JP2008244261A

JP2008244261A - Ｓｏｉ基板の製造方法

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Publication number: JP2008244261A
Application number: JP2007084546A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takeno; 博竹野; Toru Ishizuka; 徹石塚; Nobuhiko Noto; 宣彦能登
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09
Also published as: WO2008120431A1; US8338277B2; US20100323502A1

Abstract

【課題】連続で均一な薄い埋め込み酸化膜層を有するＳＯＩ基板を効率的に製造することのできるＳＯＩ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、単結晶シリコン基板の一方の主表面から酸素イオンをイオン注入して酸素イオン注入層を形成する酸素イオン注入工程と、酸素イオン注入層を形成した単結晶シリコン基板を熱処理して酸素イオン注入層を埋め込み酸化膜層に変化させる熱処理工程とを含むＳＯＩ基板を製造する方法において、予め、得ようとする埋め込み酸化膜層の厚さから、酸素イオン注入の加速エネルギーを決定し、該決定した加速エネルギーで酸素イオン注入工程を行ってＳＯＩ基板を製造するＳＯＩ基板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、単結晶シリコン基板に酸素イオンのイオン注入を行い、その後に熱処理を行って単結晶シリコン基板内部に埋め込みシリコン酸化膜層を形成するＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩｍｐｌａｎｔｅｄＯｘｙｇｅｎ）法によるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎｏｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の製造方法に関する。

半導体素子用の基板の一つとして、絶縁膜であるシリコン酸化膜の上にシリコン層（以下、ＳＯＩ層と呼ぶことがある）を形成したＳＯＩ基板がある。このＳＯＩ基板は、デバイス作製領域となるウエーハ表層部のＳＯＩ層が埋め込みシリコン酸化膜層（ＢＯＸ層）により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、高速・低消費電力動作、ソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として有望視されている。

このＳＯＩ基板を製造する代表的な方法として、ウエーハ貼り合わせ法やＳＩＭＯＸ法が挙げられる。ウエーハ貼り合わせ法は、例えば、２枚の単結晶シリコン基板（シリコンウエーハ）のうちの少なくとも一方の表面に熱酸化膜を形成した後、この形成した熱酸化膜を介して２枚のウエーハを密着させ、結合熱処理を施すことによって結合力を高め、その後に片方のウエーハを鏡面研磨等により薄膜化することによってＳＯＩ基板を製造する方法である。

一方、ＳＩＭＯＸ法は、単結晶シリコン基板の内部に酸素をイオン注入し、その後に高温熱処理（酸化膜形成熱処理）を行って、注入した酸素とシリコンとを反応させ、埋め込み酸化膜層を形成することによってＳＯＩ基板を製造する方法である。

具体的には、例えば、まず、５００℃程度に熱せられた単結晶シリコン基板に対し、一方の表面から酸素イオン（一般的にはＯ^＋）を注入する。イオン注入条件としては、一般的に１５０〜２００ｋｅＶの加速電圧とし、酸素ドーズ量は１×１０^１８〜２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２程度以上を注入する高ドーズとする場合と、それ以下の低ドーズとする場合に分けられる。酸素イオンを注入した後は、例えば酸素を１％以下含む不活性ガス雰囲気下で、高温の酸化膜形成熱処理（一般的には１３００℃以上）を行うことにより、注入した酸素（酸素イオン注入層）を厚さが２２０ｎｍ〜４４０ｎｍ程度の酸化膜（埋め込み酸化膜層）に変化させることができる。

このようなＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法は、上記のウエーハ貼り合わせ法と比較すると、製造工程が簡略であること、また２枚のウエーハを必要とせずに１枚の単結晶シリコン基板から製造できることから、比較的低コストでの製造が可能であること、さらに注入エネルギーによって酸素注入深さを制御することができるのでＳＯＩ層の膜厚均一性に優れることなどの利点を有している。そのため、ＳＩＭＯＸ法で製造されたＳＯＩ基板（ＳＩＭＯＸ基板）は、例えばＳＯＩ層が５０ｎｍ以下となる完全空乏型のトランジスタの材料等として期待されている。

しかしながら、このＳＩＭＯＸ基板においては、埋め込み酸化膜層はウエーハ貼り合わせ法で形成される熱酸化膜と比べて絶縁耐圧が劣り、またＳＯＩ層に発生する貫通転位の密度が高く、デバイス特性を劣化させるといった問題があった。

そこで、このようなＳＯＩ層での貫通転位の発生を低減させるために、貫通転位密度は酸素ドーズ量に依存することが見出されたことに基づき、低ドーズ量（２．５×１０^１７〜５．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）で酸素イオン注入を行ってＳＩＭＯＸ基板を製造する低ドーズＳＩＭＯＸ技術が開発された（特許文献１）。さらに、このように低ドーズ量でＳＩＭＯＸ法を行う場合、ＳＯＩ層の貫通転位密度が低く、且つ絶縁耐圧が良好な埋め込み酸化膜層を得るためには、酸素イオンのドーズ量は３．５×１０^１７〜４．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２程度であることが必要とされ（非特許文献１）、このようなドーズ量の範囲は、ドーズウインドウとして知られている。この場合、酸素イオン注入後に酸化膜形成熱処理を行って形成される埋め込み酸化膜層の厚さは８０ｎｍ〜９０ｎｍ程度に限定される。

さらに埋め込み酸化膜層を厚膜化し、ピンホール（埋め込み酸化膜層中の局所的に酸化されない領域）発生率が極めて少なく、埋め込み酸化膜界面の平坦度を向上させた構造のＳＯＩ基板を提供する技術として、例えば、酸化膜形成熱処理を行って埋め込み酸化膜層を形成した後、さらに高温酸素雰囲気下での酸化熱処理により埋め込み酸化膜層を成長させるＩＴＯＸ（ＩｎｔｅｒｎａｌＴｈｅｒｍａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎ）処理がある（特許文献２）。

具体的に説明すると、このＩＴＯＸ処理は、低ドーズ条件での酸素イオンのイオン注入後、例えば酸素分圧が１％未満の雰囲気下、１３００℃以上で数時間の酸化膜形成熱処理を行って埋め込み酸化膜層を形成した後、さらに酸素分圧が７０％程度の雰囲気下、１３００℃以上で数時間の熱処理を行うことによって、埋め込み酸化膜層を成長させて厚膜化することができる。このＩＴＯＸ処理により、埋め込み酸化膜層の絶縁耐圧が向上し、さらにＳＯＩ層／埋め込み酸化膜層界面が平坦化され、またＳＯＩ層表面の表面粗さも改善されるという効果が得られる。また、ＳＯＩ層表面に酸化膜が成長することによりＳＯＩ層が消費され、薄膜のＳＯＩ層が得られるという利点も持ち合わせている。

また、低ドーズＳＩＭＯＸ法やＩＴＯＸ処理の応用的な技術として、低ドーズ量での酸素イオン注入後に、さらに低ドーズ量の酸素イオンを室温でイオン注入したり、シリコンなどの酸素以外の元素と酸素をイオン注入することで、結晶をアモルファス化して埋め込み酸化膜層の成長を促進させるという試みも多くなされている（特許文献３、４など）。

これらのＩＴＯＸ処理やその他の応用的な技術によれば、埋め込み酸化膜層の絶縁耐圧を通常の低ドーズＳＩＭＯＸ法に比べて向上させることができるものの、得られる埋め込み酸化膜層は厚いものとなる場合に限定される。

近年、ＳＯＩ基板には、絶縁耐圧を高くするために厚い埋め込み酸化膜層が望まれる場合がある一方で、デバイス動作時の熱伝導を良くするためや、バックゲート酸化膜として使用するために薄い埋め込み酸化膜層が望まれる場合もあることから、埋め込み酸化膜層の膜厚を薄く、例えば８０ｎｍ以下の所望の埋め込み酸化膜層厚を有するＳＯＩ基板を製造できる技術が必要とされている。
しかしながら、従来のＳＩＭＯＸ法で形成される埋め込み酸化膜層の厚さは上述のように一定の範囲に限定されてしまい、連続で均一な薄い埋め込み酸化膜層を得ることができなかった。
なお、以下、特に断りがない場合、薄い埋め込み酸化膜層とは厚さが８０ｎｍ以下の埋め込み酸化膜層を意味することとする。

特開平４−２６４７２４号公報特開平７−２６３５３８号公報特開昭６３−２１７６５７号公報米国特許第５，９３０，６４３号明細書ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３，１９９３，ｐｐ．５２３−５３４

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、連続で均一な薄い埋め込み酸化膜層を有するＳＯＩ基板を効率的に製造することのできるＳＯＩ基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも、単結晶シリコン基板の一方の主表面から酸素イオンをイオン注入して酸素イオン注入層を形成する酸素イオン注入工程と、前記酸素イオン注入層を形成した単結晶シリコン基板を熱処理して前記酸素イオン注入層を埋め込み酸化膜層に変化させる熱処理工程とを含むＳＯＩ基板を製造する方法において、予め、得ようとする前記埋め込み酸化膜層の厚さから、前記酸素イオン注入の加速エネルギーを決定し、該決定した加速エネルギーで前記酸素イオン注入工程を行って前記ＳＯＩ基板を製造することを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法を提供する（請求項１）。

この場合、前記酸素イオン注入を、前記得ようとする埋め込み酸化膜層の厚さｔ_ＢＯＸと、前記単結晶シリコン基板にイオン注入される酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐとが、式ΔＲｐ≦ｔ_ＢＯＸを満たすような前記加速エネルギーで行うことが好ましい（請求項２）。

単結晶シリコン基板にイオン注入される酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐは、酸素イオン注入の加速エネルギーに依存する。すなわち、加速エネルギーが小さいほどΔＲｐは小さくなる。そして、上記のように、ΔＲｐが得ようとする埋め込み酸化膜層の厚さｔ_ＢＯＸ以下であれば、その後の酸化膜形成熱処理において、酸素が均一に凝集しやすくなるため、連続で均一な埋め込み酸化膜層を形成しやすくなる。逆に、ΔＲｐがｔ_ＢＯＸよりも大きいと、その後の酸化膜形成熱処理において、酸素が均一に凝集しにくくなるため、連続的で均一な埋め込み酸化膜層を形成しにくくなる。
従って、上記のように、酸素イオン注入を、得ようとする埋め込み酸化膜層の厚さｔ_ＢＯＸと、単結晶シリコン基板にイオン注入される酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐとが、式ΔＲｐ≦ｔ_ＢＯＸを満たすような加速エネルギーで行うことにより、その後の酸化膜形成熱処理において、酸素が均一に凝集しやすくなり、連続で均一な埋め込み酸化膜層を形成しやすくすることができる。

また、前記酸素イオン注入のドーズ量を３．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下とし、かつ、前記加速エネルギーを１１０ｋｅＶ以下とすることが好ましい（請求項３）。
このような条件で酸素イオン注入を行えば、膜厚８０ｎｍ以下のような薄い埋め込み酸化膜層を、より確実に連続で均一な埋め込み酸化膜層として形成することができる。

この場合、前記酸素イオン注入のドーズ量を２．２５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下とし、かつ、前記加速エネルギーを６０ｋｅＶ以下とすることがさらに好ましい（請求項４）。
このような条件で酸素イオン注入を行えば、厚さが５０ｎｍ以下で、連続で均一な埋め込み酸化膜層を形成することができる。

本発明に従うＳＯＩ基板の製造方法であれば、連続で均一な薄い埋め込み酸化膜層を有するＳＯＩ基板を効率的に製造できる。また、他の特別な処理などを必要としないため簡便である。更に、高品質の薄い埋め込み酸化膜を低エネルギーで形成できるので、イオン注入装置の小型化とコストダウンが可能となる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

従来行われているＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造では、前述のように、連続で均一な薄い埋め込み酸化膜層を有するＳＯＩ基板を製造することが重要な課題となっている。
そこで、本発明者らは、このような課題を解決するために、ＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法について実験及び検討を重ねて、以下に示すような考察を行った。

通常、ＳＩＭＯＸ法により製造されたＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜層は、酸素イオン注入後、酸化膜形成熱処理を行った際に、酸素イオン注入層でシリコン酸化物の析出物（酸素析出物と呼ぶことがある）が形成され、それが成長し結合することによって形成される。以下、この酸素析出過程の最初の段階で形成される微小な酸素析出物を酸素析出核と呼ぶ。

従来のＳＩＭＯＸ法により製造されたＳＯＩ基板において、埋め込み酸化膜層が不連続になってしまうのは、酸素析出核の密度が少なく、個々の酸素析出核同士の距離が離れていることにより、その後の酸化膜形成熱処理において成長しても十分に結合することができないためであると考えられる。また、埋め込み酸化膜層が凸凹で厚さが不均一になってしまうのは、酸素析出核が形成される深さにばらつきがあり、このように深さにばらつきがある酸素析出核から酸素析出物が成長し、異なる深さにおいて酸素析出物が成長してしまうためであると考えられる。このようなことから、一定の深さに高密度の酸素析出核を形成し、成長させることができれば、連続で均一な埋め込み酸化膜層を形成できると考えられる。

本発明者らは、以上のような考察に基づいて、イオン注入された酸素の深さ方向濃度分布のばらつきを小さくすれば、一定の深さに高密度の酸素析出核を形成し、成長させることができ、連続で均一な埋め込み酸化膜層を形成できることを見出した。

そして、本発明者らは、さらに研究及び検討を重ねることにより、イオン注入された酸素の深さ方向濃度分布のばらつきの指標となる標準偏差ΔＲｐを、最終的に得ようとする埋め込み酸化膜層の厚さｔ_ＢＯＸ以下とすれば、その後の酸化膜形成熱処理において、より確実に、一定の深さに高密度の酸素析出核を形成し、成長させることができ、連続で均一な埋め込み酸化膜層を形成できることを見出した。

イオン注入された酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐは、酸素イオン注入の際の加速エネルギーに依存する。すなわち、加速エネルギーが小さいほどΔＲｐは小さくなる。従って、酸素イオン注入の条件として、ΔＲｐがｔ_ＢＯＸ以下となるような加速エネルギーにすることによって、その後の酸化膜形成熱処理において、一定の深さに高密度の酸素析出核を形成し、成長させることができ、連続で均一な埋め込み酸化膜層を形成することができる。
なお、酸素イオン注入の加速エネルギーと標準偏差ΔＲｐとの関係は、一般的な文献（例えば、超ＬＳＩデバイスハンドブック、株式会社サイエンスフォーラム、ｐ１０８）を参考にすることができる。

以上のことを模式的に図に示すと、図１及び図２のようになる。
図１に示したように、ΔＲｐが小さく、例えばｔ_ＢＯＸ以下の場合は、イオン注入された酸素の深さ方向濃度分布のばらつきが小さくなることから（図１（ａ））、その後の酸化膜形成熱処理において、一定の深さに高密度の酸素析出核が形成され（図１（ｂ））、それが成長することによって、連続で均一な埋め込み酸化膜層を得ることができる（図１（ｃ））。また、酸素が深さ方向の狭い領域に存在するため、酸素析出物が成長する際に容易に凝集することができる。

一方、図２に示したように、ΔＲｐが大きく、例えばｔ_ＢＯＸよりも大きいような場合は、イオン注入された酸素の深さ方向濃度分布のばらつきが大きくなり（図２（ａ））、その後の酸化膜形成熱処理において形成される酸素析出物の密度が低く、形成される深さにばらつきがあるため（図２（ｂ））、それが成長しても十分に結合することできず、不連続で深さ方向に凸凹がある埋め込み酸化膜層になってしまう（図２（ｃ））。また、酸素が深さ方向の広い領域に存在するため、酸素析出物が成長する際に凝集しにくく、酸素析出物が十分に成長できない場合があることも不連続で不均一な埋め込み酸化膜層が形成されてしまう要因となる。

以下、本発明について図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図３は、本発明が適用されるＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法の一例を示すフローシートである。本発明によるＳＯＩ基板の製造方法の概略は以下に示す通りである。

先ず、単結晶シリコン基板１１を準備する（工程ａ）。単結晶シリコン基板１１は特に限定されず、目的に応じて種々のものを適宜選択できる。

次に、単結晶シリコン基板１１に、一方の主表面から酸素イオン（Ｏ^＋等）を所定の深さにイオン注入して酸素イオン注入層１２を形成する（工程ｂ）。
ここで、酸素イオン注入の条件のうち、加速エネルギーは、得ようとする前記埋め込み酸化膜層の厚さから、加速エネルギーと、イオン注入される酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐとの関係に基づいて決定する。このとき、ΔＲｐが所望の埋め込み酸化膜層の厚さｔ_ＢＯＸ以下となるような加速エネルギー（すなわち、式ΔＲｐ≦ｔ_ＢＯＸを満たすような加速エネルギー）とすることが特に好ましい。
酸素イオン注入の加速エネルギーとΔＲｐの関係は、上記のように、一般的な文献を参照することができる。例えば、ｔ_ＢＯＸが５０ｎｍの場合には、加速エネルギーを約６０ｋｅＶ以下とすればよい。
なお、酸素イオンのドーズ量Ｄは、例えば、ｔ_ＢＯＸの値から下記の式（１）により計算して決定することができる。

Ｄ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）＝４．５×１０^２２（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）×ｔ_ＢＯＸ（ｃｍ） …（１）

例えば、ｔ_ＢＯＸを５０ｎｍとした場合は、酸素イオンのドーズ量は２．２５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２とすることができる。

このようにして単結晶シリコン基板１１に酸素イオン注入層１２を形成した後、必要に応じて洗浄等を行い、さらに、酸素イオン注入層１２を埋め込み酸化膜層１３に変化させる酸化膜形成熱処理を行い、ＳＯＩ層１４を有するＳＯＩ基板１５を製造する（工程ｃ）。
この酸化膜形成熱処理の条件は、酸素イオン注入層１２を埋め込み酸化膜層１３に変化させることができれば特に限定されるものではないが、例えば、酸素を１％以下含む不活性ガス雰囲気下で、熱処理温度を１３００℃以上、熱処理時間を数時間とすることができる。また、必要に応じて、引き続き酸素分圧を７０％程度にした雰囲気下で１３００℃以上で数時間の熱処理を追加することもできる。なお、これらの熱処理条件を変えることで、ウエーハ表面に形成される酸化膜厚を制御することにより、ＳＯＩ層１４の膜厚を所望の厚さに制御することもできる。

以上のような工程を経ることにより、連続で均一な薄い埋め込み酸化膜層を有するＳＯＩ基板を効率的に製造することができる。また、本発明の方法は、前記のような酸素イオン注入の条件を調節すること以外に、他の特別な処理（例えば追加のイオン注入）などを必要としないため、簡便である。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
以下のように、図３に示したようなＳＯＩ基板の製造方法に従ってＳＩＭＯＸ法によりＳＯＩ基板を製造した。
まず、ＣＺ法により製造された直径３００ｍｍの単結晶シリコン基板１１を準備した（工程ａ）。

次に、この単結晶シリコン基板１１に、以下のようなイオン注入条件で酸素イオンをイオン注入して酸素イオン注入層１２を形成した（工程ｂ）。
ここで、まず、最終的に形成しようとする埋め込み酸化膜層の厚さを７５ｎｍとした。そして、この目標に基づき、イオン注入される酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐが７５ｎｍ以下となるように、酸素イオン注入の加速エネルギーを１００ｋｅＶと決定した。なお、酸素イオン注入の加速エネルギーが１００ｋｅＶの時のΔＲｐは７３．５ｎｍである。また、酸素イオンのドーズ量は３．３８×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２、イオン注入時の基板温度は５６０℃に設定した。

次に、このようにして酸素イオン注入したシリコン基板に、標準的な洗浄を行い、さらに、酸化膜形成熱処理を、酸素分圧が０．５％のアルゴン雰囲気下、１３５０℃で４時間行ってシリコン基板に埋め込み酸化膜層１３を形成した（工程ｃ）。

このようにして製造したＳＯＩ基板１５の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより、埋め込み酸化膜層１３の状態を調べた。その結果、連続で均一な約７５ｎｍの厚さの埋め込み酸化膜層になっていることが確認され、本発明の効果が得られた。

（実施例２）
実施例１と同様に、まず、ＣＺ法により製造された直径３００ｍｍの単結晶シリコン基板１１を準備した（工程ａ）。

次に、この単結晶シリコン基板１１に、以下のようなイオン注入条件で酸素イオンをイオン注入して酸素イオン注入層１２を形成した（工程ｂ）。
ここで、まず、最終的に形成しようとする埋め込み酸化膜層の厚さを５０ｎｍとした。そして、この目標に基づき、イオン注入される酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐが５０ｎｍ以下となるように、酸素イオン注入の加速エネルギーを６０ｋｅＶと決定した。なお、酸素イオン注入の加速エネルギーが６０ｋｅＶの時のΔＲｐは４９．６ｎｍである。また、酸素イオンのドーズ量は２．２５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２とし、イオン注入時の基板温度は実施例１と同じく５６０℃に設定した。

次に、このようにして酸素イオン注入したシリコン基板に、実施例１と同様に、標準的な洗浄を行い、さらに、酸化膜形成熱処理を、酸素分圧が０．５％のアルゴン雰囲気下、１３５０℃で４時間行ってシリコン基板に埋め込み酸化膜層１３を形成した（工程ｃ）。

このようにして製造したＳＯＩ基板１５の断面を、実施例１と同様に、ＴＥＭで観察することにより、埋め込み酸化膜層１３の状態を調べた。その結果、連続で均一な約５０ｎｍの厚さの埋め込み酸化膜層になっていることが確認され、本発明の効果が得られた。

（比較例）
まず、実施例１及び２と同様にＣＺ法により製造された直径３００ｍｍの単結晶シリコン基板を準備した（工程ａ）。

次に、この単結晶シリコン基板１１に、以下のようなイオン注入条件で酸素イオンをイオン注入して酸素イオン注入層１２を形成した（工程ｂ）。
ここで、まず、最終的に形成しようとする埋め込み酸化膜層の厚さを、実施例２と同様に５０ｎｍとした。
酸素イオンのドーズ量を実施例２と同様に２．２５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２とし、イオン注入時の基板温度は実施例１及び２と同じ５６０℃に設定した。但し、加速エネルギーは、実施例２の結果と比較するため、意図的にΔＲｐが５０ｎｍより大きくなるように、１００ｋｅＶとした。なお、酸素イオン注入の加速エネルギーが１００ｋｅＶの時のΔＲｐは７３．５ｎｍである。

次に、このようにして酸素イオン注入したシリコン基板に、実施例１及び２と同様に、標準的な洗浄を行い、さらに、酸化膜形成熱処理を、酸素分圧が０．５％のアルゴン雰囲気下、１３５０℃で４時間行ってシリコン基板に埋め込み酸化膜層１３を形成した（工程ｃ）。

このようにして製造したＳＯＩ基板１５の断面を、実施例１及び２と同様に、ＴＥＭで観察することにより、埋め込み酸化膜層１３の状態を調べた。
その結果、埋め込み酸化膜層１３は不連続で十分に結合しておらず、また、深さ方向に凹凸があることが確認された。

以上のように、本発明によれば、最終的に形成しようとする埋め込み酸化膜層の厚さに応じて加速エネルギーを変えて酸素イオン注入を行うことにより、連続で均一な薄い埋め込み酸化膜層を有するＳＯＩ基板を効率的に製造できることが示された。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

イオン注入される酸素の深さ方向濃度分布のばらつきが小さい場合について、最終的に埋め込み酸化膜が得られるまでの様子を模式的に示した説明図であり、（ａ）はイオン注入された酸素の深さ方向濃度分布のばらつきの様子を示し、（ｂ）は酸素析出核の分布の様子を示し、（ｃ）は最終的に得られる埋め込み酸化膜層の様子を示す。イオン注入される酸素の深さ方向濃度分布のばらつきが大きい場合について、最終的に埋め込み酸化膜が得られるまでの様子を模式的に示した説明図であり、（ａ）はイオン注入された酸素の深さ方向濃度分布のばらつきの様子を示し、（ｂ）は酸素析出核の分布の様子を示し、（ｃ）は最終的に得られる埋め込み酸化膜層の様子を示す。本発明が適用されるＳＩＭＯＸ法によるＳＯＩ基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１１…単結晶シリコン基板、１２…酸素イオン注入層、１３…埋め込み酸化膜、
１４…ＳＯＩ層、１５…ＳＯＩ基板。

Claims

少なくとも、単結晶シリコン基板の一方の主表面から酸素イオンをイオン注入して酸素イオン注入層を形成する酸素イオン注入工程と、前記酸素イオン注入層を形成した単結晶シリコン基板を熱処理して前記酸素イオン注入層を埋め込み酸化膜層に変化させる熱処理工程とを含むＳＯＩ基板を製造する方法において、
予め、得ようとする前記埋め込み酸化膜層の厚さから、前記酸素イオン注入の加速エネルギーを決定し、該決定した加速エネルギーで前記酸素イオン注入工程を行って前記ＳＯＩ基板を製造することを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。
前記酸素イオン注入を、前記得ようとする埋め込み酸化膜層の厚さｔ_ＢＯＸと、前記単結晶シリコン基板にイオン注入される酸素の深さ方向濃度分布の標準偏差ΔＲｐとが、式ΔＲｐ≦ｔ_ＢＯＸを満たすような前記加速エネルギーで行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
前記酸素イオン注入のドーズ量を３．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下とし、かつ、前記加速エネルギーを１１０ｋｅＶ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳＯＩ基板の製造方法。
前記酸素イオン注入のドーズ量を２．２５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下とし、かつ、前記加速エネルギーを６０ｋｅＶ以下とすることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＩ基板の製造方法。