JP2685384B2 - 半導体基板の製造法 - Google Patents
半導体基板の製造法Info
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- JP2685384B2 JP2685384B2 JP4090707A JP9070792A JP2685384B2 JP 2685384 B2 JP2685384 B2 JP 2685384B2 JP 4090707 A JP4090707 A JP 4090707A JP 9070792 A JP9070792 A JP 9070792A JP 2685384 B2 JP2685384 B2 JP 2685384B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板に酸素を
イオン注入して基板内部に埋め込み酸化膜を形成した半
導体基板（Ｓｅｐｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎ
ｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ：以下ＳＩＭＯＸ基板と称する）
の製造法に関するものである。
イオン注入して基板内部に埋め込み酸化膜を形成した半
導体基板（Ｓｅｐｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎ
ｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ：以下ＳＩＭＯＸ基板と称する）
の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層には、
イオン注入工程の際多くのダメージが与えられる。この
ダメージをなくすため、イオン注入後に熱処理を行う
が、ＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層には、なお転位や
酸素析出物等の欠陥が存在する。これらの欠陥はＳＩＭ
ＯＸ基板上に作られたデバイスの電気特性に影響を与え
る恐れがあるため、ＳＩＭＯＸ基板製造においてはその
低減が望まれる。
イオン注入工程の際多くのダメージが与えられる。この
ダメージをなくすため、イオン注入後に熱処理を行う
が、ＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層には、なお転位や
酸素析出物等の欠陥が存在する。これらの欠陥はＳＩＭ
ＯＸ基板上に作られたデバイスの電気特性に影響を与え
る恐れがあるため、ＳＩＭＯＸ基板製造においてはその
低減が望まれる。
【０００３】これに対し、Ｊ．Ｓｔｏｅｍｅｎｏｓらは
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ
ｖｏｌ．７３ ｐ．５４６（１９８５）での発表にお
いて、必要な酸素の全ドーズ量を同一のエネルギーで注
入した後、１３００℃以上の高温で熱処理することによ
り、転位や析出物を低減することを報告している。しか
しながら、加速エネルギー２００ｋｅＶ、ドーズ量１．
５ｘ１０18ｃｍ-2で酸素イオンを注入後、熱処理を１３
００℃６時間で実施しても、表面シリコン層中の転位密
度は１０7 〜１０8 ｃｍ-2程度までしか低減されていな
い。
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ
ｖｏｌ．７３ ｐ．５４６（１９８５）での発表にお
いて、必要な酸素の全ドーズ量を同一のエネルギーで注
入した後、１３００℃以上の高温で熱処理することによ
り、転位や析出物を低減することを報告している。しか
しながら、加速エネルギー２００ｋｅＶ、ドーズ量１．
５ｘ１０18ｃｍ-2で酸素イオンを注入後、熱処理を１３
００℃６時間で実施しても、表面シリコン層中の転位密
度は１０7 〜１０8 ｃｍ-2程度までしか低減されていな
い。
【０００４】また、Ｓ．Ｎａｋａｓｈｉｍａ等はＥｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓｖｏｌ．２６ ｐ．
１６４８（１９９１）において、注入するイオンのドー
ズ量を減らすことによって表面シリコン層中の転位密度
を減らすことを述べている。しかしながら注入するイオ
ンのドーズ量が減ることによって埋め込み酸化膜の膜厚
が薄くなるため、この方法では必要な厚みを持つ高耐圧
な埋め込み絶縁膜が得られない。
ｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓｖｏｌ．２６ ｐ．
１６４８（１９９１）において、注入するイオンのドー
ズ量を減らすことによって表面シリコン層中の転位密度
を減らすことを述べている。しかしながら注入するイオ
ンのドーズ量が減ることによって埋め込み酸化膜の膜厚
が薄くなるため、この方法では必要な厚みを持つ高耐圧
な埋め込み絶縁膜が得られない。
【０００５】Ｄ．ＨｉｌｌらはＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ
ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓｖｏｌ．６３ ｐ．４
９３３（１９８８）において、必要な全ドーズ量を複数
に分割し、各注入を終了する毎に熱処理を行うという多
段階注入法によって、表面シリコン層中の転位密度を低
減する方法を示している。この方法によって、エネルギ
ー２００ｋｅＶ、全ドーズ量１．６ｘ１０18ｃｍ-2で、
表面シリコン層中の転位密度が１０4 〜１０5 ｃｍ-2と
いうＳＩＭＯＸ基板を得ている。しかしながらこの方法
は各注入毎にウェハを取り出し熱処理しなければならな
い、このため処理時間が長くなりスループットが低下
し、コストアップとなる。
ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓｖｏｌ．６３ ｐ．４
９３３（１９８８）において、必要な全ドーズ量を複数
に分割し、各注入を終了する毎に熱処理を行うという多
段階注入法によって、表面シリコン層中の転位密度を低
減する方法を示している。この方法によって、エネルギ
ー２００ｋｅＶ、全ドーズ量１．６ｘ１０18ｃｍ-2で、
表面シリコン層中の転位密度が１０4 〜１０5 ｃｍ-2と
いうＳＩＭＯＸ基板を得ている。しかしながらこの方法
は各注入毎にウェハを取り出し熱処理しなければならな
い、このため処理時間が長くなりスループットが低下
し、コストアップとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高耐圧な埋め
込み酸化膜をもちかつ転位密度の低い表面シリコン層を
有するＳＩＭＯＸ基板を短時間の処理でかつ低いコスト
で得ることを目的とする。
込み酸化膜をもちかつ転位密度の低い表面シリコン層を
有するＳＩＭＯＸ基板を短時間の処理でかつ低いコスト
で得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、単結晶シリコン基板中に酸素をイオン注入し
て、前記半導体基板中に埋め込み酸化膜を形成する半導
体基板の製造方法において、イオン注入するエネルギー
を段階的に変化させてイオン注入し、引き続き熱処理を
実行すること、および初回のイオン注入に対して、２回
目以降のイオン注入は、前回のイオン注入のエネルギー
の最低値を下回る注入エネルギーとなるように変化させ
ることを特徴とする。
本発明は、単結晶シリコン基板中に酸素をイオン注入し
て、前記半導体基板中に埋め込み酸化膜を形成する半導
体基板の製造方法において、イオン注入するエネルギー
を段階的に変化させてイオン注入し、引き続き熱処理を
実行すること、および初回のイオン注入に対して、２回
目以降のイオン注入は、前回のイオン注入のエネルギー
の最低値を下回る注入エネルギーとなるように変化させ
ることを特徴とする。
【０００８】
【実施例及び作用】熱処理ごの最終的なＳＩＭＯＸ基板
の表面シリコン層中の転位密度や析出物等の欠陥の形態
は、酸素イオン注入後熱処理前（以後アズインプラ状態
と呼ぶ）での、シリコン基板中での酸素元素濃度分布と
注入イオンによる照射損傷密度分布に影響される。次
に、酸素イオン注入の注入エネルギーを変化させて２段
階とし、初回の注入エネルギーに対し、２回目の注入エ
ネルギーが初回注入エネルギーよりも下回る実施例につ
いて述べる。
の表面シリコン層中の転位密度や析出物等の欠陥の形態
は、酸素イオン注入後熱処理前（以後アズインプラ状態
と呼ぶ）での、シリコン基板中での酸素元素濃度分布と
注入イオンによる照射損傷密度分布に影響される。次
に、酸素イオン注入の注入エネルギーを変化させて２段
階とし、初回の注入エネルギーに対し、２回目の注入エ
ネルギーが初回注入エネルギーよりも下回る実施例につ
いて述べる。
【０００９】ある膜厚の埋め込み酸化膜をもったＳＩＭ
ＯＸ基板を形成するために必要な全ドーズ量１．６ｘ１
０18ｃｍ-2の酸素イオンにたいして、初回のドーズ量
０．８ｘ１０18ｃｍ-2は注入エネルギー−２００ｋｅＶ
で注入した。それに引き続いて残りの０．８ｘ１０18ｃ
ｍ-2のドーズ量は注入エネルギー１５０ｋｅＶで注入し
た。引き続きこのＳＩＭＯＸ基板を１３００℃で６時間
熱処理した。図１は前述の本発明の方法によって製造し
たＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層中の転位密度と、従
来法の同一エネルギーの注入によって製造されたＳＩＭ
ＯＸ基板の表面シリコン層中の転位密度を比較したもの
である。同一エネルギーの注入によって製造されたＳＩ
ＭＯＸ基板は、全ドーズ量の１．６ｘ１０18ｃｍ-2の酸
素イオンの全量を同一の注入エネルギー２００ｋｅＶで
注入し、その後、１３００℃で６時間の熱処理をしたも
のである。転位密度の評価は、熱処理終了後のＳＩＭＯ
Ｘ基板上に膜厚０．５〜２．０μｍのシリコン単結晶層
をエピタキシャル成長させ、その後化学エッチング法に
より、転位の存在によって発生するエッチピットの面密
度をＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層の転位密度とする
事によって行った。図１に示すように、同一エネルギー
注入法で製造したＳＩＭＯＸ基板表面シリコン層の転位
密度１は３〜５ｘ１０7 ｃｍ-2であるのに対して本発明
の方法で製造したＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層中の
転位密度２は５〜９ｘ１０5 ｃｍ-2まで著しく減少して
いる。
ＯＸ基板を形成するために必要な全ドーズ量１．６ｘ１
０18ｃｍ-2の酸素イオンにたいして、初回のドーズ量
０．８ｘ１０18ｃｍ-2は注入エネルギー−２００ｋｅＶ
で注入した。それに引き続いて残りの０．８ｘ１０18ｃ
ｍ-2のドーズ量は注入エネルギー１５０ｋｅＶで注入し
た。引き続きこのＳＩＭＯＸ基板を１３００℃で６時間
熱処理した。図１は前述の本発明の方法によって製造し
たＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層中の転位密度と、従
来法の同一エネルギーの注入によって製造されたＳＩＭ
ＯＸ基板の表面シリコン層中の転位密度を比較したもの
である。同一エネルギーの注入によって製造されたＳＩ
ＭＯＸ基板は、全ドーズ量の１．６ｘ１０18ｃｍ-2の酸
素イオンの全量を同一の注入エネルギー２００ｋｅＶで
注入し、その後、１３００℃で６時間の熱処理をしたも
のである。転位密度の評価は、熱処理終了後のＳＩＭＯ
Ｘ基板上に膜厚０．５〜２．０μｍのシリコン単結晶層
をエピタキシャル成長させ、その後化学エッチング法に
より、転位の存在によって発生するエッチピットの面密
度をＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層の転位密度とする
事によって行った。図１に示すように、同一エネルギー
注入法で製造したＳＩＭＯＸ基板表面シリコン層の転位
密度１は３〜５ｘ１０7 ｃｍ-2であるのに対して本発明
の方法で製造したＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層中の
転位密度２は５〜９ｘ１０5 ｃｍ-2まで著しく減少して
いる。
【００１０】上記実施例における作用について以下に述
べる。図２はドーズ量０．８ｘ１０18ｃｍ-2の酸素イオ
ンを注入エネルギー２００ｋｅＶで注入した後のアズイ
ンプラＳＩＭＯＸ基板の酸素濃度深さ分布３と照射損傷
密度の深さ分布４が示されている。注入された酸素濃度
分布３は酸素原子の注入時の熱拡散の影響を受け図２に
示すように、注入イオンの飛程６をピークに持つ非対称
なガウス分布を示す。また、注入イオンは基板のシリコ
ン原子と衝突することによってシリコン基板中に照射損
傷を誘発するがその損傷の濃度分布４は注入イオンの飛
程の約８０％の位置にピーク７を持つ非対称ガウス分布
となる。同じく図２で示されるように、１５０ｋｅＶで
注入された酸素の深さ方向の濃度分布５のピーク８は、
２００ｋｅＶ注入時のピーク６よりも基板表面側の、照
射損傷密度のピーク７近傍に位置する。したがって２段
目に、注入エネルギー１５０ｋｅＶで注入された酸素は
照射損傷密度が高い領域に多く存在することになる。損
傷密度の高い領域での物質の熱拡散係数は大きい、した
がって１５０ｋｅＶで注入された酸素原子は容易に熱拡
散し、イオン注入の段階でシリコンと反応して小さいＳ
ｉＯ2 の析出物を表面シリコン中に多数形成する。従来
の注入法で製造したＳＩＭＯＸ基板はアズインプラ状態
では表面シリコン層中に比較的大きめのＳｉＯ2 析出物
が存在しそれによる歪が存在している、この歪はその後
の熱処理をへて表面シリコン層中に転位を発生させる原
因となっている。本発明の注入法で作られたＳＩＭＯＸ
基板はアズインプラ状態でそのような歪が少ないため熱
処理後の表面シリコン層中の転位密度は少なくなる。
べる。図２はドーズ量０．８ｘ１０18ｃｍ-2の酸素イオ
ンを注入エネルギー２００ｋｅＶで注入した後のアズイ
ンプラＳＩＭＯＸ基板の酸素濃度深さ分布３と照射損傷
密度の深さ分布４が示されている。注入された酸素濃度
分布３は酸素原子の注入時の熱拡散の影響を受け図２に
示すように、注入イオンの飛程６をピークに持つ非対称
なガウス分布を示す。また、注入イオンは基板のシリコ
ン原子と衝突することによってシリコン基板中に照射損
傷を誘発するがその損傷の濃度分布４は注入イオンの飛
程の約８０％の位置にピーク７を持つ非対称ガウス分布
となる。同じく図２で示されるように、１５０ｋｅＶで
注入された酸素の深さ方向の濃度分布５のピーク８は、
２００ｋｅＶ注入時のピーク６よりも基板表面側の、照
射損傷密度のピーク７近傍に位置する。したがって２段
目に、注入エネルギー１５０ｋｅＶで注入された酸素は
照射損傷密度が高い領域に多く存在することになる。損
傷密度の高い領域での物質の熱拡散係数は大きい、した
がって１５０ｋｅＶで注入された酸素原子は容易に熱拡
散し、イオン注入の段階でシリコンと反応して小さいＳ
ｉＯ2 の析出物を表面シリコン中に多数形成する。従来
の注入法で製造したＳＩＭＯＸ基板はアズインプラ状態
では表面シリコン層中に比較的大きめのＳｉＯ2 析出物
が存在しそれによる歪が存在している、この歪はその後
の熱処理をへて表面シリコン層中に転位を発生させる原
因となっている。本発明の注入法で作られたＳＩＭＯＸ
基板はアズインプラ状態でそのような歪が少ないため熱
処理後の表面シリコン層中の転位密度は少なくなる。
【００１１】
【発明の効果】以上に説明したように、従来法で作製し
たＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層中には、イオン注入
量に応じて高温熱処理によっても取り除かれれない転位
が多数存在するが、本発明法によれば、その転位密度を
格段に低減することができる。またＤ．Ｈｉｌｌらのマ
ルチインプラ法に対して本発明は高温での熱処理が１段
階ですむためスループットが向上する。
たＳＩＭＯＸ基板の表面シリコン層中には、イオン注入
量に応じて高温熱処理によっても取り除かれれない転位
が多数存在するが、本発明法によれば、その転位密度を
格段に低減することができる。またＤ．Ｈｉｌｌらのマ
ルチインプラ法に対して本発明は高温での熱処理が１段
階ですむためスループットが向上する。
【図１】本発明と従来法によって作製したＳＩＭＯＸ基
板の転位密度の比較を示す図。
板の転位密度の比較を示す図。
【図２】注入エネルギー２００ｋｅＶの場合の酸素と損
傷密度および注入エネルギー１５０ｋｅＶ時の酸素の基
板深さ方向分布を示す図。
傷密度および注入エネルギー１５０ｋｅＶ時の酸素の基
板深さ方向分布を示す図。
１…従来例 ２…本発明例 ３…酸素の深さ方向分布 ４…損傷密度深さ方向
分布 ５…酸素の深さ方向分布 ６…酸素密度の最高値 ７…酸素密度の最高値
分布 ５…酸素の深さ方向分布 ６…酸素密度の最高値 ７…酸素密度の最高値
Claims (2)
- 【請求項１】 単結晶シリコン基板中に酸素をイオン注
入して、前記半導体基板中に埋め込み酸化膜を形成する
半導体基板の製造方法において、イオンを注入するエネ
ルギーを段階的に変化させてイオン注入し、引き続き熱
処理を実行することを特徴とする半導体基板の製造法。 - 【請求項２】 初回のイオン注入に対して、２回目以降
のイオン注入は、前回のイオン注入のエネルギーを下回
る注入エネルギーとなるように変化させることを特徴と
する請求項１記載の半導体基板の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4090707A JP2685384B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 半導体基板の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4090707A JP2685384B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 半導体基板の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05286799A JPH05286799A (ja) | 1993-11-02 |
| JP2685384B2 true JP2685384B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=14006003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4090707A Expired - Lifetime JP2685384B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 半導体基板の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2685384B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005563A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Sumco Corp | Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法 |
| JP5061489B2 (ja) * | 2006-04-05 | 2012-10-31 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03240230A (ja) * | 1990-02-19 | 1991-10-25 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP4090707A patent/JP2685384B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05286799A (ja) | 1993-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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