JP4228676B2

JP4228676B2 - SIMOX wafer manufacturing method

Info

Publication number: JP4228676B2
Application number: JP2002354669A
Authority: JP
Inventors: 充須藤; 哲弥中井; 嘉郎青木
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: JP2004186618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXygen）ウェーハの製造方法に関する。更に詳しくは、表面の金属汚染を低減しかつ埋込み酸化膜の絶縁耐圧特性の優れたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハの製造方法の１つとして、ＳＩＭＯＸ法（例えば、特許文献１参照）が知られている。このＳＩＭＯＸ法では、加速エネルギー約２００ｋｅＶかつドーズ量約２×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で酸素イオンを注入し、アズ・インプラ（酸素イオンの注入後であって熱処理前の状態）で化学量論的な埋込み酸化膜（Buried OXide、以下、ＢＯＸという）を形成した後、ＳＯＩ層の結晶性回復及びＢＯＸの改質のために熱処理を施す。この方法で製造されたＳＩＭＯＸウェーハは高ドーズＳＩＭＯＸウェーハと呼ばれる。
しかし、この高ドーズＳＩＭＯＸウェーハでは、ＳＯＩ層に貫通転位が多く発生したり、酸素イオンの注入時間が長く製造コストが増大するなどの問題点があった。
【０００３】
そこで、ＳＯＩ層における貫通転位の低減や製造コストの低減について多くの検討が行われ、低ドーズＳＩＭＯＸ技術が提案された（例えば、特許文献２参照）。この低ドーズＳＩＭＯＸ技術では、加速エネルギー１８０ｋｅＶかつドーズ量４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で酸素イオンを注入した後に、熱処理を施すことにより、連続するＢＯＸを形成できる。この連続するＢＯＸの形成は、加速エネルギーが１８０ｋｅＶであって、ドーズ量が４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度である場合に限って可能であるため、このドーズ量はドーズ・ウィンドウと呼ばれる。
しかし、上記低ドーズＳＩＭＯＸウェーハではＢＯＸの厚さが薄いため、ＢＯＸの信頼性が低下する問題点があった。
【０００４】
この点を解消するために開発されたのがＩＴＯＸ（Internal Thermal OXidation）技術である（例えば、特許文献３及び４参照）。このＩＴＯＸ技術とは、ＢＯＸの膜厚が酸素イオンのドーズ量により計算される理論的膜厚になるアニール処理を濃度１％以下の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で行った後に、濃度１％を越える酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で酸化処理を施すことにより、ＢＯＸを厚膜化する技術である。このＩＴＯＸ技術の導入により、低ドーズＳＩＭＯＸウェーハのＢＯＸの信頼性が向上した。
しかし、上記ＩＴＯＸ技術を導入した低ドーズＳＩＭＯＸ法であっても、酸素イオンのドーズ量が４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²と未だ多いため、イオン注入時間が１バッチ処理当り数時間も掛かるのに加えて、ＩＴＯＸ処理を施す必要があるため、熱処理時間も長くなり、生産効率が低下し製造コストが増大する問題点があった。
【０００５】
一方、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、酸素イオンの注入を２段階に分けて行う方法が開示されている（例えば、特許公報５参照）。この２段階酸素イオン注入法では、シリコンウェーハを２００〜７００℃に加熱した状態で１回目の酸素イオンの注入を行い、次にシリコンウェーハを２５〜２００℃に冷却した状態で２回目の酸素イオン注入を行う。この２段階酸素イオン注入法では、１回目の酸素イオン注入時にシリコンウェーハを加熱することでシリコンウェーハ表面を単結晶のまま維持し、２回目の酸素イオン注入によりシリコンウェーハ内にアモルファス層を形成する。次にこのシリコンウェーハを高温で酸化処理することにより、シリコンウェーハにＳＯＩ構造を形成する。この熱処理により、上記アモルファス層から多結晶、双晶、積層欠陥からなる高密度欠陥層が形成される。この高密度欠陥層が形成された領域は酸素の拡散が速いので、酸素イオンのドーズ量から理論的に予想される厚さの２倍程度の厚さまでＢＯＸを厚く形成できる。この方法によって製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、ＭＬＤ（Modified Low Dose）−ＳＩＭＯＸと呼ばれている。
【０００６】
【特許文献１】
泉勝俊、他２名，「CMOS Device Fabricated on Buried SiO₂ Layers Formed by Oxygen Implantation into Silicon」エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters），１９７８年，第１４巻，ｐ．５９３−５９４
【０００７】
【特許文献２】
中嶋定夫、他１名，「Analysis of buried oxide layer formation and mechanism of threading dislocation generation in the substoichiometric oxygen dose region」，ジャーナル・オブ・マテリアルズ・リサーチ（Journal of Mterials Research），１９９３年，第８巻，ｐ．５２３−５３４
【０００８】
【特許文献３】
中嶋定夫、他６名，「Thickness Increment of Buried Oxide in a SIMOX Wafer by High-temperature Oxidation」，プロシーディング・１９９４・アイイーイーイー・インターナショナル・エスオーアイ・コンフェレンス（Proceedings 1994 IEEE International SOI Conference），１９９４年，ｐ．７１−７２
【０００９】
【特許文献４】
特開平７−２６３５３８号公報
【００１０】
【特許文献５】
米国特許第５９３０６４３号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のいずれのＳＩＭＯＸ法であっても、これらのＳＩＭＯＸ法で高品質なＢＯＸを形成するために、熱処理時にウェーハを１３００℃以上という高温に保持しなければならず、熱処理時にウェーハが金属汚染を受けてウェーハ表面に金属不純物が付着し易くなる問題点があった。この金属不純物をウェーハ表面から除去する方法として、酸素を含む雰囲気に塩化水素系ガスを混合する方法がデバイス製造において実用化されており、この方法は一般に塩酸酸化法と呼ばれている。
しかし、本発明者らが、熱処理時の酸素を含む不活性ガス雰囲気に塩化水素系ガスを一定量混合して、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸを作製したところ、ウェーハ表面の金属汚染は低減できるものの、ＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまう問題点があることが分かった。
【００１２】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウェーハ表面の金属汚染を低減でき、かつＢＯＸの絶縁耐圧特性を向上できる、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは、酸素を含む不活性ガス雰囲気への塩化水素系ガスの混合方法について検討を重ねた。その結果、酸素イオンを注入したシリコンウェーハに熱処理を行う工程のうち、酸素の含有量の多い高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程において塩化水素系ガスを混合すると、ウェーハ表面の酸化膜が厚くなってＢＯＸの厚膜化が抑制され、ＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまうけれども、酸素の含有量の少ない低酸素分圧ガス雰囲気での処理時に塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸの絶縁耐圧特性は低下しないことを見出した。特に熱処理の最終工程である降温時に塩化水素系ガスを混合すると、ウェーハ表面の金属汚染を効果的に低減できることを見出した。
【００１４】
また、本発明者らは、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法において、１回目の酸素イオンのドーズ量が多いと、ＢＯＸにシリコン島が発生しＢＯＸの絶縁耐圧特性が低下してしまうけれども、１回目の酸素イオンのドーズ量を低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量の半分以下である２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下にしても、連続するＢＯＸを形成でき、しかもＢＯＸの厚さが薄くなるにも拘らず、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を向上できることを見出した。
【００１５】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入した後に、シリコンウェーハ１１に所定の熱処理を行うことにより、シリコンウェーハ１１の内部にＢＯＸ１４を形成する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、所定の熱処理が、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及びシリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、上記昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合するところにある。
【００１６】
この請求項１に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、酸素分圧比を５％未満にした昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性は低下しないので、この塩化水素系ガスがウェーハ１１表面の汚染金属であるＦｅやＣｕなどと結合し、塩化鉄や塩化銅などのガスとなってウェーハ１１から除去される。この結果、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。特に所定の熱処理の最終工程である降温工程時に低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合すると、熱処理後のウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。なお、所定の熱処理に酸化工程を含む場合、酸化処理時に酸素分圧比を５％以上にすることにより、高酸素分圧ガスに含まれる酸素をＢＯＸ１４を形成するために利用できるけれども、この高酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合すると、ＢＯＸ１４の厚膜化が抑制されて、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性が低下してしまうため、塩化水素系ガスを混合しないか、或いは混合してもその混合量を抑制する。
【００１７】
請求項２に係る発明は、図１に示すように、酸素イオンの注入工程が、シリコンウェーハ１１を２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行いシリコンウェーハ１１を２００℃未満に冷却した状態で酸素イオンをドーズ量１×１０¹⁴〜５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で注入する第２注入工程とを含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法である。
【００１８】
この請求項２に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、１回目の酸素イオンのドーズ量を５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²と従来の低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量より少なくしたので、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるとともに、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減できかつ酸素イオンの注入時間を短縮できる。また２回目の酸素イオンのドーズ量を１回目の酸素イオンのドーズ量より少なくしたので、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、図１及び図２に示すように、酸素イオンの注入工程が、シリコンウェーハ１１を２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のドーズ量で注入する第１注入工程と、この第１注入工程に引き続いて行いシリコンウェーハ１１を２００℃未満に冷却した状態で酸素イオンをドーズ量１×１０¹⁴〜５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で注入する第２注入工程とを含み、所定の熱処理が、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程及びシリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程のいずれか一方又は双方と、シリコンウェーハ１１を酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含み、上記昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合するＳＩＭＯＸウェーハの製造方法である。
【００２０】
この請求項３に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、上記２段階の酸素イオンの注入により、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減でき、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減でき、かつ酸素イオンの注入時間を短縮できるとともに、低酸素分圧ガス雰囲気中で行われる熱処理時にこの低酸素分圧ガスに多くの塩化水素系ガスを混合しても、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性は低下しないので、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減することができる。この結果、清浄で電気特性の優れたウェーハ１１を得ることができる。
【００２１】
また塩化水素系ガスを、酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０〜０．０２容量％混合し、酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０．０２〜１０容量％混合することが好ましい。
更に塩化水素系ガスの液体ソース材料としてトランス−ジクロロエチレンを用いることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入する工程と、このウェーハ１１に所定の熱処理を行う工程とを含む。この実施の形態では、ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法にてウェーハ１１を製造する方法を説明する。なお、ＳＩＭＯＸウェーハをＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法ではなく、ＩＴＯＸ−ＳＩＭＯＸ法などの他のＳＩＭＯＸ法で製造する場合にも適用できる。
【００２３】
ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法では、酸素イオン注入を２段階に分けて行う。１回目の酸素イオンの注入はウェーハ１１を２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃に加熱した状態で酸素イオンのドーズ量が５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、好ましくは１．２５×１０¹⁷〜１．７５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で行う（第１注入工程）。２回目の酸素イオンの注入は１回目の酸素イオンの注入に引き続いて行い、ウェーハ１１を２００℃未満、好ましくは２５〜１００℃に冷却した状態で酸素イオンのドーズ量が１×１０¹⁴〜５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²、好ましくは５×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で行う（第２注入工程）。
【００２４】
１回目の酸素イオンの注入においてウェーハ１１を２００℃以上に加熱したのは、ウェーハ１１表面を単結晶のまま維持してウェーハ１１中に酸素の高濃度層１２（図１（ａ））を形成するためであり、２回目の酸素イオンの注入においてウェーハ１１を２００℃未満に冷却したのは、ウェーハ１１中にアモルファス層１３（図１（ｂ））を形成するためである。また１回目の酸素イオンのドーズ量を５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の範囲に限定したのは、熱処理後のＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減するためであり、第１注入工程より第２注入工程の酸素イオンのドーズ量を少なくしたのは、２回目の酸素イオンのドーズ量が多いと、１回目及び２回目の酸素イオンの合計ドーズ量が多くなって、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島が増加してしまうからである。
【００２５】
一方、上記所定の熱処理は、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気で昇温する工程と、酸素分圧比５％以上、好ましくは酸素分圧比２０〜８０％の高酸素分圧ガス雰囲気で酸化処理を行う工程と、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気でアニール処理を行う工程と、酸素分圧比５％未満、好ましくは酸素分圧比０．５〜４％の低酸素分圧ガス雰囲気で降温する工程とを含む。この実施の形態では、ウェーハ１１を酸化処理した後に、引き続いてウェーハ１１をアニール処理する。また高酸素分圧ガスには塩化水素系ガスを混合しないで、低酸素分圧ガスのみに塩化水素系ガスを混合する。なお、高酸素分圧ガスは分圧比５％以上の酸素を含む不活性ガスをいい、低酸素分圧ガスは分圧比５％未満の酸素を含む不活性ガスをいい、不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスが挙げられる。
【００２６】
塩化水素系ガスの液体ソース材料としては、ＨＣｌガスの他に、Ｔｒａｎｓ−ＬＣやトリクロロエチレン（ＴＣＡ）を用いることができるけれども、ＴＣＡは地球のオゾン層を破壊する物質として利用が制限されるようになっており、Ｔｒａｎｓ−ＬＣを用いることが好ましい。Ｔｒａｎｓ−ＬＣの最小プロセス温度は７５０℃であるため、昇温工程及び降温工程を含む所定の熱処理のうち７５０℃以上でＴｒａｎｓ−ＬＣを混合する。またＴｒａｎｓ−ＬＣのキャリヤーガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスを使用することが好ましい。更に上記塩化水素系ガスは、酸化処理時、即ち酸素分圧比５％以上の高酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０〜０．０２容積％、好ましくは０〜０．０１容積％混合し、アニール処理時、即ち酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガス処理時に全ガス量に対して０．０２〜１０容量％、好ましくは０．０２〜１容量％混合する。
【００２７】
上記塩化水素系ガスは、石英容器に貯留した液状のＴｒａｎｓ−ＬＣを窒素ガスやアルゴンガスなどでバブリングして生成され、この状態で高酸素分圧ガス又は低酸素分圧ガスに混合する。なお、キャリヤガスの流量の２倍程度の酸素が最小限必要とされる。
【００２８】
ウェーハ１１の酸化処理時において酸素分圧比を５％以上に限定しかつ塩化水素系ガスの混合流量を０〜０．０２容量％に限定したのは、ＢＯＸの絶縁耐圧特性の低下を防止するためである。また酸素分圧比が５％未満の処理時に塩化水素系ガスの混合流量を０．０２〜１０容量％に限定したのは、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させずにウェーハ１１表面の金属汚染を低減するためである。
【００２９】
上記酸化処理及びアニール処理は、ウェーハ１１を１３００℃以上、好ましくは１３２０〜１３５０℃に加熱し、この状態に４〜１６時間、好ましくは８〜１２時間保持して行う。これによりウェーハ１１中にＢＯＸ１４が形成される（図１（ｃ））。上記酸素分圧比や熱処理時間を上記範囲内で変えることにより、表面酸化膜１５及び１６の厚さを調節でき、これによりＳＯＩ層１７の厚さを制御できるようになっている。
【００３０】
なお、ウェーハをアニール処理した後に酸化処理してもよい。この場合、酸化処理の後の降温工程の雰囲気は、酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合した雰囲気であることが好ましい。また、酸化処理時の加熱温度とアニール処理時の加熱温度は同一であっても、或いは異なってもよく、異なる場合（図２の一点鎖線及び二点鎖線で示す。）には、酸化処理とアニール処理との間の昇温工程及び降温工程における雰囲気が酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合した雰囲気であることが好ましい。
また、上記所定の熱処理は、アニール処理工程を含まない昇温工程と酸化処理工程と降温工程により構成してもよく、或いは酸化処理工程を含まない昇温工程とアニール処理工程と降温工程により構成してもよい。
【００３１】
上記ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法にて製造されたＳＩＭＯＸウェーハでは、１回目の酸素イオンのドーズ量を従来の低ドーズＳＩＭＯＸ法のドーズ量（４×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²）より少ない５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とすることにより、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を向上できるとともに、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減できかつ酸素イオンの注入時間を短縮できるので、ウェーハ１１の製造コストを低減できる。また２回目の酸素イオンのドーズ量を１回目の酸素イオンのドーズ量より少なくすることにより、ＢＯＸ１４に発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を向上できる。更に酸化処理時の高酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合しなかったので、塩化水素系ガスによるＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性の低下を防止でき、熱処理の昇温時、アニール処理時及び降温時の低酸素分圧ガスに塩化水素系ガスを混合したので、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を低下させることなく、ウェーハ表面の汚染金属であるＦｅやＣｕなどを塩化鉄や塩化銅などのガスとして除去できる。この結果、ウェーハ１１表面の金属汚染を低減できる。従って、ウェーハ表面の金属汚染を低減でき、かつＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を向上できるので、清浄で電気特性の優れたウェーハ１１を得ることができる。
【００３２】
【実施例】
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、シリコンウェーハ１１をＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法により製造した。先ずウェーハ１１に酸素イオン注入を２段階に分けて行った。１回目の酸素イオン注入は、ウェーハ１１を真空中で４００℃に加熱し、酸素イオンのドーズ量を３×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²として行った。２回目の酸素イオン注入は、１回目の酸素イオン注入に引き続いて行い、ウェーハ１１の温度を室温まで下げ、酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²として行った。これによりウェーハ１１表面を単結晶のまま維持してウェーハ１１中に酸素の高濃度層１２及びアモルファス層１３を形成した。
【００３３】
次にウェーハ１１を熱処理炉に収容し、昇温工程で１℃／分の昇温速度で１３４０℃まで昇温し、酸化処理工程で１３４０℃に１０時間保持し、アニール処理工程で１３４０℃に５時間保持した後に、降温工程で１℃／分の降温速度で６００℃まで降温した。なお、ウェーハ１１のアニール処理工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハ１１の昇温工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハ１１の酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。このように製造されたウェーハ１１を実施例１とした。
【００３４】
＜実施例２＞
ウェーハの降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの昇温工程及びアニール工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例２とした。
【００３５】
＜実施例３＞
ウェーハの昇温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハのアニール工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。更にウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例３とした。
【００３６】
＜比較例１＞
ウェーハの昇温工程、アニール処理工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。またウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例１とした。
【００３７】
＜比較例２＞
ウェーハの昇温工程、アニール工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例２とした。
【００３８】
＜比較例３＞
ウェーハの酸化処理工程において、熱処理炉に分圧比４０％の酸素を含むアルゴンガスを２５ｓｌｍ供給しかつＴｒａｎｓ−ＬＣを供給する際にキャリヤ−ガス流量５ｓｃｃｍ供給し、両者を混合して処理した。またウェーハの昇温工程、アニール処理工程及び降温工程において、熱処理炉に分圧比４％の酸素を含むアルゴンガスのみを２５ｓｌｍ供給して処理した。上記以外は実施例１と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例３とした。
【００３９】
＜試験１及び評価＞
実施例１〜３及び比較例１〜３のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。その結果を図３に示す。
図３から明らかなように、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が８８Ｖと比較的高い値を示したけれども、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）では７０Ｖに低下し、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）では７７Ｖに低下した。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が９０Ｖと殆ど低下せず、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が９２Ｖと殆ど低下せず、更に実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではＢＯＸの絶縁耐圧が８９Ｖと殆ど低下しないことが分かった。
【００４０】
＜試験２及び評価＞
実施例１〜３及び比較例１〜３のウェーハ中のＦｅ濃度をＳＰＶ（Surface Photo Voltage）法により測定し、ウェーハ表面のＣｕ濃度をＡＡＳ（Atomic Absorption Spectroscopy）法により測定した。その結果を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。
【００４１】
図４（ａ）から明らかなように、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約２×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（約７×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）まで低減したけれども、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約９×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（約６×１０¹ ¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）と比較的多く検出され、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約２×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（約８×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）と比較的多く検出された。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約７×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（約１．５×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）と低減し、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約３×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（約７×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）と低減することが分かった。なお、実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ中のＦｅ濃度の平均値（最大値）が約８×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³（約２×１０¹¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）と比較的多く検出されたのは、昇温後の酸化処理以降にウェーハに汚染金属であるＦｅが混入したためである。
【００４２】
図４（ｂ）から明らかなように、比較例２（昇温工程、酸化処理工程、アニール工程及び降温工程の全てでＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下と比較的少なかったけれども、比較例１（Ｔｒａｎｓ−ＬＣを熱処理時に全く混合しなかった例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約７×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²と比較的多く検出され、比較例３（酸化処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約８×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²と比較的多く検出された。これらに対し、実施例１（アニール処理工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約７×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²と低減し、実施例２（降温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１×１０⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下に低減することが分かった。なお、実施例３（昇温工程でＴｒａｎｓ−ＬＣをキャリヤ−ガス流量で５ｓｃｃｍ混合した例）ではウェーハ表面のＣｕ濃度の平均値が約１．５×１０¹⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ²と比較的多く検出されたのは、昇温後の酸化処理以降にウェーハに汚染金属であるＣｕが混入したためである。
【００４３】
＜実施例４＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．２５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例４とした。
＜実施例５＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例５とした。
【００４４】
＜実施例６＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．７５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例６とした。
＜実施例７＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．０×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを実施例７とした。
【００４５】
＜比較例４＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．２５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例４とした。
＜比較例５＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を２．５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²としたことを除いて、比較例２と同様にしてウェーハを製造した。このウェーハを比較例５とした。
【００４６】
＜試験３及び評価＞
実施例４〜７、比較例４及び比較例５のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。ＢＯＸの絶縁耐圧の測定は上記試験１と同様にして行った。その結果を図５に示す。
図５から明らかなように、ドーズ量の低下に伴ってＢＯＸの絶縁耐圧特性が向上し、特にドーズ量を２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²以下に低減することによって、良好なＢＯＸの絶縁耐圧特性が得られることが分かった。
【００４７】
＜実施例８〜１１＞
１回目の酸素イオンのドーズ量を１．７５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²とし、２回目の酸素イオンのドーズ量を２×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ²として、ウェーハに酸素イオンを注入したことを除いて実施例２と同様にして、ウェーハを４枚製造した。これらのウェーハを実施例８〜１１とした。
【００４８】
＜試験４及び評価＞
実施例８〜１１のＭＬＤ−ＳＩＭＯＸウェーハ中のＢＯＸの絶縁耐圧を測定した。ＢＯＸの絶縁耐圧の測定は上記試験１と同様にして行った。その結果を図６に示す。
図６から明らかなように、シリコン島を低減できるイオン注入条件と、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させないでＳＩＭＯＸウェーハ表面の金属汚染を除去できる熱処理条件とを組み合わせて作製した実施例８〜１１のウェーハでは、極めて優れたＢＯＸの絶縁耐圧特性が得られ、いずれも０．１４μｍ厚のＢＯＸが形成され、その絶縁耐圧は１００Ｖ以上もあった。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコンウェーハの昇温工程とアニール処理工程と降温工程のうち少なくとも１の工程で塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合したので、ＢＯＸの絶縁耐圧特性を低下させることなく、ウェーハ表面又はウェーハ中の汚染金属であるＦｅやＣｕなどを塩化鉄や塩化銅などのガスとして除去できる。
【００５０】
また第１注入工程でシリコンウェーハを２００℃以上に加熱した状態で酸素イオンを５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のドーズ量で注入し、第２注入工程でシリコンウェーハを２００℃未満に冷却した状態で１×１０¹⁴〜５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ²のドーズ量で注入すれば、ＢＯＸに発生するシリコン島を低減できるので、ＢＯＸの絶縁耐圧特性の低下を防止できるとともに、イオン注入時の金属汚染を低減でき、かつイオン注入時間を短縮できるので、ウェーハの製造コストを低減できる。
【００５１】
更に上記２段階の酸素イオンを注入した後に、低酸素分圧ガス雰囲気中で行われる熱処理時に塩化水素系ガスを酸素分圧比５％未満の低酸素分圧ガスに混合すれば、ＢＯＸに発生するシリコン島を低減でき、酸素イオンの注入時の金属汚染を低減でき、かつ酸素イオンの注入時間を短縮できるとともに、ＢＯＸ１４の絶縁耐圧特性を低下させずに、ウェーハ表面の金属汚染を低減することができる。この結果、清浄であって電気特性の優れたウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態のＳＩＭＯＸウェーハの製造工程の一部を示す断面構成図。
【図２】その熱処理工程のタイミングチャートを示す図。
【図３】熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハのＢＯＸの絶縁耐圧に及ぼす影響を示す図。
【図４】（ａ）熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハの金属（Ｆｅ）汚染除去に及ぼす影響を示す図。
（ｂ）熱処理工程における塩化水素系ガスの混合がウェーハの金属（Ｃｕ）汚染除去に及ぼす影響を示す図。
【図５】ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法における１回目の酸素イオンのドーズ量がＢＯＸの絶縁耐圧に及ぼす影響を示す図。
【図６】ＭＬＤ−ＳＩＭＯＸ法により所定の条件で製造されたウェーハのＢＯＸの絶縁耐圧を示す図。
【符号の説明】
１１シリコンウェーハ
１２酸素の高濃度層
１３アモルファス層
１４ＢＯＸ（埋込み酸化膜）
１５，１６表面酸化層
１７ＳＯＩ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a SIMOX (Separation by IMplanted OXygen) wafer. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a SIMOX wafer that reduces metal contamination on the surface and has an excellent withstand voltage characteristic of a buried oxide film.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a SIMOX method (see, for example, Patent Document 1) is known as one of methods for manufacturing an SOI (Silicon On Insulator) wafer. In this SIMOX method, the acceleration energy is about 200 keV and the dose amount is about 2 × 10.¹⁸atoms / cm²After forming oxygen stoichiometric buried oxide film (Buried OXide, hereinafter referred to as BOX) by an implantation (after oxygen ion implantation but before heat treatment), the SOI layer Heat treatment is applied to recover the crystallinity and modify the BOX. A SIMOX wafer manufactured by this method is called a high-dose SIMOX wafer.
However, this high-dose SIMOX wafer has problems such as a large number of threading dislocations in the SOI layer, and a long oxygen ion implantation time and an increased manufacturing cost.
[0003]
Therefore, many studies have been made on the reduction of threading dislocations and the reduction of manufacturing cost in the SOI layer, and a low-dose SIMOX technique has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this low-dose SIMOX technology, the acceleration energy is 180 keV and the dose amount is 4 × 10.¹⁷atoms / cm²A continuous BOX can be formed by performing heat treatment after implanting oxygen ions. This continuous BOX formation has an acceleration energy of 180 keV and a dose of 4 × 10 4.¹⁷atoms / cm²This amount of dose is called a dose window because it is possible only in the case of a degree.
However, since the low dose SIMOX wafer has a thin BOX, there is a problem that the reliability of the BOX is lowered.
[0004]
In order to solve this problem, ITOX (Internal Thermal OXidation) technology has been developed (see, for example, Patent Documents 3 and 4). This ITOX technology is a method in which annealing is performed in an argon gas atmosphere containing oxygen having a concentration of 1% or less after annealing treatment in which the BOX film thickness is a theoretical film thickness calculated by the dose amount of oxygen ions. This is a technique for thickening a BOX film by performing an oxidation treatment in an argon gas atmosphere containing excess oxygen. With the introduction of this ITOX technology, the reliability of the BOX of the low dose SIMOX wafer has been improved.
However, even in the low dose SIMOX method using the ITOX technology, the dose amount of oxygen ions is 4 × 10.¹⁷atoms / cm²In addition to the fact that the ion implantation time takes several hours per batch processing, it is necessary to perform the ITOX processing, which increases the heat treatment time, lowers the production efficiency, and increases the manufacturing cost. there were.
[0005]
On the other hand, in a method for manufacturing a SIMOX wafer, a method is disclosed in which oxygen ion implantation is performed in two stages (see, for example, Patent Document 5). In this two-stage oxygen ion implantation method, the first oxygen ion implantation is performed while the silicon wafer is heated to 200 to 700 ° C., and then the second oxygen ion is implanted while the silicon wafer is cooled to 25 to 200 ° C. Make an injection. In this two-stage oxygen ion implantation method, the silicon wafer surface is maintained as a single crystal by heating the silicon wafer during the first oxygen ion implantation, and an amorphous layer is formed in the silicon wafer by the second oxygen ion implantation. . Next, this silicon wafer is oxidized at a high temperature to form an SOI structure on the silicon wafer. By this heat treatment, a high-density defect layer composed of polycrystals, twins, and stacking faults is formed from the amorphous layer. Since the region where the high-density defect layer is formed diffuses oxygen quickly, the BOX can be formed thick from the dose of oxygen ions to a thickness that is about twice the theoretically expected thickness. A SIMOX wafer manufactured by this method is called MLD (Modified Low Dose) -SIMOX.
[0006]
[Patent Document 1]
Katsutoshi Izumi and two others, “CMOS Device Fabricated on Buried SiO₂ “Layers Formed by Oxygen Implantation into Silicon”, Electronics Letters, 1978, Vol. 14, p. 593-594
[0007]
[Patent Document 2]
Sadao Nakajima, 1 other, “Analysis of buried oxide layer formation and mechanism of threading dislocation generation in the substoichiometric oxygen dose region”, Journal of Mterials Research, 1993, Vol. 8, p. 523-534
[0008]
[Patent Document 3]
Sadao Nakajima and 6 others, "Thickness Increment of Buried Oxide in a SIMOX Wafer by High-temperature Oxidation", Proceedings 1994 IEEE International SOI Conference, 1994 , P. 71-72
[0009]
[Patent Document 4]
JP 7-263538 A
[0010]
[Patent Document 5]
US Pat. No. 5,930,663
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in any of the above conventional SIMOX methods, in order to form a high-quality BOX by these SIMOX methods, the wafer must be maintained at a high temperature of 1300 ° C. or higher during the heat treatment. There is a problem that metal impurities easily adhere to the wafer surface due to metal contamination. As a method for removing the metal impurities from the wafer surface, a method of mixing a hydrogen chloride gas in an atmosphere containing oxygen has been put into practical use in device manufacturing, and this method is generally called a hydrochloric acid oxidation method.
However, when the inventors made a MLD-SIMOX by mixing a certain amount of a hydrogen chloride-based gas in an inert gas atmosphere containing oxygen during the heat treatment, the metal contamination on the wafer surface can be reduced. It has been found that there is a problem that the dielectric strength characteristics deteriorate.
[0012]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a SIMOX wafer that can reduce metal contamination on the wafer surface and improve the dielectric strength characteristics of the BOX.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have repeatedly studied a method of mixing a hydrogen chloride-based gas into an inert gas atmosphere containing oxygen. As a result, when a hydrogen chloride-based gas is mixed in a process of oxidizing in a high oxygen partial pressure gas atmosphere having a high oxygen content among the processes of performing a heat treatment on a silicon wafer implanted with oxygen ions, an oxide film on the wafer surface is obtained. However, even if a hydrogen chloride-based gas is mixed during processing in a low oxygen partial pressure gas atmosphere with a low oxygen content, the thickness of the BOX is suppressed and the breakdown voltage characteristics of the BOX are reduced. It was found that the dielectric strength characteristics of BOX do not deteriorate. In particular, it has been found that metal contamination on the wafer surface can be effectively reduced by mixing a hydrogen chloride-based gas at the time of cooling, which is the final step of the heat treatment.
[0014]
In addition, in the MLD-SIMOX method, when the dose of oxygen ions at the first time is large, the inventors of the present invention will generate silicon islands in the BOX and reduce the dielectric breakdown voltage characteristics of the BOX. 2 × 10, which is less than half the dose of the low dose SIMOX method¹⁷atoms / cm²In the following, it has been found that a continuous BOX can be formed, and the dielectric strength characteristics of the BOX can be improved even though the thickness of the BOX is reduced.
[0015]
As shown in FIGS. 1 and 2, the invention according to claim 1 forms BOX 14 inside silicon wafer 11 by performing predetermined heat treatment on silicon wafer 11 after implanting oxygen ions into silicon wafer 11. This is an improvement of the manufacturing method of the SIMOX wafer.
The characteristic configuration is that a predetermined heat treatment raises the temperature of the silicon wafer 11 in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5% and a high oxygen partial pressure of the silicon wafer 11 having an oxygen partial pressure ratio of 5% or more. Either or both of the step of oxidizing in a gas atmosphere and the step of annealing the silicon wafer 11 in a low oxygen partial pressure gas atmosphere with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and the silicon wafer 11 with an oxygen partial pressure ratio of less than 5% A low oxygen partial pressure gas having an oxygen partial pressure ratio of less than 5% in at least one of the temperature raising step, the annealing process, and the temperature lowering step. To be mixed.
[0016]
In the method for manufacturing a SIMOX wafer according to claim 1, a large amount of chloride is added to the low oxygen partial pressure gas in at least one of a temperature raising process, an annealing process and a temperature lowering process in which the oxygen partial pressure ratio is less than 5%. Even if the hydrogen-based gas is mixed, the dielectric strength characteristics of the BOX 14 are not deteriorated. Therefore, the hydrogen chloride-based gas is combined with Fe, Cu, or the like, which is a contaminating metal on the surface of the wafer 11, and the gas such as iron chloride or copper chloride is combined. And removed from the wafer 11. As a result, metal contamination on the surface of the wafer 11 can be reduced. In particular, when a large amount of hydrogen chloride gas is mixed in the low oxygen partial pressure gas during the temperature lowering process, which is the final process of the predetermined heat treatment, metal contamination on the surface of the wafer 11 after the heat treatment can be reduced. When the predetermined heat treatment includes an oxidation step, oxygen contained in the high oxygen partial pressure gas can be used to form the BOX 14 by setting the oxygen partial pressure ratio to 5% or more during the oxidation treatment. When a large amount of hydrogen chloride gas is mixed with the partial pressure gas, the BOX 14 is prevented from being thickened and the dielectric strength characteristics of the BOX 14 are deteriorated. Therefore, the hydrogen chloride gas is not mixed or mixed. The mixing amount is suppressed.
[0017]
In the invention according to claim 2, as shown in FIG. 1, in the oxygen ion implantation step, oxygen ions are 5 × 10 5 while the silicon wafer 11 is heated to 200 ° C. or higher.¹⁶~ 2x10¹⁷atoms / cm²A first implantation step of implanting at a dose amount of oxygen, and subsequent to the first implantation step, with the silicon wafer 11 cooled to less than 200 ° C., oxygen ions are dosed at 1 × 10¹⁴~ 5x10¹⁶atoms / cm²And a second injection step of injecting in a SIMOX wafer.
[0018]
In the method for manufacturing a SIMOX wafer according to claim 2, the dose amount of the first oxygen ion is set to 5 × 10 5.¹⁶~ 2x10¹⁷atoms / cm²Since the dose is smaller than that of the conventional low-dose SIMOX method, the silicon island generated in the BOX 14 can be reduced, the metal contamination during the implantation of oxygen ions can be reduced, and the implantation time of oxygen ions can be shortened. Further, since the dose amount of the second oxygen ion is smaller than the dose amount of the first oxygen ion, silicon islands generated in the BOX 14 can be reduced.
[0019]
In the invention according to claim 3, as shown in FIGS. 1 and 2, in the oxygen ion implantation step, 5 × 10 oxygen ions are added while the silicon wafer 11 is heated to 200 ° C. or higher.¹⁶~ 2x10¹⁷atoms / cm²A first implantation step of implanting at a dose amount of oxygen, and subsequent to the first implantation step, with the silicon wafer 11 cooled to less than 200 ° C., oxygen ions are dosed at 1 × 10¹⁴~ 5x10¹⁶atoms / cm²A step of heating the silicon wafer 11 in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5% and an oxygen partial pressure ratio of 5% or more. One or both of the step of oxidizing in a high oxygen partial pressure gas atmosphere and the step of annealing the silicon wafer 11 in a low oxygen partial pressure gas atmosphere with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and the silicon wafer 11 in oxygen And a step of lowering the temperature in a low oxygen partial pressure gas atmosphere with a partial pressure ratio of less than 5%, and at least one of the temperature raising step, the annealing treatment step, and the temperature lowering step, This is a method for manufacturing a SIMOX wafer mixed with a low oxygen partial pressure gas.
[0020]
In the method for manufacturing a SIMOX wafer according to claim 3, the silicon island generated in the BOX 14 can be reduced by the two-stage oxygen ion implantation, the metal contamination at the time of oxygen ion implantation can be reduced, and the oxygen ions can be reduced. In addition, when the heat treatment is performed in a low oxygen partial pressure gas atmosphere, even if a large amount of hydrogen chloride gas is mixed with the low oxygen partial pressure gas, the dielectric strength characteristics of the BOX 14 do not deteriorate. 11 metal contamination on the surface can be reduced. As a result, it is possible to obtain a wafer 11 that is clean and excellent in electrical characteristics.
[0021]
Also, hydrogen chloride-based gas is mixed at 0 to 0.02% by volume with respect to the total gas amount during high oxygen partial pressure gas treatment with an oxygen partial pressure ratio of 5% or more, and low oxygen partial pressure gas treatment with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%. It is sometimes preferable to mix 0.02 to 10% by volume with respect to the total gas amount.
Furthermore, it is preferable to use trans-dichloroethylene as the liquid source material of the hydrogen chloride gas.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a SIMOX wafer includes a step of implanting oxygen ions into a silicon wafer 11 and a step of performing a predetermined heat treatment on the wafer 11. In this embodiment, a method for manufacturing the wafer 11 by the MLD-SIMOX method will be described. Note that the present invention can also be applied to a case where a SIMOX wafer is manufactured not by the MLD-SIMOX method but by another SIMOX method such as the ITOX-SIMOX method.
[0023]
In the MLD-SIMOX method, oxygen ion implantation is performed in two stages. In the first implantation of oxygen ions, the dose of oxygen ions is 5 × 10 5 while the wafer 11 is heated to 200 ° C. or higher, preferably 300 to 600 ° C.¹⁶~ 2x10¹⁷atoms / cm², Preferably 1.25 × 10¹⁷~ 1.75 × 10¹⁷atoms / cm²(First injection step). The second oxygen ion implantation is performed after the first oxygen ion implantation, and the dose of oxygen ions is 1 × 10 5 in a state where the wafer 11 is cooled to less than 200 ° C., preferably 25 to 100 ° C.¹⁴~ 5x10¹⁶atoms / cm², Preferably 5 × 10¹⁴~ 1x10¹⁶atoms / cm²(Second injection step).
[0024]
The reason why the wafer 11 is heated to 200 ° C. or more in the first oxygen ion implantation is to maintain the surface of the wafer 11 as a single crystal and form a high concentration layer 12 of oxygen (FIG. 1A) in the wafer 11. The reason why the wafer 11 is cooled to below 200 ° C. in the second implantation of oxygen ions is to form the amorphous layer 13 (FIG. 1B) in the wafer 11. Also, the dose amount of the first oxygen ion is 5 × 10.¹⁶~ 2x10¹⁷atoms / cm²The reason is that the silicon island generated in the BOX 14 after the heat treatment is reduced. The oxygen ion dose in the second implantation step is smaller than that in the first implantation step. This is because the total dose amount of the first and second oxygen ions increases and the number of silicon islands generated in the BOX 14 increases.
[0025]
On the other hand, the predetermined heat treatment includes a step of raising the temperature in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, preferably 0.5-4%, and an oxygen partial pressure ratio of 5% or more, preferably oxygen. An oxidation process in a high oxygen partial pressure gas atmosphere with a partial pressure ratio of 20 to 80% and an annealing treatment in a low oxygen partial pressure gas atmosphere with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, preferably an oxygen partial pressure ratio of 0.5 to 4% And a step of lowering the temperature in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, preferably an oxygen partial pressure ratio of 0.5 to 4%. In this embodiment, after the wafer 11 is oxidized, the wafer 11 is subsequently annealed. Also, hydrogen chloride gas is not mixed with high oxygen partial pressure gas, but hydrogen chloride gas is mixed only with low oxygen partial pressure gas. The high oxygen partial pressure gas refers to an inert gas containing oxygen with a partial pressure ratio of 5% or more, the low oxygen partial pressure gas refers to an inert gas containing oxygen with a partial pressure ratio of less than 5%, and as an inert gas, Nitrogen gas and argon gas are mentioned.
[0026]
In addition to HCl gas, Trans-LC and trichlorethylene (TCA) can be used as the liquid source material of the hydrogen chloride-based gas. However, TCA is limited in its use as a substance that destroys the earth's ozone layer. It is preferable to use Trans-LC. Since the minimum process temperature of Trans-LC is 750 ° C., Trans-LC is mixed at 750 ° C. or higher in a predetermined heat treatment including the temperature raising step and the temperature lowering step. Further, it is preferable to use nitrogen gas or argon gas as the carrier gas of Trans-LC. Further, the hydrogen chloride-based gas is 0 to 0.02% by volume, preferably 0 to 0.01% by volume, based on the total gas amount during oxidation treatment, that is, during high oxygen partial pressure gas treatment with an oxygen partial pressure ratio of 5% or more. In the annealing process, that is, in the low oxygen partial pressure gas treatment with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, 0.02 to 10% by volume, preferably 0.02 to 1% by volume, is mixed with respect to the total gas amount.
[0027]
The hydrogen chloride-based gas is generated by bubbling liquid Trans-LC stored in a quartz container with nitrogen gas, argon gas, or the like, and mixed in this state with a high oxygen partial pressure gas or a low oxygen partial pressure gas. Note that oxygen that is about twice the flow rate of the carrier gas is required at a minimum.
[0028]
The reason why the oxygen partial pressure ratio is limited to 5% or more and the mixed flow rate of the hydrogen chloride-based gas is limited to 0 to 0.02% by volume during the oxidation treatment of the wafer 11 is to prevent the breakdown voltage characteristics of the BOX from deteriorating. It is. In addition, when the oxygen partial pressure ratio is less than 5%, the hydrogen chloride gas mixture flow rate is limited to 0.02 to 10% by volume, which reduces metal contamination on the surface of the wafer 11 without deteriorating the dielectric strength characteristics of the BOX. It is to do.
[0029]
The oxidation treatment and the annealing treatment are performed by heating the wafer 11 to 1300 ° C. or higher, preferably 1320 to 1350 ° C., and maintaining this state for 4 to 16 hours, preferably 8 to 12 hours. As a result, a BOX 14 is formed in the wafer 11 (FIG. 1C). By changing the oxygen partial pressure ratio and the heat treatment time within the above ranges, the thicknesses of the surface oxide films 15 and 16 can be adjusted, whereby the thickness of the SOI layer 17 can be controlled.
[0030]
The wafer may be subjected to an oxidation treatment after annealing. In this case, the atmosphere in the temperature lowering process after the oxidation treatment is preferably an atmosphere in which a hydrogen chloride-based gas is mixed with a low oxygen partial pressure gas having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%. In addition, the heating temperature during the oxidation treatment and the heating temperature during the annealing treatment may be the same or different, and in the case where they are different (indicated by the one-dot chain line and the two-dot chain line in FIG. 2), The atmosphere in the temperature raising step and the temperature lowering step between the annealing treatments is preferably an atmosphere in which a hydrogen chloride-based gas is mixed with a low oxygen partial pressure gas having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%.
The predetermined heat treatment may be constituted by a temperature raising process, an oxidation treatment process, and a temperature lowering process that do not include an annealing process, or may be constituted by a temperature raising process, an annealing process, and a temperature lowering process that do not include an oxidation treatment process. May be.
[0031]
In the SIMOX wafer manufactured by the above MLD-SIMOX method, the dose amount of the first oxygen ion is set to the dose amount of the conventional low dose SIMOX method (4 × 10 4¹⁷atoms / cm²Less 5 × 10¹⁶~ 2x10¹⁷atoms / cm²Since the silicon island generated in the BOX 14 can be reduced, the withstand voltage characteristic of the BOX 14 can be improved, the metal contamination during the implantation of oxygen ions can be reduced, and the implantation time of the oxygen ions can be shortened. The manufacturing cost can be reduced. Further, since the silicon island generated in the BOX 14 can be reduced by making the dose amount of the second oxygen ion smaller than the dose amount of the first oxygen ion, the dielectric strength characteristics of the BOX 14 can be improved. Further, since the hydrogen chloride gas was not mixed with the high oxygen partial pressure gas during the oxidation treatment, it is possible to prevent the breakdown voltage characteristics of the BOX 14 from being deteriorated by the hydrogen chloride gas, and during the heat treatment temperature rise, annealing treatment, and temperature drop. Since the hydrogen chloride-based gas is mixed with the low oxygen partial pressure gas, Fe or Cu, which is a contaminating metal on the wafer surface, can be removed as a gas such as iron chloride or copper chloride without deteriorating the dielectric strength characteristics of the BOX 14. . As a result, metal contamination on the surface of the wafer 11 can be reduced. Therefore, metal contamination on the wafer surface can be reduced, and the dielectric breakdown voltage of the BOX in the SIMOX wafer can be improved, so that the wafer 11 having clean and excellent electrical characteristics can be obtained.
[0032]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<Example 1>
As shown in FIG. 1, a silicon wafer 11 was manufactured by the MLD-SIMOX method. First, oxygen ion implantation was performed on the wafer 11 in two stages. In the first oxygen ion implantation, the wafer 11 is heated to 400 ° C. in a vacuum, and the dose amount of oxygen ions is set to 3 × 10.¹⁷atoms / cm²Went as. The second oxygen ion implantation is performed subsequent to the first oxygen ion implantation, the temperature of the wafer 11 is lowered to room temperature, and the dose amount of oxygen ions is set to 2 × 10.¹⁵atoms / cm²Went as. Thus, the surface of the wafer 11 was maintained as a single crystal, and the oxygen high concentration layer 12 and the amorphous layer 13 were formed in the wafer 11.
[0033]
Next, the wafer 11 is accommodated in a heat treatment furnace, heated to 1340 ° C. at a heating rate of 1 ° C./min in the heating process, held at 1340 ° C. for 10 hours in the oxidation process, and increased to 1340 ° C. in the annealing process. After maintaining for 5 hours, the temperature was lowered to 600 ° C. at a rate of 1 ° C./min in the temperature lowering step. In the annealing process of the wafer 11, 25 slm of argon gas containing oxygen with a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace, and when supplying Trans-LC, a carrier gas flow rate of 5 sccm was supplied, and both were mixed and processed. . Further, in the temperature raising process and the temperature lowering process of the wafer 11, only 25 slm of argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace. Further, in the oxidation treatment process of the wafer 11, only 25 slm of argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 40% was supplied to the heat treatment furnace. The wafer 11 manufactured in this way was referred to as Example 1.
[0034]
<Example 2>
In the temperature lowering process of the wafer, 25 slm of argon gas containing oxygen with a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace and 5 sccm of Trans-LC was supplied at a carrier gas flow rate, and both were mixed and processed. Further, in the wafer temperature raising process and annealing process, only argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace for 25 slm. Further, in the wafer oxidation treatment process, only 25 slm of argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 40% was supplied to the heat treatment furnace. A wafer was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. This wafer was referred to as Example 2.
[0035]
<Example 3>
In the wafer heating step, argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace at 25 slm, and when supplying Trans-LC, a carrier gas flow rate of 5 sccm was supplied, and both were mixed and processed. Further, in the annealing process and the temperature lowering process of the wafer, only the argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace for 25 slm. Further, in the wafer oxidation treatment process, only 25 slm of argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 40% was supplied to the heat treatment furnace. A wafer was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. This wafer was referred to as Example 3.
[0036]
<Comparative Example 1>
In the wafer heating process, annealing process, and cooling process, only the argon gas containing oxygen with a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace for 25 slm. Further, in the wafer oxidation treatment process, only 25 slm of argon gas containing oxygen with a partial pressure ratio of 40% was supplied to the heat treatment furnace. A wafer was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. This wafer was referred to as Comparative Example 1.
[0037]
<Comparative Example 2>
In the temperature raising process, annealing process and temperature lowering process of the wafer, argon gas containing oxygen with a partial pressure ratio of 4% is supplied to the heat treatment furnace, and when supplying Trans-LC, a carrier gas flow rate of 5 sccm is supplied, and both are mixed. And processed. Further, in the wafer oxidation process, when supplying only 25 slm of argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 40% to the heat treatment furnace and supplying Trans-LC, a carrier gas flow rate of 5 sccm was supplied, and both were mixed and processed. . A wafer was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. This wafer was designated as Comparative Example 2.
[0038]
<Comparative Example 3>
In the wafer oxidation process, argon gas containing oxygen having a partial pressure ratio of 40% was supplied to the heat treatment furnace at 25 slm and when the Trans-LC was supplied, the carrier gas flow rate was supplied at 5 sccm, and both were mixed and processed. Further, in the wafer heating process, annealing process, and cooling process, only the argon gas containing oxygen with a partial pressure ratio of 4% was supplied to the heat treatment furnace for 25 slm. A wafer was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. This wafer was designated as Comparative Example 3.
[0039]
<Test 1 and evaluation>
The dielectric strength of BOX in the MLD-SIMOX wafers of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured. The result is shown in FIG.
As is clear from FIG. 3, Comparative Example 1 (an example in which Trans-LC was not mixed at all during the heat treatment) showed a relatively high BOX dielectric breakdown voltage of 88 V, but Comparative Example 2 (temperature raising step, In the oxidation process, the annealing process, and the temperature lowering process, Trans-LC is reduced to 70 V in the carrier-gas flow rate of 5 sccm, and Comparative Example 3 (Trans-LC in the oxidation process is 5 sccm at the carrier-gas flow rate). In the mixed example), the voltage dropped to 77V. On the other hand, in Example 1 (example in which Trans-LC was mixed at 5 sccm at the carrier-gas flow rate in the annealing process), the dielectric strength of the BOX hardly decreased to 90 V, and Example 2 (Trans-LC was reduced in the temperature lowering process). In the case of mixing 5 sccm at the carrier-gas flow rate), the dielectric breakdown voltage of the BOX hardly decreases to 92 V, and in Example 3 (example in which Trans-LC is mixed at the carrier-gas flow rate of 5 sccm in the heating process) It was found that the breakdown voltage hardly decreased to 89V.
[0040]
<Test 2 and evaluation>
The Fe concentration in the wafers of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured by SPV (Surface Photo Voltage) method, and the Cu concentration on the wafer surface was measured by AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) method. The results are shown in FIGS. 4 (a) and (b).
[0041]
As apparent from FIG. 4A, in Comparative Example 2 (an example in which Trans-LC is mixed at a carrier gas flow rate of 5 sccm in all of the temperature raising step, the oxidation treatment step, the annealing step, and the temperature lowering step) The average value (maximum value) of concentration is about 2 × 10⁹atoms / cm^Three(About 7 × 10⁹atoms / cm^ThreeIn Comparative Example 1 (in which Trans-LC was not mixed at all during the heat treatment), the average value (maximum value) of the Fe concentration in the wafer was about 9 × 10.^Tenatoms / cm^Three(About 6 × 10¹ ¹atoms / cm^ThreeIn Comparative Example 3 (trans-LC mixed at 5 sccm at the carrier gas flow rate in the oxidation process), the average value (maximum value) of the Fe concentration in the wafer is about 2 × 10^Tenatoms / cm^Three(About 8 × 10^Tenatoms / cm^Three) And relatively many were detected. On the other hand, in Example 1 (example in which Trans-LC was mixed at 5 sccm at the carrier-gas flow rate in the annealing process), the average value (maximum value) of the Fe concentration in the wafer was about 7 × 10.⁹atoms / cm^Three(About 1.5 × 10^Tenatoms / cm^ThreeIn Example 2 (an example in which Trans-LC was mixed at a carrier-gas flow rate of 5 sccm in the temperature lowering process), the average value (maximum value) of the Fe concentration in the wafer was about 3 × 10.^Tenatoms / cm^Three(About 7 × 10^Tenatoms / cm^Three) And reduced. In Example 3 (example in which Trans-LC was mixed at a carrier gas flow rate of 5 sccm in the temperature raising step), the average value (maximum value) of Fe concentration in the wafer was about 8 × 10.^Tenatoms / cm^Three(About 2 × 10¹¹atoms / cm^Three) Was detected because a contamination metal Fe was mixed into the wafer after the oxidation treatment after the temperature increase.
[0042]
As is clear from FIG. 4B, in Comparative Example 2 (an example in which Trans-LC is mixed at a carrier gas flow rate of 5 sccm in all of the temperature raising step, the oxidation treatment step, the annealing step, and the temperature lowering step), Cu on the wafer surface. The average density is about 1 × 10⁹atoms / cm²Although it was relatively small as below, in Comparative Example 1 (an example in which Trans-LC was not mixed at all during the heat treatment), the average value of the Cu concentration on the wafer surface was about 7 × 10.⁹atoms / cm²In Comparative Example 3 (an example in which Trans-LC is mixed at a carrier-gas flow rate of 5 sccm in the oxidation process), the average value of the Cu concentration on the wafer surface is about 8 × 10⁹atoms / cm²And relatively many were detected. On the other hand, in Example 1 (example in which Trans-LC was mixed at 5 sccm at the carrier-gas flow rate in the annealing process), the average value of the Cu concentration on the wafer surface was about 7 × 10.⁹atoms / cm²In Example 2 (example in which Trans-LC was mixed at 5 sccm at the carrier-gas flow rate in the temperature lowering step), the average value of the Cu concentration on the wafer surface was about 1 × 10⁹atoms / cm²It has been found that the reduction is as follows. In Example 3 (an example in which Trans-LC was mixed at a carrier gas flow rate of 5 sccm in the temperature raising step), the average value of the Cu concentration on the wafer surface was about 1.5 × 10^Tenatoms / cm²Is detected because Cu, which is a contaminating metal, was mixed in the wafer after the oxidation treatment after the temperature increase.
[0043]
<Example 4>
The dose amount of the first oxygen ion is 1.25 × 10¹⁷atoms / cm²And the second dose of oxygen ions is 2 × 10¹⁵atoms / cm²A wafer was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2 except that. This wafer was referred to as Example 4.
<Example 5>
The first oxygen ion dose is 1.5 × 10¹⁷atoms / cm²And the second dose of oxygen ions is 2 × 10¹⁵atoms / cm²A wafer was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2 except that. This wafer was referred to as Example 5.
[0044]
<Example 6>
First dose of oxygen ions is 1.75 × 10¹⁷atoms / cm²And the second dose of oxygen ions is 2 × 10¹⁵atoms / cm²A wafer was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2 except that. This wafer was referred to as Example 6.
<Example 7>
First dose of oxygen ions is 2.0 × 10¹⁷atoms / cm²And the second dose of oxygen ions is 2 × 10¹⁵atoms / cm²A wafer was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2 except that. This wafer was designated as Example 7.
[0045]
<Comparative example 4>
First dose of oxygen ions is 2.25 × 10¹⁷atoms / cm²And the second dose of oxygen ions is 2 × 10¹⁵atoms / cm²A wafer was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2 except that. This wafer was designated as Comparative Example 4.
<Comparative Example 5>
The first dose of oxygen ions is 2.5 × 10¹⁷atoms / cm²And the second dose of oxygen ions is 2 × 10¹⁵atoms / cm²A wafer was manufactured in the same manner as in Comparative Example 2 except that. This wafer was designated as Comparative Example 5.
[0046]
<Test 3 and evaluation>
The dielectric strength of BOX in the MLD-SIMOX wafers of Examples 4 to 7, Comparative Example 4 and Comparative Example 5 was measured. The measurement of the withstand voltage of BOX was performed in the same manner as in Test 1 above. The result is shown in FIG.
As is apparent from FIG. 5, the withstand voltage characteristics of the BOX are improved as the dose decreases, and the dose is particularly reduced to 2 × 10.¹⁷atoms / cm²It has been found that a good BOX dielectric strength characteristic can be obtained by reducing to the following.
[0047]
<Examples 8 to 11>
First dose of oxygen ions is 1.75 × 10¹⁷atoms / cm²And the second dose of oxygen ions is 2 × 10¹⁵atoms / cm²As in Example 2, four wafers were manufactured except that oxygen ions were implanted into the wafer. These wafers were referred to as Examples 8 to 11.
[0048]
<Test 4 and evaluation>
The dielectric strength voltage of BOX in the MLD-SIMOX wafers of Examples 8 to 11 was measured. The measurement of the withstand voltage of BOX was performed in the same manner as in Test 1 above. The result is shown in FIG.
As is clear from FIG. 6, the ion implantation conditions that can reduce the silicon islands and the heat treatment conditions that can remove the metal contamination on the SIMOX wafer surface without degrading the dielectric strength characteristics of the BOX are used. In the wafer, extremely excellent BOX dielectric strength characteristics were obtained. In each case, a BOX having a thickness of 0.14 μm was formed, and the dielectric strength voltage was 100 V or more.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the hydrogen chloride gas is changed to a low oxygen partial pressure gas having an oxygen partial pressure ratio of less than 5% in at least one of the silicon wafer temperature raising step, annealing treatment step, and temperature lowering step. Since they are mixed, it is possible to remove Fe, Cu, and the like, which are contaminant metals in the wafer surface or wafer, as a gas such as iron chloride or copper chloride without deteriorating the dielectric strength characteristics of the BOX.
[0050]
In the first implantation step, the silicon wafer is heated to 200.degree.¹⁶~ 2x10¹⁷atoms / cm²1 × 10 with the silicon wafer cooled to below 200 ° C. in the second implantation step.¹⁴~ 5x10¹⁶atoms / cm²Since the silicon island generated in the BOX can be reduced if the implantation is performed at a dose amount of BOX, it is possible to prevent deterioration of the dielectric strength characteristics of the BOX, reduce metal contamination during ion implantation, and shorten the ion implantation time. Wafer manufacturing costs can be reduced.
[0051]
Further, after the implantation of the above two stages of oxygen ions, if a hydrogen chloride gas is mixed with a low oxygen partial pressure gas having an oxygen partial pressure ratio of less than 5% during heat treatment performed in a low oxygen partial pressure gas atmosphere, it is generated in BOX. Silicon islands can be reduced, metal contamination during oxygen ion implantation can be reduced, oxygen ion implantation time can be shortened, and metal contamination on the wafer surface can be reduced without degrading the dielectric strength characteristics of the BOX 14. it can. As a result, a clean wafer having excellent electrical characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a part of a manufacturing process of a SIMOX wafer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart of the heat treatment process.
FIG. 3 is a diagram showing the influence of the mixing of a hydrogen chloride-based gas in the heat treatment step on the dielectric strength of the BOX of the wafer.
FIG. 4A is a diagram showing the influence of the mixing of a hydrogen chloride-based gas in a heat treatment step on the removal of metal (Fe) contamination on a wafer.
(B) The figure which shows the influence which mixing of the hydrogen chloride type gas in a heat treatment process has on metal (Cu) contamination removal of a wafer.
FIG. 5 is a graph showing the influence of the first dose of oxygen ions on the BOX dielectric breakdown voltage in the MLD-SIMOX method.
FIG. 6 is a diagram showing the BOX dielectric strength of a wafer manufactured under a predetermined condition by the MLD-SIMOX method.
[Explanation of symbols]
11 Silicon wafer
12 High concentration layer of oxygen
13 Amorphous layer
14 BOX (embedded oxide film)
15, 16 Surface oxide layer
17 SOI layer

Claims

After implanting oxygen ions into the silicon wafer (11), the silicon wafer (11) is subjected to a predetermined heat treatment to form a buried oxide film (14) inside the silicon wafer (11). In the method
The predetermined heat treatment raises the temperature of the silicon wafer (11) in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and the silicon wafer (11) has a high oxygen content of 5% or higher. Either or both of the step of oxidizing in a pressurized gas atmosphere and the step of annealing the silicon wafer (11) in a low oxygen partial pressure gas atmosphere with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and the silicon wafer (11) And a step of lowering the temperature in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and at least one of the temperature raising step, the annealing step, and the temperature lowering step, A method for producing a SIMOX wafer, comprising mixing in a low oxygen partial pressure gas having a pressure ratio of less than 5%.

After implanting oxygen ions into the silicon wafer (11), the silicon wafer (11) is subjected to a predetermined heat treatment to form a buried oxide film (14) inside the silicon wafer (11). In the method
In the oxygen ion implantation step, the oxygen ion is implanted at a dose of 5 × 10 ¹⁶ to 2 × 10 ¹⁷ atoms / cm ² in a state where the silicon wafer (11) is heated to 200 ° C. or more. Then, following this first implantation step, the oxygen ion is implanted at a dose of 1 × 10 ^{14 to} 5 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² in a state where the silicon wafer (11) is cooled to below 200 ° C. A SIMOX wafer manufacturing method comprising an implantation step.

After implanting oxygen ions into the silicon wafer (11), the silicon wafer (11) is subjected to a predetermined heat treatment to form a buried oxide film (14) inside the silicon wafer (11). In the method
In the oxygen ion implantation step, the oxygen ion is implanted at a dose of 5 × 10 ¹⁶ to 2 × 10 ¹⁷ atoms / cm ² in a state where the silicon wafer (11) is heated to 200 ° C. or more. Then, following this first implantation step, the oxygen ion is implanted at a dose of 1 × 10 ^{14 to} 5 × 10 ¹⁶ atoms / cm ² in a state where the silicon wafer (11) is cooled to below 200 ° C. An injection process,
The predetermined heat treatment raises the temperature of the silicon wafer (11) in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and the silicon wafer (11) has a high oxygen content of 5% or higher. Either or both of the step of oxidizing in a pressurized gas atmosphere and the step of annealing the silicon wafer (11) in a low oxygen partial pressure gas atmosphere with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and the silicon wafer (11) And a step of lowering the temperature in a low oxygen partial pressure gas atmosphere having an oxygen partial pressure ratio of less than 5%, and at least one of the temperature raising step, the annealing step, and the temperature lowering step, A method for producing a SIMOX wafer, comprising mixing in a low oxygen partial pressure gas having a pressure ratio of less than 5%.

Hydrogen chloride gas is mixed in an amount of 0 to 0.02% by volume based on the total gas volume during high oxygen partial pressure gas treatment with an oxygen partial pressure ratio of 5% or more, and during low oxygen partial pressure gas treatment with an oxygen partial pressure ratio of less than 5%. 4. The method of manufacturing a SIMOX wafer according to claim 1, wherein 0.02 to 10% by volume is mixed with respect to the total gas amount.

The method for producing a SIMOX wafer according to any one of claims 1, 3, and 4, wherein trans-dichloroethylene is used as a liquid source material of the hydrogen chloride-based gas.