JP2006032785A - Ｓｏｉ基板の製造方法及びｓｏｉ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できるＳＯＩ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 シリコン基板１に酸素イオンを注入した後、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行なってシリコン基板中に埋め込み酸化膜７を形成するＳＯＩ基板の製造方法であり、不活性ガスは、アルゴンと窒素とを含み、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＯＩ基板の製造方法及びＳＯＩ基板に係り、特に、シリコン基板に酸素イオンを注入した後、熱処理を行なってシリコン基板中に埋め込み酸化膜からなる絶縁層を形成したＳＯＩ基板に関する。

ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板は、シリコン支持体層、このシリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、そして、この絶縁層のシリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備えた構造を有している。このようなＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の製造方法の１つとして、シリコン基板に酸素イオンを注入した後、熱処理を行なってシリコン基板中に埋め込み酸化膜からなる絶縁層つまりＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法と称される方法が用いられている。現在、ＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法としては、２種類の方法が主に用いられている。

その１つは、シリコン基板に、加速エネルギー約１８０ｋｅＶで、約４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の酸素原子をイオン注入した後、酸素イオンのドーズ量により計算される理論的膜厚となる１％未満の酸素を含むアルゴン雰囲気中で熱処理し、さらに、１％以上の酸素を含むアルゴン雰囲気中で熱処理を行なうことでＢＯＸ層を厚膜化する方法である（例えば、特許文献１参照）。この方法で作製されたＳＯＩ基板つまりＳＩＭＯＸ基板は、ＩＴＯＸ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）−ＳＩＭＯＸと呼ばれている。

もう１つは、酸素イオン注入を２段階に分けて行う方法である（例えば、特許文献２参照）。１回目の酸素イオン注入は、シリコン基板を加熱して行い、続けて行なう２回目の酸素イオン注入は、シリコン基板の温度を室温程度に下げた状態で行う。１回目の酸素イオン注入では、シリコン基板を加熱した状態で行なうことで、シリコン基板表面を単結晶のまま維持している。そして、２回目の酸素イオン注入では、シリコン基板の温度を室温程度に下げた状態で行うことで、アモルファス層を形成している。これら２回のイオン注入の後、アルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で熱処理することで酸化処理を行い、ＳＯＩ構造を形成する。

この２回のイオン注入を行なう方法では、熱処理によって、２回目の酸素イオン注入で形成されたアモルファス層から多結晶、双晶、積層欠陥からなる高密度欠陥層が形成され、欠陥層が形成された領域は酸素の拡散が速いので、酸素イオンのドーズ量から理論的に予想される厚さの２倍程度の厚さまでＢＯＸ層を厚くできるため、ＢＯＸ層の絶縁耐圧を向上できる。この方法によって製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、ＭＬＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｌｏｗ Ｄｏｓｅ）ＳＩＭＯＸと呼ばれている。

また、熱処理を行なう雰囲気として、熱処理の昇温工程では窒素と酸素の混合ガスを使用し、熱処理の一定温度での保持工程以降では、アルゴンと酸素の混合ガスに切り換える方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この方法は、熱処理時の昇温工程と保持工程以降とで雰囲気のガスの種類を変えることにより、埋め込み酸化膜の形成の際に発生する格子間シリコン原子を原子空孔の注入により低減して欠陥を低減し、また、熱処理時にシリコン基板の内部で窒素が拡散し窒酸化物が形成されるのを防止することを意図したものである。

ところで、熱処理の雰囲気としては、以前は、不活性ガスとして窒素を用い、これに酸素を混合したガスが用いられていた。しかし、窒素と酸素の混合ガスを使用すると、シリコン基板の内部に窒素が拡散し窒酸化物が形成されてＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスが大きくなるなどの問題があった。このため、現在は、ＳＯＩ基板の表面のラフネスを低減するため、特許文献１及び２などに記載の方法のように、不活性ガスとしてアルゴンを用い、これに酸素を混合した混合ガスが用いられている。

ところが、アルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合でも、１１００℃以上の高温での熱処理では、ＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスが熱処理を行なう前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスと比較して大きくなってしまう。これは、酸化膜がＳｉＯとして昇華するためと考えられる。

また、本発明者らが、特許文献３に提案されているように、熱処理の昇温工程のガスに窒素と酸素の混合ガスを使用して、一定温度での保持工程以降のガスをアルゴンと酸素の混合ガスに切り換えてＭＬＤ−ＳＩＭＯＸを作製した結果、窒素の使用が熱処理の昇温工程のみであっても、窒素がシリコン基板の内部に拡散し、シリコン層表面のラフネスが大きくなってしまうことがわかった。

このように熱処理後にＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスが大きくなると、例えばＳＯＩ基板のシリコン層表面に付着した異物の検査における異物の検出精度が低下してしまうなど問題が生じ望ましくない。このため、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減し、熱処理前のラフネスにできるだけ近づけることが望まれている。

これに対して、酸素１００％の雰囲気で熱処理を行なう方法が提案されているが（例えば、特許文献４）、このような方法であれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減することが可能であると考えられる。

特開平７−２６３５３８号公報（第５−６頁、第１図） 米国特許第５９３０６４３号明細書（第５−６欄） 特開２００２−３１９６６６号公報（第３頁、第２図） 米国特許第５９３０６４３号明細書（第７−８欄）

ところが、ＳＩＭＯＸ法では、熱処理は、１１００℃以上、特に、良好なＢＯＸを形成するためには１３００℃以上で数時間行なわれるため、特許文献４のように、酸素１００％の雰囲気で熱処理を施すと、ＳＯＩ基板の表面に形成される酸化膜の厚みが１μｍ以上にもなる。ＳＯＩ基板の表面に形成される酸化膜の厚みが１μｍ以上になると、絶縁層を挟んでシリコン支持体層と反対側に形成されたシリコン層を残存させるため、酸素イオンの注入後にエピタキシャルシリコン層を形成する必要が生じるため、製造工程が増え、製造工程の複雑化、製造コストの増大などを招いてしまう。このため、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減することが必要となっている。

本発明の課題は、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減することにある。

本発明のＳＯＩ基板の製造方法は、シリコン基板に酸素イオンを注入した後、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行なってシリコン基板中に埋め込み酸化膜を形成し、不活性ガスは、アルゴンと窒素とを含むことにより上記課題を解決する。このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できる。

また、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを確実に低減できる。

さらに、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とする。このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できるので好ましい。

また、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とする。このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスも低減できるので好ましい。

さらに、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものである方法とする。このようなＳＯＩ基板の製造方法とすれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスもさらに低減できるので好ましい。

また、本発明のＳＯＩ基板は、シリコン支持体層、このシリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、及び、この絶縁層のシリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備え、このシリコン層表面の１μｍ角の測定領域のラフネスがＲＭＳ値で２Å以下である構成とする。これにより、ＳＯＩ基板の品質を向上できる。

また、シリコン層表面及びこのシリコン層と絶縁層との界面の１μｍ角の測定領域のラフネスが、各々、ＲＭＳ値で２Å以下である構成とする。これにより、ＳＯＩ基板の品質をより向上できる。

本発明によれば、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できる。

以下、本発明を適用してなるＳＯＩ基板の製造方法の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるＳＯＩ基板の製造方法を模式的に示すＳＯＩ基板の断面図である。図２は、ＳＯＩ基板のシリコン層表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。図３は、ＢＯＸ層とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。図４は、酸素のイオン注入を行なっていないシリコン基板のヘイズに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。

なお、本実施形態では、２回の酸素イオン注入を行なうＭＬＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｌｏｗ Ｄｏｓｅ）−ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法によりＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であるＳＩＭＯＸウェーハを形成する場合を例として説明している。しかし、本発明は、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法に限定されるものではなく、ＩＴＯＸ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）−ＳＩＭＯＸ法など他のＳＩＭＯＸ法にも適用できる。

本実施形態のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法を適用したＳＯＩ基板の製造方法では、図１に示すように、ＳＩＭＯＸウェーハとなるシリコン基板１に酸素イオンを注入する第１酸素イオン注入工程、第１酸素イオン注入工程後に行なわれる第２酸素イオン注入工程、そして、第２酸素イオン注入工程後に行なわれ熱処理工程を含んでいる。第１酸素イオン注入工程は、シリコン基板１を加熱した状態で、酸素イオンを注入する工程であり、シリコン基板１を加熱することで、シリコン基板１の表面を単結晶のまま維持し、酸素の高濃度層３を形成する。第２酸素イオン注入工程は、シリコン基板１の温度を室温程度に下げて酸素イオンを注入する工程であり、アモルファス層５を形成する。

熱処理工程では、酸素と不活性ガスの混合ガス雰囲気中で、熱処理温度を１１００℃以上、好ましくは１３００℃以上、例えば１３２０−１３５０℃に設定し、６−１２時間の酸化処理を施すことによって、埋め込み酸化膜からなる絶縁層つまりＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）層７を形成する。これにより、ＢＯＸ層７の一方の面側にシリコン層つまりＳＯＩ層９が、そして、ＢＯＸ層７の他方の面側にシリコン支持体層１１が形成されたＳＯＩ構造を有するＳＩＭＯＸウェーハ１３が形成される。このとき、熱処理工程による酸化処理時の酸素分圧や熱処理時間を調節することによって、ＳＩＭＯＸウェーハの表面に形成された表面酸化膜１５の厚さを調節することでＳＯＩ層９の厚さを制御する。

ここで、本実施形態では、熱処理工程において、酸素と混合する不活性ガスとして、アルゴンと窒素の混合ガスを用いている。本発明者らは、熱処理工程の雰囲気について検討した結果、酸素イオンを注入したシリコン基板に高温熱処理を施す工程において、不活性ガスとしてアルゴンと窒素の混合ガスを用い、これに酸素を混合した混合ガス雰囲気で熱処理を施せばラフネスを低減できることを見出した。これは、熱処理中の雰囲気中に窒素を含むことで、表面酸化膜１５が微量の窒素を含んだ状態となってＳｉＯの昇華が抑制され、さらに、雰囲気中にアルゴンを含むことで、窒酸化物の形成が抑制されるためと考えられる。

加えて、本発明者らは、熱処理工程を行なう雰囲気を形成する不活性ガスのアルゴンと窒素の混合割合によってラフネスを低減する効果が変化することも見出すと共に、アルゴンと窒素の混合割合によってＳＯＩ基板のＳＯＩ層表面のラフネスだけでなく、ＳＯＩ層とＢＯＸ層との界面のラフネスも低減できることも見出した。

したがって、本実施形態のＳＯＩ基板の製造方法では、熱処理後のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスを低減するため、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスとして、アルゴンと窒素の混合ガスを用いている。このとき、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。

さらに、熱処理後のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスを熱処理前のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネス以下に低減する必要がある場合には、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。

また、ＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスの低減に加え、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスも低減する必要がある場合には、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。

さらに、ＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスを熱処理前のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネス以下に低減するのに加え、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスもさらに低減する必要がある場合には、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものとしている。

一方、本実施形態のＳＯＩ基板の製造方法において、熱処理工程における雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下とすることで形成したＳＩＭＯＸウェーハ１３は、ＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域のラフネスがＲＭＳ値で２Å以下になっている。したがって、本実施形態のＳＩＭＯＸウェーハ１３のＳＯＩ層９表面のラフネスは、熱処理前のシリコン基板表面のラフネス以下になっている。

また、必要に応じ、ＳＩＭＯＸウェーハ１３は、ＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域のラフネスと、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域のラフネスとが、共に、ＲＭＳ値で２Å以下になっている。これは、製造時の熱処理工程における雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下とすることで達成できる。

なお、第1酸素イオン注入工程及び第２酸素イオン注入工程の手順及び加速エネルギーや酸素イオンのドーズ量などの条件、熱処理工程を行なうときの手順及び雰囲気中の酸素の含有量などは、従来と同様に行なわれ、また、決定している。

以下に、熱処理工程を行なう雰囲気を形成する不活性ガスのアルゴンと窒素の混合割合に対するＳＯＩ層９表面のラフネス、そして、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスについて検討した結果の一例を示す。従来のように、熱処理工程を行なう雰囲気としてアルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％アルゴンで窒素が０％の場合、図２に示すように、１μｍ角の測定領域におけるＳＯＩ層９表面のラフネスは、ＲＭＳ値で約３Åであった。しかし、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％以上５０％未満とすると、ＳＯＩ層９表面のラフネスはＲＭＳ値で３Åよりも小さくなり、ＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できた。

さらに、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を２０％以上４０％以下とすると、ＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスはＲＭＳ値で２Å以下となり、ＳＯＩ層９表面のラフネスを、熱処理工程前のシリコン基板１表面のラフネス以下に低減できた。これは、表面酸化膜１５に僅かに窒素を含むことによって、ＳｉＯの昇華が抑制されたためと考えられる。

これに対して、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が１％未満になると、不活性ガスが１００％アルゴンの場合と同様にＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できなかった。また、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が５０％以上になると、窒酸化物の形成が増大するためＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できず、不活性ガスが１００％窒素になるとＳＯＩ層９表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で約１５Åまで大きくなった。なお、図２に示した例では、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が５０％以上のときと、図３に白三角で示す、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときとは、ＳＯＩ層９表面のラフネスの状態がほぼ同じであった。つまり、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときの、１μｍ角の測定領域におけるＳＯＩ層９表面のラフネスは、ＲＭＳ値で約２.５Åであった。

一方、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスは、従来のように、熱処理工程を行なう雰囲気としてアルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％アルゴンで窒素が０％の場合、図３に示すように、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で約３Åであった。しかし、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％以上４０％未満とすると、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスはＲＭＳ値で３Åよりも小さくなり、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスを低減できた。

さらに、熱処理工程を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を２０％以上３０％以下とすると、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で２Å以下となり、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスを、さらに低減できた。

これに対して、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が１％未満になると、不活性ガスが１００％アルゴンの場合と同様にＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面のラフネスを低減できなかった。また、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合が４０％以上になると、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で３Å以上になった。なお、図３に示した例では、図３に白三角で示す、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときの、ＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスは、ＲＭＳ値で約４.６Åであった。このようなＳＯＩ層９とＢＯＸ層７との界面におけるラフネスの挙動は、前述したＳＯＩ層９表面のラフネスの場合と同様のメカニズムと考えられる。

また、不活性ガス中の窒素濃度が酸素をイオン注入していないシリコン基板のヘイズに及ぼす影響を検討した結果の一例を示す。なお、ヘイズ評価は、１μｍ角の測定領域におけるラフネスと同等の評価である。

アルゴンと酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％アルゴンで窒素が０％の場合、ＳＩＭＯＸ法の熱処理工程と同じ熱処理を施すと、熱処理前のシリコン基板のヘイズが０.０９ｐｐｍであったのに対し、ヘイズは約０.１５ｐｐｍになった。しかし、熱処理を行なう雰囲気中の不活性ガスをアルゴンと窒素の混合ガスとし、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％以上５０％未満とすると、熱処理後のヘイズを０.１５ｐｐｍよりも低減できた。さらに、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１０％以上３０％以下とすると、熱処理後のヘイズを０.１ｐｐｍ以下に低減できた。

これに対して、アルゴンと窒素の合計流量に対する窒素の流量の割合を１％未満に減少したとき、そして、５０％以上に増加したときヘイズは大きくなり、窒素と酸素の混合ガスを使用した場合、つまり、不活性ガスが１００％窒素の場合、ヘイズは約０.５５ｐｐｍまで大きくなった。なお、図４に示した例では、図４に白三角で示す、熱処理工程のうち、昇温工程では窒素と酸素の混合ガス雰囲気とし、一定温度での保持工程以降はアルゴンと酸素の混合ガスとしたときのヘイズは、約０.１５ｐｐｍであった。

このようなヘイズの挙動は、ＳＩＭＯＸウェーハの１μｍ角の測定領域におけるＳＯＩ層表面のラフネスの挙動と相関している。このため、不活性ガスとしてアルゴンと窒素の混合ガスの使用は、ＢＯＸ層の形成に伴うラフネスではなく、前述したように、アルゴンによるＳｉＯの昇華や、窒素による窒酸化物の形成に起因するラフネスを抑制するものと考えられる。

このように、本実施形態のＳＯＩ基板の製造方法では、熱処理工程の雰囲気中の不活性ガスとして、アルゴンと窒素の混合ガスを用いることによって、例えば酸素イオンの注入後にエピタキシャルシリコン層を形成する工程といったような工程を行なわずに、ＳＯＩ層９表面のラフネスを低減できる。したがって、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できる。

このとき、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものとすることによって、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを確実に低減できる。

さらに、製造工程を増やすことなく、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できることによって、製造コストの増加や製造工程の複雑化などを招くことなくラフネスを低減できる。

さらに、熱処理工程の雰囲気に含まれる不活性ガスであるアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下であれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できる。これにより、シリコン層表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスをＲＭＳ値で２Å以下に低減したＳＩＭＯＸウェーハつまりＳＯＩ基板を、低コストで作製できる。また、シリコン層表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスをＲＭＳ値で２Å以下に低減することによって、ＳＯＩ基板の品質を向上できる。

加えて、熱処理工程の雰囲気に含まれる不活性ガスであるアルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満であれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスも低減できる。

さらに、不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものであれば、熱処理後のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネスを熱処理前のＳＯＩ基板のシリコン層表面のラフネス以下に低減できるのに加え、埋め込み酸化膜とシリコン層との界面のラフネスもさらに低減できる。これにより、シリコン層表面と埋め込み酸化膜とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスを共にＲＭＳ値で２Å以下に低減したＳＩＭＯＸウェーハつまりＳＯＩ基板を、低コストで作製できる。また、シリコン層表面及びシリコン層表面と埋め込み酸化膜とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスを各々ＲＭＳ値で２Å以下に低減することによって、ＳＯＩ基板の品質をより向上できる。

また、本発明は、本実施形態に限らず、埋め込み酸化膜からなるＢＯＸ層を形成するための熱処理工程を行なう様々なＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法、及び、シリコン支持体層、このシリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、そして、この絶縁層のシリコン支持体層と反対側に設けられたシリコン層を備えている様々な構造のＳＯＩ基板に適用できる。

本発明を適用してなるＳＯＩ基板の製造方法の一実施形態を模式的に示すＳＯＩ基板の断面図である。 ＳＯＩ基板のシリコン層の表面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 ＳＯＩ基板のＢＯＸ層とシリコン層との界面の１μｍ角の測定領域におけるラフネスに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。 酸素のイオン注入を行なっていないシリコン基板のヘイズに及ぼす不活性ガス中の窒素濃度の影響を示す図である。

符号の説明

１ シリコン基板
３ 酸素の高濃度層
５ アモルファス層
７ ＢＯＸ層
９ ＳＯＩ層
１１ シリコン支持体
１３ ＳＩＭＯＸウェーハ
１５ 表面酸化膜

Claims (7)

1. シリコン基板に酸素イオンを注入した後、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行なって前記シリコン基板中に埋め込み酸化膜を形成するＳＯＩ基板の製造方法であり、
   前記不活性ガスは、アルゴンと窒素とを含むことを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
2. 前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上５０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
3. 前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上４０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
4. 前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が１％以上４０％未満でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
5. 前記不活性ガスは、アルゴンと窒素との合計流量に対する窒素の流量が２０％以上３０％以下でアルゴンと窒素とを混合したものであることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
6. シリコン支持体層、該シリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、及び、該絶縁層の前記シリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備えたＳＯＩ基板であり、
   前記シリコン層表面の１μｍ角の測定領域のラフネスがＲＭＳ値で２Å以下であることを特徴とするＳＯＩ基板。
7. シリコン支持体層、該シリコン支持体層の一面側に設けられた埋め込み酸化膜からなる絶縁層、及び、該絶縁層の前記シリコン支持体層側と反対側に設けられたシリコン層を備えたＳＯＩ基板であり、
   前記シリコン層表面及び該シリコン層と絶縁層との界面の１μｍ角の測定領域のラフネスが、各々、ＲＭＳ値で２Å以下であることを特徴とするＳＯＩ基板。

Images