JP2010027731A - Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法及びｓｉｍｏｘウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】埋め込み酸化膜が、同じ厚みのシリコン酸化膜と比べてより高誘電率であり、したがって、電気的な実効膜厚がシリコン酸化膜と比べてより薄いＳＩＭＯＸウェーハの製造方法及びＳＩＭＯＸウェーハを提供する。
【解決手段】本発明のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ１内に酸素イオンの高濃度層４を形成するための酸素イオン注入工程と、このシリコンウェーハ１を高温にてアニール処理する高温アニール処理工程と、を有する製造方法において、この酸素イオン注入工程の前または後に、高濃度層４を高誘電率層とするために窒素イオンおよび／または金属イオンを注入する追加イオン注入５の工程を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法及びＳＩＭＯＸウェーハに関し、更に詳しくは、高速かつ低消費電力のＳＯＩ（Silicon on Insulator）デバイスを形成するための埋め込み酸化膜を有する薄膜ＳＯＩウェーハとして、現在量産に使用されている貼り合わせＳＯＩウェーハ及びＳＩＭＯＸ（Silicon Implantation of Oxygen）ウェーハの２種類のうち、後者のＳＩＭＯＸウェーハに用いて好適な技術に関するものである。

近年、高速かつ低消費電力のＳＯＩデバイスを形成するための埋め込み酸化膜を有する薄膜ＳＯＩウェーハとして、ＳＩＭＯＸウェーハが知られている（特許文献１〜３）。このＳＩＭＯＸウェーハは、ＳＯＩ層の層厚均一性に特に優れるという特徴を有しているために、完全空乏型動作のＭＯＳ−ＬＳＩ等の次世代ＭＯＳＦＥＴ用基板として期待されている。

ＳＩＭＯＸウェーハは、従来から、注入時の酸素ドーズ量が高い高ドーズＳＩＭＯＸ（High dose SIMOX）、及び、注入時の酸素ドーズ量が一桁程度低く、その後のアニール工程を高酸素雰囲気下で行うＩＴＯＸ（Internal Oxidation）技術を用いることにより、埋め込み酸化膜を形成する低ドーズＳＩＭＯＸ（Low dose SIMOX）の２種類が知られている。さらに近年、低ドーズＳＩＭＯＸの中で、最後の注入工程を、室温付近で少量のドーズで行うことでアモルファス層を形成し、より低ドーズでのＢＯＸ層の形成を可能にしたＭＬＤ（Modified Low Dose）法が開発され、量産提供が成されている。

ところで、高ドーズＳＩＭＯＸでは、典型的には、酸素イオンの注入を、注入エネルギー１５０Ｋｅｖ程度、注入ドーズ量１．５×１０^１８ｃｍ^−２以上、基板温度５００℃程度の条件下で行い、その後、酸素を０．５〜２v/v％含むＡｒあるいは窒素の雰囲気下、１３００℃以上の温度にて４〜８時間のアニールを行うプロセスである。
このプロセスでは、注入時間が極めて長くスループットが悪いこと、ＳＯＩ層の転位密度が１×１０^５ｃｍ^−２〜１×１０^７ｃｍ^−２と極めて高いこと、等の問題点があった（非特許文献１）。

低ドーズＳＩＭＯＸは、この高ドーズＳＩＭＯＸの欠点を改善するための方法であり、典型的には、酸素イオンの注入を、注入エネルギー１５０Ｋｅｖ以上、注入ドーズ量４×１０^１７ｃｍ^−２〜１×１０^１８ｃｍ^−２、基板温度４００〜６００℃の条件下で行い、その後のアニールを、１３００℃以上、酸素を３０〜６０v/v％含むＡｒ雰囲気下で行い、アニール中の酸素による内部酸化（ＩＴＯＸ：Internal Oxidation）によりＢＯＸ層を厚膜化するとともに、大幅な品質向上を実現している（非特許文献２）。

さらに、低ドーズＳＩＭＯＸの改良版として、従来の高温（４００℃〜６５０℃）での酸素注入工程の後に、室温下にて１桁低いドーズ量の注入を行い、アモルファス層を表面に形成する方法（ＭＬＤ法：Modified Low Dose法）が提案されている。
この方法によると、ドーズ量の範囲が１．５×１０^１７ｃｍ^−２〜６×１０^１７ｃｍ^−２と広いことから、ＢＯＸ層の成長を連続的に行うことが可能であり、また、その後のＩＴＯＸ工程においても、従来のＩＴＯＸ工程の１．５倍の速度で内部酸化が可能である。その結果として、ＢＯＸ酸化膜（ＢＯＸ層）が熱酸化膜に極めて近くなり、大幅な品質の改善が成されている。
通常、ＭＬＤ法では、ＳＯＩ層中の酸素量を下げるために、ＩＴＯＸ工程の後に、酸素を０．５〜２v/v％含むＡｒ雰囲気下にて５〜１０時間程度アニールを行うことが普通である（非特許文献３、特許文献４）。
特開２００４−２００２９１号公報 特開２００６−３５１６３２号公報 特開２００７−５５６３号公報 米国特許第５９３０６４３号明細書 K.Izumi et al., Electron. Lett. (UK) vol.14 (1978) P593 S. Nakashima et al., Proc. IEEE int. SOI Conf. (1994) P71-2 O.W.Holland et al. Appl.Phys.Lett.(USA)vol. 69 (1996)P574

従来、ＳＩＭＯＸウェーハのＢＯＸ酸化膜としては、１３５０オングストローム〜１５５０オングストローム程度の比較的厚い酸化膜が用いられているが、今後のデバイスの微細化に伴って、ＢＯＸ酸化膜のスケーリングの観点から、ＢＯＸ酸化膜の膜厚を薄くする可能性が高い。
さらには、基板にバイアスを印加することで、ＳＯＩ構造／ＢＯＸ層の界面の伝導を試みる新しいデバイスも検討されている。
これらのデバイスが形成されるＳＩＭＯＸウェーハにおいては、形成される埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Buried Oxide）はシリコン酸化膜であり、ＳＩＭＯＸウェーハの製造上の制限から、この埋め込み酸化膜の膜厚は５００オングストロームが限度であるという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、埋め込み酸化膜が、同じ厚みのシリコン酸化膜と比べてより高誘電率であり、したがって、電気的な実効膜厚がシリコン酸化膜と比べてより薄いＳＩＭＯＸウェーハの製造方法及びＳＩＭＯＸウェーハを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコン基板内に酸素イオンの高濃度層を形成するための酸素イオン注入工程と、このシリコン基板を高温にてアニール処理する高温アニール処理工程と、を有するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、前記酸素イオン注入工程の前または後に、前記高濃度層を高誘電率層とするために窒素イオンおよび／または金属イオンを注入する追加イオン注入工程を有することを特徴とする。

本発明の請求項２に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、請求項１記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、前記高誘電率層は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）または酸窒化ケイ素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）を含むことを特徴とする。

本発明の請求項３に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、請求項１記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、前記金属イオンは、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａの群から選択される１種または２種以上のイオンであることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、請求項１ないし３のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、前記追加イオン注入工程における窒素イオンおよび／または金属イオンの注入深さは、前記酸素イオン注入工程における酸素イオンの注入深さと略同一であることを特徴とする。

本発明の請求項５に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、請求項１ないし４のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、前記追加イオン注入工程における窒素イオンおよび／または金属イオンのドーズ量は、前記酸素イオン注入工程の酸素イオンのドーズ量の１／１０〜1であることを特徴とする。

本発明の請求項６に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、請求項１ないし５のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、前記追加イオン注入工程に、ＭＬＤ（Modified Low Dose）法を適用してなることを特徴とする。

本発明の請求項７に係るＳＩＭＯＸウェーハは、請求項１ないし６のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法により作製されたことを特徴とする。

本発明の請求項１に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法によれば、酸素イオン注入工程の前または後に、高濃度層を高誘電率層とするために窒素イオンおよび／または金属イオンを注入する追加イオン注入工程を有するので、酸素イオン注入工程により形成される高濃度層に窒素イオンおよび／または金属イオンを注入することにより、このシリコン基板内にシリコン酸化膜を主成分とする高誘電率の埋め込み酸化膜を形成することができる。したがって、ＳＩＭＯＸウェーハ内に従来より誘電率の高い埋め込み酸化膜を容易に形成することができ、従来のＳＩＭＯＸウェーハと比べて電気的な実効膜厚がより薄い埋め込み酸化膜を有するＳＩＭＯＸウェーハを製造することができる。

本発明の請求項２に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法によれば、高誘電率層を、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）または酸窒化ケイ素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）を含むこととしたので、ＳＩＭＯＸウェーハ内に、従来より格段に向上した高誘電率の埋め込み酸化膜を形成することができ、従来のＳＩＭＯＸウェーハと比べて電気的な実効膜厚がさらに薄い埋め込み酸化膜を有するＳＩＭＯＸウェーハを製造することができる。

本発明の請求項３に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法によれば、金属イオンを、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａの群から選択される１種または２種以上のイオンとしたので、ＳＩＭＯＸウェーハ内に、従来より格段に向上した高誘電率の埋め込み酸化膜を形成することができ、従来のＳＩＭＯＸウェーハと比べて電気的な実効膜厚がさらに薄い埋め込み酸化膜を有するＳＩＭＯＸウェーハを製造することができる。

本発明の請求項４に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法によれば、追加イオン注入工程における窒素イオンおよび／または金属イオンの注入深さを、酸素イオン注入工程における酸素イオンの注入深さと略同一としたので、酸素イオン注入工程により形成される埋め込み酸化膜の誘電率を効率的に高めることができる。
したがって、埋め込み酸化膜の誘電率をより高誘電率とすることができ、電気的な実効膜厚をより薄くすることができる。

本発明の請求項５に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法によれば、追加イオン注入工程における窒素イオンおよび／または金属イオンのドーズ量を、酸素イオン注入工程の酸素イオンのドーズ量の１／１０〜1としたので、酸素イオン注入工程により形成される埋め込み酸化膜に含まれる窒素イオンおよび／または金属イオンの量を、過剰になることなく適正に制御することができる。

本発明の請求項６に係るＳＩＭＯＸウェーハの製造方法によれば、追加イオン注入工程にＭＬＤ法を適用したので、高誘電率の埋め込み酸化膜の膜質を向上させることができる。
したがって、従来より誘電率が高くかつ膜質の良い埋め込み酸化膜を容易に形成することができ、従来のＳＩＭＯＸウェーハと比べて電気的な実効膜厚がより薄くかつ品質の優れた埋め込み酸化膜を有するＳＩＭＯＸウェーハを製造することができる。

本発明の請求項７に係るＳＩＭＯＸウェーハによれば、請求項１ないし６のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法により作製されたので、埋め込み酸化膜の誘電率を高めることができ、その電気的な実効膜厚をより薄くすることができる。

本発明のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法及びＳＩＭＯＸウェーハを実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を示す流れ図であり、図２は、同製造方法を示す過程図である。
このＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、図１に示すように、酸素イオン注入工程Ｓ１、追加イオン注入工程Ｓ２、ＨＦエッチング工程Ｓ３、洗浄工程Ｓ４、高温アニール処理工程Ｓ５、酸化膜剥離工程Ｓ６、ＳＯＩ層膜厚測定工程Ｓ７、洗浄工程Ｓ８の各工程を有する。

次に、上記の各工程について、詳細に説明する。
「酸素イオン注入工程」
図２（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１を用意する。このシリコンウェーハ１は、例えば、ＣＺ法にて作製されたシリコン単結晶をウェーハ状に加工することにより得られ、ホウ素（Ｂ）等のｐ型のドーパント、またはリン（Ｐ）等のｎ型のドーパントが添加されている。

このシリコン単結晶は、多結晶シリコンと、窒化ケイ素焼結体等の窒化物をＣＺ成長炉のるつぼに投入し溶融して多結晶シリコン溶融液とし、この多結晶シリコン溶融液にシリコン種結晶を接触させて引き上げることにより、作製することができる。
また、多結晶シリコンをＣＺ成長炉のるつぼに投入して加熱昇温し、溶融する前に窒素または窒素化合物ガスを吹き付けて窒化ケイ素を形成し、これを多結晶シリコンと共に溶融して多結晶シリコン溶融液とし、この多結晶シリコン溶融液にシリコン種結晶を接触させて引き上げることにより、作製することもできる。

次いで、このシリコンウェーハ１の表面１ａに、フォトリソグラフィにより所定のマスクパターンの酸化膜２を形成し、この酸化膜２をマスクとして、このシリコンウェーハ１に、その表面１ａから酸素イオン注入３を施し、このシリコンウェーハ１の表面１ａから少し内部へ入った領域に酸素イオンの高濃度層４を形成する。

この酸素イオン注入３は、例えば、シリコンウェーハ１を３００℃以上、好ましくは４００℃〜６５０℃の高温に加熱して、酸素注入エネルギーとして１４０〜２２０ｋｅＶ、好ましくは１７０ＫｅＶの加速エネルギーで、ドーズ量２×１０^１６ｃｍ^−２〜４×１０^１７ｃｍ^−２、好ましくは、２．５×１０^１７ｃｍ^−２の酸素イオン注入を行う。
この酸素イオン注入３では、シリコンウェーハ１の表面１ａを単結晶のまま維持すると共に、その表面１ａから少し内部へ入った領域では、シリコンの格子間に酸素イオンが入り込むことにより、酸素イオンを高濃度で含むシリコンからなる高濃度層４を形成することとなる。

「追加イオン注入工程」
図２（ｂ）に示すように、このシリコンウェーハ１に、その表面１ａから窒素イオンおよび／または金属イオンを注入する追加イオン注入５を施し、高濃度層４に窒素イオンおよび／または金属イオンを注入する。
この追加イオン注入５では、高濃度層４に窒素イオンおよび／または金属イオンを効果的に注入するためには、この窒素イオンおよび／または金属イオンの注入深さを、上記の酸素イオン注入３における酸素イオンの注入深さと略同一とすることが好ましい。

また、この追加イオン注入５における窒素イオンおよび／または金属イオンのドーズ量は、酸素イオン注入３における酸素イオンのドーズ量の１／１０〜１である。
ここで、窒素イオンおよび／または金属イオンのドーズ量を、酸素イオンのドーズ量の１／１０以下とした理由は、シリコンの格子間に入り込む窒素イオンおよび／または金属イオンの量を、この格子間に入り込む酸素イオンの量と比べて絶対的に少なくすることで、窒素イオンおよび／または金属イオンの量を、酸素イオンの量に比べて過剰になることなく適正に制御することができるからである。

ここで、金属イオンとしては、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａの群から選択される１種または２種以上のイオンが挙げられる。
これらの窒素イオンおよび／または金属イオンにより、高濃度層４は、シリコンの格子間に酸素イオンの他に窒素イオンおよび／または金属イオンが入り込んだ追加イオン含有高濃度層６となる。

この追加イオン注入５は、例えば、シリコンウェーハ１を３００℃以上、好ましくは４００℃〜６５０℃の高温に加熱して、窒素イオンおよび／または金属イオンからなる追加イオンの注入エネルギーとして１４０〜２２０ｋｅＶ、好ましくは１７０ＫｅＶの加速エネルギーで、ドーズ量２×１０^１５ｃｍ^−２〜４×１０^１６ｃｍ^−２、好ましくは、２．５×１０^１６ｃｍ^−２の追加イオン注入を行う。
この追加イオン注入５では、シリコンウェーハ１の表面１ａ近傍のシリコン単結晶層をアモルファスシリコン層に変化させると共に、その表面１ａから少し内部へ入った領域、すなわち高濃度層４では、シリコンの格子間に窒素イオンおよび／または金属イオンからなる追加イオンが入り込むことにより、酸素イオンの他に、窒素イオンおよび／または金属イオンを酸素イオンの１／１０〜１含む高濃度層６を形成することとなる。

この高濃度層６は、窒素イオンを用いて追加イオン注入５を行った場合、シリコンウェーハ１の表面１ａ近傍のシリコンの格子間に窒素イオンが入り込むこととなる。
一方、金属イオンを用いて追加イオン注入５を行った場合、シリコンウェーハ１の表面１ａ近傍のシリコンの格子間に金属イオンが入り込むこととなる。
なお、この追加イオン注入工程は、酸素イオン注入工程の前に行ってもよい。

「ＨＦエッチング工程」
エッチング液としてＨＦ濃度４０〜６０％のフッ化水素水溶液を用い、４０〜６０℃、３〜５分の処理条件で、追加イオン注入５を行ったシリコンウェーハ１の表面をエッチング処理し、このシリコンウェーハ１の表面１ａに形成された酸化膜２を除去する。

「洗浄工程」
表面処理したシリコンウェーハ１を、４０〜８５℃の温度下、ＳＣ−１洗浄（ＮＨ_４ＯＨ ／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ の１：１：１０の混合液による洗浄）、ＳＣ−２洗浄（ＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ の混合液による洗浄）、硫酸過水洗浄（Ｈ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２の混合液による洗浄）等により、洗浄を行う。

「高温アニール処理工程」
図２（ｃ）に示すように、酸化膜２が除去されたシリコンウェーハ１に、酸素と不活性ガスが設定比率（例えば、酸素分圧比が２〜４５％程度）となる混合ガス雰囲気中、１３００℃以上、より好ましくは１３２０〜１３５０℃にて、６〜２０時間、熱処理を施す。

本実施形態では、１３５０℃未満、好ましくは１２８０〜１３２０℃の温度範囲にて所定時間かけて熱処理した後、１３５０℃以上シリコンの融点未満の温度に昇温し、所定時間かけてさらに高温の熱処理をおこなう。
具体的には、アニール条件は、１３２０℃、１０時間のＩＴＯＸプロセスの後に、１３５０℃、５〜１０時間のアニールプロセスを、Ａｒ雰囲気（酸素２％）でおこなうことが好ましい。

これにより、窒素イオンを用いて追加イオン注入５を行った場合には、高濃度層６中の窒素イオンがシリコンと反応し、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）または酸窒化ケイ素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）を生成することとなる。
一方、金属イオンを用いて追加イオン注入５を行った場合には、高濃度層６中の金属イオンがシリコンと反応し、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ等を含む金属ケイ素化合物を生成することとなる。

したがって、この熱処理により、高濃度層６は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）または酸窒化ケイ素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）、あるいはＨｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ等を含む金属ケイ素化合物を含む高誘電率の埋め込み酸化膜７となる。なお、高濃度層６の上のアモルファスシリコン層はＳＯＩ層８となる。
同時に、このシリコンウェーハ１の表面１ａ及び裏面１ｂが酸化され、表面酸化膜１１及び裏面酸化膜１２が形成される。

「酸化膜剥離工程」
エッチング液としてＨＦ濃度４０〜６０％のフッ化水素水溶液を用い、４０〜６０℃、３〜５分の処理条件で、シリコンウェーハ１の表面１ａ及び裏面１ｂに形成された表面酸化膜１１及び裏面酸化膜１２を除去する。
これにより、図２（ｄ）に示すように、シリコンウェーハ１の表面１ａ近傍に高誘電率の埋め込み酸化膜７及びアモルファスシリコン層からなるＳＯＩ層８を有するＳＩＭＯＸウェーハ１３が得られる。

「ＳＯＩ層膜厚測定工程」
分光エリプソメーターを用いてＳＯＩ層８の膜厚を測定し、このＳＯＩ層８の膜厚が適正な範囲内であれば良品と判定する。一方、このＳＯＩ層８の膜厚が厚すぎる場合は、このＳＯＩ層８の表面をエッチング処理して、その膜厚を適正な膜厚に調整する。なお、ＳＯＩ層８が薄すぎる場合には、製品として不適合であるから、不良品として製造ラインから排除する。

「洗浄工程」
最後に、上記の洗浄工程に準じて、ＳＩＭＯＸウェーハ１３の洗浄を行う。
この洗浄工程における洗浄条件は、製造されるＳＩＭＯＸウェーハ１３の規格によって選択することができる。
以上により、シリコンウェーハ１の表面１ａ近傍に、誘電率が従来より格段に向上した高誘電率の埋め込み酸化膜７を形成することができ、従来のＳＩＭＯＸウェーハと比べて電気的な実効膜厚がさらに薄い埋め込み酸化膜７を有するＳＩＭＯＸウェーハ１３を製造することができる。

以下、実施例により本発明を説明する。
（実施例１）
シリコンウェーハを４００℃に加熱し、このシリコンウェーハの表面に酸素イオン注入を行った。この酸素イオン注入における加速エネルギーは２１５ＫｅＶ、ドーズ量は２．５×１０^１７ｃｍ^−２であった。
次いで、このシリコンウェーハを４００℃に加熱したままの状態で、その表面からＮ^＋イオンを注入する追加イオン注入を行った。このＮイオン注入における加速エネルギーは１９０ＫｅＶであり、ドーズ量は後述する表１に記載されているように、１×１０^１６ｃｍ^−２〜５０×１０^１６ｃｍ^−２の範囲内の計７種類とした。

次いで、このシリコンウェーハに、フッ化水素水溶液を用いたエッチング処理を施して、表面に形成された酸化膜を除去し、次いで、ＳＣ−１洗浄を行った。
次いで、このシリコンウェーハに、酸素分圧比が４０％のＡｒガス雰囲気下にて、１３００℃にて５時間、熱処理を施し、さらに、酸素分圧比が４％のＡｒガス雰囲気にて１３５０℃にて１０時間、高温熱処理を施した。
その後、フッ化水素水溶液を用いてシリコンウェーハの表面及び裏面に形成された酸化膜を除去し、再度ＳＣ−１洗浄を行い、ＳｉＯＮイオンのドーズ量が異なる７種類の試料からなる実施例１のＳＩＭＯＸウェーハを得た。
次いで、７種類の試料毎に、誘電率及び実効絶縁膜厚を測定した。この測定結果を表１に示す。

（実施例２）
シリコンウェーハを４００℃に加熱し、このシリコンウェーハの表面に酸素イオン注入を行った。この酸素イオン注入における加速エネルギーは２１５ＫｅＶ、ドーズ量は２．５×１０^１７ｃｍ^−２であった。
次いで、このシリコンウェーハを４００℃に加熱したままの状態で、その表面からＨｆ^４＋イオンを注入する追加イオン注入を行った。このＨｆイオン注入における加速エネルギーは６００ＫｅＶであり、ドーズ量は後述する表１に記載されているように、１×１０^１６ｃｍ^−２〜５０×１０^１６ｃｍ^−２の範囲内の計７種類とした。

次いで、このシリコンウェーハに、フッ化水素水溶液を用いたエッチング処理を施して、表面に形成された酸化膜を除去し、次いで、ＳＣ−１洗浄を行った。
次いで、このシリコンウェーハに、酸素分圧比が４０％のＡｒガス雰囲気下にて、１３００℃にて５時間、熱処理を施し、さらに、酸素分圧比が４％のＡｒガス雰囲気にて１３５０℃にて１０時間、高温熱処理を施した。
その後、フッ化水素水溶液を用いてシリコンウェーハの表面及び裏面に形成された酸化膜を除去し、再度ＳＣ−１洗浄を行い、Ｈｆイオンのドーズ量が異なる７種類の試料からなる実施例２のＳＩＭＯＸウェーハを得た。
次いで、７種類の試料毎に、誘電率及び実効絶縁膜厚を測定した。この測定結果を表２に示す。

（実施例３）
シリコンウェーハを４００℃に加熱し、このシリコンウェーハの表面に酸素イオン注入を行った。この酸素イオン注入における加速エネルギーは２１５ＫｅＶ、ドーズ量は２．５×１０^１７ｃｍ^−２であった。
次いで、このシリコンウェーハを４００℃に加熱したままの状態で、その表面からＴｉ^３＋イオンを注入する追加イオン注入を行った。このＴｉイオン注入における加速エネルギーは２１５ＫｅＶであり、ドーズ量は後述する表３に記載されているように、１×１０^１６ｃｍ^−２〜２０×１０^１６ｃｍ^−２の範囲内の計７種類とした。

次いで、このシリコンウェーハに、フッ化水素水溶液を用いたエッチング処理を施して、表面に形成された酸化膜を除去し、次いで、ＳＣ−１洗浄を行った。
次いで、このシリコンウェーハに、酸素分圧比が４０％のＡｒガス雰囲気下にて、１３００℃にて５時間、熱処理を施し、さらに、酸素分圧比が４％のＡｒガス雰囲気にて１３５０℃にて１０時間、高温熱処理を施した。
その後、フッ化水素水溶液を用いてシリコンウェーハの表面及び裏面に形成された酸化膜を除去し、再度ＳＣ−１洗浄を行い、ＳｉＴｉＯイオンのドーズ量が異なる７種類の試料からなる実施例３のＳＩＭＯＸウェーハを得た。
次いで、７種類の試料毎に、誘電率及び実効絶縁膜厚を測定した。この測定結果を表３に示す。

（比較例）
シリコンウェーハを４００℃に加熱し、このシリコンウェーハの表面に酸素イオン注入を行った。この酸素イオン注入における加速エネルギーは２１５ＫｅＶ、ドーズ量は２．５×１０^１７ｃｍ^−２であった。
次いで、このシリコンウェーハに、フッ化水素水溶液を用いたエッチング処理を施して、表面に形成された酸化膜を除去し、次いで、ＳＣ−１洗浄を行った。

次いで、このシリコンウェーハに、酸素分圧比が４０％％のＡｒガス雰囲気下にて、１３００℃にて５時間、熱処理を施し、さらに、酸素分圧比が４％のＡｒガス雰囲気にて１３５０℃にて１０時間、高温熱処理を施した。
その後、フッ化水素水溶液を用いてシリコンウェーハの表面及び裏面に形成された酸化膜を除去し、再度ＳＣ−１洗浄を行い、比較例のＳＩＭＯＸウェーハを得た。
次いで、誘電率及び実効絶縁膜厚を測定した。この測定結果を表４に示す。

表１〜表４によれば、実施例１〜３のＳＩＭＯＸウェーハでは、比較例のＳＩＭＯＸウェーハと比べて、追加イオン注入のドーズ量が増加するにしたがって、誘電率も向上していることが分かった。一方、実効絶縁膜厚は、追加イオン注入のドーズ量が増加するにしたがって、薄くなっていることが分かった。
以上により、誘電率が高く、かつ電気的な実効膜厚が薄い埋め込み酸化膜を有するＳＩＭＯＸウェーが容易に得られることが分かった。

本発明の一実施形態のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を示す過程図である。

符号の説明

１ シリコンウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ 酸素イオン注入
４ 酸素イオンの高濃度層
５ 追加イオン注入
６ 追加イオン含有高濃度層
７ 高誘電率の埋め込み酸化膜
８ ＳＯＩ層
１１ 酸表面酸化膜
１２ 裏面酸化膜
１３ ＳＩＭＯＸウェーハ

Claims (7)

1. シリコン基板内に酸素イオンの高濃度層を形成するための酸素イオン注入工程と、このシリコン基板を高温にてアニール処理する高温アニール処理工程と、を有するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
   前記酸素イオン注入工程の前または後に、前記高濃度層を高誘電率層とするために窒素イオンおよび／または金属イオンを注入する追加イオン注入工程を有することを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
2. 前記高誘電率層は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）または酸窒化ケイ素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）を含むことを特徴とする請求項１記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
3. 前記金属イオンは、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａの群から選択される１種または２種以上のイオンであることを特徴とする請求項１記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
4. 前記追加イオン注入工程における窒素イオンおよび／または金属イオンの注入深さは、前記酸素イオン注入工程における酸素イオンの注入深さと略同一であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
5. 前記追加イオン注入工程における窒素イオンおよび／または金属イオンのドーズ量は、前記酸素イオン注入工程の酸素イオンのドーズ量の１／１０〜１であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
6. 前記追加イオン注入工程に、ＭＬＤ（Modified Low Dose）法を適用してなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法により作製されたことを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハ。

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