的に得
られるSOI層／BOX層の厚さの自由度を拡大することが可
能となる。またイオン注入機の条件変更に伴う負荷も軽
減される。尚、二回目のイオン注入の前に実施するSOI
層表面の一部を除去する方法としては、反応性イオンエ
ッチング、フッ硝酸混合液を用いるエッチング、機械研
磨などの手法が適用できる。
二度目の酸素イオン注入に用いる加速電圧を、一度目の
注入に用いた値からそれほど変更しなくとも所望の位置
への酸素イオン注入が可能となる。そのため、使用する
イオン注入機の性能範囲にて、二回の注入における加速
電圧の組み合わせ自由度が大きくなるため、最終的に得
られるSOI層／BOX層の厚さの自由度を拡大することが可
能となる。またイオン注入機の条件変更に伴う負荷も軽
減される。尚、二回目のイオン注入の前に実施するSOI
層表面の一部を除去する方法としては、反応性イオンエ
ッチング、フッ硝酸混合液を用いるエッチング、機械研
磨などの手法が適用できる。
【００３３】図４に示した本発明における第三の実施の
形態においては、図１の工程が完了した後、SOI層表面
に熱酸化膜を形成し、その後、該酸化膜を除去する。続
いて、図２と同様にイオン注入、熱処理を施し、SIMOX
構造を形成する。この方法においても、第二の実施の形
態で説明したのと同様の効果が期待できる。
形態においては、図１の工程が完了した後、SOI層表面
に熱酸化膜を形成し、その後、該酸化膜を除去する。続
いて、図２と同様にイオン注入、熱処理を施し、SIMOX
構造を形成する。この方法においても、第二の実施の形
態で説明したのと同様の効果が期待できる。
【００３４】尚、図２〜４に示した本発明における第一
〜第三の実施例においては、最初の酸素イオン注入の前
にシリコン単結晶基板表面にあらかじめ酸化膜を形成し
ておき、最初の酸素イオン注入、もしくはその直後に実
施される高温熱処理後にその酸化膜を除去しても良い。
また、その場合、表面に形成した酸化膜が酸素イオン注
入中のスパッタリングにより消失しないためには、その
厚さを３０ｎｍ以上とすることがより望ましい。一方、
高温熱処理後にSOI層を得るためには、前記表面酸化膜
厚さは最大でも４００ｎｍ程度に抑える必要がある。
〜第三の実施例においては、最初の酸素イオン注入の前
にシリコン単結晶基板表面にあらかじめ酸化膜を形成し
ておき、最初の酸素イオン注入、もしくはその直後に実
施される高温熱処理後にその酸化膜を除去しても良い。
また、その場合、表面に形成した酸化膜が酸素イオン注
入中のスパッタリングにより消失しないためには、その
厚さを３０ｎｍ以上とすることがより望ましい。一方、
高温熱処理後にSOI層を得るためには、前記表面酸化膜
厚さは最大でも４００ｎｍ程度に抑える必要がある。
【００３５】また、図２〜４に示した本発明における第
一〜第三の実施例では、酸素イオン注入としては合計２
回の例を示したが、SOI層が消失しない限りにおいて
は、SOI層の一部除去とそれに続く酸素イオン注入、お
よび高温熱処理を繰り返し実施しても良い。前述と同様
に、酸素イオン注入の加速電圧として１５０ｋＶ以上２
５０ｋＶ以下を用い、ドーズ量として２×１０17ｃｍ-2
以上６×１０17ｃｍ-2以下を用いた場合には、SOI層表
面もしくはシリコン単結晶表面の除去深さの合計は、本
発明の効果を得るためには２０ｎｍ以上、SOI層を消失
させないためには３００ｎｍ以下とすることが望まし
い。また、その場合に最終的に得られるSOI層の厚さは
４００ｎｍ程度を上限として、それ以下の厚さについて
は工程条件を調整することにより、SOI層自体が消失し
ない範囲の任意の厚さが形成可能となる。
一〜第三の実施例では、酸素イオン注入としては合計２
回の例を示したが、SOI層が消失しない限りにおいて
は、SOI層の一部除去とそれに続く酸素イオン注入、お
よび高温熱処理を繰り返し実施しても良い。前述と同様
に、酸素イオン注入の加速電圧として１５０ｋＶ以上２
５０ｋＶ以下を用い、ドーズ量として２×１０17ｃｍ-2
以上６×１０17ｃｍ-2以下を用いた場合には、SOI層表
面もしくはシリコン単結晶表面の除去深さの合計は、本
発明の効果を得るためには２０ｎｍ以上、SOI層を消失
させないためには３００ｎｍ以下とすることが望まし
い。また、その場合に最終的に得られるSOI層の厚さは
４００ｎｍ程度を上限として、それ以下の厚さについて
は工程条件を調整することにより、SOI層自体が消失し
ない範囲の任意の厚さが形成可能となる。
【００３６】また、図２〜４に示した本発明における第
一〜第三の実施の形態においては、BOX層の厚さが増加
することにより、BOX層のピンホール欠陥、絶縁耐圧な
どの品質も改善される。改善の度合いは二度目以降の酸
素イオン注入におけるドーズ量の合計が増加するにつれ
大きくなるが、これらのBOX層の品質において明確な改
善効果を得るには、二度目以降の酸素イオンのドーズ量
の合計が少なくとも０．１×１０17ｃｍ-2以上、より好
ましくは０．５×１０17ｃｍ-2以上であることが望まし
い。
一〜第三の実施の形態においては、BOX層の厚さが増加
することにより、BOX層のピンホール欠陥、絶縁耐圧な
どの品質も改善される。改善の度合いは二度目以降の酸
素イオン注入におけるドーズ量の合計が増加するにつれ
大きくなるが、これらのBOX層の品質において明確な改
善効果を得るには、二度目以降の酸素イオンのドーズ量
の合計が少なくとも０．１×１０17ｃｍ-2以上、より好
ましくは０．５×１０17ｃｍ-2以上であることが望まし
い。
【００３７】また、本発明における酸素イオン注入を実
施する装置に関しては、酸素イオンに電圧を印加して加
速させた後に、シリコンウェハの表面から注入すること
が可能であれば良く、その装置形態、イオン注入方式な
どについては特に限定するものではない。
施する装置に関しては、酸素イオンに電圧を印加して加
速させた後に、シリコンウェハの表面から注入すること
が可能であれば良く、その装置形態、イオン注入方式な
どについては特に限定するものではない。
【００３８】また、本発明のSIMOX基板製造における最
初の酸素イオン注入条件については、低ドーズ領域での
条件を既に示したが、特にこれに限定されるものではな
く、それよりドーズ量の多い、いわゆる中ドーズ領域あ
るいは高ドーズ領域の条件を用いても良いが、BOX層厚
膜化、リーク欠陥や絶縁耐圧などのBOX品質改善観点か
らは、それらの改善要求度合いが大きい低ドーズ領域の
条件を用いた場合に本発明を適用すると、より大きな効
果が期待できる。また、最初の酸素イオン注入、第二回
目以降の酸素イオン注入のそれぞれを複数回に分けて実
施しても良い。SOI層の結晶欠陥低減の観点からは、少
なくとも最初のイオン注入中の基板温度は５００℃〜６
００℃程度の温度とすることが望ましい。
初の酸素イオン注入条件については、低ドーズ領域での
条件を既に示したが、特にこれに限定されるものではな
く、それよりドーズ量の多い、いわゆる中ドーズ領域あ
るいは高ドーズ領域の条件を用いても良いが、BOX層厚
膜化、リーク欠陥や絶縁耐圧などのBOX品質改善観点か
らは、それらの改善要求度合いが大きい低ドーズ領域の
条件を用いた場合に本発明を適用すると、より大きな効
果が期待できる。また、最初の酸素イオン注入、第二回
目以降の酸素イオン注入のそれぞれを複数回に分けて実
施しても良い。SOI層の結晶欠陥低減の観点からは、少
なくとも最初のイオン注入中の基板温度は５００℃〜６
００℃程度の温度とすることが望ましい。
【００３９】高温熱処理を行う装置に関しては、所望の
温度での熱処理が所望の時間実施可能であれば、特に限
定されるものではない。好ましく用いられる装置として
は、代表的には、高温熱処理炉が挙げられるが、処理温
度、処理時間などの性能が満足されれば、ランプアニー
ル炉でも処理可能である。熱処理炉での処理温度、処理
時間以外の条件、例えば、挿入温度、昇温速度、降温速
度、などについては特に制限はなく、また、昇温、降温
を複数段としても良い。
温度での熱処理が所望の時間実施可能であれば、特に限
定されるものではない。好ましく用いられる装置として
は、代表的には、高温熱処理炉が挙げられるが、処理温
度、処理時間などの性能が満足されれば、ランプアニー
ル炉でも処理可能である。熱処理炉での処理温度、処理
時間以外の条件、例えば、挿入温度、昇温速度、降温速
度、などについては特に制限はなく、また、昇温、降温
を複数段としても良い。
【００４０】高温熱処理条件については、注入がもたら
すダメージを除去し、品質良好なSOI構造を得るために
は、１３００℃以上単結晶シリコンの融点未満の温度を
用いるのが望ましいが、特にこれに限定されるものでは
ない。雰囲気は不活性ガスを用いた非酸化性雰囲気、も
しくはそれに微量の酸素を添加した雰囲気がダメージ除
去には望ましいが、特にそれに限定されるものではな
く、酸化性雰囲気でも良い。不活性ガスとしては代表的
にはアルゴン、窒素などが用いられるが、特にこれらに
限定されるものではない。またこの高温熱処理に引き続
き、高温酸化処理を施しても良い。
すダメージを除去し、品質良好なSOI構造を得るために
は、１３００℃以上単結晶シリコンの融点未満の温度を
用いるのが望ましいが、特にこれに限定されるものでは
ない。雰囲気は不活性ガスを用いた非酸化性雰囲気、も
しくはそれに微量の酸素を添加した雰囲気がダメージ除
去には望ましいが、特にそれに限定されるものではな
く、酸化性雰囲気でも良い。不活性ガスとしては代表的
にはアルゴン、窒素などが用いられるが、特にこれらに
限定されるものではない。またこの高温熱処理に引き続
き、高温酸化処理を施しても良い。
【００４１】
【実施例】本発明による実施例を以下に図１〜４の断面
図を用いて説明する。
図を用いて説明する。
【００４２】図１に示した工程に従って、Ｐ型の（１０
０）シリコン基板の表面に、酸素イオンを加速電圧１８
０ｋＶにて注入量４×１０17ｃｍ-2まで注入を実施し
た。注入時の基板温度は結晶性維持の観点から６００℃
を用いた。続いて、基板をイオン注入機から取り出し、
熱処理炉にて１３００℃以上の温度にて６時間の熱処理
を施し、SIMOX構造を形成した。熱処理はアルゴンに１
％以下の酸素を混合した雰囲気にて行った。炉から取り
出したサンプルの構造を分光エリプソメトリにて評価し
たところ、SOI層の厚さは約３４０ｎｍ、BOX層の厚さは
８５ｎｍであった。
０）シリコン基板の表面に、酸素イオンを加速電圧１８
０ｋＶにて注入量４×１０17ｃｍ-2まで注入を実施し
た。注入時の基板温度は結晶性維持の観点から６００℃
を用いた。続いて、基板をイオン注入機から取り出し、
熱処理炉にて１３００℃以上の温度にて６時間の熱処理
を施し、SIMOX構造を形成した。熱処理はアルゴンに１
％以下の酸素を混合した雰囲気にて行った。炉から取り
出したサンプルの構造を分光エリプソメトリにて評価し
たところ、SOI層の厚さは約３４０ｎｍ、BOX層の厚さは
８５ｎｍであった。
【００４３】図２に示した本発明における第一の実施の
形態による第一の実施例においては、図１の工程が完了
した後、サンプルを再度、イオン注入機に搭載し、酸素
イオンを加速電圧２１０ｋＶにて注入量２×１０17ｃｍ
-2まで注入を実施した。注入時の基板温度は最初の注入
と同様に、６００℃を用いた。その後、サンプルをイオ
ン注入機から取り出し、熱処理炉にて１３００℃以上の
温度にて６時間、アルゴンに１％以下の酸素を添加した
雰囲気にて熱処理を行った。熱処理後、炉から取り出し
たサンプルを前述と同様に分光エリプソメトリにて評価
したところ、SOI層の厚さが約２８０ｎｍ、BOX層の厚さ
は１３０ｎｍであった。
形態による第一の実施例においては、図１の工程が完了
した後、サンプルを再度、イオン注入機に搭載し、酸素
イオンを加速電圧２１０ｋＶにて注入量２×１０17ｃｍ
-2まで注入を実施した。注入時の基板温度は最初の注入
と同様に、６００℃を用いた。その後、サンプルをイオ
ン注入機から取り出し、熱処理炉にて１３００℃以上の
温度にて６時間、アルゴンに１％以下の酸素を添加した
雰囲気にて熱処理を行った。熱処理後、炉から取り出し
たサンプルを前述と同様に分光エリプソメトリにて評価
したところ、SOI層の厚さが約２８０ｎｍ、BOX層の厚さ
は１３０ｎｍであった。
【００４４】図３に示した本発明における第二の実施の
形態による第二の実施例においては、図１の工程が完了
した後、SOI層表面を弗硝酸混合溶液を用いて、約１２
０ｎｍの深さまでエッチングを行い、SOI層厚を約２０
０ｎｍとした。その後、サンプルを再度、イオン注入機
に搭載し、酸素イオンを加速電圧１９０ｋＶにて注入量
２×１０17ｃｍ-2まで注入を実施した。注入時の基板温
度は最初の注入と同様に、６００℃を用いた。その後、
サンプルをイオン注入機から取り出し、熱処理炉にて１
３００℃以上の温度にて６時間、アルゴンに１％以下の
酸素を添加した雰囲気にて熱処理を行った。熱処理後、
炉から取り出したサンプルを前述と同様に分光エリプソ
メトリにて評価したところ、SOI層の厚さが約１６０ｎ
ｍ、BOX層の厚さは１３０ｎｍであった。
形態による第二の実施例においては、図１の工程が完了
した後、SOI層表面を弗硝酸混合溶液を用いて、約１２
０ｎｍの深さまでエッチングを行い、SOI層厚を約２０
０ｎｍとした。その後、サンプルを再度、イオン注入機
に搭載し、酸素イオンを加速電圧１９０ｋＶにて注入量
２×１０17ｃｍ-2まで注入を実施した。注入時の基板温
度は最初の注入と同様に、６００℃を用いた。その後、
サンプルをイオン注入機から取り出し、熱処理炉にて１
３００℃以上の温度にて６時間、アルゴンに１％以下の
酸素を添加した雰囲気にて熱処理を行った。熱処理後、
炉から取り出したサンプルを前述と同様に分光エリプソ
メトリにて評価したところ、SOI層の厚さが約１６０ｎ
ｍ、BOX層の厚さは１３０ｎｍであった。
【００４５】図４に示した本発明における第三の実施の
形態による第三の実施例においては、図１の工程が完了
した後、SOI層表面に約２７０ｎｍの厚さの熱酸化膜を
１０００℃以上の温度で形成し、その後、弗酸溶液を用
いて酸化膜を除去した。その結果、SOI層としては約２
２０ｎｍの厚さが残された。その後、第二の実施例と同
様の条件にてイオン注入、熱処理を施した。最終的に得
られた各層の厚さは、SOI層の厚さが約１６０ｎｍ、BOX
層の厚さは１３０ｎｍであった。
形態による第三の実施例においては、図１の工程が完了
した後、SOI層表面に約２７０ｎｍの厚さの熱酸化膜を
１０００℃以上の温度で形成し、その後、弗酸溶液を用
いて酸化膜を除去した。その結果、SOI層としては約２
２０ｎｍの厚さが残された。その後、第二の実施例と同
様の条件にてイオン注入、熱処理を施した。最終的に得
られた各層の厚さは、SOI層の厚さが約１６０ｎｍ、BOX
層の厚さは１３０ｎｍであった。
【００４６】得られたサンプルについて、BOX層の品質
を比較評価した。評価に当たっては、上記の三通りの実
施例のサンプルの他、図１の工程にて製造した従来例、
また、図１の工程にて酸素イオン注入を、実施例におけ
る注入総量と同じ６×１０17ｃｍ-2の注入量にて実施し
た比較例も合わせて評価した。
を比較評価した。評価に当たっては、上記の三通りの実
施例のサンプルの他、図１の工程にて製造した従来例、
また、図１の工程にて酸素イオン注入を、実施例におけ
る注入総量と同じ６×１０17ｃｍ-2の注入量にて実施し
た比較例も合わせて評価した。
【００４７】BOX層のピンホール欠陥については、銅電
析法により評価した。サンプルは銅イオンを含むメッキ
液に基板表面のみが接触するように浸し、基板裏面を電
気陰極に接触させ、メッキ液中に電気陽極を配置した。
その後、両電極間に、BOX層自体は破壊しない１０Ｖ程
度の低電圧を印加することにより、BOX層にピンホール
のある部分の直上の基板表面に銅電析物を発生させ、そ
の数を計数することによりBOX層中のピンホール密度を
評価した。図５に従来例、第一の実施例、第二の実施
例、第三の実施例、比較例の各サンプルにおけるピンホ
ール密度を示す。従来例に比較して、第一の実施例、第
二の実施例、第三の実施例、および比較例においてはピ
ンホール密度がほぼ１／５に低減されており、酸素注入
量総計の増加にともなってピンホール数が減少している
ことが分かった。
析法により評価した。サンプルは銅イオンを含むメッキ
液に基板表面のみが接触するように浸し、基板裏面を電
気陰極に接触させ、メッキ液中に電気陽極を配置した。
その後、両電極間に、BOX層自体は破壊しない１０Ｖ程
度の低電圧を印加することにより、BOX層にピンホール
のある部分の直上の基板表面に銅電析物を発生させ、そ
の数を計数することによりBOX層中のピンホール密度を
評価した。図５に従来例、第一の実施例、第二の実施
例、第三の実施例、比較例の各サンプルにおけるピンホ
ール密度を示す。従来例に比較して、第一の実施例、第
二の実施例、第三の実施例、および比較例においてはピ
ンホール密度がほぼ１／５に低減されており、酸素注入
量総計の増加にともなってピンホール数が減少している
ことが分かった。
【００４８】続いて、各サンプルのBOX層の耐圧評価を
行った。リソグラフィおよびエッチングによりSOI層を
１ｍｍ2の面積に分割し、その表面にＡｌ電極を真空蒸
着により形成した。もう一方の電極として基板裏面にＡ
ｕ膜を真空蒸着により形成した。Ａｌ電極と基板裏面の
Ａｕ電極間に電圧を加えることによりBOX層に電界を印
加し、その際に流れる電流を測定することにより、BOX
層の破壊電界を評価した。尚、電界値は両電極間に印加
した電圧をBOX層厚で除することにより算出した。
行った。リソグラフィおよびエッチングによりSOI層を
１ｍｍ2の面積に分割し、その表面にＡｌ電極を真空蒸
着により形成した。もう一方の電極として基板裏面にＡ
ｕ膜を真空蒸着により形成した。Ａｌ電極と基板裏面の
Ａｕ電極間に電圧を加えることによりBOX層に電界を印
加し、その際に流れる電流を測定することにより、BOX
層の破壊電界を評価した。尚、電界値は両電極間に印加
した電圧をBOX層厚で除することにより算出した。
【００４９】図６に従来例、第一の実施例、第二の実施
例、第三の実施例、比較例におけるBOX層の破壊電界強
度を示す。従来例に比べて第一の実施例、第二の実施
例、第三の実施例ではBOX層の破壊電界強度が向上して
いることが分かった。一方、第一〜第三の実施例と同一
のドーズ量にて製造した比較例においては、BOX層の絶
縁耐圧特性が従来例よりも低下していることが分かっ
た。これは、単純に酸素イオンのドーズ量を増加させた
ことにより、BOX層中のシリコン島が増加し、かえって
絶縁耐圧を低下させたものと考えられる。
例、第三の実施例、比較例におけるBOX層の破壊電界強
度を示す。従来例に比べて第一の実施例、第二の実施
例、第三の実施例ではBOX層の破壊電界強度が向上して
いることが分かった。一方、第一〜第三の実施例と同一
のドーズ量にて製造した比較例においては、BOX層の絶
縁耐圧特性が従来例よりも低下していることが分かっ
た。これは、単純に酸素イオンのドーズ量を増加させた
ことにより、BOX層中のシリコン島が増加し、かえって
絶縁耐圧を低下させたものと考えられる。
【００５０】図７にはエッチピットにより評価した、各
サンプルのSOI層の欠陥密度を示す。従来例と比較し
て、第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例におい
ては、イオン注入が追加されているにもかかわらず、欠
陥密度が同じレベルに抑えられていることが分かる。一
方、第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例と同じ
量の酸素イオンを一度に注入した比較例では、SOI層の
欠陥密度が２桁増加しており、注入イオン量の増加に伴
ってダメージ量が増加していることが示されている。こ
の結果は、第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例
においては、二回目の酸素イオン注入が一度目の熱処理
により形成されたBOX層の下側に施されるため、その際
に発生するダメージの大半はBOX層の内部もしくはその
下部に導入される結果、最終的に得られるSOI層への欠
陥生成の影響が低減されたとして理解できる。
サンプルのSOI層の欠陥密度を示す。従来例と比較し
て、第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例におい
ては、イオン注入が追加されているにもかかわらず、欠
陥密度が同じレベルに抑えられていることが分かる。一
方、第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例と同じ
量の酸素イオンを一度に注入した比較例では、SOI層の
欠陥密度が２桁増加しており、注入イオン量の増加に伴
ってダメージ量が増加していることが示されている。こ
の結果は、第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例
においては、二回目の酸素イオン注入が一度目の熱処理
により形成されたBOX層の下側に施されるため、その際
に発生するダメージの大半はBOX層の内部もしくはその
下部に導入される結果、最終的に得られるSOI層への欠
陥生成の影響が低減されたとして理解できる。
【００５１】以上の結果を総合すると、本発明を用いた
第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例において
は、従来例と比較してBOX層の厚膜化がなされ、BOX層の
ピンホール低減、絶縁耐圧向上が実現されている一方、
SOI層の欠陥の増加は、酸素イオン注入量を増加したに
もかかわらず、抑制されていることが分かる。
第一の実施例、第二の実施例、第三の実施例において
は、従来例と比較してBOX層の厚膜化がなされ、BOX層の
ピンホール低減、絶縁耐圧向上が実現されている一方、
SOI層の欠陥の増加は、酸素イオン注入量を増加したに
もかかわらず、抑制されていることが分かる。
【００５２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、SIMOX基板の製造において、従来の技術により製造
されたSIMOX基板に対し、追加の酸素注入を、注入酸素
分布の最大位置がそれまでに形成されているBOX層とそ
の下部の基板との界面よりも下側に配置されるようにし
て実施し、その後高温熱処理を施すことにより、従来法
により製造されたSIMOX基板に比べ、厚いBOX層を高品質
に製造することが可能となる。
ば、SIMOX基板の製造において、従来の技術により製造
されたSIMOX基板に対し、追加の酸素注入を、注入酸素
分布の最大位置がそれまでに形成されているBOX層とそ
の下部の基板との界面よりも下側に配置されるようにし
て実施し、その後高温熱処理を施すことにより、従来法
により製造されたSIMOX基板に比べ、厚いBOX層を高品質
に製造することが可能となる。
【図１】 従来の技術によるSIMOX基板の製造工程。
【図２】 本発明の第一の実施の形態によるSIMOX基板
の製造工程。
の製造工程。
【図３】 本発明の第二の実施の形態によるSIMOX基板
の製造工程。
の製造工程。
【図４】 本発明の第三の実施の形態によるSIMOX基板
の製造工程。
の製造工程。
【図５】 本発明の第一〜第三の実施例と従来例、比較
例におけるBOX層のピンホール欠陥密度を比較したグラ
フ。
例におけるBOX層のピンホール欠陥密度を比較したグラ
フ。
【図６】 本発明の第一〜第三の実施例と従来例、比較
例におけるBOX層の絶縁破壊耐圧を比較したグラフ。
例におけるBOX層の絶縁破壊耐圧を比較したグラフ。
【図７】 本発明の第一〜第三の実施例と従来例、比較
例におけるSOI層の欠陥密度を比較したグラフ。
例におけるSOI層の欠陥密度を比較したグラフ。
１…単結晶シリコン基板 ２…酸素イオン注入領域 ３…SOI層 ４…BOX層 ５…表面酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長竹 洋一 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 高山 誠治 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 5F032 AA07 AA91 CA17 DA24 DA34 DA53 DA60 DA74
Claims (11)
- 【請求項１】 シリコン単結晶基板に酸素イオンを注入
し、その後高温熱処理を施すことにより、埋め込み酸化
層および表面単結晶シリコン層を形成するSIMOX基板の
製造方法において、最初の酸素イオン注入後に、最初の
高温熱処理を実施して埋め込み酸化層を形成した後に、
第二回目以降の酸素イオン注入を、注入酸素分布の最大
位置がそれまでに形成されている埋め込み酸化層とその
下部の基板との界面よりも下側に配置されるようにして
実施し、その後高温熱処理を実施することを繰り返すこ
とを特徴とするSIMOX基板の製造方法。 - 【請求項２】 第二回目以降の酸素イオン注入ドーズ量
が、それまでに行われた酸素イオン注入のドーズ量合計
を超えないことを特徴とする請求項1記載のSIMOX基板の
製造方法。 - 【請求項３】 最初の酸素イオン注入に用いる加速エネ
ルギーと、第二回目以降の酸素イオン注入に用いる加速
エネルギーが異なることを特徴とする請求項1又は2に記
載のSIMOX基板の製造方法。 - 【請求項４】 第二回目以降の酸素イオン注入の実施前
に、既に形成されている表面単結晶シリコン層の表面を
一部除去することを特徴とする請求項1〜3に記載のSIMO
X基板の製造方法。 - 【請求項５】 前記表面単結晶シリコン層表面の除去方
法が、反応性物質を用いたエッチングである請求項4記
載のSIMOX基板の製造方法。 - 【請求項６】 前記表面単結晶シリコン層表面の除去方
法が、基板表面に酸化膜を形成した後、該酸化膜を除去
する方法である請求項4記載のSIMOX基板の製造方法。 - 【請求項７】 前記表面単結晶シリコン層表面の除去方
法が、表面研磨である請求項4記載のSIMOX基板の製造方
法。 - 【請求項８】 酸素イオン注入と高温熱処理の繰り返し
回数が2回であることを特徴とする請求項1〜7に記載のS
IMOX基板の製造方法。 - 【請求項９】 最初の酸素イオン注入の前にシリコン単
結晶基板表面にあらかじめ酸化膜を形成しておき、その
酸化膜を最初の酸素イオン注入後もしくは最初の高温熱
処理後に除去することを特徴とする請求項1〜8に記載の
SIMOX基板の製造方法。 - 【請求項１０】 最初の酸素イオン注入が加速エネルギ
ー150keV以上250keV以下、ドーズ量2×1017cm-2以上6×
1017cm-2以下の条件で、2回目以降の酸素イオン注入が
加速エネルギー150keV以上250keV以下、ドーズ量0.1×1
017cm-2以上6×1017cm-2以下の条件であると共に、シリ
コン単結晶表面の除去深さの合計が20nm以上300nm以下
である請求項1〜9のいずれか1項に記載のSIMOX基板の製
造方法。 - 【請求項１１】 請求項1〜10のいずれか1項に記載の方
法により製造されたSIMOX基板であって、該SIMOX基板の
表面単結晶シリコン層の厚さが10nm以上400nm以下、か
つ、埋め込み酸化層の厚さが60nm以上250nm以下である
ことを特徴とするSIMOX基板。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2001093227A JP2002289552A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法およびｓｉｍｏｘ基板 |
| PCT/JP2002/003127 WO2002080276A1 (fr) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | Procede de production de substrat simox et substrat simox correspondant |
| EP02707233A EP1376699B1 (en) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | Production method for simox substrate and simox substrate |
| TW091106213A TW540105B (en) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | Method of producing SIMOX substrate and the SIMOX substrate |
| KR1020037012632A KR100664000B1 (ko) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | Ｓｉｍｏｘ 기판의 제조 방법 및 ｓｉｍｏｘ 기판 |
| US10/473,692 US7067402B2 (en) | 2001-03-28 | 2002-03-28 | Production method for SIMOX substrate and SIMOX substrate |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2001093227A JP2002289552A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | Ｓｉｍｏｘ基板の製造方法およびｓｉｍｏｘ基板 |
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|---|---|
| JP2002289552A true JP2002289552A (ja) | 2002-10-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1376699B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002289552A (ja) |
| KR (1) | KR100664000B1 (ja) |
| TW (1) | TW540105B (ja) |
| WO (1) | WO2002080276A1 (ja) |
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| JP4790211B2 (ja) * | 2003-06-13 | 2011-10-12 | シルトロニック・ジャパン株式会社 | Ｓｏｉ基板と半導体基板及びその製造方法 |
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| JP2010135538A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-06-17 | Sumco Corp | 貼り合わせウェーハの製造方法 |
| US20100193879A1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-05 | Ming-Han Liao | Isolation Region Implant and Structure |
| US8168507B2 (en) | 2009-08-21 | 2012-05-01 | International Business Machines Corporation | Structure and method of forming enhanced array device isolation for implanted plate EDRAM |
| JPWO2011118205A1 (ja) * | 2010-03-26 | 2013-07-04 | 株式会社Sumco | Ｓｏｉウェーハの製造方法 |
| CN102244029A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-11-16 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 绝缘体上的硅衬底制作工艺及绝缘体上的硅器件制作工艺 |
| CN102244080A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-11-16 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 绝缘体上的硅衬底结构及器件 |
| CN102522362B (zh) * | 2011-12-14 | 2015-06-24 | 中国科学院微电子研究所 | 一种改进soi结构抗辐照性能的方法 |
| CN106783725B (zh) * | 2016-12-27 | 2019-09-17 | 上海新傲科技股份有限公司 | 带有绝缘埋层的衬底的制备方法 |
| US11721554B2 (en) * | 2019-03-18 | 2023-08-08 | Intel Corporation | Stress compensation for wafer to wafer bonding |
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