JP2008270592A - Soi基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも、単結晶シリコン基板のいずれか一方の主表面から酸素イオンを注入して酸素イオン注入層を形成した後、該単結晶シリコン基板に対して形成した酸素イオン注入層を埋め込み酸化膜層に変化させる酸化膜形成熱処理を行ってSOI基板を製造する方法において、前記酸化膜形成熱処理を行った後に、裏面に中性元素イオンを1×1012atoms/cm2以上1×1015atoms/cm2未満のドーズ量で注入してイオン注入ダメージ層を形成し、その後の熱処理で、金属不純物を前記イオン注入ダメージ層にゲッタリングさせることにより表面側の金属不純物濃度を減少させることができるようにすることを特徴とするSOI基板の製造方法。
【選択図】 なし
Description
具体的には、例えば、300〜500℃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、酸素イオンドーズ量を1〜2×1018/cm2程度以上を注入する高ドーズとする方法と、それ以下の低ドーズとする方法に分けられる。更には、2〜4×1017/cm2程度の酸素イオンを注入した後、1〜5×1015/cm2程度のダメージ注入を行い、ITOX(Internal Thermal Oxidation)効果を助長させるMLD(Modified Low Dose)と呼ばれる方法もある。酸素イオンを注入した後は、例えば酸素を50%以下含む不活性ガス中で、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100〜200nm程度の酸化膜(BOX層)に変化させる。
そのため、裏面にゲッタリング層としてのポリシリコン層を形成した基板を出発原料として使用する方法がある。しかし、この方法では基板の価格が高くなりコストメリットが減少すること、ポリシリコン層の膜厚均一性が悪い為にSOI基板の平坦度が悪くなること、が問題である。
熱処理中に欠陥が回復しないようにするには、導入する結晶欠陥を多く、即ち、イオン注入の場合にはドーズ量を多くする必要がある。加えて、高温の酸化膜形成熱処理が酸化性雰囲気下で行なわれる場合には、表面、裏面共に厚い酸化膜が形成される為に、裏面の浅い部分に導入した結晶欠陥は酸化膜になってしまってゲッタリング層として寄与しないことがある。そこで、酸化膜形成後にも欠陥層を維持するには、酸化膜形成厚さよりも深く結晶欠陥を導入する必要がある。即ち、イオン注入の場合には、加速電圧を高くする必要がある。このような、ドーズ量が多く、加速電圧も高いイオン注入を実施することは、簡略な工程で低コストであるような製造方法とはならない。
酸化性雰囲気で酸化膜形成熱処理を行うことによって、SOI基板の表面全体に保護膜を同工程で形成することができる。この保護膜は後工程で金属不純物の汚染からの表面側の保護に有用である。また裏面酸化膜を除去することによって、イオン注入ダメージ層を酸化膜中ではなくSOI基板に形成することが容易になる。
これらの元素を用いると、低いドーズ量でも金属不純物のゲッタリング能力が十分にあるイオン注入ダメージ層を形成することができる。
これによって、イオン注入を低エネルギーとすることができるため、イオン注入の工程に用いる装置を簡略なものにすることができる。
前述のように、高温熱処理後の裏面に結晶欠陥などを導入する方法としてイオン注入を採用した場合には、高いドーズ量(1×1015atoms/cm2以上)のイオン注入が必要とされてきた。高いドーズ量であれば、確かに、強力なゲッタリング能力をSOI基板に付加することができるが、高いドーズ量が必要となると、長時間のイオン注入が必要となり、生産性が低くなるとともにコストが高くなるという欠点があり、これらを解決した製造方法の開発が待たれた。
まず、単結晶シリコン基板を準備し、前記シリコン基板のいずれか一方の主表面に酸素イオン注入を行って酸素注入層を形成する。酸素イオン注入条件は、一般的な条件とすることができる。具体的には、加速電圧を150〜200keVとし、酸素イオンドーズ量を1〜2×1018atoms/cm2程度以上とすることができるし、それ以下の低ドーズ量とすることもできる。
SOI基板の裏面に中性元素イオン注入を行う際に、表面側からの金属汚染が起こりうる。そのため、表面に保護膜を形成することが望まれるが、酸化膜形成処理を酸化性雰囲気で行うと、ウェーハ表面全体に酸化膜が形成されるので、これを保護膜として利用することができ、別工程を追加する必要がなく効率的である。酸化性雰囲気下の条件としては例えば酸素分圧が40%のアルゴン雰囲気とすることができる。
表面側の酸化膜は、表面保護が目的であるために、可能な限り厚いことが好ましい。
ドーズ量が1×1012atoms/cm2を下回ると十分なゲッタリング効果が得られないので、ドーズ量は1×1012atoms/cm2以上とする。またドーズ量が1×1015atoms/cm2を上回ると長時間のイオン注入が必要となるため生産性が低くなるとともにコストが高くなるので、ドーズ量は1×1015atoms/cm2未満とする。
尚、このゲッタリングを目的とした熱処理工程は必ずしも必須な工程ではない。裏面にイオン注入ダメージ層を形成してあれば、デバイス工程における熱処理で、ゲッタリング効果を発揮できるからである。
(実施例1)
直径300mmの単結晶シリコン基板を準備した。次に、そのシリコン基板に、加速電圧190keV、ドーズ量2.3×1017atoms/cm2の条件で、酸素をイオン注入して酸素イオン注入層を形成した。
その後、酸素分圧が40%のアルゴン雰囲気下にて、1320℃4時間の工程を含む酸化膜形成熱処理を実施した。熱処理後の表面、裏面の酸化膜厚さは675nmだった。片側HFエッチングにより裏面のみ酸化膜を除去した。表面側は675nmの酸化膜がそのまま保存された。
その後、裏面に、ドーズ量9.5×1014atoms/cm2、加速電圧100keVの条件でアルゴンイオン注入を行った。その後、酸素分圧が1%のアルゴン雰囲気下で、1000℃4時間のゲッタリング熱処理を行った後、表面の酸化膜をHF洗浄で除去して、SOI基板を作製した。
次に、作製したSIMOX基板の表面のSOI層、BOX層、BOX層直下のシリコン層の1μmの深さまでのNi濃度をICP−MSにより測定した。
その結果、SOI基板表面のNi濃度は8×109atoms/cm2であることがわかった。
実施例1と同様、直径300mmの単結晶シリコン基板を準備した。次に、そのシリコン基板に、加速電圧190keV、ドーズ量2.3×1017atoms/cm2の条件で、酸素をイオン注入して酸素イオン注入層を形成した。
その後、酸素分圧が40%のアルゴン雰囲気下にて、1320℃4時間の工程を含む酸化膜形成熱処理を実施した。熱処理後の表面、裏面の酸化膜厚さは675nmだった。
その後、裏面に中性元素イオンの注入を行わず、ゲッタリング熱処理も行うことなく、表裏両面の酸化膜をHF洗浄で除去して、SOI基板を作製した。このように作製したSOI基板のNi濃度を実施例1と同じ方法で評価した。
その結果、SOI基板表面のNi濃度は3×1011atoms/cm2であることが分かった。
よって、従来まではダメージ層を形成するためのイオンのドーズ量は1×1015atoms/cm2以上必要とされてきたが、本発明によれば、従来よりも低ドーズ量であっても基板表面の金属不純物の濃度を減少させるゲッタリング能力を有したイオン注入ダメージ層を作製することができる。よって、簡略な工程であっても金属不純物濃度の低減は可能である。
上記実施例1において、裏面に注入するアルゴンイオンのドーズ量を5×1014atoms/cm2とした以外は、実施例1と同じ条件でSOI基板を作製した。このように作製したSOI基板のNi濃度を実施例1と同じ方法で評価した。
その結果、SOI基板表面のNi濃度は1.2×1010atoms/cm2であることが分かった。
この結果から、中性元素イオン注入量が低くてもSOI基板表面の金属不純物の濃度をかなり減少できることが分かった。
上記実施例2において、裏面に注入する中性元素イオン種をシリコンイオンとした以外は、実施例2と同じ条件でSOI基板を作製した。このように作製したSOI基板のNi濃度を実施例1と同じ方法で評価した。
その結果、SOI基板表面のNi濃度は1.3×1010atoms/cm2であることが分かった。
この結果から、注入する中性元素はアルゴンに限らず、シリコン等も使用しても同等の効果を得られることがわかった。
上記実施例1において、裏面に注入するアルゴンイオンのドーズ量を1×1012atoms/cm2とした以外は、実施例1と同じ条件でSOI基板を作製した。このように作製したSOI基板のNi濃度を実施例1と同じ方法で評価した。
その結果、SOI基板表面のNi濃度は8×1010atoms/cm2であることが分かった。
この結果から、中性元素イオン注入量を低くしてもSOI基板表面の金属不純物の濃度を十分に減少できることが分かった。
Claims (4)
- 少なくとも、単結晶シリコン基板のいずれか一方の主表面から酸素イオンを注入して酸素イオン注入層を形成した後、該単結晶シリコン基板に対して形成した酸素イオン注入層を埋め込み酸化膜層に変化させる酸化膜形成熱処理を行ってSOI基板を製造する方法において、前記酸化膜形成熱処理を行った後に、裏面に中性元素イオンを1×1012atoms/cm2以上1×1015atoms/cm2未満のドーズ量で注入してイオン注入ダメージ層を形成し、その後の熱処理で、金属不純物を前記イオン注入ダメージ層にゲッタリングさせることにより表面側の金属不純物濃度を減少させることができるようにすることを特徴とするSOI基板の製造方法。
- 前記酸化膜形成熱処理を、酸化性雰囲気で行い、その後裏面酸化膜を除去した後、前記イオン注入ダメージ層を形成する中性元素イオン注入を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。
- 前記イオン注入する中性元素は、アルゴン、炭素、酸素、シリコンの少なくとも1種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。
- 前記中性元素をイオン注入する際の加速電圧を、200keV以下とすることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のSOI基板の製造方法。
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