JPH02191357A - Formation of buried oxide film - Google Patents

Formation of buried oxide film

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JPH02191357A
JPH02191357A JP9931389A JP9931389A JPH02191357A JP H02191357 A JPH02191357 A JP H02191357A JP 9931389 A JP9931389 A JP 9931389A JP 9931389 A JP9931389 A JP 9931389A JP H02191357 A JPH02191357 A JP H02191357A
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Abstract

PURPOSE:To form an Si film on an SiO2 film, the Si film having satisfactory crystalline properties without being changed in its thickness depending upon an added impurity by effecting ion-implantation of silicon ion prior to ion- implantation of oxygen ion. CONSTITUTION:A silicon substrate 1 is ion-implanted with silicon ion Si<+> to form an Si<+> ion doped layer 6. The silicon ion Si<+> has a concentration peak of about 10<21>/cm<3> with a minimum value of about 10<18>/cm<3>. Then, the substrate is ion-implanted with oxygen ion O<+> over the ion-implanted layer 6 to form an O<+> ion-implanted layer 2c and Si<+> and O<+> ion-implanted layer 6c. Concentration distribution of the oxygen ion O<+> at that time is set such that it is 10<21>/cm<3> or higher. Hereby, the silicon ion implanted layer is made amorphous to permit the oxygen ion concentration distribution to be equal to a theoretical distribution. Further, any void in the silicon substrate at a silicon oxide interface is extinguished by excess silicon to assure a substantially ideal silicon oxide film interface.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は酸素イオンをシリコン基体にイオン注入して
該基体中にシリコン酸化膜を形成する埋込み酸化膜の形
成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for forming a buried oxide film in which oxygen ions are implanted into a silicon substrate to form a silicon oxide film in the substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第9図は従来の埋込み酸化膜の形成方法による工程を示
す断面図である。まず、第9図(A)に示すように、シ
リコン基板1に酸素イオンO+をイオン注入して、0 
イオン注入層2を形成する。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing steps in a conventional method for forming a buried oxide film. First, as shown in FIG. 9(A), oxygen ions O+ are ion-implanted into the silicon substrate 1.
An ion implantation layer 2 is formed.

第10図はこのOイオン注入層2内の酸素イオノ0 の
濃度分布を示す。横軸は濃度N(個/cII3)を表し
、縦軸はシリコン基板1の表面からの深さX(μm)を
下方向に表す。また図中の一点鎖線は、濃度分布のピー
ク位置に相当する射影飛程を示している。この射影飛程
は、200Keyの注入エネルギーで0,5μm程度と
なる。
FIG. 10 shows the concentration distribution of oxygen ions in this O ion-implanted layer 2. As shown in FIG. The horizontal axis represents the concentration N (numbers/cII3), and the vertical axis represents the depth X (μm) from the surface of the silicon substrate 1 downward. Further, the dashed line in the figure indicates the projection range corresponding to the peak position of the concentration distribution. This projection range is about 0.5 μm with an injection energy of 200 keys.

次に、1100℃(場合によっては1300℃程度)の
高温で熱処理を行って、イオン注入された酸素イオン0
 とンリコン基板1中のシリコン原子Siとを反応させ
、第9図(B)に示すように、埋込み酸化膜であるS 
iO2膜3を形成する。
Next, heat treatment is performed at a high temperature of 1100°C (in some cases, about 1300°C) to eliminate the implanted oxygen ions.
The silicon atoms in the silicon substrate 1 are reacted with each other, and as shown in FIG. 9(B), S which is a buried oxide film is formed.
An iO2 film 3 is formed.

反応してS iO2膜となるには酸素イオ10 が10
21個/cf113程度必要であり、例えば厚み0゜4
μmの5102膜を形成するためには3×10 イオン
/cLI+2程度のイオン注入量を要する。
It takes 10 ions of oxygen ions to react to form a SiO2 film.
Approximately 21 pieces/cf113 are required, for example, thickness 0°4
To form a 5102 μm film, an ion implantation amount of about 3×10 ions/cLI+2 is required.

酸素イオンO+が1021個/■3以下の領域では熱処
理後もS iO2膜が形成されず、このため第9図(B
)に示すように、シリコン基板1の表面領域にはSi膜
4が残る。このSi膜膜内内、ダイオード、バイポーラ
トランジスタ、MOSFETおよびそれらによる集積回
路などの半導体装置が形成される。
In the region where oxygen ions O
), the Si film 4 remains on the surface area of the silicon substrate 1. Semiconductor devices such as diodes, bipolar transistors, MOSFETs, and integrated circuits thereof are formed within this Si film.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、上述したイオン注入法では、第11図の拡大図
に示すように、S i 02膜3−Si脱膜4界 内内過剰酸素不純物析出11によるパッチングアウト転
位12、あるいは5IO2膜3−3t膜4界而からSL
膜4表面に達する積層結晶欠陥13などが発生して、前
記半導体装置の十分な特性が得られないという問題点が
あった。
However, in the above-mentioned ion implantation method, as shown in the enlarged view of FIG. SL from the membrane 4 worlds
There is a problem in that stacking crystal defects 13 and the like that reach the surface of the film 4 occur, making it impossible to obtain sufficient characteristics of the semiconductor device.

また、シリコン基板1に予めN形およびP形不純物をイ
オン注入しておき、S io 2膜3上にN形およびP
形のSi膜4(例えばウェル層)を形成してその中に半
導体装置を作り込もうとする場合には、AS  (ヒソ
)、Sb”(アンチモン)。
In addition, N-type and P-type impurities are ion-implanted into the silicon substrate 1 in advance, and N-type and P-type impurities are implanted onto the S io 2 film 3.
When forming a shaped Si film 4 (for example, a well layer) and fabricating a semiconductor device therein, use AS (hiso) or Sb'' (antimony).

P+  <リン)などのN形不純物の注入領域とB+(
ボロン)などのP形不純物の注入領域とで最終的に得ら
れるSi膜4の厚みが異なってしまうという問題点もあ
った。これを第12図および第13図を用いて以下に説
明する。
P+ < phosphorus) and other N-type impurity implantation regions and B+ (
There is also a problem in that the thickness of the Si film 4 ultimately obtained differs depending on the region where P-type impurities such as boron are implanted. This will be explained below using FIGS. 12 and 13.

まず、第12図(A)および第13図(A)に示すよう
に、N形不純物としてAs”  Sb+P+など、P形
不純物としてB などがシリコン基板1にイオン注入さ
れ、不純物イオン注入層5a,5bが形成される。次に
、第12図(B)および第13図(B)に示すように、
酸素イオン0+のイオン注入によりO+イオン注入層2
a。
First, as shown in FIG. 12(A) and FIG. 13(A), ions of As''Sb+P+, etc., as an N-type impurity and B, etc. as a P-type impurity are implanted into the silicon substrate 1, and the impurity ion-implanted layers 5a, 5b is formed. Next, as shown in FIGS. 12(B) and 13(B),
O+ ion implantation layer 2 is formed by ion implantation of oxygen ions 0+.
a.

2bが形成される。そして、熱処理を行うことによって
、第12図(C)および第13図(c)に示すように、
S io 2膜3a,3bが形成される。
2b is formed. Then, by performing heat treatment, as shown in FIG. 12(C) and FIG. 13(c),
S io 2 films 3a and 3b are formed.

このとき、As+やsb  などの質量の大きい不純物
のイオン注入によってシリコン基板1の不純物イオン注
入層5aが非晶質となるのに対し、B+やP+などの質
量の小さい不純物では不純物イオン注入層5bはほとん
ど非晶質とならない。
At this time, the impurity ion implanted layer 5a of the silicon substrate 1 becomes amorphous due to the ion implantation of large mass impurities such as As+ and sb, whereas the impurity ion implanted layer 5b becomes amorphous when the mass impurities are small such as B+ and P+. is hardly amorphous.

このため、As+やsb  をイオン注入した場合の5
IO2膜3aの形成が抑制され、N形Si膜4aは、B
 やP をイオン注入した場合のP形St膜4bに比べ
て厚く形成される。例えば「sE旧C0NDUCTOR
 SiLICON 198B,PROCE!EDING
 OF TIIE PIPTII INTIERNAT
IONAL SYMPO8IUM ON 5ILICO
N M^TERIALS  5CIENCE   AN
D  TECIINOLOGY,ELECTRONIC
3  AND DIELECTRIC3 AND lN
5ULATION D!VISIONS.Procce
dlngs Volume 8B−4.TIIE EL
ECTROCIIEMICAI, 5OCIIシTY.
ING. JのP.842 〜651におけるS.J.
Krause等の報告によれば、B やP ではS i
 O 2膜3bが30%大きく成長し、P形Si膜4b
はN形Si膜4aに比べて0.1μm程度薄くなる。こ
のように不純物によってSt膜4a,4bの厚みが異な
ることは、例えばMOSFETでのサブスレッシュホー
ルド電流などのように、この中に形成される半導体装置
の特性に影響を与えるので好ましくない。
For this reason, when As+ or sb is ion-implanted, 5
The formation of the IO2 film 3a is suppressed, and the N-type Si film 4a is
The P-type St film 4b is formed thicker than the P-type St film 4b obtained by ion-implanting or P 2 . For example, “sE old C0NDUCTOR
SiLICON 198B, PROCE! EDING
OF TIIE PIPTII INTIERNAT
IONAL SYMPO8IUM ON 5ILICO
N M^TERIALS 5CIENCE AN
D TECIINOLOGY, ELECTRONIC
3 AND DIELECTRIC3 AND lN
5ULATION D! VISIONS. Procce
dlngs Volume 8B-4. TIIE EL
ECTROCIIEMICAI, 5OCII TY.
ING. J's P. S. 842-651. J.
According to a report by Krause et al., in B and P, S i
The O 2 film 3b grows 30% larger, and the P-type Si film 4b
is approximately 0.1 μm thinner than the N-type Si film 4a. This difference in thickness of the St films 4a and 4b due to impurities is undesirable because it affects the characteristics of a semiconductor device formed therein, such as subthreshold current in a MOSFET.

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、結晶性が良く、かつ添加される不純物によ
って厚みが異なることのないSi膜をS l 0 2膜
上に形成することのできる埋込み酸化膜の形成方法を得
ることを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to form a Si film on an S l 0 2 film that has good crystallinity and whose thickness does not vary depending on added impurities. The purpose of this invention is to obtain a method for forming a buried oxide film that allows for the formation of a buried oxide film.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係る埋込み酸化膜の形成方法は、シリコン基
体の第1の深さ位置およびこの第1の深さ位置よりも深
い第2の深さ位置の…Iにおいて濃度が1021個/c
!lI3以上となるように前記基体に酸素イオンをイオ
ン注入して該基体中にシリコン酸化膜を形成する方法で
あって、前記第1の深さ位置での濃度が1018個/c
I113以上となるようにシリコンイオンを前記基体に
予めイオン注入した後、前記酸素イオンを前記基体にイ
オン注入し、しかる後熱処理を行って前記基体中にシリ
コン酸化膜を形成するものである。
The buried oxide film forming method according to the present invention has a concentration of 1021 particles/c at a first depth position of a silicon substrate and a second depth position deeper than the first depth position.
! A method of forming a silicon oxide film in the substrate by implanting oxygen ions into the substrate so that the concentration at the first depth position is 1018 ions/c.
After silicon ions are implanted into the base in advance so as to have an I113 or higher, the oxygen ions are implanted into the base, followed by heat treatment to form a silicon oxide film in the base.

また、前記シリコンイオンのイオン注入に続いて、前記
基体に対しボロン、リン、ヒソあるいはアンチモンのイ
オン注入を、ボロンおよびリンにリンにあっては所定の
イオン注入量、ヒソおよびアンチモンにあっては5X1
014個/cIT12以下のイオン注入量で行ってもよ
い。
Further, following the ion implantation of silicon ions, boron, phosphorus, hiso, or antimony ions are implanted into the substrate at a predetermined ion implantation amount for boron and phosphorus, and at a predetermined ion implantation amount for phosphorus and for hiso and antimony. 5X1
The amount of ion implantation may be less than 0.014 ions/cIT12.

さらに、前記シリコンイオンのイオン注入に前後して、
前記基体の表面近傍での濃度が1018個/(1)3以
上となるようにシリコンイオンを前記基体の表面部にイ
オン注入してもよい。
Furthermore, before and after the silicon ion implantation,
Silicon ions may be implanted into the surface of the base so that the concentration near the surface of the base is 1018/(1)3 or more.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、酸素イオンOのイオン注入に先立
ってシリコンイオンSi+のイオン注入が行われるので
、シリコンイオン注入層が非晶質化して次の酸素イオン
注入におけるチャネリング現像が防止され、このためイ
オン注入された酸素イオンの濃度分布が理論的分布と等
しくなる。
In this invention, silicon ions Si+ are implanted prior to oxygen ion O implantation, so the silicon ion implantation layer becomes amorphous and channeling development in the next oxygen ion implantation is prevented. The concentration distribution of the implanted oxygen ions becomes equal to the theoretical distribution.

また、シリコン酸化膜界面でのシリコン基体の空孔が過
剰シリコンによって消滅されて、理想に近いシリコン酸
化膜界面となる。さらに、シリコン酸化膜上に得られる
シリコン膜において、過剰酸素によって誘起される結晶
欠陥の核が過剰シリコンによって消滅される。
Furthermore, the vacancies in the silicon substrate at the silicon oxide film interface are eliminated by the excess silicon, resulting in a silicon oxide film interface that is close to the ideal. Furthermore, in the silicon film obtained on the silicon oxide film, the nuclei of crystal defects induced by excess oxygen are eliminated by the excess silicon.

また、ボロン、リン、ヒソあるいはアンチモンをイオン
注入することにより、N形あるいはP形のシリコン膜が
得られる。
Furthermore, an N-type or P-type silicon film can be obtained by ion-implanting boron, phosphorous, histo, or antimony.

さらに、基体の表面部にシリコンイオンを重ねてイオン
注入しておけば、高温の熱処理により基体表面から放出
されるシリコン原子を補って表面の劣化を防止できる。
Furthermore, by implanting silicon ions in a layered manner onto the surface of the substrate, it is possible to compensate for silicon atoms released from the surface of the substrate by high-temperature heat treatment and prevent surface deterioration.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明による埋込み酸化膜の形成方法の一実
施例による工程を示す断面図である。まず第1図(A)
に示すように、シリコン基板1にシリコンイオンSt 
 をイオン注入して、Si+イオン注入層6を形成する
。第2図はこの81イオン注入層6内のシリコンイオン
Si+の濃度分布を示す。第2図において一点鎖線で示
すように、シリコンイオンS1 のイオン注入は、追っ
てイオン注入される酸素イオンO+の濃度値が10 個
/備3前後となるシリコン基板の深さ位置(2つのうち
の浅い方)に射影飛程があるように行われる。この実施
例ではシリコンイオンS1の濃度のピーク値は10 個
/cI113程度に設定されているが、後述するように
最小1018個/ c+n 3程度にイオン注入量を減
少させることもできる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing steps according to an embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention. First, Figure 1 (A)
As shown in FIG.
A Si+ ion implantation layer 6 is formed by ion implantation. FIG. 2 shows the concentration distribution of silicon ions Si+ in this 81 ion-implanted layer 6. As shown in FIG. As shown by the dashed line in FIG. 2, the ion implantation of silicon ions S1 is performed at a depth position of the silicon substrate (one of the two It is performed so that the projected range is on the shallow side). In this embodiment, the peak concentration of silicon ions S1 is set to about 10 ions/cI113, but as will be described later, the ion implantation amount can be reduced to a minimum of about 1018 ions/c+n3.

次に、Sl イオン注入層6越しに、従来と同様に酸素
イオンO+のイオン注入を行い、第1図(B)に示すよ
うに0 イオン注入層2cとともに、St  及び0 
イオン注入層6cを形成する。
Next, oxygen ions O+ are implanted through the Sl ion implantation layer 6 as in the conventional method, and as shown in FIG. 1(B), along with the 0 ion implantation layer 2c, St and 0
An ion implantation layer 6c is formed.

このときの酸素イオノ0 の濃度分布は第2図に示すよ
うに設定される。そして、高温で熱処理を行うことによ
り、第1図(C)に示すように、埋込み酸化膜であるS
 iO2膜3cを形成する。Sl 及び0+イオン注入
層6CはSi膜4cとなり、このSiMJc中に半導体
装置が形成される。
The concentration distribution of oxygen ion 0 at this time is set as shown in FIG. Then, by performing heat treatment at high temperature, the buried oxide film S
An iO2 film 3c is formed. The Sl and 0+ ion implantation layer 6C becomes the Si film 4c, and a semiconductor device is formed in this SiMJc.

この実施例においては、酸素イオン0 のイオン注入に
先立ってシリコンイオンSl  のイオン注入が行われ
るので、次のような利点がある。まず第1に、注入量が
1018個/cIT13以上(7)St”イオン注入層
6が完全に非晶質化するため、次の酸素イオンOのイオ
ン注入の工程において、チャネリング現象が防止される
。このため、イオン注入された酸素イオン0+の濃度分
布が理論的分布と等しくなる。その結果、シリコン基板
1の深い位置での酸素イオノOの濃度分布のすそがチャ
ネリングにより拡がって、十分な5102膜とならない
ことが防止できる。
In this embodiment, silicon ions Sl 2 are implanted before oxygen ions 0 2 are implanted, so there are the following advantages. First of all, since the implantation amount is 1018/cIT13 or more (7) St" ion implantation layer 6 becomes completely amorphous, channeling phenomenon is prevented in the next step of ion implantation of oxygen ions O. Therefore, the concentration distribution of the implanted oxygen ions 0+ becomes equal to the theoretical distribution.As a result, the base of the concentration distribution of oxygen ion O at a deep position in the silicon substrate 1 is expanded by channeling, and a sufficient amount of 5102 This can prevent the formation of a film.

第2に、5IO2膜3cm5Ll!!4c界而でのシリ
コン基板1の空孔が過剰シリコン(格子間シリコン)に
よって消滅されて、理想に近いSi02 H3c  S
 i膜4c界面となる。従って、この界面から発生する
転位や積層結晶欠陥などを防止できる。
Second, 5IO2 film 3cm5Ll! ! The vacancies in the silicon substrate 1 in the 4c world are annihilated by excess silicon (interstitial silicon), resulting in near-ideal Si02 H3c S
This becomes the i-film 4c interface. Therefore, dislocations, stacking crystal defects, etc. generated from this interface can be prevented.

第3に、過剰酸素不純物による析出が防止できて、Si
膜4c中の結晶欠陥の防止に役立つ。これは、過剰酸素
を核として空孔が集合して微小結晶欠陥さらには積層結
晶欠陥となるのであるが、これら結晶欠陥の核を過剰シ
リコンによって消滅させることができるからである。
Thirdly, precipitation due to excess oxygen impurities can be prevented and Si
This helps prevent crystal defects in the film 4c. This is because vacancies gather with excess oxygen as nuclei to form microcrystal defects and even stacked crystal defects, and the nuclei of these crystal defects can be eliminated by excess silicon.

以上の利点を有効に実現するためには、5IO2膜3c
mSi膜4c界面(言い換えれば酸素イオン0 の濃度
値が10 個/cIr13前後となるシリコン基板1の
2つの深さ位置のうちの浅い方)でのシリコンイオンS
l  の濃度値は約1018個/印3以上でなければな
らない。なぜなら、これ以下の値であればSt  イオ
ン注入層6が十分に非晶質化されず、また、シリコン基
板1に元来含まれでいる空孔(その数は約10 個/c
lI3)がS iO2膜3cm5L膜4c界面において
十分に消滅されないからである。シリコンイオンSi+
の射影飛程の位置は必ずしも上記実施例に限定されない
In order to effectively realize the above advantages, the 5IO2 film 3c
Silicon ions S at the mSi film 4c interface (in other words, the shallower of the two depth positions of the silicon substrate 1 where the concentration value of oxygen ions 0 is around 10/cIr13)
The density value of l must be approximately 1018 pieces/mark 3 or higher. This is because if the value is less than this, the St ion implantation layer 6 will not be sufficiently amorphized, and the vacancies originally contained in the silicon substrate 1 (the number of which is about 10/c
This is because lI3) is not sufficiently annihilated at the interface of the SiO2 film 3cm5L film 4c. Silicon ion Si+
The position of the projected range of is not necessarily limited to the above embodiment.

上述の実施例によれば、上記理由により、極めて結晶性
の良いSi膜4cが得られる。従って、このSi膜4 
(tjzに形成される半導体装置の特性は、シリコン基
板自体の中に形成される半導体装置の特性と比較して同
程度のものとなる。ちなみに、第9図の従来方法で得ら
れる結晶性の悪いSl膜4を用いる場合は、ダイオード
の接合リークが大きかったり、キャリアの移動度が劣化
してMOSFETやバイポーラトランジスタの増幅特性
などが低下していた。このように、本発明の方法によっ
て得られた結晶性の良いSi膜4c内に形成される半導
体装置の特性は、従来と比べて大幅に改善されたものと
なり、集積回路装置としても十分評価できるまでになっ
た。
According to the above-mentioned embodiment, a Si film 4c with extremely good crystallinity can be obtained for the above-mentioned reasons. Therefore, this Si film 4
(The characteristics of the semiconductor device formed in the tjz are comparable to those of the semiconductor device formed in the silicon substrate itself.Incidentally, the characteristics of the semiconductor device formed in the silicon substrate itself are comparable to those of the semiconductor device formed in the silicon substrate itself. When a poor Sl film 4 is used, junction leakage of the diode is large, carrier mobility is degraded, and the amplification characteristics of MOSFETs and bipolar transistors are degraded. The characteristics of the semiconductor device formed in the Si film 4c with good crystallinity have been greatly improved compared to the conventional one, and have reached the point where it can be sufficiently evaluated as an integrated circuit device.

第3図はこの発明による埋込み酸化膜の形成方法の他の
実施例による工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing steps according to another embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention.

この実施例では、シリコン基板1に予めN形あるいはP
形の不純物をイオン注入しておくことにより、N形ある
いはP形のSi膜を得るようにしたものであり、特に、
イオン注入領域が非晶質化されにくいP+やB+による
イオン注入の場合や、As  やsb  によるイオン
注入であっても注入量が5×10 個/crlI2以下
と少なくイオン注入領域が非晶質化しない場合について
有効である。
In this embodiment, N type or P type is preliminarily applied to the silicon substrate 1.
By ion-implanting type impurities, an N-type or P-type Si film can be obtained.
Even in the case of ion implantation with P+ or B+, in which the ion implantation region is difficult to become amorphous, or even in the case of ion implantation with As or sb, the implantation dose is as low as 5×10 ions/crlI2 or less, and the ion implantation region becomes amorphous. It is valid even if you do not.

まず、第3図(A)に示すように、先の実施例と同様に
シリコン基板1にシリコンイオンSl+をイオン注入し
て、Sz  イオン注入層6を形成する。次に、第3図
(B)に示すように、S1イオン注入層6に対しN形あ
るいはP形の不純物As  、’Sb”、B  又はP
 をイオン注入し、不純物イオン注入層7を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, silicon ions Sl+ are ion-implanted into the silicon substrate 1 to form the Sz ion-implanted layer 6, as in the previous embodiment. Next, as shown in FIG. 3(B), the S1 ion implantation layer 6 is doped with N-type or P-type impurities As, 'Sb'', B or P.
is ion-implanted to form an impurity ion-implanted layer 7.

このとき、第4図に示すように、イオン注入された不純
物が先にイオン注入されたシリコンイオンSiの射影飛
程内に分布するように設定しておく。その後、従来と同
様に、酸素イオン01のイオン注入による0+イオン注
入層2dの形成工程(第3図(C))および、熱処理に
よるSiO2膜3dの形成工程(第3図(D))を経て
、5IO2膜3d上にN形あるいはP形のSi膜4dを
得る。この実施例の場合、シリコンイオンSt  がイ
オン注入されたシリコン基板1の表面領域のSi+イオ
ン注入層6は十分に非晶質化されている。従って、その
後にイオン注入される不純物の種類にかかわらず、さら
にその後にイオン注入される酸素イオンO+の濃度分布
は常に理論的分布と等しくなり、得られるSiO□膜3
dの厚みっまりSi膜4dの厚みは常に理論値どおりに
なる。言い換えれば、比較的質量の大きいAs  やs
b+の不純物によるイオン注入であって注入量5x10
 個/cIT12以下と少ないためイオン注入領域が非
晶質化しない場合や、比較的質量の小さいB+やP+の
不純物によるイオン注入のためイオン注入領域が非晶質
化しない場合であっても、得られるSi膜4dの厚みは
理論値どおりとなり変化しない。
At this time, as shown in FIG. 4, settings are made so that the ion-implanted impurities are distributed within the projection range of the previously implanted silicon ions Si. Thereafter, as in the conventional method, a step of forming a 0+ ion implantation layer 2d by ion implantation of oxygen ions 01 (FIG. 3(C)) and a step of forming a SiO2 film 3d by heat treatment (FIG. 3(D)) are performed. , an N-type or P-type Si film 4d is obtained on the 5IO2 film 3d. In this embodiment, the Si+ ion implantation layer 6 in the surface region of the silicon substrate 1 into which silicon ions St 2 have been implanted is sufficiently amorphous. Therefore, regardless of the type of impurity implanted afterwards, the concentration distribution of oxygen ions O+ implanted later is always equal to the theoretical distribution, and the resulting SiO□ film 3
The thickness of the Si film 4d is always the same as the theoretical value. In other words, As and s have relatively large masses.
Ion implantation using b+ impurities with an implantation amount of 5x10
Even if the ion implantation region does not become amorphous due to the small number of particles/cIT12 or less, or even if the ion implantation region does not become amorphous due to ion implantation with relatively small mass B+ or P+ impurities, The thickness of the Si film 4d remains the same as the theoretical value and does not change.

第5図はこの発明による埋込み酸化膜の形成方法のさら
に他の実施例による工程を示す断面図である。この実施
例では、シリコン基板としてN形シリコン基板1aが準
備される。そして、第5図(A)に示すように、このN
形シリコン基板1aにシリコンイオンSl  をイオン
注入して、Si+イオン注入層6を形成する。次いで、
第5図(B)に示すように、バターニングされたレジス
ト膜8をマスクとしてSt  イオン注入層6に例えば
ボロンイオンB+をイオン注入して、P影領域9を選択
的に形成する。その後、レジスト膜8を除去し、しかる
後、従来と同様に、酸素イオノOのイオン注入によるO
 イオン注入層2eの形成工程(第5図(C))および
、熱処理によるStO膜3eの形成工程を経て、S t
 O2膜3e上にN形St膜4eおよびこれと同じ膜厚
のP形S■膜9aを形成する。こうして得られたN形お
よびP形のSt膜4e、9a内に、例えばCMO9IC
などの集積回路を形成することができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing steps according to still another embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention. In this embodiment, an N-type silicon substrate 1a is prepared as the silicon substrate. Then, as shown in FIG. 5(A), this N
Silicon ions Sl 2 are ion-implanted into the shaped silicon substrate 1a to form a Si+ ion-implanted layer 6. Then,
As shown in FIG. 5B, boron ions B+, for example, are implanted into the St 2 ion implantation layer 6 using the patterned resist film 8 as a mask to selectively form a P shadow region 9. After that, the resist film 8 is removed, and then the oxygen ion implantation is performed as in the conventional method.
After the step of forming the ion implantation layer 2e (FIG. 5(C)) and the step of forming the StO film 3e by heat treatment, the StO film 3e is formed.
An N-type St film 4e and a P-type S film 9a having the same thickness are formed on the O2 film 3e. In the thus obtained N-type and P-type St films 4e and 9a, for example, CMO9IC
Integrated circuits such as the following can be formed.

第6図はこの発明による埋込み酸化膜の形成方法のさら
に他の実施例による工程を示す断面図である。この実施
例ではシリコンイオンSi+のイオン注入を2度行う。
FIG. 6 is a sectional view showing steps according to still another embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention. In this embodiment, silicon ions Si+ are implanted twice.

すなわち、まず第6図(A)に示すように1回目のSl
 イオン注入を行ってシリコン基板1上に比較的厚い第
1のSl  イオン注入層6aを形成した後、第6図(
B)に示すように2回目のSl イオン注入を行って第
1のSi+イオン注入層6a上に比較的薄い第2のSi
+イオン注入層6bを形成する。第7図はこのときのS
l イオン注入層6a、6bにおけるシリコンイオンS
t  の濃度分布を示すグラフであり、St  (L)
、Si”(2)はそれぞれ第1および第2のSt+イオ
ン注入層6a、6bに対応する。図示のように、2回目
のSi+イオン注入は不純物注入を行う程度の表面領域
に対して行われる。S t  (1) 、 S t  
(2)のピーク値はそれぞれ1019個/(7)3以上
 1018個/clI+3以上に設定される。そして、
従来と同様に、酸素イオン01のイオン注入によるO+
イオン注入層2fの形成工程(第6図(C))および、
熱処理によるStO□膜3fの形成工程(第6図(D)
)を経て、5IO2膜3f上にSi膜4fを形成する。
That is, first, as shown in FIG. 6(A), the first Sl
After performing ion implantation to form a relatively thick first Sl ion implantation layer 6a on the silicon substrate 1, as shown in FIG.
As shown in B), a second Si ion implantation is performed to form a relatively thin second Si ion implantation layer 6a on the first Si+ ion implantation layer 6a.
+ Form an ion implantation layer 6b. Figure 7 shows S at this time.
l Silicon ions S in ion implantation layers 6a and 6b
t is a graph showing the concentration distribution of St (L)
, Si'' (2) correspond to the first and second St+ ion implantation layers 6a and 6b, respectively.As shown in the figure, the second Si+ ion implantation is performed on the surface area to which impurity implantation is performed. .S t (1) , S t
The peak values of (2) are set to 1019 pieces/(7) 3 or more and 1018 pieces/clI+3 or more, respectively. and,
As in the past, O+ by ion implantation of oxygen ions 01
Step of forming the ion implantation layer 2f (FIG. 6(C)) and
Step of forming the StO□ film 3f by heat treatment (Fig. 6(D)
), a Si film 4f is formed on the 5IO2 film 3f.

この実施例においては、高温の熱処理によりシリコン基
板1の表面よりシリコン原子が放出されても第2のSi
+イオン注入層6bのシリコンイオンSi+がこれを補
うので、高温の熱処理によるシリコン基板1の表面、の
劣化が効果的に防止される。
In this embodiment, even if silicon atoms are released from the surface of the silicon substrate 1 due to high-temperature heat treatment, the second Si
Since the silicon ions Si+ of the ion-implanted layer 6b compensate for this, deterioration of the surface of the silicon substrate 1 due to high-temperature heat treatment is effectively prevented.

このため第1図のSi膜4Cに比べてさらに結晶性の良
いSt膜4fが得られる。
Therefore, an St film 4f with better crystallinity than the Si film 4C shown in FIG. 1 can be obtained.

また、第6図の実施例の応用例として、第8図に示すよ
うに、St  イオン注入を2度行って得た結晶性の極
めて良いSl脱膜4g上エピタキシャル層10を形成す
ることもできる。この場合、第3図の実施例に示す手法
を使ってSi膜4gを高濃度不純物層とし、またエピタ
キシャル層10を低濃度不純物層とすることによって、
バイポーラ素子のコレクタ埋込層としてSt膜4gを使
うことができる。そして、5IO2膜3g上に形成され
たSl膜4gおよびエピタキシャル層10より成るコレ
クタ層を例えばトレンチ分離などにより深さ方向に絶縁
分離すれば、完全に絶縁分離されたバイポーラICが容
易に形成できる。
Further, as an application example of the embodiment shown in FIG. 6, as shown in FIG. 8, it is also possible to form an epitaxial layer 10 on 4g of removed Sl film with extremely good crystallinity obtained by performing St ion implantation twice. . In this case, by using the method shown in the embodiment of FIG. 3 to make the Si film 4g a high concentration impurity layer and the epitaxial layer 10 a low concentration impurity layer,
The St film 4g can be used as the collector buried layer of the bipolar element. If the collector layer consisting of the Sl film 4g formed on the 5IO2 film 3g and the epitaxial layer 10 is insulated in the depth direction by, for example, trench isolation, a completely insulated bipolar IC can be easily formed.

また、上述の各実施例において形成されたSiO□膜を
、シリコン基板とSi膜とを画電極とする容量として用
いて、半導体装置の機能を増強することもできる。
Furthermore, the functions of the semiconductor device can be enhanced by using the SiO□ film formed in each of the above embodiments as a capacitor using the silicon substrate and the Si film as picture electrodes.

さらに、上述の各実施例ではシリコン基板中に8102
膜を形成する場合について説明したが、エピタキシャル
層などをシリコン基体として、この基体中にS io 
2膜を形成する場合にもこの発明が適用できることは勿
論である。
Furthermore, in each of the above embodiments, 8102
Although the case where a film is formed has been described, an epitaxial layer or the like is formed as a silicon base, and S io
Of course, the present invention can also be applied to the case where two films are formed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、
酸素イオンO+のイオン注入に先立ってシリコンイオン
St+をイオン注入するようにしたので、シリコンイオ
ン注入層が非晶質化して酸素イオンの濃度分が理論的分
布と等しくなり、またシリコン酸化膜界面でのシリコン
基体の空孔が過剰シリコンによって消滅されて理想に近
いシリコン酸化膜界面が得られ、さらに過剰酸素によっ
て誘起される結晶欠陥の核が過剰シリコンによって消滅
される。このため、結晶性が良く、かつ添加される不純
物によって厚みが異なることのないSi膜をS t 0
2膜上に得られるという効果がある。
As explained above, according to the invention set forth in claim 1,
Since silicon ions St+ were implanted prior to the ion implantation of oxygen ions O+, the silicon ion implanted layer became amorphous and the concentration of oxygen ions became equal to the theoretical distribution. The vacancies in the silicon substrate are eliminated by the excess silicon, resulting in a nearly ideal silicon oxide film interface, and furthermore, the nuclei of crystal defects induced by excess oxygen are eliminated by the excess silicon. For this reason, a Si film with good crystallinity and whose thickness does not vary depending on the added impurities is used as S t 0
This has the effect of being obtained on two films.

また、請求項2に記載の発明によれば、シリコンイオン
のイオン注入に続いてボロン、リン、ヒソあるいはアン
チモンをイオン注入するようにしたので、N形あるいは
P形のシリコン膜が得られる。
Further, according to the second aspect of the invention, boron, phosphorus, histo, or antimony is ion-implanted after the silicon ion implantation, so that an N-type or P-type silicon film can be obtained.

さらに、請求項3に記載の発明によれば、前記シリコン
イオンのイオン注入に前後して、基体の表面部にシリコ
ンイオンを重ねてイオン注入するようにしたので、高温
の熱処理により基体表面から放出されるシリコン原子を
補って表面の劣化を防止することができる。
Furthermore, according to the third aspect of the invention, silicon ions are implanted in layers on the surface of the substrate before and after the silicon ion implantation, so that silicon ions are released from the surface of the substrate by high-temperature heat treatment. It is possible to prevent surface deterioration by supplementing silicon atoms.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明による埋込み酸化膜の形成方法の一実
施例による工程を示す断面図、第2図はその実施例にお
けるシリコンイオンSl の濃度分布を示す図、第3図
はこの発明による埋込み酸化膜の形成方法の他の実施例
による工程を示す断面図、第4図はその実施例における
シリコ:/イオンS1 および不純物イオンの濃度分布
を示す図、第5図および第6図はそれぞれこの発明によ
る埋込み酸化膜の形成方法のさらに他の実施例による工
程を示す断面図、第7図は第6図の実施例における2回
のイオン注入のシリコンイオンSt+の濃度分布を示す
図、第8図は第6図の実施例の応用例を示す断面図、第
9図は従来の埋込み酸化膜の形成方法による工程を示す
断面図、第10図はその工程における酸素イオンO+の
濃度分布を示す図、第11図はSi膜中の結晶欠陥を示
す図、第12図および第13図はそれぞれ従来の他の埋
込み酸化膜の形成方法による工程を示す断面図である。 図において、1はシリコン基板、2c、2d。 2eおよび2fはO+イオン注入層、3c、3d3e、
3fおよび3gはS I O2膜、4c、4d。 4e、4fおよび4gはSi膜、6,6aおよび6bは
St+イオン注入層である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 3113図 1− シリコン基序及 2C−ごイオン建入層 2d−0イギン殖入・璽 3d : S・02盾 第 図 第 図 第 図 第10 図 第6 第12 図 図 第13 圏
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the process according to an embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the concentration distribution of silicon ions Sl in the embodiment, and FIG. A cross-sectional view showing the process according to another example of the method for forming an oxide film, FIG. 4 is a view showing the concentration distribution of silico:/ion S1 and impurity ions in that example, and FIGS. 5 and 6 are respectively FIG. 7 is a cross-sectional view showing steps according to still another embodiment of the buried oxide film forming method according to the invention; FIG. 7 is a diagram showing the concentration distribution of silicon ions St+ in two ion implantations in the embodiment of FIG. 6; FIG. The figure is a cross-sectional view showing an application example of the embodiment shown in FIG. 6, FIG. 9 is a cross-sectional view showing a process using a conventional buried oxide film forming method, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing the concentration distribution of oxygen ions O+ in that process. 11 are diagrams showing crystal defects in a Si film, and FIGS. 12 and 13 are cross-sectional views showing steps according to other conventional buried oxide film forming methods, respectively. In the figure, 1 is a silicon substrate, 2c, 2d. 2e and 2f are O+ ion implantation layers, 3c, 3d3e,
3f and 3g are S I O2 films, 4c, 4d. 4e, 4f, and 4g are Si films, and 6, 6a, and 6b are St+ ion-implanted layers. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts. 3113Figure 1-Silicon matrix and 2C-Ion implantation layer 2d-0Igin infiltration/Seal 3d: S.02 Shield Figure Figure Figure 10 Figure 6 Figure 12 Figure 13 Circle

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)シリコン基体の第1の深さ位置およびこの第1の
深さ位置よりも深い第2の深さ位置の間において濃度が
10^2^1個/cm^3以上となるように前記基体に
酸素イオンをイオン注入して該基体中にシリコン酸化膜
を形成する方法であって、前記第1の深さ位置での濃度
が10^1^8個/cm^3以上となるようにシリコン
イオンを前記基体に予めイオン注入した後、前記酸素イ
オンを前記基体にイオン注入し、しかる後熱処理を行っ
て前記基体中にシリコン酸化膜を形成することを特徴と
する埋込み酸化膜の形成方法。
(1) The concentration is 10^2^1/cm^3 or more between the first depth position of the silicon substrate and the second depth position deeper than the first depth position. A method of forming a silicon oxide film in a substrate by implanting oxygen ions into the substrate, the method comprising: forming a silicon oxide film in the substrate such that the concentration at the first depth position is 10^1^8 ions/cm^3 or more; A method for forming a buried oxide film, characterized in that silicon ions are implanted into the base in advance, and then the oxygen ions are implanted into the base, followed by heat treatment to form a silicon oxide film in the base. .
(2)前記シリコンイオンのイオン注入に続いて、前記
基体に対しボロン、リン、ヒソあるいはアンチモンのイ
オン注入を、ボロンおよびリンにあっては所定のイオン
注入量、ヒソおよびアンチモンにあっては5×10^1
^4個/cm^2以下のイオン注入量で行うことを特徴
とする請求項1に記載の埋込み酸化膜の形成方法。
(2) Following the ion implantation of silicon ions, boron, phosphorus, hiso, or antimony ions are implanted into the substrate at a predetermined ion implantation amount for boron and phosphorus, and at a predetermined ion implantation amount for hiso and antimony. ×10^1
2. The method of forming a buried oxide film according to claim 1, wherein the implantation is performed with an ion implantation amount of ^4 ions/cm^2 or less.
(3)前記シリコンイオンのイオン注入に前後して、前
記基体の表面近傍での濃度が10^1^8個/cm^3
以上となるようにシリコンイオンを前記基体の表面部に
イオン注入することを特徴とする請求項1に記載の埋込
み酸化膜の形成方法。
(3) Before and after the ion implantation of the silicon ions, the concentration near the surface of the substrate is 10^1^8 ions/cm^3
2. The method of forming a buried oxide film according to claim 1, wherein silicon ions are implanted into the surface portion of the substrate to achieve the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5918151A (en) * 1993-12-28 1999-06-29 Nippon Steel Corporation Method of manufacturing a semiconductor substrate and an apparatus for manufacturing the same
JP2007142136A (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Sumco Corp Manufacturing method of soi substrate

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