JPH0756881B2 - Method of forming buried oxide film - Google Patents

Method of forming buried oxide film

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JPH0756881B2
JPH0756881B2 JP9931389A JP9931389A JPH0756881B2 JP H0756881 B2 JPH0756881 B2 JP H0756881B2 JP 9931389 A JP9931389 A JP 9931389A JP 9931389 A JP9931389 A JP 9931389A JP H0756881 B2 JPH0756881 B2 JP H0756881B2
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【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。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a buried oxide film in which oxygen ions are ion-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、O+イオ
ン注入層2を形成する。第10図はこのO+イオン注入層2
内の酸素イオンO+の濃度分布を示す。横軸は濃度N(個
/cm3)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、200KeVの注入エネルギーで0.5μ
m程度となる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step in a conventional method for forming a buried oxide film. First, as shown in FIG. 9A, oxygen ions O + are ion-implanted into the silicon substrate 1 to form an O + ion-implanted layer 2. Figure 10 shows this O + ion implantation layer 2
2 shows the concentration distribution of oxygen ions O + in the inside. The horizontal axis represents the concentration N (pieces / cm 3 ), and the vertical axis represents the depth x (μm) from the surface of the silicon substrate 1 in the downward direction. Also, the alternate long and short dash line in the figure
The projection range corresponding to the peak position of the density distribution is shown. This projective range is 0.5μ at an injection energy of 200 KeV.
It will be about m.

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O+とシリコ
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SiO2膜3を形
成する。反応してSiO2膜となるには酸素イオンO+が1021
個/cm3程度必要であり、例えば厚み0.4μmのSiO2膜を
形成するためには3×1018イオン/cm2程度のイオン注
入量を要する。酸素イオンO+が1021個/cm3以下の領域
では熱処理後もSiO2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4内に、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。
Next, heat treatment is performed at a high temperature of 1100 ° C. (in some cases, about 1300 ° C.) to react the ion-implanted oxygen ions O + with the silicon atoms Si in the silicon substrate 1 to produce a gas as shown in FIG. 9 (B). As shown, a SiO 2 film 3 which is a buried oxide film is formed. In order to form a SiO 2 film by reaction, oxygen ions O + are 10 21
Pieces / cm 3 order is required, for example to form a SiO 2 film of thickness 0.4μm requires a ion dose of about 3 × 10 18 ions / cm 2. In the region where the number of oxygen ions O + is 10 21 / cm 3 or less, the SiO 2 film is not formed even after the heat treatment. Therefore, as shown in FIG.
The membrane 4 remains. A semiconductor device such as a diode, a bipolar transistor, a MOSFET, and an integrated circuit including them is formed in the Si film 4.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems 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、SiO2膜3−Si膜4界面からSi膜4内に延び
る転位10、Si膜4内の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SiO2膜3−Si膜4界面か
らSi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-described ion implantation method, as shown in the enlarged view of FIG. 11, dislocations 10 extending from the SiO 2 film 3-Si film 4 interface into the Si film 4 and excess oxygen impurity precipitation 11 in the Si film 4 are caused. Patching-out dislocations 12, or stacking crystal defects 13 that reach the surface of the Si film 4 from the interface of the SiO 2 film 3-Si film 4 are generated,
There is a problem in that the semiconductor device cannot have sufficient characteristics.

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、SiO2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),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。
Further, N-type and P-type impurities are ion-implanted into the silicon substrate 1 in advance, an N-type and P-type Si film 4 (for example, a well layer) is formed on the SiO 2 film 3, and a semiconductor device is formed therein. In the case of making it, it is necessary to implant the N-type impurities such as AS + (Hiso), Sb + (Antimony), and P + (Phosphorus), and B.
There is also a problem that the thickness of the Si film 4 finally obtained is different from the implantation region of P-type impurities such as + (boron). This will be described below with reference to 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O+のイオン注
入によりO+イオン注入層2a,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、SiO2膜3a,3bが形成される。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。
このため、As+やSb+をイオン注入した場合のSiO2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Si膜4bに比べて厚く形成される。例えば
「SEMICONDUCTOR SILICON 1986,PROCEEDING OF THE FIF
TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SILICON MATERIALS SC
IENCE AND TECHNOLOGY,ELECTRONICS AND DIELECTRICS A
ND INSULATION DIVISIONS,Proceedings Volume 86-4,TH
E ELECTROCHEMICAL SOCIETY,INC.」のP.642〜651におけ
るS.J.Krause等の報告によれば、B+やP+ではSiO2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Si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。
First, as shown in FIG. 12 (A) and FIG. 13 (A),
As P-type impurities such as As + , Sb + , P + as N-type impurities
B + or the like is ion-implanted into the silicon substrate 1 to form the impurity ion-implanted layers 5a and 5b. Next, as shown in FIG. 12 (B) and FIG. 13 (B), O + ion-implanted layers 2a, 2b are formed by ion implantation of oxygen ions O + . And
By performing the heat treatment, SiO 2 films 3a and 3b are formed as shown in FIGS. 12 (C) and 13 (C). At this time, the impurity ion-implanted layer 5a of the silicon substrate 1 becomes amorphous by the ion implantation of a large-mass impurity such as As + or Sb + , whereas the impurity ion-implanted layer 5a of the silicon substrate 1 becomes amorphous with a small-mass impurity such as B + or P +. The ion-implanted layer 5b hardly becomes amorphous.
Therefore, the formation of the SiO 2 film 3a when As + or Sb + is ion-implanted is suppressed, and the N-type Si film 4a is smaller than the P-type Si film 4b when B + or P + is ion-implanted. It is formed thick. For example, "SEMICONDUCTOR SILICON 1986, PROCEEDING OF THE FIF
TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SILICON MATERIALS SC
IENCE AND TECHNOLOGY, ELECTRONICS AND DIELECTRICS A
ND INSULATION DIVISIONS, Proceedings Volume 86-4, TH
E ELECTROCHEMICAL SOCIETY, INC., Pp. 642-651, SJ Krause et al. Reported that SiO 2 film 3b was not formed on B + and P +.
It grows 30% larger and the P-type Si film 4b is less than the N-type Si film 4a.
It is about 1 μm thinner. Thus, the Si film 4a,
A different thickness of 4b affects the characteristics of the semiconductor device formed therein, such as the subthreshold current in MOSFET, which is not preferable.

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SiO2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。
The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to form a Si film on a SiO 2 film, which has good crystallinity and whose thickness does not vary depending on the added impurities. It is an object to obtain a method for forming a buried oxide film.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

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の深さ位置の間において濃度が1021個/cm3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/cm3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。
According to the method for forming a buried oxide film according to the present invention, the concentration is 10 21 pieces / cm 3 or more between the first depth position of the silicon substrate and the second depth position deeper than the first depth position. And 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 10 18 / cm 3 or more. After pre-implanting silicon ions into the substrate,
The oxygen ions are ion-implanted into the substrate, and then heat treatment is performed to form a silicon oxide film in the substrate.

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5×10
14個/cm2以下のイオン注入量で行ってもよい。
In addition, following the ion implantation of the silicon ions, boron, phosphorus, hiso or antimony is ion-implanted into the substrate, and boron and phosphorus are ion-implanted at a predetermined ion implantation amount, and when boron or phosphorus is ion-implanted. 5 x 10
The ion implantation may be performed at 14 ions / cm 2 or less.

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/cm3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 ion implantation of the silicon ions,
Silicon ions may be ion-implanted into the surface of the substrate so that the concentration in the vicinity of the surface of the substrate is 10 18 ions / cm 3 or more.

〔作用〕[Action]

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。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。
In the present invention, since the silicon ion Si + ion implantation is performed prior to the oxygen ion O + ion implantation,
The silicon ion-implanted layer becomes amorphous and channeling development in the subsequent oxygen ion implantation is prevented, so that the concentration distribution of the ion-implanted oxygen ions becomes equal to the theoretical distribution. Further, the vacancies in the silicon substrate at the silicon oxide film interface are eliminated by the excess silicon, resulting in a nearly ideal silicon oxide film interface. Further, in the silicon film obtained on the silicon oxide film, the nucleus of the crystal defect induced by excess oxygen is 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。
In addition, an N-type or P-type silicon film is obtained by ion implantation of boron, phosphorus, histories 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, if silicon ions are superposed and ion-implanted on the surface portion of the substrate, it is possible to supplement the silicon atoms released from the substrate surface 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Si+
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Si+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Si+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1021個/cm3前後となる
シリコン基板の深さ位置(2つのうち浅い方)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Si+の濃度のピーク値は1021個/cm3程度に設定されて
いるが、後述するように最小1018個/cm3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 sectional view showing a process according to an embodiment of a method for forming a buried oxide film according to the present invention. First, Fig. 1 (A)
As shown in FIG. 3, silicon ions Si + are ion-implanted into the silicon substrate 1 to form a Si + ion-implanted layer 6. Second
The figure shows the concentration distribution of silicon ions Si + in the Si + ion implantation layer 6. As shown by the alternate long and short dash line in FIG.
In the ion implantation of silicon ions Si + , there is a projection range at the depth position of the silicon substrate (the shallower one of the two) where the concentration value of oxygen ions O + to be ion-implanted is about 10 21 / cm 3. Is done like. In this embodiment, the peak value of the concentration of silicon ions Si + is set to about 10 21 / cm 3 , but the ion implantation amount can be reduced to a minimum of 10 18 / cm 3 as described later. .

次に、Si+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
O+イオン注入層2cとともに、Si+及びO+イオン注入層6c
を形成する。このときの酸素イオンO+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SiO2膜3cを形成する。Si+及びO+イオン注入層6
cはSi膜4cとなり、このSi膜4c中に半導体装置が形成さ
れる。
Next, oxygen ions O + are ion-implanted through the Si + ion-implanted layer 6 as in the conventional case, and as shown in FIG. 1 (B).
Si + and O + ion implantation layer 6c together with O + ion implantation layer 2c
To form. The concentration distribution of oxygen ions O + at this time is the second
It is set as shown in the figure. Then, by performing heat treatment at a high temperature, as shown in FIG. 1C, a SiO 2 film 3c which is a buried oxide film is formed. Si + and O + ion implantation layer 6
c becomes the Si film 4c, and the semiconductor device is formed in the Si film 4c.

この実施例においては、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、次のような利点がある。まず第1に、注入量が1018
個/cm3以上のSi+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、
チェ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O+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
ン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SiO2膜とならないことが防止できる。
In this embodiment, since the silicon ion Si + is ion-implanted prior to the oxygen ion O + ion-implantation, there are the following advantages. First of all, the injection volume is 10 18
Since the Si + ion-implanted layers 6 of not less than / cm 3 are completely amorphized, in the next step of implanting oxygen ions O + ,
The channeling phenomenon is prevented. Therefore, the concentration distribution of the implanted oxygen ions O + becomes equal to the theoretical distribution. As a result, the tail of the oxygen ion O + concentration distribution at a deep position of the silicon substrate 1 is widened by channeling,
It can be prevented that a sufficient SiO 2 film is not formed.

第2に、SiO2膜3c-Si膜4c界面でのシリコン基板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SiO2膜3c-Si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。
Secondly, the vacancies of the silicon substrate 1 at the interface of the SiO 2 film 3c-Si film 4c are eliminated by the excess silicon (interstitial silicon), and the SiO 2 film 3c-Si film 4c interface becomes closer to the ideal. Therefore,
It is possible to prevent dislocations, stacking crystal defects and the like generated from this interface.

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。
Third, it is possible to prevent precipitation due to excess oxygen impurities,
Helps prevent crystal defects in 4c. This is because the vacancies are aggregated with excess oxygen as nuclei to form fine crystal defects and further laminated crystal defects, but the nuclei of these crystal defects can be eliminated by the excess silicon.

以上の利点を有効に実現するためには、SiO2膜3c-Si膜4
c界面(言い換えれば酸素イオンO+の濃度値が1021個/c
m3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Si+の濃度値は約1018個/c
m3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Si+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に元来含まれている空孔(その数は
約1018個/cm3)がSiO2膜3c-Si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 SiO 2 film 3c-Si film 4
c interface (in other words, the concentration value of oxygen ion O + is 10 21 / c
The concentration value of silicon ions Si + at the shallower of the two depth positions of the silicon substrate 1 which is around m 3 is about 10 18 / c
Must be at least m 3 . Because, if the value is less than this value, the Si + ion-implanted layer 6 is not sufficiently amorphized, and the holes originally included in the silicon substrate 1 (the number is about 10 18 / cm 3 ) Is not sufficiently eliminated at the SiO 2 film 3c-Si film 4c interface. The position of the projection range of the silicon ion Si + is not necessarily limited to the above-mentioned 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4c中に形成
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Si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-described embodiment, the Si film 4c having extremely good crystallinity can be obtained for the above reason. Therefore, the characteristics of the semiconductor device formed in the Si film 4c are comparable to the characteristics of the semiconductor device formed in the silicon substrate itself. By the way, when the Si film 4 having poor crystallinity obtained by the conventional method of FIG. 9 is used, the junction leakage of the diode is large, the carrier mobility is deteriorated, and the amplification characteristics of the MOSFET and the bipolar transistor are deteriorated. Was there. Thus, the crystallinity obtained by the method of the present invention is good.
The characteristics of the semiconductor device formed in the Si film 4c are significantly improved as compared with the conventional one, and 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。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×
1014個/cm2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。
FIG. 3 is a sectional view showing a process according to another embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention. In this embodiment, an N-type or P-type impurity is ion-implanted into the silicon substrate 1 in advance, so that the N-type or P-type Si is formed.
A film is obtained, and in particular, in the case of ion implantation with P + or B + which is difficult to amorphize the ion implantation region, or with As + or Sb +, the implantation amount is 5 ×
This is effective when the ion implantation region is not amorphized, which is as small as 10 14 / cm 2 or less.

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Si+をイオン注入し
て、Si+イオン注入層6を形成する。次に、第3図
(B)に示すように、Si+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。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
O+のイオン注入によるO+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、SiO2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
Si+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SiO2膜3dの
厚みつまり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Sb+の不純物によ
るイオン注入であって注入量5×1014個/cm2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。
First, as shown in FIG. 3 (A), silicon ions Si + are ion-implanted into the silicon substrate 1 to form the Si + ion-implanted layer 6 as in the previous embodiment. Next, as shown in FIG. 3 (B), N-type or P-type impurities As + , Sb + , B + or P + are ion-implanted into the Si + ion-implanted layer 6 to form the impurity ion-implanted layer 7 To form. At this time, the fourth
As shown in the figure, it is set so that the ion-implanted impurities are distributed within the projection range of the silicon ion Si that has been ion-implanted first. Then, as before, oxygen ions
O + ion implantation with O + ion-implanted layer 2d of forming step (FIG. 3 (C)) and, through the process of forming the SiO 2 film 3d by the heat treatment (FIG. 3 (D)), on the SiO 2 film 3d N type or P
A Si film 4d having a shape is obtained. In this example, silicon ions
Si + is the surface area of the silicon substrate 1 which is ion-implanted Si +
The ion-implanted layer 6 is sufficiently amorphized. Therefore,
Regardless of the type of impurities ion-implanted after that,
Furthermore, the concentration distribution of oxygen ions O + ion-implanted thereafter is always equal to the theoretical distribution, and the thickness of the obtained SiO 2 film 3d, that is, the Si film 4d is always the theoretical value. In other words, if the ion implantation region is not amorphized because the ion implantation is performed by impurities of As + or Sb + with a relatively large mass and the implantation amount is as small as 5 × 10 14 / cm 2 or less, Even if the ion-implanted region is not amorphized due to the ion implantation with B + or P + impurities having a small value, the thickness of the obtained Si film 4d does not change as the theoretical value.

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Si+を注入して、Si+
オン注入層6を形成する。次いで、第5図(B)に示す
ように、パターニングされたレジスト膜8をマスクとし
てSi+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形領域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
オン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SiO2膜3eの形成
工程を経て、SiO2膜3e上にN形Si膜4eおよびこれと同じ
膜厚のP形Si膜9aを形成する。こうして得られたN形お
よびP形のSi膜4e,9a内に、例えばCMOSICなどの集積回
路を形成することができる。
FIG. 5 is a sectional view showing a process 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 a silicon substrate. Then, as shown in FIG. 5A, silicon ions Si + are implanted into the N-type silicon substrate 1a to form a Si + ion implantation layer 6. Then, as shown in FIG. 5B, for example, boron ions B + are ion-implanted into the Si + ion-implanted layer 6 using the patterned resist film 8 as a mask to selectively form the P-type region 9. . After that, the resist film 8 is removed, and thereafter, as in the conventional case, the step of forming the O + ion-implanted layer 2e by ion implantation of oxygen ions O + (FIG. 5C) and the SiO 2 film 3e by heat treatment. Then, the N-type Si film 4e and the P-type Si film 9a having the same thickness as the N-type Si film 4e are formed on the SiO 2 film 3e. An integrated circuit such as a CMOS IC can be formed in the N-type and P-type Si films 4e and 9a thus obtained.

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。す
なわち、まず第6図(A)に示すように1回目のSi+
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
Si+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Si+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Si+イオン注入層6a,6bにお
けるシリコンイオンSi+の濃度分布を示すグラフであ
り、Si+(1),Si+(2)はそれぞれ第1および第2の
Si+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。Si+(1),Si+(2)のピーク値は
それぞれ1019個/cm3以上,1018個/cm3以上に設定され
る。そして、従来と同様に、酸素イオンO+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SiO2膜3fの形成工程(第6図
(D))を経て、SiO2膜3f上にSi膜4fを形成する。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。このため第1図のSi膜4cに比べてさらに
結晶性の良いSi膜4fが得られる。
FIG. 6 is a sectional view showing a process according to still another embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention. In this embodiment, ion implantation of silicon ions Si + is performed twice. That is, first, as shown in FIG. 6A, the first Si.sup. + Ion implantation is performed to form a relatively thick first ion implantation on the silicon substrate 1.
After the Si + ion-implanted layer 6a is formed, a second Si + ion-implantation is performed as shown in FIG. 6 (B) to form a relatively thin second Si + on the first Si + ion-implanted layer 6a. The ion implantation layer 6b is formed. FIG. 7 is a graph showing the concentration distribution of silicon ions Si + in the Si + ion-implanted layers 6a and 6b at this time, where Si + (1) and Si + (2) are the first and the second, respectively.
It corresponds to the Si + ion-implanted layers 6a and 6b. As shown in the figure, the second Si + ion implantation is performed on the surface region to the extent that impurity implantation is performed. The peak values of Si + (1) and Si + (2) are set to 10 19 pieces / cm 3 or more and 10 18 pieces / cm 3 or more, respectively. Then, as in the conventional case, a step of forming an O + ion-implanted layer 2f by ion implantation of oxygen ions O + (FIG. 6C) and a step of forming a SiO 2 film 3f by heat treatment (FIG. 6D). ), A Si film 4f is formed on the SiO 2 film 3f. In this embodiment, the silicon substrate 1 is heat-treated at a high temperature.
Even if the silicon atoms are released from the surface of Si, the silicon ions Si + of the second Si + ion-implanted layer 6b compensate for this, so that the deterioration of the surface of the silicon substrate 1 due to the high temperature heat treatment is effectively prevented. Therefore, the Si film 4f having better crystallinity than that of 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、Si+イオン注入を2度行って得た結晶性の極めて
良いSi膜4g上にエピタキシャル層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Si膜4gを使うことができる。そし
て、SiO2膜3g上に形成されたSi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 of FIG. 6, as shown in FIG. 8, the epitaxial layer 10 may be formed on the Si film 4g having excellent crystallinity obtained by performing Si + ion implantation twice. it can. In this case, using the method shown in the embodiment of FIG.
By using the film 4g as a high-concentration impurity layer and the epitaxial layer 10 as a low-concentration impurity layer, the Si film 4g can be used as a collector buried layer of a bipolar element. Then, if the collector layer composed of the Si film 4g and the epitaxial layer 10 formed on the SiO 2 film 3g 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SiO2膜を、シ
リコン基板とSi膜とを両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。
In addition, the SiO 2 film formed in each of the above-mentioned examples is used as a capacitor having a silicon substrate and a Si film as both electrodes,
It is also possible to enhance the function of the semiconductor device.

さらに、上述の各実施例ではシリコン基板中にSiO2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SiO2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-described embodiments, the case where the SiO 2 film is formed in the silicon substrate has been described, but the present invention can be applied to the case where an epitaxial layer or the like is used as a silicon substrate and the SiO 2 film is formed in the substrate. Of course.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

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Si
+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SiO2膜上に得られ
るという効果がある。
As described above, according to the invention of claim 1,
Prior to ion implantation of oxygen ions O + , silicon ions Si
Since + is ion-implanted, the silicon ion-implanted layer becomes amorphous and the oxygen ion concentration becomes equal to the theoretical distribution, and the vacancies in the silicon substrate at the silicon oxide film interface disappear due to excess silicon. As a result, a near-ideal silicon oxide film interface is obtained, and nuclei of crystal defects induced by excess oxygen are eliminated by excess silicon. Therefore, there is an effect that a Si film having good crystallinity and a thickness that does not vary depending on the added impurities can be obtained on the SiO 2 film.

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, since boron, phosphorus, hisso or antimony is ion-implanted after the silicon ion is ion-implanted, 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。
Further, according to the invention of claim 3, before and after the ion implantation of the silicon ions, the silicon ions are superposed and ion-implanted on the surface portion of the substrate. The deterioration of the surface can be prevented by supplementing the generated silicon atoms.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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Si+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
リコンイオンSi+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Si+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,3d,3e,3fおよび3gはSiO2膜、4c,4d,4
e,4fおよび4gはSi膜、6,6aおよび6bはSi+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。
FIG. 1 is a sectional view showing a process according to an embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention, FIG. 2 is a view showing a concentration distribution of silicon ions Si + in the embodiment, and FIG. 3 is according to the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing a process according to another embodiment of the method for forming a buried oxide film, FIG. 4 is a view showing the concentration distribution of silicon ions Si + and impurity ions in that embodiment, and FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process according to still another embodiment of the method for forming a buried oxide film according to the present invention, FIG. 7 is a view showing a concentration distribution of silicon ions Si + after two ion implantations in the embodiment of FIG. 8
6 is a cross-sectional view showing an application example of the embodiment of FIG. 6, FIG. 9 is a cross-sectional view showing steps of a conventional method for forming a buried oxide film,
FIG. 10 is a diagram showing the concentration distribution of oxygen ions O + in that process, FIG. 11 is a diagram showing crystal defects in the Si film, and FIGS. 12 and 13 are the formation of other conventional buried oxide films, respectively. It is sectional drawing which shows the process by a method. In the figure, 1 is a silicon substrate, 2c, 2d, 2e and 2f are O +
Ion-implanted layer, 3c, 3d, 3e, 3f and 3g are SiO 2 films, 4c, 4d, 4
e, 4f and 4g are Si films, and 6,6a and 6b are Si + ion implantation layers. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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1021個/cm3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/cm3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. A silicon substrate having a first depth position and a second depth position deeper than the first depth position so that the concentration becomes 10 21 pieces / cm 3 or more. A method of implanting oxygen ions to form a silicon oxide film in the substrate, wherein the concentration at the first depth position is 10 18
After pre-implanting silicon ions into the substrate so that the number of particles / cm 3 or more is obtained, the oxygen ions are ion-implanted into the substrate, and then heat treatment is performed to form a silicon oxide film in the substrate. A method for forming a buried oxide film having a feature.
【請求項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×
1014個/cm2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. Subsequent to the ion implantation of silicon ions, boron, phosphorus, hiso or antimony is ion-implanted into the substrate. Is 5 ×
The method for forming a buried oxide film according to claim 1, wherein the ion implantation amount is 10 14 / cm 2 or less.
【請求項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1018個/cm3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 or after the ion implantation of the silicon ions, the silicon ions are implanted into the surface portion of the substrate so that the concentration in the vicinity of the surface of the substrate is 10 18 / cm 3 or more. The method for forming a buried oxide film according to claim 1, wherein the buried oxide film is formed.
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