JP5038618B2

JP5038618B2 - Ｓｏｉ基板の製造方法

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Publication number: JP5038618B2
Application number: JP2005333620A
Authority: JP
Inventors: 哲弥中井; 奉均高; 敬山田
Original assignee: Sumco Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Sumco Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2007142136A

Description

本発明は、ＳＩＭＯＸ(Separation by IMplanted OXygen)法によりシリコン基板内部に部分的に埋込み酸化膜を有するＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）基板を製造する方法に関するものである。

従来、シリコン基板内部に埋込み酸化膜を有するＳＯＩ基板は、高速、低消費電力デバイス用基板への使用が期待されている。このうち、シリコン基板内部に全面ではなく、部分的に埋込み酸化膜を有するＳＯＩ基板（以下、「部分ＳＯＩ基板」と呼ぶ。）はアナログ、ロジック、メモリ混載のシステムＬＳＩにおいて、例えばロジック部のみを埋込み酸化膜のＳＯＩ領域に形成し、埋込み酸化膜がないバルクＳｉ部分にメモリ部を製造できることなどから重要視されている。
この種の部分ＳＯＩ基板の製造方法として、次のような方法が提案されている。即ち、図６に示すように、先ず基板２（基板２はシリコン単結晶棒の軸に直交する面で切出される。）の表面に表面酸化膜４を形成し（図６（ａ））、この表面酸化膜４の表面にフォトリソグラフィによりパターニングしたレジスト層６を形成する（図６（ｂ）及び（ｃ））。次いで表面酸化膜４を異方性エッチングによりパターニングし（図６（ｄ）及び（ｅ））、レジスト層６を除去した後に（図６（ｆ））、基板２を洗浄する。次に基板２の表面に酸素イオン７を注入し（図６（ｇ））、アルゴン及び酸素の混合ガス、或いは窒素及び酸素の混合ガスの雰囲気中で１３００℃以上に所定時間保持してアニール処理して埋込み酸化膜３を形成する（図６（ｈ））。更に基板２をフッ酸アンモニウム水溶液及びフッ酸の混合液（エッチング液）に浸漬して表面酸化膜４を除去する（図６（ｉ））。

一方、図６（ｇ）に示すように、基板２への酸素イオン７の注入時に、マスクとして基板２の表面に残存する表面酸化膜４の上部が酸素イオン７の注入により膨張して変形すると、埋込み酸化膜３の端部の埋込み深さが浅くなる。すると、その後のアニール処理時に埋込み酸化膜３の端部が厚くなることによりエッジ領域が基板２の表面に露出し、表面酸化膜４を除去するときに、エッジ領域がエッチングされ、基板２の表面にエッジ領域に沿って凹溝８が形成されたり、或いは埋込み酸化膜３に空洞が形成される場合があった。この点を解消するために、表面酸化膜を基板の表面に対して垂直に異方性エッチングを行い、その表面酸化膜をマスクにして基板の表面に垂直に酸素イオンを注入することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このＳＯＩ基板の製造方法では、基板の表面に対して垂直な方向から酸素イオンを注入することから、埋込み酸化膜のエッジ領域が表面に露出せず、表面酸化膜を除去するために基板をエッチング液に浸漬しても、埋込み酸化膜のエッジ領域が除去されることはないので、基板の表面に不要な凹溝が形成されたり、或いは埋込み酸化膜に不要な空洞が形成されるのを防止できるとしている。
特開２００１−３０８０２５号公報（請求項１）

しかし、基板の表面に垂直に酸素イオンを注入しても、酸素イオン注入後のアニール処理時に埋込み酸化膜の周囲はその他の部分より酸化が進んで膨張するという未だ解決すべき課題が残存していた。即ち、基板の表面に対して垂直な方向から注入された酸素イオンは、注入後においてその周囲が基板の表面に露出することはないけれども、その後のアニール処理時において埋込み酸化膜の周囲には、その表面から酸素が供給されるとともにその周囲からも酸素が供給される。このため、酸素が表面方向からのみ供給される中央部分に比較して酸素の供給量が多くなり、アニール処理時に中央部分より酸化が進んでアニール処理後の埋込み酸化膜の周囲は中央部分により厚さが増大し、この厚さの増大が進むとその周囲が基板表面に露出する不具合があった。

また、酸素イオン注入時にマスク酸化膜における上縁周囲は拡張するように変形することが知られている。この変形によりマスク酸化膜の一部がそのマスク酸化膜により覆われていない部分にはみ出してしまうと注入される酸素イオンの注入深さに変化を与えるおそれがある。このため、このマスク酸化膜の一部がそのマスク酸化膜により覆われていない部分にはみ出るような変形を抑制して、酸素イオン注入時における埋込み酸化膜の深さを均一にして、得られた埋込み酸化膜のエッジ領域が基板の表面に露出することを有効に防止する必要もある。
本発明の目的は、埋込み酸化膜が基板表面に露出することを有効に防止し得るＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図３に示すように、シリコン基板１２の表面に部分的にマスク酸化膜２３を形成する工程と、マスク酸化膜２３を介して基板１２の表面に酸素イオン１６を注入する工程と、基板１２をアニール処理して基板１２の内部に埋込み酸化膜１３を形成する工程とを含むＳＯＩ基板の製造方法の改良である。
その特徴ある点は、酸素イオン１６の注入が複数回に分けて行われ、先の酸素イオン注入工程と後の酸素イオン注入工程との間にマスク酸化膜２３の周縁をエッチングするエッチング工程を有するところにある。

この請求項１に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、複数回行われる酸素イオン１６の注入の間にマスク酸化膜２３の周縁をエッチングして減少させるので、複数回の酸素イオンの注入により得られる埋込み酸化膜の周囲はその他の部分に比較して薄いものになる。従って、その後のアニール処理時に埋込み酸化膜の周囲における厚さがその他部分より増大しても、埋込み酸化膜の周囲におけるエッジ領域が基板の表面に達して表面に露出することはない。

以上述べたように、本発明によれば、酸素イオンの注入を複数回に分けて行う場合には、先の酸素イオン注入工程と後の酸素イオン注入工程との間にマスク酸化膜の周縁をエッチングして減少させることにより、複数回の酸素イオンの注入により得られる埋込み酸化膜の周囲はその他の部分に比較して薄いものにすることができる。このように酸素イオン注入により得られた酸化膜の周囲をその他の部分に比較して薄いものにすれば、その後のアニール処理時に埋込み酸化膜の周囲における厚さがその他部分より増大することに起因する埋込み酸化膜の周囲におけるエッジ領域が基板の表面に露出することを防止することができる。

次に本発明を実施するための最良の形態を参考の形態とともに図面に基づいて説明する。
図１は第１の参考の形態を示す。図１（ｎ）に示すように、ＳＯＩ基板１１はシリコン基板１２と、この基板１２の内部に形成された埋込み酸化膜１３とを有する。基板１２はチョクラルスキー（ＣＺ）法により育成されたシリコン単結晶棒の軸に直交する面［シリコン単結晶の結晶構造の（１００）面］に沿って薄板状に切出される。また埋込み酸化膜１３は次のようにして形成される。なお、基板はＣＺ法ではなく、フローティング・ゾーン（ＦＺ）法等により育成されたシリコン単結晶棒又はシリコン単結晶板から切出してもよい。

先ず基板１２の表面に表面酸化膜１４を形成する（図１（ａ））。この表面酸化膜１４はシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）であり、基板１２を熱酸化することにより、又はＣＶＤ法（化学気相成長法）により形成される。また表面酸化膜１４の厚さは２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲、好ましくは５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内に形成される。表面酸化膜１４の厚さを２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に限定したのは、２００ｎｍ未満では後述する酸素イオン１６が表面酸化膜１４を通過して基板１２に注入されるおそれがあり、１０００ｎｍ以下で酸素イオン１６を十分に遮断することができるからである。次いで表面酸化膜１４の表面にフォトリソグラフィにより所定のパターンのレジスト層１７を形成する（図１（ｂ）及び（ｃ））。このレジスト層１７をフォトマスク１８を用いて露光し（図１（ｂ））、現像及びリンスを経て、レジスト層１７に所定のパターンが形成される（図１（ｃ））。ここで、レジスト層１７は、得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向する部分が露光され、得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向する部分がその露光により除去される。

上記レジスト層１７をマスクにして表面酸化膜１４を基板１２の表面に対して垂直方向に異方性エッチングを行う（図１（ｄ）及び（ｅ)）。異方性エッチングはこの参考の形態では反応性イオンエッチングである。反応性イオンエッチングでは、図示しないが反応室内に設置された２枚の対向電極のうち下側電極に基板を載せ、これらの電極に高周波電圧を印加してプラズマを誘起することで、ＣＦ₄又はＳＦ₆等のエッチングガスより反応性の高いラディカルイオン核種を形成し、プラズマ及び基板１２間に生じる自己バイアス電位差により基板１２に数十から数百ｅＶの上記ラディカルイオンが入射し、このラディカルイオンによるスパッタ作用と化学反応の両方の効果で表面酸化膜１４のエッチングが進行する。このため表面酸化膜１４の内周縁はアンダカットのない垂直なエッチング形状となる。なお、異方性エッチングとして、ＥＣＲプラズマエッチングを用いてもよい。エッチング終了後、硫酸過水等によりレジスト層１７を除去し、エッチングされずに基板表面に残存した表面酸化膜１４からなる厚さが２００ｎｍ〜１０００ｎｍの輪郭用酸化膜１９を基板１２の表面に部分的に形成し（図１（ｆ））、その後、洗浄する。ここで、レジスト層１７は、得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向する部分が露光により除去されているので、表面酸化膜１４は得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向する部分のみがエッチングされ、基板表面に残存した輪郭用酸化膜１９は得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向する部分が開口されたものとなる。

次にこの輪郭用酸化膜１９をマスクにして基板１２の表面にシリコンイオン２１を注入する（図１（ｇ））。このときのシリコンイオン２１の注入条件は注入量が１×１０¹⁵／ｃｍ²〜１×１０¹⁸／ｃｍ²、好ましくは１×１０¹⁶／ｃｍ²〜１×１０¹⁷／ｃｍ²であり、注入エネルギが４０ｋｅＶ〜２４０ｋｅＶ、好ましくは１００ｋｅＶ〜２４０ｋｅＶである。
次いで、輪郭用酸化膜１９の得ようとする埋込み酸化膜１３に対向しない部分の表面にフォトリソグラフィによりレジスト層２２を形成する（図１（ｈ）及び（ｉ））。即ち、輪郭用酸化膜１９の全てに形成されたレジスト層２２を図示しないフォトマスクを用いて露光し、得ようとする埋込み酸化膜１３に対向する部分を露光して除去し、得ようとする埋込み酸化膜１３に対向しない部分の表面にレジスト層２２を残存させる。そしてこのレジスト層２２をマスクにして輪郭用酸化膜１９をエッチングする（図１（ｉ）及び（ｊ)）。その後、硫酸過水等によりレジスト層２２を除去し（図１（ｊ）及び（ｋ)）、エッチングされずに基板表面に残存した輪郭用酸化膜１９からなるマスク酸化膜２３を基板１２の表面に部分的に形成する（図１（ｋ））。ここで、レジスト層２２は、得ようとする埋込み酸化膜１３に対向しない部分の表面に形成されているため、マスク酸化膜２３は得ようとする埋込み酸化膜１３に対向する部分が開口するものとなる。また、レジスト層２２の形成と輪郭用酸化膜１９のエッチングの詳細な手段に関しては、上述したレジスト層１７の形成と表面酸化膜１４のエッチングと同一であるので繰り返しての説明を省略する。

次にマスク酸化膜２３をマスクにして基板１２の表面に酸素イオン１６を注入する（図１（ｌ））。このときの酸素イオン１６の注入条件は注入量が１×１０¹⁷／ｃｍ²〜２×１０¹⁸／ｃｍ²、好ましくは２×１０¹⁷／ｃｍ²〜５×１０¹⁷／ｃｍ²であり、注入エネルギが２０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶ、好ましくは６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶである。酸素イオン１６の注入後、ウエットエッチングにより基板１２表面のマスク酸化膜２３を除去し、その後基板１２を酸化性雰囲気中で１３００〜１３８０℃の温度範囲内で２〜２０時間保持した後に徐冷するアニール処理を行う（図１（ｍ））。酸化性雰囲気とは、不活性ガスと酸素の混合ガス雰囲気を含み、アルゴン及び酸素の混合ガス雰囲気、或いは窒素及び酸素の混合ガス雰囲気が例示される。この場合における酸化性雰囲気は、酸素１００容量％を含み、酸素の好ましい含有量は０．５〜９０容量％であり、更に好ましい含有量は４０〜７０容量％である。酸素含有率が０．５％未満では後述するアニール時に基板１２の表面における酸化が期待できないからである。

このアニール処理により基板１２の酸素イオン１６が注入された部分の酸化が促進されて、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成される。同時に基板１２の表面には、アニール処理による酸化層２６が形成される。上記アニール処理により埋込み酸化膜１３を形成した後、上記基板１２をフッ酸アンモニウム水溶液及びフッ酸の混合液（エッチング液）に浸漬して酸化層２６を除去すると（図１（ｎ））、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成されたＳＯＩ基板１１が得られる。

このようなＳＯＩ基板の製造方法では、酸素イオンを注入する以前に得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向するシリコン基板１２の表面にシリコンイオン２１を注入するので、その後のアニール処理時にそのシリコンイオンが埋込み酸化膜１３の周囲における酸化を抑制してその他部分より厚さが増大するような事態を回避する。この結果、埋込み酸化膜13の周囲が膨張することに起因して、埋込み酸化膜１３のエッジ領域が基板１２の表面に露出することを防止することができる。

図２に第２の参考の形態を示す。図２において図１と同一符号は同一部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
図２に示すように、この参考の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、マスク酸化膜２３を形成する以前又はマスク酸化膜２３を形成する工程と酸素イオン１６を注入する工程の間に、得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向するシリコン基板１２の表面に凹溝３１を形成する工程を有することを特徴とする。即ち、先の参考の形態と同様にシリコン基板を準備し、その基板１２の表面に表面酸化膜１４を形成する（図２（ａ））。次いで表面酸化膜１４の表面にフォトリソグラフィにより所定のパターンのレジスト層１７を形成し（図２（ｂ）及び（ｃ））、このレジスト層１７をマスクにして表面酸化膜１４を基板１２の表面に対して垂直方向に異方性エッチングを行う（図２（ｄ）及び（ｅ)）。エッチング終了後、硫酸過水等によりレジスト層１７を除去し、エッチングされずに基板表面に残存した表面酸化膜１４からなる輪郭用酸化膜１９を基板１２の表面に部分的に形成し（図２（ｆ））、その後、洗浄する。ここで、輪郭用酸化膜１９は得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向する部分が開口されたものである。

次に輪郭用酸化膜１９の形成されていない基板１２の表面を所定量だけ低くして凹溝３１をＳｉエッチング法により形成する。この凹溝３１を形成するＳｉエッチング法としては、反応性イオンエッチング法、ケミカルドライエッチング法等のドライエッチング法、或いはウエットエッチング法が挙げられるけれども、ＳＯＩ領域となる基板表面２１に精度良く凹溝３１を形成できるドライエッチング法が好ましい。この凹溝３１の深さは、５０〜５００ｎｍの範囲内の所定厚さに形成されることが好ましく、１００〜３００ｎｍであることが更に好ましい。この凹溝３１の深さを５０〜５００ｎｍの範囲に限定したのは、凹溝３１の深さが５０ｎｍ未満であるとデバイスの設計上デッドスペースとなる領域が増加するからであり、凹溝３１の深さが５００ｎｍを越えると埋込み酸化膜１３の周囲が基板１２の表面から遠くに形成されないからである。

その後、輪郭用酸化膜１９の得ようとする埋込み酸化膜１３に対向しない部分の表面にフォトリソグラフィによりレジスト層２２を形成し（図２（ｈ）及び（ｉ））、このレジスト層２２をマスクにして輪郭用酸化膜１９をエッチングする（図２（ｉ）及び（ｊ)）。その後、硫酸過水等によりレジスト層２２を除去し（図２（ｊ）及び（ｋ)）、エッチングされずに基板表面に残存した輪郭用酸化膜１９からなるマスク酸化膜２３を基板１２の表面に部分的に形成する（図２（ｋ））。次にマスク酸化膜２３をマスクにして基板１２の表面に酸素イオン１６を注入する（図２（ｌ））。酸素イオン１６の注入後、ウエットエッチングにより基板１２表面のマスク酸化膜２３を除去し、その後基板１２を酸化性雰囲気中で１３００〜１３８０℃の温度範囲内で２〜２０時間保持した後に徐冷するアニール処理を行う（図２（ｍ））。このアニール処理により基板１２の酸素イオン１６が注入された部分の酸化が促進されて、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成される。同時に基板１２の表面には、アニール処理による酸化層２６が形成される。上記アニール処理により埋込み酸化膜１３を形成した後、上記基板１２をフッ酸アンモニウム水溶液及びフッ酸の混合液（エッチング液）に浸漬して酸化層２６を除去すると（図２（ｎ））、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成されたＳＯＩ基板１１が得られる。

この第２の参考の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、酸素イオン１６を注入する以前に得ようとする埋込み酸化膜１３の周囲に対向するシリコン基板１２の表面に凹溝３１を形成するので、酸素イオン１６の注入により得られる埋込み酸化膜１３の周囲はその凹溝３１に沿って基板１２の表面から遠ざかる（図２（ｌ））。従って、その後のアニール処理時に埋込み酸化膜の周囲における厚さがその他部分より増大しても（図２（ｎ））、埋込み酸化膜１３の周囲におけるエッジ領域が基板１２の表面に達して露出することはなく、エッジ領域が基板１２の表面に露出することを有効に防止することができる。

図３に本発明の第１の実施の形態を示す。図３において上述した参考の形態と同一の符号は同一の部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
図３に示すように、この実施の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、酸素イオン１６の注入が複数回に分けて行われ、先の酸素イオン注入工程と後の酸素イオン注入工程との間にマスク酸化膜２３の周縁をエッチングするエッチング工程を有することを特徴とする。
即ち、先の参考の形態と同様にシリコン基板を準備し、その基板１２の表面に表面酸化膜１４を形成する（図３（ａ））。次いで表面酸化膜１４の表面にフォトリソグラフィにより所定のパターンのレジスト層１７を形成し（図３（ｂ）及び（ｃ））、このレジスト層１７をマスクにして表面酸化膜１４を基板１２の表面に対して垂直方向に異方性エッチングを行う（図３（ｄ）及び（ｅ)）。エッチング終了後、硫酸過水等によりレジスト層１７を除去し、エッチングされずに基板表面に残存した表面酸化膜１４からなるマスク酸化膜２３を基板１２の表面に部分的に形成する（図３（ｆ））。次にマスク酸化膜２３をマスクにして基板１２の表面に酸素イオン１６を注入するけれども、この酸素イオン１６の注入が複数回に分けて行われる。

即ち、酸素イオン１６の最終的な注入量が１×１０¹⁷／ｃｍ²〜２×１０¹⁸／ｃｍ²であれば、２．５×１０¹⁶／ｃｍ²〜５×１０¹⁷／ｃｍ²における酸素イオンの注入を２回から４回行い、図３では２回行う場合を示す（図３（ｇ）及び（ｉ））。そして、そのときの注入エネルギは２０ｋｅＶ〜２００ｋｅＶ、好ましくは６０ｋｅＶ〜１８０ｋｅＶである。そして、先の酸素イオン注入工程（図３（ｇ））と後の酸素イオン注入工程（図３（ｉ））との間には、マスク酸化膜２３の周縁をエッチングするエッチング工程（図３（ｈ））が設けられる。このマスク酸化膜２３の周縁のエッチングに関しては、反応性イオンエッチング法、ケミカルドライエッチング法等のドライエッチング法、或いはウエットエッチング法が挙げられるけれども、マスク酸化膜２３の周縁を精度良くエッチングするドライエッチング法が好ましい。このエッチングにより削り取られるマスク酸化膜２３の周縁ｔは、１０〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましく、５０〜２００ｎｍであることが更に好ましい。このエッチングにより削り取られるマスク酸化膜２３の周縁ｔが１０ｎｍ未満であると埋込み酸化膜１３の周囲が薄くならない不具合があり、削り取られるマスク酸化膜２３の周縁ｔが５００ｎｍを越えるとマスク酸化膜２３が酸素イオンの遮蔽効果がなくなりマスク酸化膜２３が覆う基板１２に酸素イオンが注入される不具合があるからである。

エッチング工程（図３（ｈ））を挟んで複数回に分けて酸素イオン１６の注入が行われた後（図３（ｇ）及び（ｉ））、ウエットエッチングにより基板１２表面のマスク酸化膜２３を除去し、その後基板１２を酸化性雰囲気中で１３００〜１３８０℃の温度範囲内で２〜２０時間保持した後に徐冷するアニール処理を行う（図３（ｊ））。このアニール処理により基板１２の酸素イオン１６が注入された部分の酸化が促進されて、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成される。同時に基板１２の表面には、アニール処理による酸化層２６が形成される。上記アニール処理により埋込み酸化膜１３を形成した後、上記基板１２をフッ酸アンモニウム水溶液及びフッ酸の混合液（エッチング液）に浸漬して酸化層２６を除去すると（図３（ｋ））、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成されたＳＯＩ基板１１が得られる。

この第１の実施の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、複数回行われる酸素イオン１６の注入の間にマスク酸化膜２３の周縁をエッチングして減少させるので、複数回の酸素イオン１６の注入により得られる埋込み酸化膜１３であって、減少したマスク酸化膜２３に対応する周囲はその他の部分に比較して薄いものになる。従って、その後のアニール処理時に埋込み酸化膜１３の周囲における厚さがその他部分より増大しても、その厚さは最初から薄いので他の部分の厚さと均等になるに留まり、埋込み酸化膜１３の周囲におけるエッジ領域が基板１２の表面に達することはなく、埋込み酸化膜１３のエッジ領域が基板１２の表面に露出することを有効に防止することができる。

図４に第３の参考の形態を示す。図４において上述した実施の形態と同一の符号は同一の部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
図４に示すように、この参考の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、酸素イオン１６の注入が複数回に分けて行われ、先の酸素イオン注入工程と後の酸素イオン注入工程との間にマスク酸化膜２３の周縁を拡大する周縁拡大工程を有することを特徴とする。
即ち、先の実施の形態と同様にシリコン基板を準備し、その基板１２の表面に表面酸化膜１４を形成する（図４（ａ））。次いで表面酸化膜１４の表面にフォトリソグラフィにより所定のパターンのレジスト層１７を形成し（図４（ｂ）及び（ｃ））、このレジスト層１７をマスクにして表面酸化膜１４を基板１２の表面に対して垂直方向に異方性エッチングを行う（図４（ｄ）及び（ｅ)）。エッチング終了後、硫酸過水等によりレジスト層１７を除去し、エッチングされずに基板表面に残存した表面酸化膜１４からなるマスク酸化膜２３を基板１２の表面に部分的に形成する（図４（ｆ））。次にマスク酸化膜２３をマスクにして基板１２の表面に酸素イオン１６を注入するけれども、この酸素イオン１６の注入が複数回に分けて行われる（図４（ｇ）及び（ｉ））。この複数回に分けて行われる酸素イオン１６の注入は上述した第１の実施の形態と同一であるので、繰り返しての説明を省略する。

そして、先の酸素イオン注入工程（図４（ｇ））と後の酸素イオン注入工程（図４（ｉ））との間にはマスク酸化膜２３の周縁を拡大する周縁拡大工程（図４（ｈ））が設けられる。このマスク酸化膜２３の周縁の拡大は、ＣＶＤ−ＳｉＯ₂膜のパターニングにより行われる。この周縁拡大工程によりマスク酸化膜２３の周縁ｄは、１０〜５００ｎｍの範囲内で拡大されることが好ましく、５０〜２００ｎｍの範囲内で拡大されることが更に好ましい。この周縁ｄの拡大は１０ｎｍ未満であると埋込み酸化膜１３の周囲が薄くならない不具合があり、５００ｎｍを越えるとデバイスの設計上デッドスペースとなる領域が増加する不具合があるからである。

周縁拡大工程（図４（ｈ））を挟んで複数回に分けて酸素イオン１６の注入が行われた後（図４（ｇ）及び（ｉ））、ウエットエッチングにより基板１２表面のマスク酸化膜２３を除去し、その後基板１２を酸化性雰囲気中で１３００〜１３８０℃の温度範囲内で２〜２０時間保持した後に徐冷するアニール処理を行う（図４（ｊ））。このアニール処理により基板１２の酸素イオン１６が注入された部分の酸化が促進されて、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成される。同時に基板１２の表面には、アニール処理による酸化層２６が形成される。上記アニール処理により埋込み酸化膜１３を形成した後、上記基板１２をフッ酸アンモニウム水溶液及びフッ酸の混合液（エッチング液）に浸漬して酸化層２６を除去すると（図４（ｋ））、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成されたＳＯＩ基板１１が得られる。

この第３の参考の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、複数回行われる酸素イオン１６の注入の間にマスク酸化膜２３の周囲に肉盛りをして拡大させるので、複数回の酸素イオン１６の注入により得られる埋込み酸化膜１３であって、その拡大したマスク酸化膜２３の周囲に対応する部分は、埋込み酸化膜１３の他の部分に比較して薄いものになる。従って、その後のアニール処理時に埋込み酸化膜１３の周囲における厚さがその他部分より増大しても、その厚さは最初から薄いので他の部分の厚さと均等になるに留まり、埋込み酸化膜１３の周囲におけるエッジ領域が基板１２の表面に達することはなく、埋込み酸化膜１３のエッジ領域が基板１２の表面に露出することを有効に防止することができる。

図５に第４の参考の形態を示す。図５において上述した参考の形態及び実施の形態と同一符号は同一の部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
図５に示すように、この参考の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、マスク酸化膜２３の上部角部に凹み２３ａ（図５（ｈ））が形成されたことを特徴とする。具体的に説明すると、この参考の形態におけるマスク酸化膜２３を形成する工程は、基板１２の表面に表面酸化膜１４を形成する工程（図５（ａ））と、その表面酸化膜１４の表面に所定のパターンのレジスト層１７を形成する工程（図５（ｂ）及び（ｃ））を有する。これらは上述した実施の形態及び第３の参考の形態と同一であるので繰り返しての説明を省略する。

そしてこのレジスト層１７をマスクにして表面酸化膜１４をエッチングしてマスク酸化膜２３を得ることになるけれども、このエッチングが二段階に行われるところに特徴がある。即ち、マスク酸化膜２３を形成する工程は、レジスト層１７を形成した後、先ず等方性エッチングを行いレジスト層１７によりマスクされていない表面酸化膜１４の厚さを減少させる工程（図５（ｄ）及び（ｅ））と、その後レジスト層１７をマスクにして基板１２の表面に対して垂直方向に異方性エッチングして厚さが減少した表面酸化膜１４を除去する工程（図５（ｆ）及び（ｇ））とを有する。等方性エッチングは全ての方向に等しくエッチングされるものであり、これによりレジスト層１７の下側に渡って表面酸化膜１４がエッチングされる。この等方性エッチングには、ＨＦウエットエッチング、ケミカルドライエッチング等がある。一方、異法性エッチングは表面酸化膜１４を基板１２の表面に対して垂直方向にエッチングするものであるため、レジスト層１７により覆われない部分の表面酸化膜１４がエッチングされ、その後のレジスト除去工程においてレジスト層１７を除去して部分的に残存する表面酸化膜１４をマスク酸化膜２３として基板１２の表面に残存させると、得られたマスク酸化膜２３の上部角部に凹み２３ａが形成される（図５（ｈ））。

その後、このマスク酸化膜２３をマスクにして基板１２の表面に酸素イオン１６を注入する（図５（ｉ））。酸素イオン１６の注入後、ウエットエッチングにより基板１２表面のマスク酸化膜２３を除去し、その後基板１２を酸化性雰囲気中で１３００〜１３８０℃の温度範囲内で２〜２０時間保持した後に徐冷するアニール処理を行う（図５（ｊ））。このアニール処理により基板１２の酸素イオン１６が注入された部分の酸化が促進されて、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成される。同時に基板１２の表面には、アニール処理による酸化層２６が形成される。上記アニール処理により埋込み酸化膜１３を形成した後、上記基板１２をフッ酸アンモニウム水溶液及びフッ酸の混合液（エッチング液）に浸漬して酸化層２６を除去すると（図５（ｋ））、基板１２の内部に埋込み酸化膜１３が形成されたＳＯＩ基板１１が得られる。

この第４の参考の形態におけるＳＯＩ基板の製造方法では、マスク酸化膜２３の上部角部に凹み２３ａを形成したので、酸素イオン１６の注入時にそのマスク酸化膜２３における上縁周囲が拡張するように変形したとしても、その変形した部分がマスク酸化膜２３により覆われていない部分にはみ出して注入される酸素イオン１６の注入深さに変化を与えることはない。このため、酸素イオン１６の注入により得られた埋込み酸化膜１３の深さは均一になり、その埋込み酸化膜１３のエッジ領域が基板１２の表面に露出することを有効に防止することができる。

第１参考形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。第２参考形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明第１実施形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。第３参考形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。第４参考形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す断面図である。従来例を示す図１に対応する断面図である。

符号の説明

１１ＳＯＩ基板
１２シリコン基板
１３埋込み酸化膜
１４表面酸化膜
１６酸素イオン
１７レジスト層
２１シリコンイオン
２３マスク酸化膜
２３ａ凹み
３１凹溝

Claims

シリコン基板(12)の表面に部分的にマスク酸化膜(23)を形成する工程と、前記マスク酸化膜(23)を介して前記基板(12)の表面に酸素イオン(16)を注入する工程と、前記基板(12)をアニール処理して前記基板(12)の内部に埋込み酸化膜(13)を形成する工程とを含むＳＯＩ基板の製造方法において、
酸素イオン(16)の注入が複数回に分けて行われ、
先の酸素イオン注入工程と後の酸素イオン注入工程との間に前記マスク酸化膜(23)の周縁をエッチングするエッチング工程を有する
ことを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。