JPH05275048A - Oxygen ion implanter - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はシリコン大規模集積回路
（ＬＳＩ）を製造するための酵素イオン注入装置に関す
るものであり、特に埋込み酸化層を有するＳＯＩ構造を
形成するのに適した酸素イオン注入装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an enzyme ion implantation apparatus for manufacturing a silicon large scale integrated circuit (LSI), and particularly to an oxygen ion implantation suitable for forming an SOI structure having a buried oxide layer. It relates to the device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ＬＳＩ製造用の基板として絶縁体
の上に形成したシリコン単結晶薄膜を用いる方法が知ら
れている。この構造はＳＯＩ(silicon on insulator)と
呼ばれ高耐圧デバイス・耐放射線デバイスの形成に用い
られている。このＳＯＩ構造を形成する有力な方法とし
て酸素イオン注入法が近年注目を集めている。この方法
ではシリコンウェーハに１００〜２００ＫＶの高エネル
ギーに加速した酸素イオンを注入したのち、該ウェーハ
を高温熱アニールすることにより、その表面部分にシリ
コン単結晶薄膜を残したままウェーハ内部に埋込み酸化
層を形成する。図２は、従来の酸素イオン注入装置の概
略を示している。図２では、イオン注入室１ｂの中にシ
リコンウェーハ２がドーナツ状固定治具３で固定されて
いる。なお、固定治具３は図示しない爪でシリコンウェ
ーハ２を押えている。イオン発生室１ｃには、イオン源
４・加速電極５及び電磁石６が配設されている。シャッ
ター７はイオン注入室１ｂとイオン発生室１ｃとの間の
開閉をするものである。なお、イオン注入室１ｂ及びイ
オン発生室１ｃはそれぞれ真空ポンプ８ａ・８ｂで排気
され、高真空に保たれている。酸素イオンビーム９は、
イオン源４で発生し、加速電極５で高エネルギーに加速
され、電磁石６で所望のイオン種を選択したのち、ゲー
トバルブ７を通過してシリコンウェーハ２に注入され
る。2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a method of using a silicon single crystal thin film formed on an insulator as a substrate for manufacturing an LSI. This structure is called an SOI (silicon on insulator) and is used for forming high breakdown voltage devices and radiation resistant devices. The oxygen ion implantation method has recently been attracting attention as an effective method for forming this SOI structure. In this method, oxygen ions accelerated to a high energy of 100 to 200 KV are implanted into a silicon wafer, and then the wafer is annealed at a high temperature to bury an oxide layer embedded inside the wafer while leaving a silicon single crystal thin film on the surface portion. To form. FIG. 2 shows an outline of a conventional oxygen ion implanter. In FIG. 2, the silicon wafer 2 is fixed in the ion implantation chamber 1b by a donut-shaped fixing jig 3. The fixing jig 3 holds the silicon wafer 2 with a nail (not shown). An ion source 4, an accelerating electrode 5, and an electromagnet 6 are arranged in the ion generating chamber 1c. The shutter 7 opens and closes between the ion implantation chamber 1b and the ion generation chamber 1c. The ion implantation chamber 1b and the ion generation chamber 1c are evacuated by vacuum pumps 8a and 8b, respectively, and are kept in a high vacuum. The oxygen ion beam 9
It is generated in the ion source 4, is accelerated to high energy by the acceleration electrode 5, and a desired ion species is selected by the electromagnet 6, and then passes through the gate valve 7 and is injected into the silicon wafer 2.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の酸素イオン注入装置においては、酸素イオン注入
だけを行うことを目的とした装置構成が採用されていい
たため、表面シリコン層の厚さを変化させるには注入す
る酸素イオンの量を厳密に制御するか、あるいはＳＯＩ
構造形成後に別の装置を用いて表面にシリコン層を形成
する必要があった。前者の方法によれば、表面シリコン
層の厚さの制御範囲は極めて限定されたものとなり、ま
た後者の方法によれば、基板を空気にさらすと最表面の
シリコン層が酸化されるため、良質なシリコン層を追加
形成することが困難になるという欠点を有していた。However, in the above-mentioned conventional oxygen ion implantation apparatus, since the apparatus configuration intended to perform only oxygen ion implantation was adopted, the thickness of the surface silicon layer was changed. To do this, strictly control the amount of implanted oxygen ions, or
After forming the structure, it was necessary to form a silicon layer on the surface by using another device. According to the former method, the control range of the thickness of the surface silicon layer is extremely limited, and according to the latter method, when the substrate is exposed to air, the silicon layer on the outermost surface is oxidized. It has a drawback that it is difficult to additionally form a different silicon layer.
【０００４】したがって、従来の酸素イオン注入装置を
用いる場合には、任意厚さの表面シリコン層を得ること
は困難であった。また得られた構造も単純なＳＯＩ構造
に限定されるので、ＳＯＩ構造が多層化されたような複
雑な構造を形成することは不可能であった。さらに、従
来の酸素イオン注入装置は、酸素イオンの加速エネルギ
ーが１００〜２００ＫＶと高いため、大型となり、結果
として高価になるという問題点があった。したがって、
本発明の課題は、上述の従来例の欠点をなくし、表面シ
リコン層の厚さの制御が自由にでき、かつ良質なシリコ
ン層を追加形成でき、さらに多層化されたＳＯＩ構造も
形成できる酸素イオン注入装置を提供することである。Therefore, when using the conventional oxygen ion implantation apparatus, it was difficult to obtain a surface silicon layer having an arbitrary thickness. Further, since the obtained structure is limited to a simple SOI structure, it is impossible to form a complicated structure in which the SOI structure is multilayered. Further, the conventional oxygen ion implantation apparatus has a problem that the acceleration energy of oxygen ions is as high as 100 to 200 KV, so that the apparatus becomes large and consequently expensive. Therefore,
The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional example, to freely control the thickness of the surface silicon layer, to additionally form a high-quality silicon layer, and to form a multi-layered SOI structure. It is to provide an injection device.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、シリコン単結晶ウェーハに酸素イオンを
注入することにより埋込み酸化層を有するＳＯＩ構造を
形成する酸素イオン注入装置において、前記シリコン単
結晶ウェーハを保持する真空槽内に、前記シリコン単結
晶ウェーハを加熱するシリコンウェーハ加熱源と、前記
シリコン単結晶ウェーハにシリコン単結晶層を気相成長
させるためのシリコン蒸発源と、このシリコン蒸発源か
ら蒸発したシリコン蒸発原子が前記シリコン単結晶ウェ
ーハ表面に到達することを任意に遮るシャッターと、前
記シリコン蒸発の速度を検出する蒸発速度モニターと、
不用ガス分子を吸着排除する不用ガス分子排除手段とを
備えた酸素イオン注入装置である。In order to solve the above problems, the present invention provides an oxygen ion implantation apparatus for forming an SOI structure having a buried oxide layer by implanting oxygen ions into a silicon single crystal wafer. In a vacuum chamber holding a single crystal wafer, a silicon wafer heating source for heating the silicon single crystal wafer, a silicon evaporation source for vapor-depositing a silicon single crystal layer on the silicon single crystal wafer, and this silicon evaporation A shutter that optionally blocks silicon vaporized atoms vaporized from a source reaching the surface of the silicon single crystal wafer; and an evaporation rate monitor that detects the rate of silicon evaporation.
It is an oxygen ion implantation apparatus provided with an unnecessary gas molecule elimination means for adsorbing and eliminating unnecessary gas molecules.
【０００６】[0006]
【作用】上記構成の酸素イオン注入装置において、真空
にされた酸素イオン注入装置内にシリコン単結晶ウェー
ハを保持し、シリコン蒸発源がシリコンウェーハ加熱源
で加熱された前記シリコン単結晶ウェーハ表面にシリコ
ン単結晶層を気相成長させる。またシャッターは前記シ
リコン蒸発源から蒸発したシリコン蒸発原子が前記シリ
コン単結晶表面に到達することを任意に遮る。そして、
蒸発速度モニターが前記シリコン蒸発の速度を検出し、
不用ガス分子排除手段が不用ガス分子を吸着排除する。In the oxygen ion implantation apparatus having the above structure, the silicon single crystal wafer is held in a vacuumed oxygen ion implantation apparatus, and the silicon evaporation source is heated by the silicon wafer heating source. Vapor growth of the single crystal layer. Further, the shutter arbitrarily blocks the vaporized silicon atoms vaporized from the vaporized silicon source from reaching the silicon single crystal surface. And
An evaporation rate monitor detects the rate of silicon evaporation,
The unnecessary gas molecule elimination means adsorbs and eliminates unnecessary gas molecules.
【０００７】[0007]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は本発明の一実施例の説明図である。図
１において、円筒形イオン注入室１ａ及びイオン発生室
１ｃは、それぞれ真空ポンプ８ａ・８ｂにより真空にさ
れ、ゲートバルブ７がイオン注入室１ａとイオン発生室
１ｃとの間を開閉するように構成されている。イオン注
入室１ａ内において、円板状シリコンウェーハ２はドー
ナツ状のシリコンウェーハ固定治具３により固定され
る。シリコンウェーハ加熱源１０はタンタル線の抵抗加
熱によりシリコンウェーハ２を加熱する。なお、シリコ
ンウェーハ加熱源１０はランプ加熱でもよい。シリコン
原料１２は皿１２ａ内に収容され、電子線源１３からの
電子線により加熱されて、シリコン蒸発原子１２ｂを発
生させる。この電子線は図示しない電界及び磁界により
制御され、シリコン原料１２の表面上をスイープされ
る。矢印１３ａは電子線の径路を示している。シャッタ
ー１４は、ステンレス板で構成され矢印１４ａのように
移動することにより、シリコン蒸発原子１２ｂを制御
し、シリコン蒸発原子１２ｂが単結晶のシリコンウェー
ハ２表面に到達することを任意に遮る。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an illustration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the cylindrical ion implantation chamber 1a and the ion generation chamber 1c are evacuated by vacuum pumps 8a and 8b, respectively, and the gate valve 7 opens and closes between the ion implantation chamber 1a and the ion generation chamber 1c. Has been done. In the ion implantation chamber 1a, the disk-shaped silicon wafer 2 is fixed by a donut-shaped silicon wafer fixing jig 3. The silicon wafer heating source 10 heats the silicon wafer 2 by resistance heating of a tantalum wire. The silicon wafer heating source 10 may be lamp heating. The silicon raw material 12 is housed in a dish 12a and heated by an electron beam from an electron beam source 13 to generate silicon vaporized atoms 12b. This electron beam is controlled by an electric field and a magnetic field (not shown) and swept over the surface of the silicon raw material 12. The arrow 13a indicates the path of the electron beam. The shutter 14 is made of a stainless plate and moves as indicated by an arrow 14a to control the silicon vaporized atoms 12b and arbitrarily block the silicon vaporized atoms 12b from reaching the surface of the single crystal silicon wafer 2.
【０００８】膜厚計１５は、シリコン蒸発原子１２ｂの
蒸発速度をモニターするものであり、水晶振動子の上に
シリコン原子が付着することにより、この水晶振動子の
固有振動数が変化することを利用して前記蒸発速度を検
出する。液体窒素シュラウド１６は、不用ガス分子排除
手段であり、液体窒素をドーナツ状のステンレス容器に
収納した構造を有し、不用ガス分子を吸着排除する。フ
ァラデーカップ１１は、後述する酸素イオンビーム９の
強度を測定するものであり、カーボン電極にイオンが当
たって蓄積された電荷が接地された導線を通って流れる
ときの電流値を測定して、酸素イオンビーム９の強度を
検出している。矢印１１ａはファラデーカップ１１の移
動方向を示し、酸素イオンビーム９の測定時のみ、ファ
ラデーカップ１１が酸素イオンビーム９の方に接近する
ようになっている。イオン発生室１ｃ内には、イオン源
４及び加速電極５が配置されている。イオン源４は、カ
ウフマン型又は電子サイクロトロン共鳴型のものがあ
る。イオン源１４から発生した酸素イオンビーム９は加
速電極５で加速され、イオン発生室１ｃをとりまくよう
に配置された電磁石６により方向が任意の方向に曲げら
れて、シリコンウェーハ２の表面に到達する。The film thickness meter 15 monitors the evaporation rate of the silicon vaporized atoms 12b. It is confirmed that the natural frequency of the crystal oscillator changes due to the attachment of silicon atoms on the crystal oscillator. The evaporation rate is detected by utilizing this. The liquid nitrogen shroud 16 is a means for removing unnecessary gas molecules, has a structure in which liquid nitrogen is contained in a donut-shaped stainless steel container, and adsorbs and removes unnecessary gas molecules. The Faraday cup 11 measures the intensity of the oxygen ion beam 9 described later, and measures the current value when the charge accumulated by the ions hitting the carbon electrode flows through the grounded conductor to measure the oxygen value. The intensity of the ion beam 9 is detected. An arrow 11a indicates the moving direction of the Faraday cup 11, and the Faraday cup 11 approaches the oxygen ion beam 9 only when measuring the oxygen ion beam 9. The ion source 4 and the acceleration electrode 5 are arrange | positioned in the ion generation chamber 1c. The ion source 4 is of a Kauffman type or an electron cyclotron resonance type. The oxygen ion beam 9 generated from the ion source 14 is accelerated by the accelerating electrode 5 and is bent in an arbitrary direction by the electromagnet 6 arranged so as to surround the ion generation chamber 1c to reach the surface of the silicon wafer 2. ..
【０００９】以上の構成により、次のような動作をす
る。まず、酸素イオンビーム９の注入に先立ち、シリコ
ンウェーハ２を真空中で搬送し、イオン注入室１ａの内
部に固定治具３により固定する。そして該シリコンウェ
ーハ２をシリコンウェーハ加熱源１０により８００℃以
上に加熱し、シリコンウェーハ２の表面の酸化膜及び吸
着物を排除する。この際、加熱温度が低いとシリコンウ
ェーハ２の表面の清浄化が不十分となるため、８００℃
程度に加熱することが必要となる。イオン源４で発生さ
せた酸素イオンビーム９を加速電極５で高エネルギーに
加速し、電磁石６で所望の０+ イオンを選択したのち、
ゲートバルブ７を通過せしめて、シリコンウェーハ９に
照射する。ここで酸素イオンビーム９の加速エネルギー
を従来装置と同様に１００〜２００ＫＶとすると、埋め
込み酸化層がシリコンウェーハ２の表面から約５００〜
１０００ｎｍの深さに形成されるが、加速エネルギーを
１０〜４０ＫＶにすると埋め込み酸化層が浅い場所で形
成され、表面シリコン層の厚さも１０〜５０ｎｍと非常
に薄くすることが可能となる。また加速電圧を下げる
と、電源をはじめとして装置全体を小型化できることに
なる。With the above structure, the following operation is performed. First, prior to the implantation of the oxygen ion beam 9, the silicon wafer 2 is transported in a vacuum and fixed by the fixing jig 3 inside the ion implantation chamber 1a. Then, the silicon wafer 2 is heated to 800 ° C. or higher by the silicon wafer heating source 10 to remove the oxide film and adsorbed substances on the surface of the silicon wafer 2. At this time, if the heating temperature is low, the cleaning of the surface of the silicon wafer 2 becomes insufficient.
It is necessary to heat to a certain degree. After accelerating the oxygen ion beam 9 generated by the ion source 4 to high energy with the acceleration electrode 5 and selecting the desired 0 + ion with the electromagnet 6,
After passing through the gate valve 7, the silicon wafer 9 is irradiated. Here, assuming that the acceleration energy of the oxygen ion beam 9 is 100 to 200 KV as in the conventional device, the buried oxide layer is about 500 to 500 Km from the surface of the silicon wafer 2.
Although it is formed to a depth of 1000 nm, when the acceleration energy is set to 10 to 40 KV, the buried oxide layer is formed in a shallow place, and the surface silicon layer can be made extremely thin as 10 to 50 nm. Further, if the acceleration voltage is lowered, the entire device including the power supply can be downsized.
【００１０】酸素イオンビーム９の照射速度は、シリコ
ンウェーハ２の直前に置いたファラデーカップ１１で測
定し、設定のイオン照射量に達したらゲートバルブ７を
閉じてイオンビーム９の注入を停止する。酸素イオンビ
ーム９の注入の間、シリコンウェーハ２を３００〜５０
０℃程度に加熱しておくことにより、酸素イオンビーム
９の注入にともなう結晶性の低下を防止してＳＯＩ構造
を形成することができる。酸素イオンビーム９の注入に
よって形成されるＳＯＩ構造は、表面シリコン層の厚さ
が原理的に酸素イオンビーム９の加速エネルギーで決ま
るため、所望の厚さの表面シリコン層を得るためには、
酸素イオンビーム９注入後のシリコンウェーハ２表面に
シリコン単結晶膜の成長を行う必要がある。The irradiation speed of the oxygen ion beam 9 is measured by the Faraday cup 11 placed immediately in front of the silicon wafer 2, and when the set ion irradiation amount is reached, the gate valve 7 is closed and the implantation of the ion beam 9 is stopped. During the implantation of the oxygen ion beam 9, the silicon wafer 2 is exposed to 300-50.
By heating to about 0 ° C., it is possible to prevent the deterioration of crystallinity due to the implantation of the oxygen ion beam 9 and form the SOI structure. In the SOI structure formed by the implantation of the oxygen ion beam 9, the thickness of the surface silicon layer is determined by the acceleration energy of the oxygen ion beam 9 in principle, so in order to obtain the surface silicon layer of a desired thickness,
It is necessary to grow a silicon single crystal film on the surface of the silicon wafer 2 after the implantation of the oxygen ion beam 9.
【００１１】前記シリコン単結晶膜を成長するには、ゲ
ートバルブ７を閉じてイオン注入室１ａを真空排気して
１０-9Ｔｏｒｒ台の高真空とし、シリコンウェーハ２の
加熱温度を５００〜７００℃に上昇したのち、シリコン
原料１２に電子線源１３から電子線を照射してシリコン
原料１２を加熱し、シリコン原料１２が十分に昇温した
のちシャッター１４を矢印１４ａ方向に移動せしめて開
けて気相成長によるシリコン蒸着を開始する。シリコン
蒸発源としては、電子線蒸発法を用いると原料の昇温降
温が短時間ででき蒸発速度の制御性が良好である。また
液体窒素で冷却したシュラウド１６を用いているため、
不用ガス分子がこれに吸着排除され、高純度なシリコン
膜を形成できる。ここで、前記シリコン単結晶膜を成長
するには十分な真空度と十分なシリコンウェーハ２加熱
温度が必須であるが、ゲートバルブ７を閉じることと液
体窒素シュラウド１６を設けることにより高真空を実現
でき、高温加熱の可能なシリコンウェーハ加熱源１０を
設けることにより十分な加熱温度が実現できる。To grow the silicon single crystal film, the gate valve 7 is closed and the ion implantation chamber 1a is evacuated to a high vacuum of the order of 10 -9 Torr, and the heating temperature of the silicon wafer 2 is 500 to 700 ° C. Then, the silicon raw material 12 is irradiated with an electron beam from the electron beam source 13 to heat the silicon raw material 12, and after the silicon raw material 12 is sufficiently heated, the shutter 14 is moved in the direction of the arrow 14a to open it. Silicon deposition by phase growth is started. When the electron beam evaporation method is used as the silicon evaporation source, the temperature of the raw material can be raised and lowered in a short time, and the controllability of the evaporation rate is good. Since the shroud 16 cooled with liquid nitrogen is used,
Unnecessary gas molecules are adsorbed and eliminated by this, and a high-purity silicon film can be formed. Here, a sufficient degree of vacuum and a sufficient heating temperature of the silicon wafer 2 are indispensable for growing the silicon single crystal film, but a high vacuum is realized by closing the gate valve 7 and providing the liquid nitrogen shroud 16. A sufficient heating temperature can be realized by providing the silicon wafer heating source 10 capable of high temperature heating.
【００１２】なお、従来のイオン注入装置のシリコンウ
ェーハ加熱の範囲は５００℃程度以下であり、この温度
領域では良質のシリコン単結晶膜を気相成長することは
できない。膜厚計１５でシリコン単結晶膜の成長速度を
モニターし、所望の膜厚に達したらシャッター１４を閉
じ成長を停止する。なお、シリコンウェーハ２に対して
酸素イオンビーム９が斜め下方から入射するようイオン
源４を配置し、またシリコン蒸発原子１２ｂが下方ある
いは斜め下方から入射するようシリコン原料１２を配置
しているが、この配置によればシリコンウェーハ２表面
にゴミ等の異物が着かずまたシリコン原料１２の配置が
容易となる。The range of heating the silicon wafer of the conventional ion implantation apparatus is about 500 ° C. or less, and a good quality silicon single crystal film cannot be vapor-phase grown in this temperature range. The growth rate of the silicon single crystal film is monitored by the film thickness meter 15, and when the desired film thickness is reached, the shutter 14 is closed and the growth is stopped. The ion source 4 is arranged so that the oxygen ion beam 9 enters the silicon wafer 2 obliquely from below, and the silicon raw material 12 is arranged so that the silicon vaporized atoms 12b enter from below or obliquely below. According to this arrangement, foreign matter such as dust does not adhere to the surface of the silicon wafer 2 and the silicon raw material 12 can be easily arranged.
【００１３】このようにして実験した結果を具体的に以
下に述べる。まず第１の実験結果は次のようであった。
結晶方位が（１００）のシリコンウェーハ２を高真空の
イオン注入室１ａ内で８００℃以上に加熱した状態で約
３０分おいて表面の酸化層や不純物を取り除いた後、温
度を５５０℃に下げ、酸素イオン（０+ ）を加速電圧２
５ＫＶで２×１０17個／cm2 注入した。注入終了後、ゲ
ートバルブ７を閉じてイオン注入室１ａを高真空にし、
６００℃に昇温した試料に２オングストローム／Ｓの成
膜速度でシリコンを厚さ２００ｎｍ蒸着する。その後、
室温まで試料温度をさげて大気中に試料を取り出し、窒
素雰囲気下で１２００℃以上の高温で約６時間アニール
を加えた。形成された構造は、表面から単結晶シリコン
層／酸化層／シリコン単結晶層からなるＳＯＩ構造であ
り、表面シリコン層の厚さは約２７０ｎｍ、絶縁層の厚
さは約３０ｎｍであった。透過電子顕微鏡で観測した結
果、層の界面は急峻であり、１ｎｍ以下の平坦性を有し
ていた。また表面シリコン層中に欠陥は見られず、酸化
層中にシリコン粒子は検出されなかった。The results of the experiment thus performed will be specifically described below. First, the results of the first experiment were as follows.
A silicon wafer 2 having a crystal orientation of (100) is heated to 800 ° C. or higher in a high vacuum ion implantation chamber 1a for about 30 minutes to remove the surface oxide layer and impurities, and then the temperature is lowered to 550 ° C. , Oxygen ion (0 + ) acceleration voltage 2
2 × 10 17 cells / cm 2 was injected at 5 KV. After the implantation is completed, the gate valve 7 is closed to make the ion implantation chamber 1a a high vacuum,
Silicon is vapor-deposited to a thickness of 200 nm on the sample heated to 600 ° C. at a film forming rate of 2 Å / S. afterwards,
The sample temperature was lowered to room temperature, the sample was taken out into the air, and annealed at a high temperature of 1200 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere for about 6 hours. The formed structure was an SOI structure composed of a single crystal silicon layer / an oxide layer / a silicon single crystal layer from the surface. The thickness of the surface silicon layer was about 270 nm and the thickness of the insulating layer was about 30 nm. As a result of observation with a transmission electron microscope, the interface between layers was steep and had a flatness of 1 nm or less. No defects were found in the surface silicon layer, and no silicon particles were detected in the oxide layer.
【００１４】次に、第２の実験結果を述べる。結晶方位
が（１００）のシリコンウェーハ２を高真空のイオン注
入室１ａ内で８００℃以上に加熱した状態で約３０分お
いて表面の酸化層や不純物を取り除いた後、温度を５５
０℃に下げ、酸素イオン（０+ ）を加速電圧２５ＫＶで
２×１０17個／cm2 注入した。注入終了後、ゲートバル
ブ７を閉じてイオン注入室１ａを高真空にし、５５０℃
に保持した試料に２オングストローム／Ｓの成膜速度で
シリコンを２００ｎｍ程度蒸着した後に再びゲートバル
ブ７を開けて同温度で酸素イオンを加速電圧２５ＫＶで
２×１０17／cm2 注入した。その試料を室温まで冷却後
大気中に取り出し、窒素雰囲気下で１２００℃以上の高
温で約６時間のアニールを加えた。得られた試料の断面
を透過電子顕微鏡で観測した結果、表面からシリコン単
結晶層／酸化層／シリコン単結晶層／酸化層／シリコン
単結晶からなる２層のＳＯＩ構造が形成されたことが確
認された。各層の厚さは表面から順に３５ｎｍ，３５ｎ
ｍ，９０ｎｍ，３５ｎｍであった。Next, the second experimental result will be described. A silicon wafer 2 having a crystal orientation of (100) is heated to 800 ° C. or higher in a high-vacuum ion implantation chamber 1a for about 30 minutes to remove the oxide layer and impurities on the surface, and then the temperature is set to 55.
The temperature was lowered to 0 ° C., and oxygen ions (0 + ) were injected at an acceleration voltage of 25 KV at 2 × 10 17 ions / cm 2 . After the implantation is completed, the gate valve 7 is closed to bring the ion implantation chamber 1a to a high vacuum, and the temperature is set to 550 ° C
Silicon was vapor-deposited at a film forming rate of 2 Å / S to a thickness of about 200 nm on the sample held in the above step, the gate valve 7 was opened again, and 2 × 10 17 / cm 2 of oxygen ions were injected at the same temperature at an acceleration voltage of 25 KV. After cooling the sample to room temperature, it was taken out into the atmosphere and annealed at a high temperature of 1200 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere for about 6 hours. As a result of observing the cross section of the obtained sample with a transmission electron microscope, it was confirmed that a two-layer SOI structure composed of a silicon single crystal layer / oxide layer / silicon single crystal layer / oxide layer / silicon single crystal was formed from the surface. Was done. The thickness of each layer is 35 nm and 35 n in order from the surface.
m, 90 nm and 35 nm.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の酸
素イオン注入装置は、イオン注入室にシリコン蒸発源を
設けたため酵素イオン注入とシリコン単結晶成長膜を組
み合わせたプロセスを同一真空槽内で行うことができ、
従来の装置ではできなかったＳＯＩ構造における表面シ
リコン層の厚さの制御が容易となり、また新規の多層化
されたＳＯＩ構造を形成することが可能となる。従っ
て、本発明の酸素イオン注入装置は従来より高品質化し
たＬＳＩ用デバイスや三次元回路素子などを提供できる
ことになる。さらに、本発明の酸素イオン注入装置で
は、イオンの加速エネルギーが従来の装置に比較して数
分の１と低いため、各層の厚さが薄いＳＯＩ構造を形成
可能であることのほか、装置全体を小型化でき、低価格
の装置を提供できることになる。As described in detail above, since the oxygen ion implantation apparatus of the present invention is provided with the silicon evaporation source in the ion implantation chamber, the process of combining the enzyme ion implantation and the silicon single crystal growth film is performed in the same vacuum chamber. Can be done with
It becomes easy to control the thickness of the surface silicon layer in the SOI structure which cannot be achieved by the conventional device, and it becomes possible to form a new multi-layered SOI structure. Therefore, the oxygen ion implantation apparatus of the present invention can provide a device for LSI, a three-dimensional circuit element, and the like of which the quality is higher than ever before. Furthermore, in the oxygen ion implantation apparatus of the present invention, since the ion acceleration energy is as low as a fraction of that of the conventional apparatus, it is possible to form an SOI structure in which the thickness of each layer is thin, and the entire apparatus is formed. It is possible to provide a low-priced device that can be downsized.
【図１】本発明の一実施例の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention.
【図２】従来例の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a conventional example.
１ａ イオン注入室 ２ シリコンウェーハ ３ 固定治具 ９ 酸素イオンビーム １０ シリコンウェーハ加熱源 １２ シリコン原料 １４ シャッター １５ 膜厚計 １６ 液体窒素シュラウド 1a Ion implantation chamber 2 Silicon wafer 3 Fixing jig 9 Oxygen ion beam 10 Silicon wafer heating source 12 Silicon raw material 14 Shutter 15 Film thickness meter 16 Liquid nitrogen shroud
Claims (1)
注入することにより埋込み酸化層を有するＳＯＩ構造を
形成する酸素イオン注入装置において、前記シリコン単
結晶ウェーハを保持する真空槽内に、前記シリコン単結
晶ウェーハを加熱するシリコンウェーハ加熱源と、前記
シリコン単結晶ウェーハにシリコン単結晶層を気相成長
させるためのシリコン蒸発源と、このシリコン蒸発源か
ら蒸発したシリコン蒸発原子が前記シリコン単結晶ウェ
ーハ表面に到達することを任意に遮るシャッターと、前
記シリコン蒸発の速度を検出する蒸発速度モニターと、
不用ガス分子を吸着排除する不用ガス分子排除手段とを
備えたことを特徴とする酸素イオン注入装置。1. An oxygen ion implantation apparatus for forming an SOI structure having a buried oxide layer by implanting oxygen ions into a silicon single crystal wafer, wherein the silicon single crystal is placed in a vacuum chamber holding the silicon single crystal wafer. A silicon wafer heating source for heating a wafer, a silicon evaporation source for vapor-depositing a silicon single crystal layer on the silicon single crystal wafer, and silicon evaporation atoms evaporated from this silicon evaporation source on the silicon single crystal wafer surface. A shutter that arbitrarily blocks the arrival, and an evaporation rate monitor that detects the speed of the silicon evaporation,
An oxygen ion implanting device, comprising: means for removing unwanted gas molecules by adsorption.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4101609A JPH05275048A (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Oxygen ion implanter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4101609A JPH05275048A (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Oxygen ion implanter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275048A true JPH05275048A (en) | 1993-10-22 |
Family
ID=14305145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4101609A Pending JPH05275048A (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Oxygen ion implanter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05275048A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006108054A (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Japan Science & Technology Agency | Multivalent ion generation source and charged particle beam device using this generation source |
| JP2008021974A (en) * | 2006-05-26 | 2008-01-31 | Cree Inc | High-temperature ion implantation apparatus, and method of manufacturing semiconductor device using high-temperature ion implantation |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP4101609A patent/JPH05275048A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006108054A (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Japan Science & Technology Agency | Multivalent ion generation source and charged particle beam device using this generation source |
| US7544952B2 (en) | 2004-10-08 | 2009-06-09 | Japan Science And Technology Agency | Multivalent ion generating source and charged particle beam apparatus using such ion generating source |
| JP2008021974A (en) * | 2006-05-26 | 2008-01-31 | Cree Inc | High-temperature ion implantation apparatus, and method of manufacturing semiconductor device using high-temperature ion implantation |
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