JPH1050629A

JPH1050629A - 半導体基板の製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH1050629A
Application number: JP16420896A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ikari; 敦碇; Takayuki Yano; 孝幸矢野; Seiji Takayama; 誠治高山; Satoshi Suzuki; 聰鈴木; Osamu Yoshida; 治吉田; Katsuhiko Kurumada; 克彦車田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】シリコン基板内部に酸素を導入して埋め込み
酸化膜を形成するＳＩＭＯＸ法のイオン注入工程におい
て、基板裏面に生じる傷の発生を抑制する基板の製造方
法およびその装置を提供する。【解決手段】基板裏面の傷の発生を抑制するために、
イオン注入中に基板・ホルダー間の電気的接触を効果的
に得、基板に流入する電荷によって発生する放電を抑制
するＳＩＭＯＸ基板の製造方法および装置で、機械的振
動や基板の位置ずれが起こっても基板裏面側や端面に可
動導体を用いて基板をホルダーに接地する装置、又は基
板とホルダー間の接触抵抗を低減し放電を抑制する装
置、又はイオン注入工程中の基板の湾曲に対して確実な
接地を行うためにホルダーの中央部をくぼませテーパー
形状とした装置により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン酸化膜な
どの絶縁膜上に単結晶珪素層を形成したＳＯＩ（Silico
n On Insulator）構造を有する半導体基板の製造方法及
びその製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化、低電
力化に伴い表面直下に絶縁膜を有するＳＯＩ（Silicon
On Insulator）基板が必要となってきた。ＳＯＩ基板を
作成する方法として、シリコン基板に酸素をイオン注入
した後に焼鈍し内部に埋め込み酸化膜を形成するＳＩＭ
ＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）が知られてい
る。このイオン注入工程では、シリコン基板を５００℃
から７００℃の温度に加熱し、真空中で２０〜２００mA
の酸素イオンを注入する。この際、シリコン基板を保持
するためのホルダーとしては、基板中への重金属汚染を
さけるためシリコンが用いられている。

【０００３】ホルダーへの基板の固定方法としては、基
板を上面からピンで固定したり、基板主面に垂直或いは
水平な遠心力でホルダーに基板を押しつける方法が用い
られている。さらにホルダーを酸素イオンビームに対し
てスキャンしたり、或いはさらに酸素イオンビームをス
キャンすることにより、基板全面に均一に酸素を注入す
ることを実現している。したがって、酸素イオンビーム
は基板に対して断続的に注入される。従来の技術ではこ
のイオン注入の工程においてホルダーと接触している基
板の裏面に傷が発生し、この傷が発塵や基板厚みの変動
をもたらすため、デバイスを作成する上で問題となって
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
傷の発生がイオン注入中の基板とホルダーとの間に発生
する断続的な放電によるものであることを突き止めた。
即ち、従来の技術ではこのシリコン基板とホルダー間と
の電気的接触が十分でなく、注入中に基板電位が上昇し
ホルダーとの間に放電がおこる。いったん放電がおこっ
た場所には酸化膜が異常発生し、導通が無くなり、放電
箇所が移動するようになる。従って、放電は断続的にお
こり、しかも場所を移動しながらホルダーの接触面全面
に広がろうとする傾向がある。

【０００５】従来の技術において、基板・ホルダー間に
このような不十分な電気的接触しか得られないのは、注
入中の温度が５００℃から７００℃と高いためイオン注
入中にシリコン基板或いはホルダーの表面に自然酸化膜
が発生しやすく、注入中に電気的導通がとぎれてしまう
ためである。また、注入中の機械的振動により、導通が
断続してしまう場合もあった。

【０００６】一般的なイオン注入においては、電気的導
通を得るために特開昭５９−１０１７５２号公報のよう
に導電ピンを基板表面或いは周辺に接触させることが行
われている。しかし、ＳＩＭＯＸでのイオン注入におい
ては、ビームによるスパッタリングにより汚染が発生す
るため、ビームに露出しているピンの材質が制限され、
目的の効果を得ることができない。また、この方法では
振動による基板裏面とホルダー間との乖離を完全に抑制
することが困難である。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するため、
ＳＩＭＯＸ製造法で５００℃から７００℃の温度でのイ
オン注入中に汚染無く電気的導通を効果的に得、傷の発
生のないＳＩＭＯＸ基板の製造法とその装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は基板に酸素をイオン注入する際に基板とホ
ルダーの接地を確実にとり、基板に流入する電荷によっ
て生じる放電を抑制する半導体基板の製造方法を要旨と
する。

【０００９】また、これを実現するための装置として、
シリコン基板を保持するホルダーが接地用可動導体を有
することを特徴とする半導体基板の製造装置を発明し
た。すなわち、機械的振動や基板の位置ずれがおこって
も確実に電気的接触が得られるよう、可動な導体で基板
の周囲及び裏面に接触を持つことを特徴とする装置であ
る。図１のように半導体基板４を基板支持部２にのせ、
基板を接地用導体１で接地する。この際、イオン注入時
の振動で接地用導体の接触が悪くなるのを防ぐため、接
地用導体は金属バネにより基板に密着させられる。

【００１０】接地用導体の接触場所は図２のように基板
端にすることも可能である。この場合、図２のように基
板４の下部にはホルダーを置かないようにすれば、裏面
からの放電を完全に防止することができる。図２におい
て、６はバネ５により可動する接触部、７は基板４の一
端を保持する固定接触部である。

【００１１】また、シリコン基板を保持するホルダーが
比抵抗０．１Ωcm以下のシリコンまたはゲルマニウムか
らなる半導体基板の製造装置を用いても、放電により発
生する基板裏面の傷の発生を抑制することができる。比
抵抗を０．１Ωcm以下とすることにより、基板とホルダ
ー間との接触抵抗を放電が起こらない程度まで減ずるこ
とができるためである。この効果は注入温度が６００℃
以下の場合にさらに顕著になる。シリコン結晶を用いた
場合は、基板に対する汚染を最小に抑えられる。比抵抗
を下げるためのシリコン結晶に導入される不純物として
は、一般的なＢ、Ｐ、Ｓｂで良い。その他にＧａ、Ａｌ
等も用いられるが、導入した後の結晶の金属不純物が少
なく、結晶の融点が注入温度よりも高い場合には使用す
ることが可能である。

【００１２】また、シリコンに代え０．１Ωcm以下のゲ
ルマニウムの低抵抗結晶を用いることにより、接触によ
る機械的な傷の発生を抑えることもできる。ゲルマニウ
ムはシリコンと異なり、フッ酸により容易にエッチング
することができるので、接触により基板に付着したゲル
マニウムやゲルマニウムのパーティクルはフッ酸により
容易に除去することができる。

【００１３】基板の比抵抗が高い場合（１Ωcm超）、接
地用導体により効果的に帯電が防止される領域は導体の
周囲４cm以内であるので、必要に応じて複数の接地用導
体を基板に接触させることが必要である。また、ホルダ
ーが導電体もしくは半導体で作られている場合、ホルダ
ーへの放電を防ぐために、ホルダー直近にも接地用導体
を設置することが必要である。

【００１４】半導体基板によっては注入中の温度上昇に
より、基板の形状が湾曲する場合がある。このような場
合には、シリコン基板を保持するホルダーの基板支持部
が中央部分をくぼませたテーパー形状であることを特徴
とする半導体基板の製造装置により基板裏面の傷を抑制
することができる。すなわち、ホルダーの断面形状を直
線及び／又は曲線で構成される断面を有するテーパー形
状にし、放電箇所を少なくするとともに、接地を確実に
することができる。

【００１５】例えば、このような場合、図３（ａ），
（ｂ）のような装置を用いれば、基板４が４ａのように
湾曲しても、ホルダー１３の基板支持部１１の形状をテ
ーパー形状にすることによって電気的接触を確実にし、
かつ接触部を必要最小限に抑えることができる。湾曲が
一様でない場合は、ホルダーの基板に接触する部分を粗
面とし、実効的な接触面積を減らすことにより、効果的
に放電を抑制することができる。

【００１６】また、基板の湾曲が一様でなく接触箇所が
不安定となる場合には、シリコン基板を保持するホルダ
ーの基板と接触が点接触であり、かつ接触点の密度が
０．１cm^-2以上１００cm^-2以下であることを特徴とする
半導体基板の製造装置により、効果的に基板裏面の傷を
減ずることができる。基板との接触を点接触とすること
により、実効的な放電電位を低減することができ、傷が
発生してもその傷の大きさ、深さを小さくすることがで
きる。点接触部はホルダーの基板との接触面に、突起部
を設けることにより実現できる。また、ホルダーの表面
を機械的研磨により適当に荒らすことによっても実現で
きる。点接触の密度が０．１cm^-2以上必要である理由
は、面接触の場合基板裏面の傷は約１０cm²に一個の割
合で発生するので、この範囲に少なくとも点接触箇所が
一箇所必要である。また、点接触箇所は１cm²に１００
箇所以上あってもその効果は変わらず、それ以上点接触
箇所を増やすことは効果がない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以上に述べられた手段を互いに組
み合わせることにより、さらに基板裏面の傷を抑制する
ことが可能である。例えば、図３の装置ではホルダー自
体が接地のための電気的接触部となっているので、ホル
ダー自身の比抵抗を０．１Ωcm以下とすることにより導
電性を高め、効果的に放電を抑制させることができる。
ホルダーの材質をシリコン結晶とした場合、また、シリ
コンの代わりにゲルマニウムを使うことにより、前項で
述べたように、密着による機械的な傷の発生を抑えるこ
とができる。

【００１８】半導体基板への酸素のイオン注入に特有な
現象として発生する傷は、基板からホルダーへの放電に
よって発生する。基板及びホルダー共にＳｉとした場合
は、放電により基板側にシミ状もしくは突起状のＳｉの
付着物が発生する。ホルダー側には溝ができ、その溝の
まわりにパーティクルが発生する。このような放電は、
基板表面の接触抵抗が高いために発生するので、接地の
ための導通部を強く密着させ、基板もしくはホルダーの
バルクの電気抵抗を十分に低くとらないと放電を防ぐこ
とはできない。また、いったん放電がおきた場所は絶縁
性となるので放電箇所は移動し、放電により発生した傷
は注入時間と共に大きくなる。ＳＩＭＯＸ作成のための
酸素イオン注入は数時間に及ぶことがあり、この基板絶
縁化による放電箇所の移動と共に、基板とホルダーとの
物理的な移動がおき、さらに傷が大きくなる。また基板
をスキャンする際の振動による接触の断続は、放電箇所
の増大を招く。

【００１９】このような放電を抑えるため、図１、図２
の装置では基板と接地のための導通部を機械的に密着さ
せ電気的接触を確実にしている。また、その接触部位を
基板の特定の一部とすることにより、傷の発生を抑制
し、傷の増大を防いでいる。図３に記載された装置で
は、ホルダーの形状を工夫することにより接触部がつい
たり離れたりするのを防ぎ、放電部位が広がるのを防い
でいる。また接触部の形状を針状とすることにより、実
効的な放電電位を下げ、放電により発生した傷一個一個
の大きさを小さくしている。

【００２０】ホルダー或いは電気的導通部の抵抗を０．
１Ωcm以下としたときに放電が減少する理由は次のよう
に考えられる。酸素のイオン注入ではＳｉ基板或いはホ
ルダーの表面に自然酸化膜が発生しやすい。この膜は絶
縁性であり、電気的な接触抵抗を高める。この表面での
接触抵抗の影響は半導体の抵抗を下げ、いわゆる電気的
に縮退した状態にすることによって実効的に緩和するこ
とができる。ＳＩＭＯＸのイオン注入時の温度は通常５
５０℃から６５０℃程度の温度が用いられるが、この温
度では基板全体、特に接触部の抵抗を十分低くすること
が難しいため、材質そのものの抵抗を下げる必要があ
る。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）図１に示すホルダーＡ、図２に示すホルダ
ーＢ、及び図４に示す従来のホルダーＣを作製した。ホ
ルダーＡではバネ１に０．０３mm厚のステンレス箔を用
い、基板との接触部には０．１mm厚の比抵抗１０Ωcmの
シリコン基板を用いた。バネは基板支持部２の内側に２
cm間隔で複数個を並べた。基板支持部２の材質は１０Ω
cmのシリコン結晶である。ホルダーＢでは可動接触部
６、固定接触部７の両者に１０Ωcmのシリコン結晶を用
いた。可動接触部６を固定するバネ５は０．５mm厚のシ
リコン箔を加工して用いた。ホルダーＣはシリコンの単
結晶で作られ、ホルダー１３の接触面は鏡面、比抵抗は
１０Ωcmである。

【００２２】これらのホルダーを用い、６インチ２０Ω
cmｐ型Ｓｉ結晶に酸素イオンを４×１０¹⁷／cm²注入し
ＳＩＭＯＸ基板を作成した。注入電流は６５mAであり、
注入温度は６５０℃である。ホルダーＡではバネが接触
した周囲には傷の発生が全くなかったが、基板支持部に
約３個／cm²の傷が発生した。ホルダーＢでは基板裏面
には全く傷の発生が認められなかった。但し基板端面に
線状の傷の発生が認められた。ホルダーＣでは約１０個
／cm²の傷の発生が基板裏面全面に認められた。

【００２３】（実施例２）ホルダーの形状を一定とし
て、比抵抗及び点接触の効果を調べた。ホルダーの形状
は、基板全体を保持する図４のものである。基板との接
触面及びホルダー全体の結晶の比抵抗を、Ｄ．接触面は
鏡面、比抵抗１０Ωcm、Ｅ．接触面は点接触面、比抵抗
１０Ωcm、Ｆ．接触面は点接触面、比抵抗０．０１Ωcm
と変えた。点接触面はホルダー表面を機械的に研磨する
ことにより実現した。突起の高さは約２００μｍであり
その密度は約１０個／cm²である。このホルダーを用
い、６インチ２０Ωcmｐ型Ｓｉ結晶に酸素イオンを４×
１０¹⁷／cm²注入しＳＩＭＯＸ基板を作成した。注入電
流は６５mAであり、注入温度は５５０℃である。イオン
注入後の傷の発生個数を裏面全体にわたって数えた。そ
の結果を図５に示す。接触面を粗面にしたり、ホルダー
の抵抗を下げることにより傷の発生を抑えることがで
き、両者を同時に用いることにより２桁以上傷の発生個
数を抑えることができた。

【００２４】（実施例３）図４のホルダーＧと図３
（ａ）のホルダーＨと図３（ｂ）のホルダーＩを１０Ω
cmのシリコン結晶で作製した。また、ホルダーＩのシリ
コン結晶の比抵抗を０．０１ΩcmとしたホルダーＪを作
製した。接触面は全て鏡面である。このホルダーを用い
て８インチ２０Ωcmのｐ型Ｓｉ結晶に酸素イオンを４×
１０¹⁷／cm²注入しＳＩＭＯＸ基板を作成した。注入電
流は７０mAであり、注入温度は５５０℃である。注入後
基板裏面の傷を数えた。その結果ホルダーＧを用いた場
合は裏面全体で約９０００個の傷の発生がみられたが、
ホルダーＨでは約５０個、ホルダーＩでは約１００個と
減少しており、傷の発生箇所も円周上の接触部のみに限
定された。またホルダーＪでは、ホルダーＨ、Ｉと同様
に円周上の接触部に傷が見られたが、その個数は１７個
に減少していた。

【００２５】

【発明の効果】以上に示したように本発明を用いれば、
イオン注入時の基板とホルダー間で発生する放電による
傷の発生を抑制したＳＩＭＯＸ基板を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項２に関わるホルダーの原理を説
明するための図である。

【図２】本発明の請求項３に関わるホルダーの原理を説
明するための図である。

【図３】本発明の請求項４に関わるホルダーの原理を説
明するための図で、（ａ）は基板支持部が直線で構成し
た断面のテーパー形状、（ｂ）は基板支持部が曲線で構
成した断面のテーパー形状の例である。

【図４】実施例２において用いられたホルダーの形状を
説明する図である。

【図５】実施例２における実験結果を示す図である。

【符号の説明】

１可動接地用導体及びばね２基板支持部３ベース４半導体基板４ａ湾曲した半導体基板５バネ６可動接触部７固定接触部１１基板支持部１３ホルダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木聰千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者吉田治千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者車田克彦神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ基板に酸素をイオン注入した後熱処
理をする埋め込み酸化膜を有する単結晶シリコン半導体
基板の製造方法において、基板に酸素をイオン注入する
際に、基板とホルダーの接地をとり、基板に流入する電
荷によって生じる放電を抑制することを特徴とする半導
体基板の製造方法。
【請求項２】シリコン基板に酸素をイオン注入する半
導体基板の製造装置において、シリコン基板を保持する
ホルダーが接地用可動導体を有することを特徴とする半
導体基板の製造装置。
【請求項３】シリコン基板に酸素をイオン注入する半
導体基板の製造装置において、シリコン基板を保持する
ホルダーが比抵抗０．１Ωcm以下のシリコンまたはゲル
マニウムからなることを特徴とする半導体基板の製造装
置。
【請求項４】シリコン基板に酸素イオンを注入する半
導体基板の製造装置において、シリコン基板を保持する
ホルダーの基板支持部が中央部分をくぼませたテーパー
形状であることを特徴とする半導体基板の製造装置。
【請求項５】シリコン基板に酸素イオンを注入する半
導体基板の製造装置において、シリコン基板を保持する
ホルダーの基板との接触が点接触であり、かつ接触点の
密度が０．１cm^-2以上１００cm^-2以下であることを特徴
とする半導体基板の製造装置。
【請求項６】請求項２〜５のいずれかに記載の装置を
２つ以上組み合わせた半導体基板の製造装置。