JP2007208023A - Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の低下や品質の劣化を伴うことなく、膜厚の薄いＢＯＸ層を有するＳＩＭＯＸウェーハを得る。
【解決手段】シリコンウェーハ１１内部に第１イオン注入層１２を形成する工程と、アモルファス状態の第２イオン注入層１３を形成する工程と、ウェーハ１１を酸素含有雰囲気中、１３００℃以上シリコン融点未満の温度で６〜３６時間保持することにより、第１及び第２イオン注入層１２、１３をＢＯＸ層１５とする高温熱処理工程とを含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、高温熱処理の昇温時の雰囲気に０．１容積％以上１．０容積％未満の塩素を含むガスを混合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン単結晶本体に酸化膜を介して単結晶シリコン層が形成されたＳＯＩ(Silicon On Insulater)ウェーハを製造する方法のうち、ＳＩＭＯＸ(Separation by IMplanted OXygen)技術によるＳＩＭＯＸウェーハの製造方法に関するものである。

従来、ＳＯＩウェーハの製造方法には、２枚のシリコンウェーハを酸化膜を介して貼合せて形成する貼合せ法と、シリコンウェーハ表面から酸素（Ｏ₂ ⁺）イオンを注入して、ウェーハ内部の所定の深さの領域に高濃度の酸素層であるイオン注入層を形成し、ウェーハに熱処理を施してこのイオン注入層を埋込み酸化膜（Buried OXide：以下、ＢＯＸ層という。）とするＳＩＭＯＸ法が知られている。ＳＩＭＯＸ法により作製されるＳＯＩウェーハは特にＳＩＭＯＸウェーハとよばれる。

開発当初のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は高ドーズ技術によるものであった。この高ドーズＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハに酸素イオンを約２００ｋｅＶの注入エネルギで約２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入し、イオン注入したままの状態で（アズ・インプラ）、ウェーハ内部にＢＯＸ層を形成した後、高温のアニール処理を行うものである。これによりＳＯＩ層に発生した結晶欠陥を回復でき、ＢＯＸ層を改質でき、ＳＯＩ層とＢＯＸ層の間の界面を平坦化することができる。
しかし、この高ドーズ技術により得られたＳＩＭＯＸウェーハは酸素イオンドーズ量が多いため、ＳＯＩ層に貫通転位が多く発生し、またイオン注入時間が長く製造効率が悪いなどの問題があった。この貫通転位はデバイスを作製したときに、リーク電流やヘテロ界面の劣化をもたらし、デバイス性能の向上や機能性の発現を阻害するおそれがある。

そこで、ＳＯＩ層に発生する貫通転位の抑制及びイオン注入時間の短縮化をはかるために、低ドーズ技術が開発された。この低ドーズＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハの表面から、酸素イオンを約１８０ｋｅＶの注入エネルギで、約４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入した後、高温熱処理を行うことで連続なＢＯＸ層を形成するものである。シリコン表面に対し平行する面で連続するＢＯＸ層の形成は、注入エネルギが約１８０ｋｅＶの場合、ドーズ量が約４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の場合に限り可能である。このドーズ量はドーズ・ウィンドウと呼ばれる。この低ドーズ技術により得られたＳＩＭＯＸウェーハは、ＳＯＩ層の貫通転位密度を低減でき、注入時間の短縮化による製造効率を向上させることができる。
しかし、この低ドーズ技術により得られたＳＩＭＯＸウェーハは、酸素イオンドーズ量が少ないため、ＢＯＸ層の膜厚が薄くなり、ＢＯＸ層の信頼性が問題となる。また、形成されるＢＯＸ層の膜厚が薄い場合、イオン注入時にシリコンウェーハ表面にパーティクルが付着すると、このパーティクルがマスクとなってシリコンウェーハ内に形成されたイオン注入層に注入不能部分が生じ易い。イオン注入層はアニール処理によりＢＯＸ層となるが、イオン注入不能部分はＢＯＸ層の結晶欠陥の１種であるピンホールとなって電気絶縁性を低下させる。このピンホール密度の割合が高ドーズＳＩＭＯＸウェーハと比べ高いなどの問題があった。

そこで、ＢＯＸ層のピンホールの発生を抑制するために、ＩＴＯＸ(Internal Thermal OXidation)技術とよばれる、イオン注入されたシリコンウェーハにアニール処理を行った後、更に高温酸素雰囲気中で酸化処理を施すＳＯＩ基板の製造方法及びＳＯＩ基板が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に示される方法は、ウェーハ内に形成されたイオン注入層を濃度１．０％未満の酸素を含む不活性ガス雰囲気中でアニール処理を施し、ＢＯＸ層とした後、更にこのウェーハを濃度１％超の高濃度の酸素を含む雰囲気中で、高温熱処理を施すものである。高温熱処理により雰囲気中の高濃度の酸素が、ウェーハ表裏面から内部に拡散され、ＢＯＸ層界面部へＳｉＯ₂として滞留し積層されることで、ＢＯＸ層が成長し、ＢＯＸ層の厚膜化を行うことができる。このＩＴＯＸ技術により得られたＳＩＭＯＸウェーハは、ＳｉＯ₂がＢＯＸ層に積層されることで、ＢＯＸ層に発生したピンホールを補修し、ピンホール密度を低減できる。また、ＢＯＸ層とシリコンウェーハの界面の平方根平均ラフネス（Ｒｍｓ：Root mean square roughness）を改善することができる。その結果、デバイスの電気的特性を均質化できる。
しかし、このＩＴＯＸ技術により得られたＳＩＭＯＸウェーハでも、酸素イオンドーズ量が多いためイオン注入時間が長く、また、アニール処理に加え高温酸化処理が必要となるため、製造効率が悪く、生産性が低下するという問題があった。

そこで、イオン注入時間を短縮するために、ＭＬＤ(Modified Low Dose)技術とよばれる、アモルファス（非晶質）状態の層を含む２つのイオン注入層が形成されたウェーハに酸化処理を施すＳＯＩウェーハの製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２に示される方法は、ウェーハの温度を変えてイオン注入することで、ウェーハ内に高濃度の酸素層とアモルファス状態の層という状態の異なる２つのイオン注入層を形成し、混合ガス雰囲気中でウェーハに高温酸化処理を施すものである。

具体的にはシリコンウェーハを加熱した状態で、酸素イオンを１８５ｋｅＶの注入エネルギで２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入し、ウェーハ内部に高濃度の酸素層である第１イオン注入層を形成する。次にこのウェーハを冷却した状態で、酸素イオンを１８５ｋｅＶの注入エネルギで３×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入し、第１イオン注入層の上に連続した、アモルファス状態の第２イオン注入層を形成する。更にこのウェーハを酸素を含むアルゴン等の不活性雰囲気中で昇温した後、酸素４０％及びアルゴン６０％の割合の酸化雰囲気中で高温に保持する高温酸化処理を施す。この酸化雰囲気中での高温保持により第１イオン注入層はＢＯＸ層となる。また、第２イオン注入層は、第１イオン注入層との一部重複により、アモルファス状態の層の中に高濃度の酸素を含む。このため、不活性雰囲気中での昇温時には、第２イオン注入層は再結晶化が順調に進まず、多結晶、双晶、又は積層欠陥からなる高密度欠陥層となる。欠陥層が形成された領域は酸素が析出し易くなる。続いて酸化雰囲気中での高温保持時には雰囲気中の酸素がウェーハ表裏面から内方拡散して高密度欠陥層に集まって析出することにより、ＢＯＸ層を形成する。このため少量のイオンドーズ量で、その２倍の量を注入したときと同じ厚さのＢＯＸ層を有するＳＩＭＯＸウェーハを得ることができる。
特開平７−２６３５３８号公報（請求項１、請求項３、請求項６、段落［０００９］、［００１０］、［００２５］、［００２６］、図１） 米国特許第５９３０６４３号公報明細書（クレーム１、明細書１ページ右欄第２カラム５行目〜４３行目、Ｆｉｇ．１（ａ））

しかし、上記特許文献２に示される製造方法では、高温酸化処理での酸化雰囲気中の酸素が高密度欠陥層に析出し易く、デバイスメーカーが要求する膜厚の薄いＢＯＸ層を有するＳＩＭＯＸウェーハの製造が困難であった。
これには、高温酸化処理の温度を更に高温にすることで高密度欠陥層に析出した酸素を再溶解し、或いは酸化雰囲気中の酸素濃度を低下させることで高密度欠陥層に集まる酸素の量を減少させ、酸素析出量を抑えることによって膜厚の薄いＢＯＸ層を形成することができる。しかし現在の熱処理炉の性能上、１３５０℃を越えて高温処理を行うと高品質のＳＩＭＯＸウェーハを製造するのは困難であり、また、酸化雰囲気中の酸素濃度を低下させると、所定の膜厚を有するＳＯＩ層を得るには酸化処理時間が長くなってしまい、製造効率が悪くなり、生産性が低下するという問題があった。
本発明の目的は、生産性の低下や品質の劣化を伴うことなく、膜厚の薄いＢＯＸ層を有するＳＩＭＯＸウェーハ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に示すように、シリコンウェーハ１１を２００〜６００℃に加熱した状態で、ウェーハ１１表面から酸素イオンを５×１０¹⁶〜３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入して、ウェーハ１１内部の所定の深さに第１イオン注入層(12)を形成する工程と、第１イオン注入層１２を形成したウェーハ１１を室温〜２００℃に冷却した状態でウェーハ１１の表面から酸素イオンを１×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入してウェーハ１１内部の所定の深さに、ウェーハ１１表面側の第１イオン注入層１２に連続してアモルファス状態の第２イオン注入層１３を形成する工程と、ウェーハ１１を酸素含有雰囲気中、１３００℃以上シリコン融点未満の温度で６〜３６時間保持することにより、第１及び第２イオン注入層１２、１３をＢＯＸ層１５とする高温熱処理工程とをこの順に含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、高温熱処理の昇温時の雰囲気に０．１容積％以上１．０容積％未満の塩素を含むガス（ＨＣｌ、Ｃｌ₂、トリクロロエチレン、トリクロロエタン等）を混合するところにある。
この請求項１に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、高温熱処理の昇温時の雰囲気に０．１容積％以上１．０容積％未満の塩素を含むガスを混合することにより、生産性の低下や品質の劣化を伴うことなく、膜厚の薄いＢＯＸ層１５を有するＳＩＭＯＸウェーハを製造することができる。

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。
図１に示すように、本発明のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ１１（図１（ａ））表面から酸素イオンを注入してウェーハ１１内部に第１イオン注入層１２を形成する工程（図１（ｂ））と、このウェーハ１１表面から酸素イオンを注入してウェーハ１１表面側の第１イオン注入層１２に連続してアモルファス状態の第２イオン注入層１３を形成する工程（図１（ｃ））と、そのウェーハ１１を酸素含有雰囲気中で、熱処理を施して、第１及び第２イオン注入層１２、１３をＢＯＸ層１５とする高温熱処理工程（図１（ｄ））とを含む。
このＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を各工程別に以下に説明する。

＜第１イオン注入層形成工程＞
先ず、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１１表面から酸素イオンを注入してウェーハ１１内部に第１イオン注入層１２を形成する。図１（ａ）に示すシリコンウェーハ１１はチョクラルスキー法で製造されることが好適である。
第１イオン注入層１２の形成は、この単結晶シリコンからなるシリコンウェーハ１１をイオン注入装置（図示せず）に収容し、図３の（ａ）領域に示すように、装置内を２００〜６００℃、好ましくは３００〜５００℃に加熱した状態でウェーハ１１表面から酸素イオンを注入することにより行われる。上記装置内雰囲気は真空状態である。また、装置内温度を２００〜６００℃の範囲内に加熱することで、ウェーハ表面が単結晶シリコンのままイオンを注入でき、イオン注入によるダメージが回復されながら、高濃度の酸素層である第１イオン注入層ができる。２００℃未満ではイオン注入によるダメージが回復されないためイオン注入層にダメージが残り、６００℃を越えると脱ガス量が多いため装置内の真空度が低下するという不具合が発生する。

ここでの酸素イオンのドーズ量は５×１０¹⁶〜３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、好ましくは１×１０¹⁷〜１．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²である。ここでドーズ量を５×１０¹⁶〜３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²に限定したのは、５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²未満では、ドーズ量が少ないため、連続なＢＯＸ層の形成が困難であり、３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²を越えると後の高温熱処理時において形成されるＢＯＸ層１５が厚くなってしまうという不具合が生じるからである。
更に上記注入エネルギは４０〜２２０ｋｅＶ、好ましくは１４０〜１８０ｋｅＶである。ここで注入エネルギを４０〜２２０ｋｅＶに限定したのは、４０ｋｅＶ未満ではイオンの打ち込みが浅いために所定の膜厚のＳＯＩ層１６を形成することができないという不具合が生じ、２２０ｋｅＶを越えると特殊なイオン注入装置が必要になるからである。
これによりイオン注入層である第１イオン注入層１２がウェーハ表面から深さ１００〜６００ｎｍ、好ましくは３００〜４００ｎｍの位置にウェーハ表面と平行に形成される。

＜第２イオン注入層形成工程＞
次いで、図１（ｃ）に示すように、ウェーハ１１表面から酸素イオンを注入してウェーハ１１内部の所定の深さに、第１イオン注入層１２の上部界面に連続して、アモルファス状態の第２イオン注入層１３を形成する。
第２イオン注入層１３の形成は、第１イオン注入層１２が形成されたウェーハ１１を収容しているイオン注入装置（図示せず）の装置内温度を図３の（ｂ）領域に示すように、室温〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃に冷却した状態で、ウェーハ１１表面から酸素イオンを注入することにより行われる。また、装置内温度を室温〜２００℃の範囲内に冷却することで、特に室温の２０〜３０℃の範囲内では、イオン注入によるダメージが回復しないまま残り、そのダメージが積み重なることで単結晶状態が完全に破壊されて第２イオン注入層１３がアモルファス状態になる。また、特に１００〜１５０℃の範囲では形成される第２イオン注入層１３の厚さが薄くなる。

ここでの酸素イオンのドーズ量は１×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、好ましくは１×１０¹⁵〜１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²である。第２イオン注入層１３は、第１イオン注入層１２の上部と重複する。このため、連続したＢＯＸ層を形成することができる。ここでドーズ量を１×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²に限定したのは、１×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ²未満ではアモルファス状態の第２イオン注入層１３が形成されないという不具合が生じ、１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²を越えると第２イオン注入層１３の厚さが厚くなるという不具合が生じるからである。
更に、上記エネルギは４０〜２２０ｋｅＶ、好ましくは１４０〜１８０ｋｅＶである。ここで注入エネルギを４０〜２２０ｋｅＶに限定したのは、４０ｋｅＶ未満ではイオンの打ち込みが浅いために所定の膜厚のＳＯＩ層１６を形成することができないという不具合が生じ、２２０ｋｅＶを越えると特殊なイオン注入装置が必要になるからである。
これによりアモルファス状態にある第２イオン注入層１３が、第１イオン注入層１２とウェーハ表面との間、ウェーハ表面から深さ１００〜４００ｎｍ、好ましくは３００〜４００ｎｍの位置に、ウェーハ表面と平行に、第１イオン注入層１２と接して又は重複部分を有することで連続して形成される。

＜高温熱処理工程＞
次に、図１（ｄ）に示すように、高温熱処理工程では、ウェーハ１１を酸素含有雰囲気中で、熱処理を施して、第１及び第２イオン注入層１２、１３をＢＯＸ層１５とする。図２（ｃ）に示すように、ＢＯＸ層１５は下部の第１ＢＯＸ層１５ａと上部の第２ＢＯＸ層１５ｂからなる。第１ＢＯＸ層１５ａ及び第２ＢＯＸ層１５ｂの形成は、第１イオン注入層１２及び第２イオン注入層１３が形成されたウェーハ１１を収容している熱処理炉（図示せず）の温度を所定の温度まで昇温し、ウェーハ１１を所定の温度に一定時間保持することにより行われる。
具体的に説明すると、炉内温度を図３の（ｃ）領域に示すように、第２イオン注入層形成工程の処理温度である室温〜２００℃から、１３００℃〜シリコン融点未満、好ましくは１３２０〜１３５０℃にまで昇温し、図３の（ｄ）領域に示すように、この温度でウェーハ１１を６〜３６時間、好ましくは１２〜２４時間保持する。その後室温まで冷却する。ここで、炉内温度を１３００℃〜シリコン融点未満の範囲に限定したのは、１３００℃未満では酸素析出物の溶融及び結合が不十分で、高品質のＢＯＸ層１５を形成することができないという不具合が生じるからである。また、保持時間を６〜３６時間に限定したのは、６時間未満では、酸素析出物の溶融及び結合が不十分で高品質のＢＯＸ層１５を形成することができないという不具合が生じ、３６時間を越えると製造効率が悪くなり生産性が低下するという不具合が生じるからである。

図２（ａ）に示すように、昇温を始めると、高濃度の酸素層である第１イオン注入層１２の下部から酸素析出物が成長し、第１ＢＯＸ層１５ａへと変性しはじめる。またアモルファス状態にある第２イオン注入層１３が酸化誘起積層欠陥層（ＯＳＦ：Oxidation induced Stacking Fault）を含む高密度欠陥層１４に変わり始める。本発明の特徴ある構成は、高温熱処理の昇温時の雰囲気に０．１容積％以上１．０容積％未満の塩素を含むガス（ＨＣｌ、Ｃｌ₂、トリクロロエチレン、トリクロロエタン等）を混合するところにある。
上記昇温中の炉内雰囲気は、酸素を含むアルゴン、窒素（Ｎ₂）等の不活性ガスの混合雰囲気中に更に０．１〜１．０容積％、好ましくは０．２〜０．５容積％の塩素を含むガスを混合する。炉内雰囲気はマスフローにより制御される。塩素を含むガスを混合することにより、ＣｌとＳｉの反応でＳｉ−Ｃｌ結合を形成する際に生成される空孔に起因して、格子間シリコン原子濃度が減少するという作用で、酸化誘起積層欠陥を収縮又は消滅させることができ、酸化誘起積層欠陥を含む高密度欠陥層１４の成長を抑制することができる。塩素を含むガスの含有量を０．１〜１．０容積％と限定したのは、０．１容積％未満では、酸化誘起積層欠陥の成長を抑制できず、膜厚の薄い第２ＢＯＸ層１５ｂを得ることができないためである。１．０容積％を越えると酸化誘起積層欠陥そのものが消滅してしまい、所定の膜厚の第２ＢＯＸ層１５ｂを得ることができないためである。

昇温後の炉内雰囲気はアルゴン又は窒素等の不活性ガスを含む、５．０〜１００．０容積％好ましくは１０〜５０容積％酸素ガスの酸化雰囲気である。酸化雰囲気下での高温保持中、酸化雰囲気中の酸素が酸化誘起積層欠陥を含む高密度欠陥層１４に集まって析出することにより、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、酸化誘起積層欠陥を含む高密度欠陥層１４は第１ＢＯＸ層１５ａに連続する第２ＢＯＸ層１５ｂへと変わる。ここで酸素の含有量を５．０〜１００容積％に限定したのは、５．０容積％未満では、ウェーハ１１に内方拡散する酸素濃度が低いために、高品質のＢＯＸ層１５を形成することができないという不具合が生じるためである。
これにより第１ＢＯＸ層１５ａ及び第２ＢＯＸ層１５ｂが形成される。このように本発明の製造方法により生産性の低下や品質の劣化を伴うことなく、膜厚の薄いＢＯＸ層１５を有するＳＩＭＯＸウェーハ１０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詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、先ず直径が２００ｍｍであり、結晶方位が＜１００＞であり、抵抗率が１０〜２０ΩｃｍであるＰ型シリコンウェーハからなるシリコンウェーハ１１を準備した。次いでシリコンウェーハ１１をイオン注入装置に収容後、装置内を真空状態にして装置内を４００℃に加熱した。続いてシリコンウェーハ１１表面から注入エネルギ２１０ｋｅＶ、酸素イオン（Ｏ₂ ⁺）２．４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のドーズ量でイオン注入し、シリコンウェーハ１１の内部に第１イオン注入層１２を形成した。
その後装置内を室温に冷却し、シリコンウェーハ１１表面から注入エネルギ２１０ｋｅＶ、酸素イオン（Ｏ₂ ⁺）２．０×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のドーズ量でイオン注入し、ウェーハ表面側の第１イオン注入層１２に一部重複する形で第２イオン注入層１３を形成した。
次にシリコンウェーハ１１を横型炉に収容後、マスフローにより炉内を塩化水素ガス０．２容積％及び酸素１容積％を含むアルゴン混合ガス雰囲気とした。続いて炉内温度を昇温速度０．５℃／分で１３２０℃まで昇温した。炉内温度を１３２０℃に到達させた後は、炉内雰囲気を酸素５０容積％及びアルゴン５０容積％となるようにマスフローにより制御して酸化性雰囲気とした。
この酸化性雰囲気下で炉内温度を１３２０℃に維持したままウェーハ１１を１０時間保持した。これによりＢＯＸ層１５を有するＳＩＭＯＸウェーハ１０を得た。このＳＩＭＯＸウェーハ１０を実施例１とした。

＜比較例１＞
昇温時の炉内雰囲気を塩化水素ガス０．０２容積％及び酸素１容積％を含むアルゴン混合ガス雰囲気としたことを除き、実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸウェーハ１０を得た。このＳＩＭＯＸウェーハ１０を比較例１とした。
＜実施例２＞
第１イオン注入層形成工程での注入エネルギを１６０ｋｅＶ、酸素イオンのドーズ量を２．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、第２イオン注入層形成工程での注入エネルギを１６０ｋｅＶ、酸素イオンのドーズ量を１．５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²に変更したことを除き、実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸウェーハ１０を得た。このＳＩＭＯＸウェーハ１０を実施例２とした。
＜比較例２＞
昇温時の炉内雰囲気を塩化水素ガス０．０２容積％及び酸素１容積％を含むアルゴン混合ガス雰囲気としたことを除き、実施例２と同様にしてＳＩＭＯＸウェーハ１０を得た。このＳＩＭＯＸウェーハ１０を比較例２とした。
＜比較試験及び評価＞
実施例１〜２及び比較例１〜２の製造条件を表１に示す。実施例１〜２及び比較例１〜２のＳＩＭＯＸウェーハのＳＯＩ層及びＢＯＸ層の厚さ、ＳＯＩ層表面ラフネスＲｍｓ、ＢＯＸ層の絶縁耐圧特性を調べた。またＳＩＭＯＸウェーハのＳＯＩ層を除去してＳＯＩ層とＢＯＸ層の界面ラフネスＲｍｓを評価した。ラフネスの評価にはＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡；ＳＰＡ−３６０；セイコーインスツルメンツ製）を使用した。この結果を表２に示す。

表２から明らかなように、昇温時の炉内雰囲気に塩化水素ガスを０．２容積％含ませた実施例１のウェーハは、その１０分の１の０．０２容積％の塩化水素ガスを含ませた比較例１のウェーハとＳＯＩ層表面ラフネスＲｍｓ、ＳＯＩ層とＢＯＸ層の界面ラフネスＲｍｓ、ＢＯＸ層の絶縁耐圧特性はほぼ同等であった。しかしＢＯＸ層の厚さは実施例１のウェーハの方が６．７ｎｍも薄かった。また実施例２のウェーハと比較例２のウェーハのＢＯＸ層を比べるとＢＯＸ層の厚さは実施例２のウェーハの方が７．１ｎｍも薄かった。実施例１〜２の結果から、昇温中の炉内雰囲気に０．１〜１．０容積％の範囲内で塩素を含むガスを混合することで、生産性の低下や品質の劣化を伴うことなく、膜厚の薄いＢＯＸ層を有するＳＩＭＯＸウェーハを得られることが判った。

本発明実施形態のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を工程順に示す図である 本発明の高温熱処理を施した際のウェーハ内の変化を示す図である。 図１（ａ）〜（ｄ）に対応する温度と時間のプロファイルを示す図である。

符号の説明

１０ ＳＩＭＯＸウェーハ
１１ シリコンウェーハ
１２ 第１イオン注入層
１４ 第２イオン注入層
１５ ＢＯＸ層

Claims (1)

1. シリコンウェーハ(11)を２００〜６００℃に加熱した状態で、前記ウェーハ(11)表面から酸素イオンを５×１０¹⁶〜３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入して前記ウェーハ(11)内部の所定の深さに第１イオン注入層(12)を形成する工程と、
   前記第１イオン注入層(12)を形成したウェーハ(11)を室温〜２００℃に冷却した状態で前記ウェーハ(11)の表面から酸素イオンを１×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の割合で注入して前記ウェーハ(11)内部の所定の深さに、前記ウェーハ(11)表面側の第１イオン注入層(12)に連続してアモルファス状態の第２イオン注入層(13)を形成する工程と、
   前記ウェーハ(11)を酸素含有雰囲気中、１３００℃以上シリコン融点未満の温度で６〜３６時間保持することにより、第１及び第２イオン注入層(12,13)をＢＯＸ層(15)とする高温熱処理工程と
   をこの順に含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
   前記高温熱処理の昇温時の雰囲気に０．１容積％以上１．０容積％未満の塩素を含むガスを混合することを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。

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