JP2005175390A - Simox基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高抵抗であってかつデバイス工程における抵抗率の低下を防ぐ。
【解決手段】SIMOX基板は、シリコンウェーハ11内部に酸素イオンを注入した後、熱処理して埋込みシリコン酸化層12が形成され、その表面にSOI層13が形成される。バルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3以下であって、その抵抗率が100Ωcm以上である。製造方法は、ウェーハ内部に酸素イオンを注入する工程と、第1次熱処理により、ウェーハ表面及び裏面に酸化膜11a,11bを形成し、埋込みシリコン酸化層12を形成し、酸化膜と埋込みシリコン酸化層との間にSOI層を形成する工程と、第2次熱処理により、バルク層に酸素析出核を形成する工程と、第3次熱処理により、酸素析出核を酸素析出物に成長させてバルク層中の残留酸素濃度を13.5×1017atoms/cm3以下に低減する工程と、酸化膜を除去する工程とを含む。
【選択図】 図1
【解決手段】SIMOX基板は、シリコンウェーハ11内部に酸素イオンを注入した後、熱処理して埋込みシリコン酸化層12が形成され、その表面にSOI層13が形成される。バルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3以下であって、その抵抗率が100Ωcm以上である。製造方法は、ウェーハ内部に酸素イオンを注入する工程と、第1次熱処理により、ウェーハ表面及び裏面に酸化膜11a,11bを形成し、埋込みシリコン酸化層12を形成し、酸化膜と埋込みシリコン酸化層との間にSOI層を形成する工程と、第2次熱処理により、バルク層に酸素析出核を形成する工程と、第3次熱処理により、酸素析出核を酸素析出物に成長させてバルク層中の残留酸素濃度を13.5×1017atoms/cm3以下に低減する工程と、酸化膜を除去する工程とを含む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、シリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層を形成してそのウェーハ表面にSOI層を形成したSIMOX基板及びその製造方法に関するものである。
現在、シリコン超LSIの高集積化は着実に進展しており、トランジスタが構築されるシリコン基板は一段と高品質が要求されている。そして極限にまで微細化されたデバイスの機能を十分に引き出すためには、SOI(Silicon on Insulator)構造が最適であると言われている。SOIとしては、SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)、貼り合わせウェーハ、固相エピウェーハなどについて研究開発が進められているが、SIMOX技術はイオン注入と高温熱処理を繰り返すことで、表面単結晶領域の結晶性が近年著しく向上し、厚さ0.1μm程度のシリコン単結晶層(SOI層)を形成することも容易になりつつあり、最も有望なSOIの一つとされている。
一方、従来から高耐圧パワーデバイスやサイリスタ等のパワーデバイス用には、高抵抗率のフローティングゾーン法(FZ法)により製造されたシリコンウエーハが使用されてきた。しかし、FZ法では直径200mmのシリコンウエーハを作製することは困難であり、300mm以上になると現状の技術では不可能である。また、通常のFZウエーハの面内抵抗率分布は、マクロの抵抗率分布およびミクロの抵抗率分布いずれの場合もCZウエーハに比べて劣る。
これに対しチョクラルスキー法(CZ法)は、抵抗率の面内分布に優れたウエーハが作製できる上、直径が200mmおよび300mmの大口径ウエーハも既に作製されており、さらに、400mmあるいはそれ以上についても十分に作製可能と考えられるので、CZ法によるシリコンウエーハが将来的に有望である。特に近年、移動体通信用の半導体デバイスや、最先端のC−MOSデバイスでは寄生容量の低下が必要であり、このために大直径で高抵抗率のシリコンウエーハが必要となる。また、信号の伝送ロスやショットキーバリアダイオードにおける寄生容量の低下に高抵抗率の基板を用いることの効果が報告されている。そのため、CZ法で高抵抗率(少なくとも100Ω・cm)のウエーハを製造する方法が必要とされている。
しかし、CZ法では、石英製のルツボを使用していることからシリコン結晶中に酸素(格子間酸素)が少なからず混入する。このような酸素原子は通常単独では電気的に中性であるが、350〜500℃程度の低温熱処理が施されると複数個の原子が集まって電子を放出して電気的に活性な酸素ドナーとなる。そのため、CZ法により得られたウエーハに、後にデバイス工程等で350〜500℃程度の熱処理が施されると、この酸素ドナーの形成により高抵抗率CZウエーハの抵抗率が低下してしまう問題がある。
この点を解消するために、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶棒を育成してウエーハに加工し、そのウエーハに酸素析出熱処理を行なって、ウエーハ中の残留格子間酸素濃度を8ppma以下とするシリコンウエーハの製造方法(例えば、特許文献1参照。)が提供されている。この製造方法では、チョクラルスキー法により、100Ω・cm以上の高抵抗率であって、初期格子間酸素濃度が10〜25ppma(JEIDA:日本電子工業振興協会)の高酸素濃度のシリコンウエーハを作製して、この高抵抗率CZウエーハに対し酸素析出熱処理を行ない、残留格子間酸素濃度を8ppma以下の低酸素濃度とすることにより、シリコンウエーハの格子間酸素を析出させて、電気的に活性な酸素ドナーとなることを防ぎ、ウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができるとしている。
しかし、この方法によれば高抵抗のウェーハが得られるものの、このウェーハを用いて高抵抗のバルク層を有するSIMOX基板を得ることができない不具合があった。即ち、SIMOX基板は、シリコンウェーハの内部に高濃度の酸素イオンを注入した後、高温でアニール処理してこのシリコンウェーハの表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層を形成し、その表面側のSi層を活性領域とさせた基板である。そして、具体的な値を示すと、従来0.4×1018/cm2〜18×1018/cm2程度の高濃度の酸素イオンを注入した後、アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で1300〜1350℃で5〜6時間アニール処理していた。従って、酸素析出熱処理を行なったウェーハを用いてSIMOX基板を得ると、アニール処理時における高温下で酸素析出物が分解し、格子間酸素としてシリコン結晶中に再び混入してしまう不具合があった。これらの酸素原子は後のデバイス工程で行われる350〜500℃程度の低温熱処理で活性な酸素ドナーとなり、そのデバイス工程の低温熱処理でそのウエーハの抵抗率が低下してしまう問題がある。
一方、デバイス工程の高温熱処理の過程でウェーハ内に酸素析出物が形成されるように、シリコン単結晶基板に酸素イオンを高エネルギで加速して注入したのち、基板を水素雰囲気または酸素を少量含む窒素含有ガス雰囲気中で、1200〜1300°Cの温度で6〜12時間の熱処理を施したのち、更に、低温から高温へ段階的または連続的に温度を上昇させて熱処理を施す半導体基板の製造方法(例えば、特許文献2参照。)が提案されている。この製造方法では、SIMOX基板を得るために行われるアニール処理時に酸素析出物が分解してシリコン結晶中に混入した格子間酸素を、その後に行う熱処理により酸素析出核としておくものである。このようにして得られたSIMOX基板における酸素析出核は、その後のデバイス工程で行われる高温熱処理によって酸素析出物に成長し、十分なゲッタリング効果を得ることができる。
再公表特許WO00/55397号公報(特許請求の範囲)
特開平7−193072号公報(特許請求の範囲)
しかし、上述のようにSIMOX基板に酸素析出核を形成しておいて、その後のデバイス工程における高温熱処理でその酸素析出核を酸素析出物にする基板では、初期に準備されるウェーハが高抵抗ウェーハでなく、このウェーハを熱処理したとしてもバルク層の高抵抗化は図られない不具合がある。また、埋込み酸化層形成後に酸素析出核形成のための熱処理を行うだけであって、酸素析出物に成長させる熱処理を行っていないことから、デバイス工程で酸素析出物にならない場合にはウエーハの抵抗率が低下してしまう問題点がある。特に近年におけるデバイスプロセスでの熱処理温度は1000℃以下の低温化の傾向にあり、酸素析出物が十分に形成されず残留酸素濃度も十分に低減されずバルク層の高抵抗化が図られない場合が多いものと考えられる。
本発明の目的は、高抵抗であって、デバイス工程における抵抗率の低下を防ぐことができるSIMOX基板及びその製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、高抵抗であって、デバイス工程における抵抗率の低下を防ぐことができるSIMOX基板及びその製造方法を提供することにある。
請求項1に係る発明は、図1(a)及び(e)に示すように、CZシリコンウェーハ11内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ11表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層12が形成され、ウェーハ11表面にSOI層13が形成されたSIMOX基板の改良である。
その特徴ある構成は、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であることを特徴とする。
この請求項1に記載されたSIMOX基板では、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるので、高抵抗率の基板である。そしてバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3以下であるので、デバイス工程においてシリコンウエーハ11の格子間酸素が電気的に活性な酸素ドナーとなっても、その濃度は低いため、ウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができる。
その特徴ある構成は、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であることを特徴とする。
この請求項1に記載されたSIMOX基板では、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるので、高抵抗率の基板である。そしてバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3以下であるので、デバイス工程においてシリコンウエーハ11の格子間酸素が電気的に活性な酸素ドナーとなっても、その濃度は低いため、ウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、バルク層14の炭素濃度が5×1015〜5×1017atoms/cm3であることを特徴とする。
この請求項2に記載されたSIMOX基板では。デバイス工程において生じる酸素ドナーの濃度を十分に低くすることができ、ウエーハの抵抗率の低下を有効に防ぐことができる。
この請求項2に記載されたSIMOX基板では。デバイス工程において生じる酸素ドナーの濃度を十分に低くすることができ、ウエーハの抵抗率の低下を有効に防ぐことができる。
請求項3に係る発明は、図1に示すように、100Ωcm以上の抵抗率と13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有するCZシリコンウェーハ11内部に酸素イオンを注入する工程と、ウェーハ11を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、1250〜1400℃の温度で第1次熱処理することにより、ウェーハ表面及び裏面に酸化膜11a,11bを形成し、ウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層12を形成し、酸化膜11aと埋込みシリコン酸化層12との間にSOI層13を形成する工程と、第1次熱処理したウェーハ11を酸化膜11a,11bを残した状態又は酸化膜11a,11bを除去した状態で窒素含有ガス雰囲気中、第2次熱処理することにより、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14に酸素析出核を形成する工程と、第2次熱処理したウェーハ11を窒素含有ガス雰囲気中で第3次熱処理することにより、バルク層14に形成された酸素析出核を酸素析出物に成長させてバルク層14中の残留酸素濃度を13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下に低減する工程と、第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bを除去する工程とを含むSIMOX基板の製造方法である。
この請求項3に記載されたSIMOX基板の製造方法では、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を得ることができる。
この請求項3に記載されたSIMOX基板の製造方法では、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を得ることができる。
請求項4に係る発明は、請求項3に係る発明であって、酸素イオン注入前のCZシリコンウェーハ11が炭素ドープウェーハであって、ウェーハ11が5×1015〜5×1017atoms/cm3(ASTM F123−1981)の炭素濃度を有し、第2次熱処理が600〜1000℃の温度で3時間以上行われ、第3次熱処理が900〜1100℃の温度で2時間以上行われることを特徴とする。
この請求項4に記載されたSIMOX基板の製造方法では、抵抗率を低下させる酸素ドナーのデバイス工程における生成を抑制することができる。この原因は明確に解明されていないが、以下のように考えられている。
この請求項4に記載されたSIMOX基板の製造方法では、抵抗率を低下させる酸素ドナーのデバイス工程における生成を抑制することができる。この原因は明確に解明されていないが、以下のように考えられている。
即ち、酸素ドナーは酸素原子が4〜20個集合したOnクラスターであり、400〜500℃で生成する。この請求項3に係る発明では、炭素ドープウェーハを用いるので、電気的に不活性な酸素ドナーの前駆体であるO2クラスターにドープされた炭素が捕獲され、C−O2クラスターが生成する。この為、それ以降の電気的に活性なOn(n≧4)クラスターの生成が抑制される。そしてウェーハ11が5×1015〜5×1017atoms/cm3の炭素濃度を有するので、酸素ドナーの生成を十分に抑制することができる。
また、炭素ドープウェーハ11の第2次熱処理は600〜1000℃の温度で3時間以上行われ、第3次熱処理が900〜1100℃の温度で2時間以上行われるので、比較的小さなサイズの酸素ドナーや第2熱処理時に生成する酸素析出物の初期形態と考えられるニュードナーが、その後の第3熱処理によって成長又は分解して不活性化するため、酸素ドナーの生成を有効に抑制することができる。
また、炭素ドープウェーハ11の第2次熱処理は600〜1000℃の温度で3時間以上行われ、第3次熱処理が900〜1100℃の温度で2時間以上行われるので、比較的小さなサイズの酸素ドナーや第2熱処理時に生成する酸素析出物の初期形態と考えられるニュードナーが、その後の第3熱処理によって成長又は分解して不活性化するため、酸素ドナーの生成を有効に抑制することができる。
請求項5に係る発明は、請求項4に係る発明であって、第2次熱処理が600〜1000℃の温度範囲内の一定の温度で3時間以上保持することにより行われることを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項4に係る発明であって、第2次熱処理が600℃から1000℃の一部の温度範囲又は全ての温度範囲において1℃/分以上の速度で昇温することにより行われることを特徴とする。
この請求項5及び請求項6に記載されたSIMOX基板の製造方法では、ドープされた炭素をO2クラスターに十分に捕獲させることができ、酸素ドナーの生成を有効に抑制することができる。
請求項6に係る発明は、請求項4に係る発明であって、第2次熱処理が600℃から1000℃の一部の温度範囲又は全ての温度範囲において1℃/分以上の速度で昇温することにより行われることを特徴とする。
この請求項5及び請求項6に記載されたSIMOX基板の製造方法では、ドープされた炭素をO2クラスターに十分に捕獲させることができ、酸素ドナーの生成を有効に抑制することができる。
請求項7に係る発明は、請求項3に係る発明であって、酸素イオン注入前のCZシリコンウェーハ11が炭素非ドープウェーハであって、第2次熱処理が600〜1000℃の温度で5時間以上行われ、第3次熱処理が600〜1100℃の温度で2時間以上行われることを特徴とする。
この請求項7に記載されたSIMOX基板の製造方法では、CZシリコンウェーハ11が炭素非ドープウェーハであるため、酸素ドナーの前駆体であるO2クラスターに炭素を捕獲させて電気的に活性なOn(n≧4)クラスターの生成を抑制することができない。しかし、この請求項6に記載されたSIMOX基板の製造方法では、第2次熱処理が600〜1000℃の温度で5時間以上行われ、第3次熱処理が600〜1100℃の温度で2時間以上行われるので、格子間酸素は比較的多量に酸素析出物として析出し、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を得ることができる。この結果、デバイス工程においてバルク層14に酸素ドナーが大量に生成されることは回避され、酸素ドナーが大量に生成されることに起因するウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができる。
ここで、この明細書において「CZシリコンウェーハ」とは、CZ法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをスライスすることにより作製されたウェーハをいうものとする。
この請求項7に記載されたSIMOX基板の製造方法では、CZシリコンウェーハ11が炭素非ドープウェーハであるため、酸素ドナーの前駆体であるO2クラスターに炭素を捕獲させて電気的に活性なOn(n≧4)クラスターの生成を抑制することができない。しかし、この請求項6に記載されたSIMOX基板の製造方法では、第2次熱処理が600〜1000℃の温度で5時間以上行われ、第3次熱処理が600〜1100℃の温度で2時間以上行われるので、格子間酸素は比較的多量に酸素析出物として析出し、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を得ることができる。この結果、デバイス工程においてバルク層14に酸素ドナーが大量に生成されることは回避され、酸素ドナーが大量に生成されることに起因するウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができる。
ここで、この明細書において「CZシリコンウェーハ」とは、CZ法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをスライスすることにより作製されたウェーハをいうものとする。
本発明のSIMOX基板では、埋込みシリコン酸化層より下方のバルク層の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下、好ましくは7×1017〜10×1017atoms/cm3であって、バルク層の抵抗率が100Ωcm以上であるので、デバイス工程においてシリコンウエーハの格子間酸素が電気的に活性な酸素ドナーとなっても、その濃度は低いため、ウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができる。
そして、100Ωcm以上の抵抗率と13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有するシリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入する工程と、ウェーハを酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、1250〜1400℃の温度で第1次熱処理することにより、ウェーハ表面及び裏面に酸化膜を形成し、ウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層を形成し、酸化膜と埋込みシリコン酸化層との間にSOI層を形成する工程と、第1次熱処理したウェーハを酸化膜を残した状態又は酸化膜を除去した状態で窒素含有ガス雰囲気中、第2次熱処理することにより、埋込みシリコン酸化層より下方のバルク層に酸素析出核を形成する工程と、第2次熱処理したウェーハを第3次熱処理することにより、バルク層に形成された酸素析出核を酸素析出物に成長させてバルク層中の残留酸素濃度を13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下に低減する工程と、第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜を除去する工程とを含むSIMOX基板の製造方法であれば、埋込みシリコン酸化層より下方のバルク層の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を比較的容易に得ることができる。
そして、100Ωcm以上の抵抗率と13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有するシリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入する工程と、ウェーハを酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、1250〜1400℃の温度で第1次熱処理することにより、ウェーハ表面及び裏面に酸化膜を形成し、ウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層を形成し、酸化膜と埋込みシリコン酸化層との間にSOI層を形成する工程と、第1次熱処理したウェーハを酸化膜を残した状態又は酸化膜を除去した状態で窒素含有ガス雰囲気中、第2次熱処理することにより、埋込みシリコン酸化層より下方のバルク層に酸素析出核を形成する工程と、第2次熱処理したウェーハを第3次熱処理することにより、バルク層に形成された酸素析出核を酸素析出物に成長させてバルク層中の残留酸素濃度を13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下に低減する工程と、第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜を除去する工程とを含むSIMOX基板の製造方法であれば、埋込みシリコン酸化層より下方のバルク層の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を比較的容易に得ることができる。
この場合、酸素イオン注入前のシリコンウェーハが炭素ドープウェーハであって、ウェーハが5×1015〜5×1017atoms/cm3(ASTM F123−1981)の炭素濃度を有するようにすれば、電気的に不活性な酸素ドナーの前駆体であるO2クラスターにドープされた炭素が捕獲され、C−O2クラスターが生成して酸素ドナーの生成を十分に抑制することができる。また、炭素ドープウェーハの第2次熱処理を600〜1000℃の温度で3時間以上行い、第3次熱処理が900〜1100℃の温度で2時間以上行うことにより、比較的小さなサイズの酸素ドナーや第2熱処理時に生成する酸素析出物の初期形態と考えられるニュードナーが、その後の第3熱処理によって成長又は分解して不活性化させることができ、酸素ドナーの生成を有効に抑制することができる。そして、第2次熱処理が600〜1000℃の温度範囲内の一定の温度で3時間以上保持するか、或いは、第2次熱処理が600℃から1000℃の一部の温度範囲又は全ての温度範囲において1℃/分以上の速度で昇温することにより行われれば、埋込みシリコン酸化層より下方のバルク層に酸素析出核を有効に形成することができる。
逆に、酸素イオン注入前のシリコンウェーハが炭素非ドープウェーハである場合には、第2次熱処理を600〜1000℃の温度で5時間以上行い、第3次熱処理を600〜1100℃の温度で2時間以上行うことにより、比較的多くの格子間酸素を酸素析出物として析出させることができ、シリコンウェーハが炭素非ドープウェーハであっても、埋込みシリコン酸化層より下方のバルク層の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を得ることができる。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明は、CZシリコンウェーハ11内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ11表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層が形成され、そのウェーハ11表面にSOI層が形成されたSIMOX基板に関するものである。そして、図1に示すように、本発明におけるSIMOX基板の製造方法は、酸素イオンを注入した後のウェーハ11を3段階に熱処理し、その後研磨するものである。これらの各工程を以下に示す。
本発明は、CZシリコンウェーハ11内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ11表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層が形成され、そのウェーハ11表面にSOI層が形成されたSIMOX基板に関するものである。そして、図1に示すように、本発明におけるSIMOX基板の製造方法は、酸素イオンを注入した後のウェーハ11を3段階に熱処理し、その後研磨するものである。これらの各工程を以下に示す。
(1)酸素イオン注入工程
先ず図1(a)に示すように、CZシリコンウェーハ11を準備してこのウェーハ11に酸素イオンを注入する。準備するCZシリコンウェーハ11は100Ωcm以上の抵抗率と13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有するものが準備される。抵抗率が100Ωcm以上であることを必要とするのは、本発明の目的が、高抵抗のバルク層14を得ることにあるからである。また、本発明のシリコンウェーハは磁場印加CZ法(MCZ法)のような格子間酸素濃度を低下させるCZ法ではなく、通常のCZ法であるため、酸素濃度は13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の範囲にある。この抵抗率は、500Ωcm以上であることが好ましく、この抵抗率の上限は1000Ωcm以下であることが好ましい。
先ず図1(a)に示すように、CZシリコンウェーハ11を準備してこのウェーハ11に酸素イオンを注入する。準備するCZシリコンウェーハ11は100Ωcm以上の抵抗率と13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有するものが準備される。抵抗率が100Ωcm以上であることを必要とするのは、本発明の目的が、高抵抗のバルク層14を得ることにあるからである。また、本発明のシリコンウェーハは磁場印加CZ法(MCZ法)のような格子間酸素濃度を低下させるCZ法ではなく、通常のCZ法であるため、酸素濃度は13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の範囲にある。この抵抗率は、500Ωcm以上であることが好ましく、この抵抗率の上限は1000Ωcm以下であることが好ましい。
この準備するシリコンウェーハ11は炭素ドープウェーハ11であることが好ましい。この場合のウェーハ11は5×1015〜5×1017atoms/cm3の炭素濃度を有することが好ましい。このような炭素ドープウェーハ11であれば、電気的に不活性な酸素ドナーの前駆体であるO2クラスターにドープされた炭素が捕獲され、C−O2クラスターが生成され、バルク層14における抵抗率を低下させる酸素ドナーの生成を十分に抑制することができる。
そして準備されたこのようなシリコンウェーハ11の内部に酸素イオンを注入する。この酸素イオンの注入は従来から行われている手段と同一の手段により行われる。そして、最終的に得られたSIMOX基板におけるSOI層13の厚さが10〜400nm、好ましくは50〜100nmになるように、ウェーハ11表面から所定の深さの領域に酸素イオンが注入される。SOI層13の厚さが10nm未満であるとSIO層13の厚さを制御することが困難であり、SOI層13の厚さが400nmを越えると生産コストの上昇を招く不具合がある。
(2)第1熱処理工程
次に図1(b)に示すように、酸素イオンが注入されたウェーハ11を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、1250〜1400℃の温度で第1次熱処理する。不活性ガスとしてはアルゴンガスや窒素ガスが挙げられる。従って、この第1次熱処理のガス雰囲気は、酸素とアルゴンの混合ガス、又は酸素と窒素の混合ガスであることが好ましい。そして、この第1次熱処理の熱処理時間は1〜20時間、好ましくは10〜20時間であることが好ましい。
この第1次熱処理により、ウェーハ11表面及び裏面には酸化膜11a,11bが形成され、ウェーハ11表面から所定の深さの領域には埋込みシリコン酸化層12が形成される。更に、表側の酸化膜11aと埋込みシリコン酸化層12との間にはSOI層13が形成される。
次に図1(b)に示すように、酸素イオンが注入されたウェーハ11を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、1250〜1400℃の温度で第1次熱処理する。不活性ガスとしてはアルゴンガスや窒素ガスが挙げられる。従って、この第1次熱処理のガス雰囲気は、酸素とアルゴンの混合ガス、又は酸素と窒素の混合ガスであることが好ましい。そして、この第1次熱処理の熱処理時間は1〜20時間、好ましくは10〜20時間であることが好ましい。
この第1次熱処理により、ウェーハ11表面及び裏面には酸化膜11a,11bが形成され、ウェーハ11表面から所定の深さの領域には埋込みシリコン酸化層12が形成される。更に、表側の酸化膜11aと埋込みシリコン酸化層12との間にはSOI層13が形成される。
(3)第2熱処理工程
次に図1(c)に示すように、第1次熱処理したウェーハ11を酸化膜11a,11bを残した状態で又は酸化膜11a,11bを除去した状態で窒素含有ガス雰囲気中、第2次熱処理する。酸化膜11a,11bを残した状態で第2次熱処理を行うと、SOI層13の厚さが減少したり、ばらつきを生じずに好ましい。この理由は、第一に酸化性ガス雰囲気中で第2次熱処理を行うと、酸化膜11a、11bが更に成長することにより、ウェーハ表面のシリコンが消費され、第二に水素やアルゴンガス雰囲気中で第2次熱処理を行うと、酸化膜11a、11bが除去され、続いてSOI層がエッチングされてしまうからである。
一方、SOI層13の厚さが比較的厚い場合にはSOI層13の厚さが減少しても所定の厚さのSOI層13が得られるので、酸化膜11a,11bを除去した状態で第2次熱処理を行っても良い。この第2次熱処理のガス雰囲気は窒素ガス100%が好ましく、窒素ガスに少量の酸素ガス(3%程度)を混合したガス雰囲気であっても良い。
次に図1(c)に示すように、第1次熱処理したウェーハ11を酸化膜11a,11bを残した状態で又は酸化膜11a,11bを除去した状態で窒素含有ガス雰囲気中、第2次熱処理する。酸化膜11a,11bを残した状態で第2次熱処理を行うと、SOI層13の厚さが減少したり、ばらつきを生じずに好ましい。この理由は、第一に酸化性ガス雰囲気中で第2次熱処理を行うと、酸化膜11a、11bが更に成長することにより、ウェーハ表面のシリコンが消費され、第二に水素やアルゴンガス雰囲気中で第2次熱処理を行うと、酸化膜11a、11bが除去され、続いてSOI層がエッチングされてしまうからである。
一方、SOI層13の厚さが比較的厚い場合にはSOI層13の厚さが減少しても所定の厚さのSOI層13が得られるので、酸化膜11a,11bを除去した状態で第2次熱処理を行っても良い。この第2次熱処理のガス雰囲気は窒素ガス100%が好ましく、窒素ガスに少量の酸素ガス(3%程度)を混合したガス雰囲気であっても良い。
また、第2次熱処理は600〜1000℃の温度で3時間以上行われることが好ましい。この第2次熱処理は650〜750℃の温度で4時間以上行われることが更に好ましい。この場合、この第2次熱処理は一定の温度で3時間以上好ましくは4〜8時間保持するか、或いは、600℃から1000℃の一部の温度範囲又は全ての温度範囲において1℃/分以上の速度、好ましくは1〜2℃/分の速度で昇温することにより行われることが好ましい。
そして、この第2次熱処理の熱処理条件は、デバイス工程での配線工程における熱処理条件により具体的に特定される。例えば、デバイス工程での配線工程における熱処理条件が450℃で12時間であるような比較的厳しい場合に、この第2熱処理条件は650〜750℃の温度で8〜16時間であることが好ましく、デバイス工程での配線工程における熱処理条件が400℃で1時間であるような比較的弛やかな場合に、この第2熱処理条件は650〜750℃の温度で4〜8時間であることが好ましい。
この第2熱処理により、炭素ドープウェーハ11を用いる場合には、電気的に不活性な酸素ドナーの前駆体であるO2クラスターにドープされた炭素が捕獲され、C−O2クラスターが生成され電気的に活性なOn(n≧4)クラスターの生成が抑制される。
そして、この第2次熱処理の熱処理条件は、デバイス工程での配線工程における熱処理条件により具体的に特定される。例えば、デバイス工程での配線工程における熱処理条件が450℃で12時間であるような比較的厳しい場合に、この第2熱処理条件は650〜750℃の温度で8〜16時間であることが好ましく、デバイス工程での配線工程における熱処理条件が400℃で1時間であるような比較的弛やかな場合に、この第2熱処理条件は650〜750℃の温度で4〜8時間であることが好ましい。
この第2熱処理により、炭素ドープウェーハ11を用いる場合には、電気的に不活性な酸素ドナーの前駆体であるO2クラスターにドープされた炭素が捕獲され、C−O2クラスターが生成され電気的に活性なOn(n≧4)クラスターの生成が抑制される。
(4)第3熱処理工程
次に図1(d)に示すように、第2次熱処理したウェーハ11を第3次熱処理する。この第3次熱処理は窒素含有ガス雰囲気中で、900〜1100℃の温度で2時間以上行われることが好ましい。酸化膜を残した状態で第3次熱処理する理由は、第2次熱処理の場合と同じである。そして、この第3次熱処理の温度は950〜1050℃であることが更に好ましく、その熱処理時間は4〜8時間であることが更に好ましい。また、酸化膜を除去した状態で第3次熱処理を行う場合には、第3次熱処理の雰囲気は窒化珪素膜の形成を防止するため、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合したガス雰囲気が好ましい。
次に図1(d)に示すように、第2次熱処理したウェーハ11を第3次熱処理する。この第3次熱処理は窒素含有ガス雰囲気中で、900〜1100℃の温度で2時間以上行われることが好ましい。酸化膜を残した状態で第3次熱処理する理由は、第2次熱処理の場合と同じである。そして、この第3次熱処理の温度は950〜1050℃であることが更に好ましく、その熱処理時間は4〜8時間であることが更に好ましい。また、酸化膜を除去した状態で第3次熱処理を行う場合には、第3次熱処理の雰囲気は窒化珪素膜の形成を防止するため、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合したガス雰囲気が好ましい。
そして、この第3次熱処理の熱処理条件は、デバイス工程での配線工程における熱処理条件により具体的に特定される。例えば、デバイス工程での配線工程における熱処理条件が450℃で12時間であるような場合に、この第3次熱処理条件は950〜1050℃の温度で6〜8時間であることが好ましく、デバイス工程での配線工程における熱処理条件が400℃で1時間であるような場合に、この第3次熱処理条件は950〜1050℃の温度で2〜4時間であることが好ましい。この第3次熱処理のガス雰囲気は窒素ガス100%が好ましく、窒素ガスに少量の酸素ガス(3%程度)を混合したガス雰囲気であっても良い。
これにより、比較的小さなサイズの酸素ドナーや第2次熱処理時に生成する酸素析出物の初期形態と考えられるニュードナーが、この第3次熱処理によって成長又は分解して不活性化する。このため、酸素ドナーの生成は有効に抑制される。
これにより、比較的小さなサイズの酸素ドナーや第2次熱処理時に生成する酸素析出物の初期形態と考えられるニュードナーが、この第3次熱処理によって成長又は分解して不活性化する。このため、酸素ドナーの生成は有効に抑制される。
(5)酸化膜11a,11b除去工程
最後に図1(e)に示すように、第3次熱処理したウェーハ11表面及び裏面の酸化膜11a,11bをフッ酸等により除去する。これにより、ウェーハ11表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層12が形成され、そのウェーハ11表面にSOI層13が形成されたSIMOX基板であって、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板が得られる。
このSIMOX基板では、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるので、高抵抗率の基板といえる。そしてバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であるので、デバイス工程においてシリコンウエーハ11の格子間酸素が電気的に活性な酸素ドナーとなっても、その濃度は低いため、ウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができる。
最後に図1(e)に示すように、第3次熱処理したウェーハ11表面及び裏面の酸化膜11a,11bをフッ酸等により除去する。これにより、ウェーハ11表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層12が形成され、そのウェーハ11表面にSOI層13が形成されたSIMOX基板であって、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板が得られる。
このSIMOX基板では、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるので、高抵抗率の基板といえる。そしてバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であるので、デバイス工程においてシリコンウエーハ11の格子間酸素が電気的に活性な酸素ドナーとなっても、その濃度は低いため、ウエーハの抵抗率の低下を防ぐことができる。
なお、上述した実施の形態では、シリコンウェーハ11が炭素ドープウェーハである場合を説明したが、酸素イオン注入前のシリコンウェーハ11は炭素非ドープウェーハ11であっても良い。但し、酸素イオン注入前のシリコンウェーハ11が炭素非ドープウェーハ11である場合には、第2次熱処理を600〜1000℃の温度で5時間以上行い、第3次熱処理を600〜1100℃の温度で2時間以上行うことが好ましい。このような条件であれば第2熱処理で埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14に酸素析出核が形成され、第3熱処理でバルク層14に形成された酸素析出核が酸素析出物に成長し、バルク層14中の残留酸素濃度は13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下に低減する。従って、シリコンウェーハ11が炭素非ドープウェーハであっても、埋込みシリコン酸化層12より下方のバルク層14の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、バルク層14の抵抗率が100Ωcm以上であるSIMOX基板を得ることができる。
次に、本発明の実施例を比較例とともに図面に基づいて詳しく説明する。
<実施例1>
図1(a)に示すように、500Ωcmの抵抗率と15×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有する厚さが725μmのCZシリコンウェーハ11を準備した。このウェーハ11を500〜600℃に加熱し、この状態でシリコンウェーハ11の所定の領域(例えば、基板表面から約0.4μmの領域)に次の条件で酸素イオン(O+)を注入した。
加速電圧: 170 keV
ビーム電流: 40〜50 mA
ドーズ量: 1.8×1018/cm2
イオン注入後に、図1(b)に示すように、ウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、700℃一定温度で、8時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ11を、図1(d)に示すように、窒素ガス100%雰囲気中、1000℃の一定温度で、8時間第3次熱処理を行った。その後この第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を実施例1とした。この熱処理条件を表1に示す。
<実施例1>
図1(a)に示すように、500Ωcmの抵抗率と15×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有する厚さが725μmのCZシリコンウェーハ11を準備した。このウェーハ11を500〜600℃に加熱し、この状態でシリコンウェーハ11の所定の領域(例えば、基板表面から約0.4μmの領域)に次の条件で酸素イオン(O+)を注入した。
加速電圧: 170 keV
ビーム電流: 40〜50 mA
ドーズ量: 1.8×1018/cm2
イオン注入後に、図1(b)に示すように、ウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、700℃一定温度で、8時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ11を、図1(d)に示すように、窒素ガス100%雰囲気中、1000℃の一定温度で、8時間第3次熱処理を行った。その後この第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を実施例1とした。この熱処理条件を表1に示す。
<実施例2>
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、600℃から1000℃の全ての温度範囲において1℃/分の速度で昇温することにより約7時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ11を、図1(d)に示すように、窒素ガス100%雰囲気中、1000℃の一定温度で、8時間第3次熱処理を行った。その後この第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を実施例2とした。この熱処理条件を表1に示す。
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、600℃から1000℃の全ての温度範囲において1℃/分の速度で昇温することにより約7時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ11を、図1(d)に示すように、窒素ガス100%雰囲気中、1000℃の一定温度で、8時間第3次熱処理を行った。その後この第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を実施例2とした。この熱処理条件を表1に示す。
<実施例3>
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、600℃から1000℃の一部の温度範囲において2℃/分の速度で昇温することにより約4時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ11を、図1(d)に示すように、窒素ガス100%雰囲気中、1000℃の一定温度で、8時間第3次熱処理を行った。その後この第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を実施例3とした。この熱処理条件を表1に示す。
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、600℃から1000℃の一部の温度範囲において2℃/分の速度で昇温することにより約4時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ11を、図1(d)に示すように、窒素ガス100%雰囲気中、1000℃の一定温度で、8時間第3次熱処理を行った。その後この第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を実施例3とした。この熱処理条件を表1に示す。
<比較例1>
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、700℃の一定温度で、8時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を比較例1とした。この熱処理条件を表1に示す。
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。その第1次熱処理したウェーハ11を、図1(c)に示すように、表面の酸化膜11a,11bを残した状態で窒素ガス100%雰囲気中、700℃の一定温度で、8時間第2次熱処理を行った。その後この第2次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を比較例1とした。この熱処理条件を表1に示す。
<比較例2>
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。この第1次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を比較例2とした。この熱処理条件を表1に示す。
実施例1と同一のCZシリコンウェーハ11を準備し、このウェーハ11に実施例1と同一の条件で酸素イオン(O+)を注入した。その後このウェーハ11をArとO2の混合ガス雰囲気中、1350℃の一定温度で、10時間第1次熱処理を行った。この第1次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜11a,11bをHF溶液で除去してSIMOX基板を得た。このSIMOX基板を比較例2とした。この熱処理条件を表1に示す。
<評価>
実施例1〜4及び比較例1,2の各SIMOX基板におけるバルク層の酸素濃度をフーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)により測定した。その結果を表1に示す。
実施例1〜4及び比較例1,2の各SIMOX基板におけるバルク層の酸素濃度をフーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)により測定した。その結果を表1に示す。
また、実施例1〜4及び比較例1,2の各SIMOX基板を450℃で1時間熱処理した。この熱処理により発生した酸素ドナー量を四探針法により抵抗率の変化を測定した。この熱処理による発生した酸素ドナー密度を図2に示す。
表1から明らかなように、シリコンウェーハを3段階に分けて熱処理を行った実施例1〜3におけるSIMOX基板では、そのバルク層の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下となって、高抵抗のSIMOX基板が得られることが分かる。
また、近年のデバイス工程における配線ではその熱処理が低温・短時間化され、ほぼ400℃以下で1時間以内であることから、SIMOX基板を450℃で1時間熱処理することはかなり厳しい条件と考えられる。しかし。図2の結果からすると、このように厳しい条件の場合でも、発生した酸素ドナーは比較的低い値を示しており、デバイス工程における抵抗率の低下を十分に防ぐことができるものと考えられる。
表1から明らかなように、シリコンウェーハを3段階に分けて熱処理を行った実施例1〜3におけるSIMOX基板では、そのバルク層の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下となって、高抵抗のSIMOX基板が得られることが分かる。
また、近年のデバイス工程における配線ではその熱処理が低温・短時間化され、ほぼ400℃以下で1時間以内であることから、SIMOX基板を450℃で1時間熱処理することはかなり厳しい条件と考えられる。しかし。図2の結果からすると、このように厳しい条件の場合でも、発生した酸素ドナーは比較的低い値を示しており、デバイス工程における抵抗率の低下を十分に防ぐことができるものと考えられる。
10 SIMOX基板
11 シリコンウェーハ
11a,11b 酸化膜
12 埋込みシリコン酸化層
13 SOI層
14 バルク層
11 シリコンウェーハ
11a,11b 酸化膜
12 埋込みシリコン酸化層
13 SOI層
14 バルク層
Claims (7)
- CZシリコンウェーハ(11)内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することにより前記ウェーハ(11)表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層(12)が形成され、前記ウェーハ(11)表面にSOI層(13)が形成されたSIMOX基板において、
前記埋込みシリコン酸化層(12)より下方のバルク層(14)の酸素濃度が13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下であって、前記バルク層(14)の抵抗率が100Ωcm以上であることを特徴とするSIMOX基板。 - バルク層(14)の炭素濃度が5×1015〜5×1017atoms/cm3である請求項1記載のSIMOX基板。
- 100Ωcm以上の抵抗率と13×1017〜18×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)の酸素濃度を有するCZシリコンウェーハ(11)内部に酸素イオンを注入する工程と、
前記ウェーハ(11)を酸素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中、1250〜1400℃の温度で第1次熱処理することにより、前記ウェーハ表面及び裏面に酸化膜(11a,11b)を形成し、前記ウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層(12)を形成し、前記酸化膜(11a)と前記埋込みシリコン酸化層(12)との間にSOI層(13)を形成する工程と、
前記第1次熱処理したウェーハ(11)を前記酸化膜(11a,11b)を残した状態で又は前記酸化膜(11a,11b)を除去した状態で窒素含有ガス雰囲気中、第2次熱処理することにより、前記埋込みシリコン酸化層(12)より下方のバルク層(14)に酸素析出核を形成する工程と、
前記第2次熱処理したウェーハ(11)を窒素含有ガス雰囲気中で第3次熱処理することにより、前記バルク層(14)に形成された酸素析出核を酸素析出物に成長させて前記バルク層(14)中の残留酸素濃度を13.5×1017atoms/cm3(ASTM F121−1979)以下に低減する工程と、
前記第3次熱処理したウェーハ表面及び裏面の酸化膜(11a,11b)を除去する工程と
を含むSIMOX基板の製造方法。 - 酸素イオン注入前のCZシリコンウェーハ(11)が炭素ドープウェーハであって、前記ウェーハ(11)が5×1015〜5×1017atoms/cm3(ASTM F123−1981)の炭素濃度を有し、第2次熱処理が600〜1000℃の温度で3時間以上行われ、第3次熱処理が900〜1100℃の温度で2時間以上行われる請求項3記載の製造方法。
- 第2次熱処理が600〜1000℃の温度範囲内の一定の温度で3時間以上保持することにより行われる請求項4記載の製造方法。
- 第2次熱処理が600℃から1000℃の一部の温度範囲又は全ての温度範囲において1℃/分以上の速度で昇温することにより行われる請求項4記載の製造方法。
- 酸素イオン注入前のCZシリコンウェーハ(11)が炭素非ドープウェーハであって、第2次熱処理が600〜1000℃の温度で5時間以上行われ、第3次熱処理が600〜1100℃の温度で2時間以上行われる請求項3記載の製造方法。
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- 2003-12-15 JP JP2003416923A patent/JP2005175390A/ja active Pending
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