JPH10163218A - 半導体基板とその製造方法 - Google Patents

半導体基板とその製造方法

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JPH10163218A
JPH10163218A JP31770296A JP31770296A JPH10163218A JP H10163218 A JPH10163218 A JP H10163218A JP 31770296 A JP31770296 A JP 31770296A JP 31770296 A JP31770296 A JP 31770296A JP H10163218 A JPH10163218 A JP H10163218A
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JP
Japan
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oxide film
buried oxide
ions
semiconductor substrate
substrate
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JP31770296A
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Inventor
Takashi Yahano
俊 矢羽野
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来技術によるSOI基板における埋め込み酸
化膜とシリコン基板の界面にリンガラス層を形成して回
路素子を安定化させる場合、形成される位置が製造装置
の再現性や変動に影響を受けやすく、素子形成領域のシ
リコン層にリンが拡散すると、シリコン層の物性に変化
を与え制御が出来なくなる。 【解決手段】本発明は、SIMOX技術により所望の深
さで所定厚に形成されたシリコン酸化物(SiO2)から
なる埋め込み酸化膜2内に、塩素イオンをイオン注入し
熱処理を施してClトラップ層4を形成し、このClト
ラップ層4により、埋め込み酸化膜2中に発生する可動
イオンを捕獲し、不活性化若しくは不動態化するSOI
基板とその製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、SOI( Silicon-
On-Insulator )構造に形成された半導体基板に係り、特
にSIMOX( Separation by IMplanted OXygen )技術
により製造された酸化膜中の可動イオンの安定化を図る
半導体基板とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体装置への低消費電力化や
高速化の要求により半導体基板の製造技術として、SO
I技術(SOI構造)で形成された半導体基板が知られ
ている。このSOI技術としては、鏡面状態の基板どう
しを貼り合わせた後、熱処理を施して接着する貼り合わ
せ技術と、シリコン半導体(Si)基板に酸素イオンを
イオン注入して形成するSIMOX技術がある。
【0003】このSIMOX技術により作製されたSI
MOX基板は、例えば、Si基板に酸素イオンを高加速
エネルギーでイオン注入した後、高温アニール処理を施
して形成される。この酸素イオンの注入により、Si基
板のある深さに形成されたシリコン酸化膜(SiO2膜)
内に、何等かの原因でナトリウム(Na)が混入する
と、ナトリウムイオンが発生する。このNaイオンの様
な可動イオン(活性化されたイオン)が存在するSi基
板にトランジスタ等の能動若しくは回路素子を形成した
場合には、SiO2層とSi基板との界面において、リー
ク電流が発生する恐れがあった。
【0004】このようなリーク電流を防止する技術とし
て、例えば、特開平4−75379号公報には、SIM
OX基板の製造工程で、Si基板とSiO2膜との界面に
リン(燐)イオンを打ち込み、リンガラスを形成して、
Naイオンを安定化させる技術が提案されている。
【0005】図5には、この技術により形成された半導
体基板の断面を示す。
【0006】この半導体基板は、Si基板11の表面か
ら酸素イオンを打ち込み、Si基板11の任意の深さに
所定厚のSiO2膜からなる埋め込み酸化膜13を形成
し、表面から回路素子を形成するためのSi層14、埋
め込み酸化膜13、Si基板11の三層構造を形成す
る。さらに、表面側からリンイオンを打ち込み、Si基
板11と埋め込み酸化膜13の界面にリンガラス層12
を形成する。
【0007】このリンガラス層12を介在させること
で、SiO2膜中に発生したNaイオンを安定させて、リ
ーク等の問題を解決している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述した特開平4−7
5379号公報で提案されているリンガラスを用いて、
Naイオンの安定を図る技術においては、リンガラス層
12をSiO2膜13とSi基板11との界面に形成しな
くてはならない。従って、リンイオンを打ち込むイオン
注入の加速エネルギーを正確に制御しないと、形成され
る深さがズレる恐れがある。また、注入後に行われる熱
処理の温度においても同様に、適正な制御が必要であ
る。実際の製造装置では、ある設定値に対して、再現性
や変動に許容範囲を持っており、必ずしもユーザによる
設定値が正確に維持されていない場合がある。
【0009】しかし、このイオン注入の加速エネルギー
や熱処理の温度の設定の制御や再現性が悪い場合には、
リンガラス層の形成位置が形成されるべきSi基板と埋
め込み酸化膜との界面からずれて、素子形成Si層14
と埋め込み酸化膜13との界面側に形成されたり、リン
が拡散したりする。特に、素子形成領域となるSi層1
4にリンが拡散して存在すると、素子形成Si層14の
物性に変化を与え、制御が出来なくなる。
【0010】そこで本発明は、SOI基板内に形成され
た埋め込み酸化膜中に存在する可動イオンの安定化を図
り、リーク電流の発生を防止する半導体基板とその製造
方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、シリコン半導体基板と、前記シリコン半導
体基板の表面から所望の深さで所定厚に形成されたシリ
コン酸化(SiO2)膜からなる埋め込み酸化膜と、前記
埋め込み酸化膜上で回路素子を形成するための領域とな
る素子形成シリコン層とで積層形成するSOI基板にお
いて、前記埋め込み酸化膜中に形成され、該埋め込み酸
化膜中に発生した可動イオンを捕獲し、不活性化若しく
は不動態化させるための塩素をイオン注入して形成され
たClトラップ層を備える半導体基板を提供する。
【0012】また、シリコン半導体基板の表面から、酸
素イオンをイオン注入して、前記表面から所望の深さで
所定厚に形成されたシリコン酸化(SiO2)膜からなる
埋め込み酸化膜内に、塩素イオンをイオン注入してCl
トラップ層を形成し、該埋め込み酸化膜中に発生した可
動イオンを捕獲して不動態化させる、SOI基板を製造
する半導体基板製造方法を提供する。
【0013】以上のような構成の半導体基板とその製造
方法は、SIMOX技術により所望の深さで所定厚に形
成されたシリコン酸化物(SiO2)からなる埋め込み酸
化膜に、塩素イオンをイオン注入し熱処理を施して形成
されたClトラップ層により、埋め込み酸化膜中に発生
する可動イオンを捕獲し、不動態化する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。
【0015】図1には、本発明による半導体基板の断面
構造を示し説明する。
【0016】この半導体基板は、シリコン半導体(S
i)基板1上にSIMOX技術により、所望の深さで所
定厚に形成されたシリコン酸化(SiO2)膜からなる埋
め込み酸化膜2と、トランジスタ等の回路素子を形成す
るための領域となる素子形成シリコン(Si)層3と、
埋め込み酸化膜2中に本発明の特徴となる塩素をイオン
注入して形成するClトラップ層4とで構成されてい
る。
【0017】このClトラップ層4を形成することよ
り、埋め込み酸化膜2中に発生したNa等の可動イオン
をClイオンが捕獲し、不動態化させることが出来る。
【0018】特に、このClトラップ層4の形成位置
は、埋め込み酸化膜2中に発生した例えば、Naイオン
等の可動イオンを捕獲すればよいため、図示するような
素子形成Si層3と埋め込み酸化膜2との界面の位置に
限定されるものではなく、素子形成Si層3の界面から
Si基板1の界面までの間の埋め込み酸化膜2中に形成
されればよい。
【0019】図2に示す半導体基板の製造工程を参照し
て、この半導体基板の形成方法について説明する。
【0020】まず、図2(a)に示すように、SIMO
X技術を用いて、Si基板1の表面上から酸素イオンO+
を例えば、加速エネルギー150keV、ドーズ量1.2
×1018ions/cm2でイオン注入する。その後、図2
(b)に示すように、窒素(N2)ガス雰囲気中で、11
50℃の2時間に渡る熱処理を施し、埋め込み酸化膜2
を形成する。このSIMOX技術により、Si基板1、
埋め込み酸化膜2及び素子形成Si層3の積層構造のS
OI基板が形成される。
【0021】次に、図2(c)に示すように、埋め込み
酸化膜2と素子形成Si層3との界面に前記Clトラッ
プ層4を形成する場合には、塩素イオンCl-を加速エ
ネルギー335keV、ドーズ量5.1×1016ions/cm2
でイオン注入する。そして、図2(d)に示すように、
このイオン注入した後、前述したと同様な窒素(N2
ガス雰囲気中で、1150℃の2時間に亘る熱処理を施
し、Clトラップ層4を形成する。
【0022】この様に形成されたClトラップ層4によ
り、外部からの混入等で埋め込み酸化膜2に発生したN
aイオンを捕獲し、不活性化若しくは不動態化する。
【0023】また前述したように、図3に示す埋め込み
酸化膜2とSi基板1との界面にClトラップ層4を形
成する場合には、塩素イオンCl-を加速エネルギー3
55keV、ドーズ量4.1×1016ions/cm2でイオン注
入する。
【0024】さらに、図4に示す埋め込み酸化膜2の厚
さの中心位置にClトラップ層4を形成する場合には、
塩素イオンCl-を加速エネルギー345keV、ドーズ
量4.0×1016ions/cm2でイオン注入する。
【0025】以上説明したように本実施形態によれば、
SIMOX技術により形成したSOI基板において、N
aイオン等の可動イオンを捕獲し、不動態化するClト
ラップ層4は、埋め込み酸化膜中に形成すればよいた
め、界面近傍に形成するという従来のような制限は無
く、形成条件が比較的緩やかになり、ある程度の許容範
囲がある。従って、従来技術によるリンガラス層形成の
ように、イオン注入や熱処理温度に対する厳しい条件や
再現性に影響されることなく、Naイオン等の可動イオ
ンを捕獲して、不動態化するトラップとして機能する層
を形成でき、可動イオンの安定化を実現し、回路素子形
成の際のリーク電流発生の問題を解決することが出来
る。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、S
OI基板内に形成された埋め込み酸化膜中に存在する可
動イオンの安定化を図り、リーク電流の発生を防止する
半導体基板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体基板の断面構造を示す図で
ある。
【図2】本実施形態における半導体基板の製造工程を示
す図である。
【図3】埋め込み酸化膜とSi基板との界面にClトラ
ップ層を形成する場合の半導体基板の断面構造を示す図
である。
【図4】埋め込み酸化膜の中心にClトラップ層を形成
する場合の半導体基板の断面構造を示す図である。
【図5】従来技術により形成されたリンガラス層を有す
るの半導体基板の断面構造を示す図である。
【符号の説明】
1,11…シリコン半導体(Si)基板 2,13…埋め込み酸化膜 3,14…素子形成シリコン(Si)層 4…Clトラップ層 12…リンガラス層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン半導体基板と、前記シリコン半
    導体基板の表面から所望の深さで所定厚に形成されたシ
    リコン酸化(SiO2)膜からなる埋め込み酸化膜と、前
    記埋め込み酸化膜上で回路素子を形成するための領域と
    なる素子形成シリコン層と、で積層形成するSOI( Si
    licon-On-Insulator )基板において、 前記埋め込み酸化膜中に形成され、該埋め込み酸化膜中
    に発生した可動イオンを捕獲し、不活性化若しくは不動
    態化させる、塩素イオンをイオン注入して形成されたC
    lトラップ層を具備することを特徴とする半導体基板。
  2. 【請求項2】 シリコン半導体基板の表面から、酸素イ
    オンをイオン注入して、前記表面から所望の深さで所定
    厚に形成されたシリコン酸化(SiO2)膜からなる埋め
    込み酸化膜内に、塩素イオンをイオン注入してClトラ
    ップ層を形成し、該埋め込み酸化膜中に発生した可動イ
    オンを捕獲して、不活性化若しくは不動態化させる、S
    OI基板を製造することを特徴とする半導体基板製造方
    法。
  3. 【請求項3】 シリコン半導体基板の表面上から酸素イ
    オンをイオン注入する工程と、 窒素(N2)ガス雰囲気中で、熱処理を施し、前記イオン
    注入された領域に埋め込み酸化膜を形成させる工程と、 前記埋め込み酸化膜内に塩素イオンをイオン注入する工
    程と前記塩素イオンをイオン注入した後、窒素ガス雰囲
    気中で熱処理を施し、トラップ層を形成させる工程とに
    より、 前記埋め込み酸化膜中に発生した可動イオンを捕獲し
    て、不活性化若しくは不動態化させる、SOI基板を製
    造することを特徴とする半導体基板製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0964455A1 (de) * 1998-05-15 1999-12-15 Siemens Aktiengesellschaft SOI-Halbleiteranordnung und Verfahren zur Herstellung derselben
US7064414B2 (en) 2004-11-12 2006-06-20 International Business Machines Corporation Heater for annealing trapped charge in a semiconductor device
JP2010062503A (ja) * 2008-09-08 2010-03-18 Sumco Corp Simoxウェーハの結晶欠陥の低減方法及びsimoxウェーハ
CN102222637A (zh) * 2011-06-23 2011-10-19 北京大学 一种绝缘体上锗衬底的制备方法
CN114497197A (zh) * 2022-04-15 2022-05-13 济南晶正电子科技有限公司 一种具有捕获结构的复合衬底及其制备方法及电子元器件

Cited By (6)

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