KR920002463B1 - Method of making an article comprising a buried sio2 layer and article produced thereby - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 본 발명에 따른 SOI 헤테로 구조체를 개략적으로 도시하는 도면.1 schematically illustrates an SOI heterostructure in accordance with the present invention.
제2도는 본 발명의 방법에 대한 전형적인 2실시예의 주처리단계를 개략적으로 도시하는흐름도.2 is a flow diagram schematically illustrating the main processing steps of a typical two embodiment of the method of the present invention.
제3도는 본 발명에 따른 SOI 웨이퍼상에 형성된 전형적인 반도체장치를 개략적으로 도시하는 도면.3 schematically illustrates a typical semiconductor device formed on an SOI wafer in accordance with the present invention.
제4도 및 제5도는 전형적인 SOI 헤테로 구조체의 리더퍼드 후방산란 분광학(RBS) 스펙트럼 도시도.4 and 5 are leaderford backscatter spectroscopy (RBS) spectral diagrams of a typical SOI heterostructure.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : SOI 헤테로 구조체 11 : SiO2층10: SOI heterostructure 11: SiO 2 layer
12 : Si 상부층 31 : 산화물 영역12: Si upper layer 31: oxide region
본 발명은 반도체 장치 제조방법에 관한 것이다. 특히, 실리콘-온-절연체(SOI)기술 및 SOI장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method. In particular, it relates to silicon-on-insulator (SOI) technology and SOI devices.
SOI장치는 종래의 실리콘장치에 대해서 장점(즉, 접합용량의 감소, 이방사성의 증가)을 갖는다는 것이 공지되어 있다. SOI 헤테로 구조체, 특히 제1도에 개략적으로 도시된 형의 Si/SiO2/Si 헤테로구조체를 생성시키는 여러기술이 공지되어 있다. 그러한 헤테로 구조체를 생성시키기 위한공지된 기술 가운데는 산소 주입 기술이 있고, 상기 응용은 그러한 헤테로 구조체를 형성시키기 위한 상기 특별한 기술(종종 "주입된 산소에 의한 분리"[SIMOX]로 언급된다)에 관한 것이다. SIMOX 기술을 재조사하기 위해 예로, 피. 엘. 에프. 헤멘트, 머티리얼즈 리서치 소사이어티 심포지나, 회보 53권 207 내지 221페이지(1986년)를 보자.It is known that SOI devices have advantages over conventional silicon devices (ie, reduced junction capacity, increased anisotropy). Several techniques are known for producing SOI heterostructures, in particular Si / SiO 2 / Si heterostructures of the type schematically shown in FIG. Among the known techniques for producing such heterostructures are oxygen injection techniques, the application of which relates to the particular technique for forming such heterostructures (often referred to as "separation by injected oxygen" [SIMOX]). will be. For example, to review the SIMOX technology. L. F. See Hement, Materials Research Society Symposium, and Bulletin 53, pages 207-221 (1986).
본 기술에서 일반적으로 실시된 바와 같이, SIMOX 기술은 충분히 높은 산소량을 실리콘 본체(전형적으로 Si웨이퍼)내로 주입시키는 것을 포함하여, 산소가 풍부한 화확양론의 영역은 그 본체내에 형성된다. 지금까지의 발명은 실리콘 본체내로의 산소분포가 실리콘 원자당 적어도 두 개의 산소원자의 최대 농축에 이르는 것을 의미한다. 전형적인 주입량은 2×1018산소원자/㎠이다. (에너지 종속)임계 주입량 ØC은 주어진 주입에너지에 대해 화학양론의 주입결과인 최소 주입량이다. 예로, ØC은 200KeV에서 약 1.4×1018㎝-2이다.As generally practiced in the present technology, SIMOX technology involves injecting a sufficiently high amount of oxygen into a silicon body (typically a Si wafer), so that regions of oxygen-rich stoichiometry are formed within the body. The invention thus far means that the oxygen distribution into the silicon body reaches a maximum concentration of at least two oxygen atoms per silicon atom. Typical dosage is 2 × 10 18 oxygen atoms /
종래 기술의 화학양론의 주입은 비교적 얇은 SiO2의 비교적 두꺼운(전형적으로 약 0.3㎛ 또는 그 이상)층의 구조로 되고, 비교적 얇은(전형적으로 약 0.1㎛) 실리콘 상부층으로 된다. 여러 가지 이유로, 보다 적은 주입량 이용 및 보다 얇은 매입 산화물층을 갖는 SOI 웨이퍼를 생산시킬 수 있는 것이 바람직하다. 보다 적은 주입량은 보통 Si 본체내에서 손상이 덜 발생하고, 증가된 처리량을 가능하게 만들기 때문에 바람직하다. 보다 얇은 산화물층은 종래 기술의(보다 두꺼운) 매입 산화물층을 사용하는 장치와 비교해볼 때, 보다 적은 백바이어스 절연전압을 필요로 하는 장치가 가능케 된다.The stoichiometric implantation of the prior art results in a structure of a relatively thick (typically about 0.3 μm or more) layer of relatively thin SiO 2 and a relatively thin (typically about 0.1 μm) silicon top layer. For a variety of reasons, it is desirable to be able to produce SOI wafers with lower implant dosages and thinner buried oxide layers. Lower dosages are usually preferred because less damage occurs in the Si body and allows for increased throughput. Thinner oxide layers enable devices that require less back bias insulation voltage as compared to devices using prior art (thicker) buried oxide layers.
부화확양론(subskoichiometric)의 주입영역, 즉, 최대 산소농축이 어디서든지 실리콘 원자당 2개의 산소 원자보다 적은 주입영역이 형성되도록 Øc 이하의 주입량을 단순히 감소시킴으로서 상기 소정의 결과를 얻기 위해 시도되어져 왔다. 예로, J.Stoemenos등의 응용물리학48(21)권, 1470 내지 1472(1986년) 페이지를 보자. 상기 저자는(단지 경미하게) 임계 이하의 산소량(1.3×1018cm-2,200KeV)의 주입이 산소가 풍부한 층의 구조로 되어 그곳에 분산된 Si 돌기로 된다는 것과, 2시간 동안 1150℃로 그와 같은 샘플의 풀림이 분산된 Si의 거치름 및 Si/SiO2인터페이스 근처의 Si 상부층에 있는 SiO2침전물의 구조로 된다는 것을 보고하고 있다. 대체로 그러한 웨이퍼는 장치 제조용으로 받아들일 수 없다. Stoemenos 등은 또한 그러한 웨이퍼를 6시간동안 1300℃로의 풀림하는 것이 SiO2침전물과 상관없이 Si 상부층을 생성할 수 있으나 분산된 Si돌기의 상당한 크기로 이루어지는 매입된 SiO2층을 생성한다는 것을 보고하고 있다. 그러한 돌기는 MOS장치가 그러한 SOI 웨이퍼에 형성되었다면 중복 유동 게이트로서 역할할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 따라서, 그러한 종래 기술의 SIMOX 웨이퍼에 전형적으로 장치제조용으로 받아들일 수 없다.Subskoichiometric injection regions, i.e., have been attempted to achieve the desired result by simply reducing the injection amount below Øc such that the maximum oxygen concentration is formed wherever less than two oxygen atoms per silicon atom are formed. . For example, see J. Stoemenos et al., Applied Physics 48 (21), pages 1470-1472 (1986). The authors note that (only slightly) injection of sub-critical oxygen (1.3 × 10 18 cm -2 , 200 KeV) results in a Si-rich layer of oxygen-rich layers that are dispersed therein at 1150 ° C. It is reported that the annealing of the sample, such as, results in a structure of SiO 2 precipitate in the Si top layer near the Si / SiO 2 interface and the dispersion of the dispersed Si. In general, such wafers are unacceptable for device manufacturing. Stoemenos et al. Also report that annealing such wafers to 1300 ° C. for 6 hours produces a buried SiO 2 layer consisting of a significant size of the dispersed Si protrusions, although it can produce a Si top layer regardless of the SiO 2 precipitate. . It is known that such protrusions can serve as redundant flow gates if MOS devices are formed on such SOI wafers. Thus, such prior art SIMOX wafers are typically unacceptable for device manufacturing.
대체로, 두 개의 상이한 상태가 인지될 수 있다. 실리콘 기판이 비교적 낮은 공칭 온도(통상 약 350℃ 이하)로 존재하면, 임계 이하의 이온주입 동안, 적당한 열처리는 실리콘 상부층의 재결정화와 비교적 동질의 얇은 SiO2층의 구조로 될 수 있다. 그러나, 이러한 조건하에서, Si/SiO2인터페이스에 인접하게 있는 상부층 영역은 일반적으로 우겁게 쌍으로 만들게 되고, 자주 장치제조에 적합치 않은 이질 구조를 이룬다. 반면에, 임계 이하의 주입동안 기판이 비교적 높은 공칭온도(즉, 전형적으로 약 350℃ 이상)이면, 다음의 열처리는 일반적으로 분산된 Si 영역을 포함하는 비동질의 매입 SiO2층의 구조로 되고, 실리콘 상부층은 전형적으로 또한 분산된 제2페이즈(phase)(SiO2)영역을 구비한다. 상기 경우에서, 상기 방법은 또한 전형적으로 장치제조에 유용한 헤테로 구조체로 되지 않는다.In general, two different states can be perceived. If the silicon substrate is present at a relatively low nominal temperature (typically about 350 ° C. or less), during sub-critical ion implantation, a suitable heat treatment can result in a structure of a thin SiO 2 layer that is relatively homogeneous with recrystallization of the silicon top layer. However, under these conditions, the top layer regions adjacent to the Si / SiO 2 interface are generally paired heavily and often form heterogeneous structures that are not suitable for device fabrication. On the other hand, if the substrate is at a relatively high nominal temperature (ie, typically at or above about 350 ° C.) during subcritical implantation, the following heat treatment generally results in a structure of an inhomogeneous buried SiO 2 layer comprising dispersed Si regions, The silicon top layer typically also has a dispersed second phase (SiO 2 ) region. In this case, the method also typically does not become a heterostructure useful for device manufacture.
비교적 얇은 매입 SiO2층을 갖는 SIMOX 헤테로 구조체와 적은 양의 주입과 연관된 포텐셜 장점의 관점에서, 신뢰할 수 있게 사용될 수 있는 부화학양론(임계 이하의) 주입기술은 매입 SiO2층이 Si돌기와 무관하고 Si 상부층이 비교적 낮은 결점 밀도를 갖고 장치의 특성을 이루는 Si/SiO2/Si 헤테로 구조체를 생성하며, 고려해야 할 의미가 있다. 상기 응용은 그와 같은 기술을 밝히고 있다.In view of the advantages of SIMOX heterostructures having relatively thin buried SiO 2 layers and the potential advantages associated with small amounts of implantation, the stoichiometric (subcritical) implantation technique that can be used reliably is independent of the buried SiO 2 layer being associated with Si protrusions. The Si top layer produces a Si / SiO 2 / Si heterostructure with relatively low defect density and characterizes the device, which makes sense. The application reveals such a technique.
본 발명자는 종래 기술의 입계 이하의 주입방법에 대해 위에서 언급한 단점을 제외시킬 수 있는 주입방법을 알게되었다. 본 발명의 방법은 임계 이하의 주입을 포함하며, 또한 적어도 하나의 랜덤화 주입과 그 이후의 적절한 열처리를 포함하고, 거의 동질의 비교적 얇은 매입 SiO2층 및 장치-그레이드(전형적으로, Xmin<5%)Si의 상부층을 갖는 Si/SiO2/Si 헤테로 구조체를 생성할 수 있다.The present inventors have found an injection method that can eliminate the above-mentioned disadvantages for the injection method below the grain boundaries of the prior art. The method of the present invention comprises sub-critical implantation, and also includes at least one randomized implant followed by appropriate heat treatment, and is a substantially homogeneous relatively thin buried SiO 2 layer and device-grade (typically Xmin <5 A Si / SiO 2 / Si heterostructure with a top layer of Si) may be produced.
폭넓은 견지에서, 본 발명의 방법은 어떤 적당한 기술에 의해, 어떤 적당한 산소 주입기술로 형성된 Si/SiO2/Si 헤테로 구조체로 매입 SiO2층에 인접해 있는 적어도 실리콘 상부층의 영역의 랜덤화를 포함하며, 그 뒤 적당한 열처리가 뒤따른다. 본 발명의 방법에 대한 상세한 기술은 이하 기술되는 바와 같이, 무엇보다도 산소 주입동안 기판온도에 따라 결정된다.In broad terms, the method of the present invention involves the randomization of at least the region of the silicon top layer adjacent to the buried SiO 2 layer with a Si / SiO 2 / Si heterostructure formed by any suitable technique, by any suitable oxygen implantation technique. Followed by a suitable heat treatment. The detailed description of the method of the present invention is determined first of all according to the substrate temperature during oxygen injection, as described below.
전형적인 양호한 실시예에서, 본 발명의 방법은 설정된 결정방위와 주표면을 갖는 단결정 Si 본체를 제공하는 단계와, 산소가 풍부한 층이 Si 본체내에 형성되어, 그상에 비교적 낮은 산소량의 실리콘 상부층을 갖도록 주표면을 통해 Si 본체내에 주입하는 단계를 포함한다. 게다가, 본 실시예는 거의 화학양론의 매입된 SiO2층이 산소가 풍부한 층으로부터 형성되도록 산소주입 Si본체를 선정된 결정방위를 갖는 적어도 어느 정도의 Si 상부층 물질로 열처리하는 단계를 포함한다.In a typical preferred embodiment, the method of the present invention provides a step of providing a single crystal Si body having a set crystal orientation and a major surface, wherein an oxygen rich layer is formed in the Si body to have a relatively low oxygen content silicon top layer thereon. Implanting into the Si body through the surface. In addition, this embodiment includes the step of heat treating the oxygen implanted Si body with at least some degree of Si top layer material having a predetermined crystal orientation such that a nearly stoichiometric embedded SiO 2 layer is formed from an oxygen rich layer.
본 실시예는 또한 주표면을 통하여 Si 이온을 주입하는 단계를 포함하며, 상기 주입량은 SiO2층/상부층 인터페이스 근처의 상부층 물질의 실제적 랜덤화를 야기시키는데 효과적이며, 실제로 매입 SiO2층/상부층 인터페이스 근처의 비교적 낮은 결점 밀도가 있는 설정된 결정방위의 장치 그레이드 상부층 물질과 같은 주입된 Si 본체 열처리를 포함한다.This embodiment also includes implanting Si ions through the major surface, wherein the implant amount is effective to cause actual randomization of the top layer material near the SiO 2 layer / top layer interface, and in fact the embedded SiO 2 layer / top layer interface. Implanted Si body heat treatment, such as device grade top layer material of established crystal orientation with a relatively low defect density in the vicinity.
제1도는 본 명세서에 관련하는 형의 SOI 헤테로 구조체(10)를 개략적으로 도시한다. SiO2층(11)은 단결정 Si 본체내에 매입된다. 바람직하게, Si 상부층(12)은 장치의 질이며, Si 본체의 거의 원래 격자방위를 유지한다.1 schematically shows a
제2도는 본 발명 공정의 두가지 대안의 전형적인 실시예에 대해 결합된 흐름도이며, 여기서 좌측 및 우측가지(branch)는 각각 비교적 낮고 높은 공칭온도 임계 이하의 산소 주입을 적용한다.2 is a combined flow diagram for two alternative exemplary embodiments of the process of the present invention, wherein the left and right branches each apply a relatively low and high nominal temperature injection below the threshold.
본 기술에 숙련자가 알 수 있는 바와 같이, 임계 이하의 주입전에 기판(통상(100)표면)의 주표면은 세척되고 그렇지 않으면 준비된다. 그러한 기술은 공지되어서 여기에서 논의되지 않는다. 주입은 적당한 진공에서 수행됨을 알 수 있다.As will be appreciated by those skilled in the art, the major surface of the substrate (usually 100 surface) is cleaned and otherwise prepared prior to subcritical implantation. Such techniques are known and not discussed here. It can be seen that the injection is carried out in a suitable vacuum.
예시적으로, 임계 이하의 주입량은 유리하게 약 3×1017에서 약 7×1017산소이온/㎠ 범위내임을 알았다. 그러나, 상기 범위는 고려된 한계가 없는데, 보다 높은 임계 이하의 주입량이 유리하게 때때로 사용될 수 있기 때문이며, 그에 반해 보다 낮은 주입량은 유용한 매입 SiO2층을 초래할 수 있기 때문이다.By way of example, it has been found that sub-critical doses are advantageously in the range of about 3 × 10 17 to about 7 × 10 17 oxygen ions /
양호한 실시예(제2도의 좌측 가지와 일치)에서, 임계 이하 산소 주입동안 공칭기판 온도는 비교적 낮으며, 통상 350℃ 미만이다. "공정(nominal)" 기판온도를 우리는 여기서 어떠한 빔 가열 효과없이 기판에서의 온도를 의미한다. 예로, 전형적으로 Si 웨이퍼를 주어진 온도로 유지된 스테인레스 스틸블럭에 클램프한다. 블록의 온도는 공칭기판 온도로 고려된다.In a preferred embodiment (consistent with the left branch of FIG. 2), the nominal substrate temperature during the subcritical oxygen injection is relatively low, usually below 350 ° C. “Nominal” substrate temperature Here we mean the temperature at the substrate without any beam heating effect. For example, a Si wafer is typically clamped to a stainless steel block maintained at a given temperature. The temperature of the block is considered the nominal substrate temperature.
제2도의 좌측 가지에 도시된 바와 같이, (저온) 임계 이하의 산소주입은 적당한 열처리에 의해 수반되어 실제로 화학양론의 SiO2은 산소가 풍부한 주입층으로부터 형성된다. 그런 열처리는 유리하게 통상 무정형 Si을 재결정시키는 저온 풀림(예시적으로 양호하게 700℃를 초과하지 않고, 500℃와 800℃ 사이의 온도로 30분 및 3시간 사이)을 포함한다. 열처리 역시 고온 풀림에서 있게 되는데, 전형적으로 1200℃ 이상의 온도에서, 약간 오랜 기간동안, 일반적으로 3시간 이상이다. 본 기술에 숙련된 자에 의해 예견되듯이, 일반적으로 풀림시간은 역으로 풀림온도에 관계된다. 통상소수의 실험으로도 적당한 시간/온도 배합을 결정하기에 충분하다. 비록 상술된 바와 같이 2단계 열처리를 취했지만, 다른 풀림 프로그램(즉, 고온 담금질에서의 온도의 느린 랩핑 또는 간단한 고온 풀림)도 역시 유용할 것이다.As shown in the left branch of FIG. 2, oxygen injection below the (low temperature) threshold is accompanied by a suitable heat treatment so that the stoichiometric SiO 2 is actually formed from an oxygen rich injection layer. Such heat treatment advantageously usually includes low temperature annealing (typically preferably not exceeding 700 ° C., but between 30 minutes and 3 hours at temperatures between 500 ° C. and 800 ° C.) to recrystallize amorphous Si. The heat treatment also occurs at high temperature annealing, typically at temperatures above 1200 ° C., for a longer period of time, typically more than 3 hours. As predicted by those skilled in the art, the annealing time is inversely related to the annealing temperature. A small number of experiments are usually sufficient to determine the appropriate time / temperature combination. Although a two step heat treatment has been taken as described above, other annealing programs (ie, slow lapping of the temperature in hot quenching or simple hot annealing) may also be useful.
본 기술에서 분명한 것들은, 열처리는 비산화 조건들에서 행해져야 한다는 것이다. 즉, 진공중, 또는 불활성 기체 상태에서이다. 종래기술은 고온 풀림동안 Si 상부층을 보호하기 위한 수단으로서 비교적 두꺼운 산화물 캡 층(즉, 50nm)을 공지한다. 우리는 고온 풀림 동안 Si 상부층을 보호하기 위한 유효한 기술들을 생각해 왔다. 우리에 의해서 현재 선택되어진 그 기술이란 열처리 동안 얇은 SiO2층(즉 20nm)을 보호하는 느린 성장의 결과에 유효한 산소농도로써, 소구성물(즉, 1%)의 산소와 주구성물(즉, 99%)의 불활성 기체상태에서 일어나는 대기상태에서 풀림은 일어난다. 이러한 얇은 보호층의 존재는 풀림이 명목상 비산화 조건들(진공 또는 불활성 기체상태)에서 일어날 때 자주 발생하는 Si 상부층의 구멍을 뚫는 것과 풀림이 잘 산화가 되는 조건들하에서 수행된다면 발생하는 두꺼운 산화물층의 증가를 방해한다.What is clear in the art is that the heat treatment must be done in non-oxidizing conditions. That is, in vacuum or in an inert gas state. The prior art knows a relatively thick oxide cap layer (ie 50 nm) as a means to protect the Si top layer during high temperature annealing. We have been thinking of valid techniques for protecting the Si top layer during hot annealing. The technology currently selected by us is the oxygen concentration effective for the slow growth that protects the thin SiO 2 layer (ie 20 nm) during the heat treatment, which is the oxygen content of the small constituents (
제2도의 좌측 가지에 도시된 바와 같이 고온 풀림후에 실리콘 본체는 랜덤화 이온 주입되기 쉽다. 약 100℃ 이하의 공칭기판 온도로 랜덤화 주입하는 것이 쉽다는 것은 알았다. 일반적으로 기판은 명목상 실온이며, 우리는 또 기판이 거의 액체 질소 온도(77'K)로 냉각될 때, 좋은 결과를 얻는다. 비록 우리가 랜덤화 주입 동안에 비교적 낮은 기판 온도가 주입 생성된 격자의 결점을 보완해 주는 것을 방해한다고 생각할지라도, 그것은 어떠한 조건들하에서는 100℃ 이상의 공칭기판 온도가 적당하고도 할 수 있다.As shown in the left branch of FIG. 2, the silicon body is susceptible to randomized ion implantation after high temperature annealing. It has been found that random injection at a nominal substrate temperature of about 100 ° C. or less is easy. In general, the substrate is nominally room temperature, and we also get good results when the substrate is cooled to near liquid nitrogen temperature (77'K). Although we believe that a relatively low substrate temperature during randomization implants prevents the implant-produced lattice from compensating for it, it may be acceptable for a nominal substrate temperature above 100 ° C under certain conditions.
예를 들어, 통상 3×1014Si/㎠의 용량으로 랜덤화 주입동안 실리콘 이온을 주입한다. 현재 Si의 아주 유용한 양은 2×1014에서 1×1015/㎠의 범위로 알고 있다. 각각 임계 이하 주입에 대해 400KeV의 주입 에너지 랜덤화 주입에 대해 200KeV의 주입에너지를 썼다. 그러나 광범위한 에너지의 범위 즉 100IKeV에서 약 2MeV의 에너지도 유용할 것으로 기대된다. 더구나, 랜덤화 주입시 반드시 Si 주입일 필요는 없다. 예로, Ar 또는 다른 희가스 주입은 어떤 조건들 아래서 쓰여질 수 있다.For example, silicon ions are implanted during randomization implantation, typically at a capacity of 3 × 10 14 Si /
랜덤화 주입 기능은 매입 SiO2층의 경계면에 인접한 실리콘 상부층의 여역은 무형화시키는 것이다. 그러나, 일반적으로 매입된 SiO2층의 경계면에 인접한 실리콘 하부층영역은 역시 무형화될 것이다. 일반적으로 실리콘 몸체의 주표면에 인접한 Si 상부층 부분은 실리콘 상부층의 일정한 방향으로 향한 단결정의 재성장을 위해 시드(seed) 영역을 제공하기 위해 결정체로 남는다.The randomization implant function is to neutralize the area of the silicon top layer adjacent to the interface of the buried SiO 2 layer. In general, however, the silicon sublayer region adjacent to the interface of the buried SiO 2 layer will also be immobilized. In general, the portion of the Si top layer adjacent to the major surface of the silicon body remains crystal to provide a seed region for regrowth of the single crystal towards a certain direction of the silicon top layer.
양호한 실시예에서(제2도의 좌측 가지) 요구된 랜덤화 주입은 적당한 열처리에 의해 수행된다. 예로, 열처리는 비교적 저온(60℃까지, 1시간 이하)에서의 풀림이 일어난다. 더 보편적으로, 500℃ 내지 800℃ 범위에서의 풀림(양호하게 700℃를 초과하지 않음)이 유효하다고 생각하나, 어떤 조건들하에서는 상기 범위외의 온도에서의 풀림이 장치-질 Si 상부층 물질의 재성장을 초래할 수 있다. 상기 풀림 처리후에 헤테로 구조체는 장치 공정에 정했을 때 열처리에 대해서 안정한 상태다.In the preferred embodiment (left branch of FIG. 2) the required randomized implantation is carried out by a suitable heat treatment. For example, annealing occurs at a relatively low temperature (up to 60 ° C., 1 hour or less). More generally, annealing in the range 500 ° C. to 800 ° C. (preferably not over 700 ° C.) is considered to be effective, but under certain conditions annealing at temperatures outside the above range may lead to regrowth of the device-quality Si top layer material. Can cause. After the annealing treatment, the heterostructure is stable to heat treatment when determined in the device process.
그러나 현재 잘 쓰여지지 않으나, 본 발명의 방법의 실시예(제2도의 우측 가지)는 발명 방법의 실시예(제2도의 우측 가지)는 비교적 높은 정상온도(일반적으로 적어도 약 350℃)에서 산소주입을 하며, 위의 기술된 형태의 제1랜덤화 주입에 의해서 수행된다. 제1랜덤화 주입의 완료에 이어서, 주입된 Si 본체는 근본적으로 현재 양호한 실시예의 문맥에서 언급되어진 바와 같이 열처리된다. 상기 열처리는 선택적인 제2랜덤화 주입에 의해서 양호하게 수행된다. 일반적으로 제2랜덤화 주입의 조건들을 제1랜덤화 조건들과 유사하다. 선택적인 제2랜덤화 주입은 일반적으로 현재 양호한 실시예의 문맥에서 언급된 바와 같은 형태의 저온에서의 풀림에 의해 수행될 것이다.However, although currently not well used, embodiments of the method of the present invention (the right branch of FIG. 2) show that the embodiments of the method of the invention (the right branch of FIG. 2) are oxygen injected at a relatively high normal temperature (generally at least about 350 ° C.). It is carried out by the first randomized injection of the type described above. Following completion of the first randomized implant, the implanted Si body is essentially heat treated as mentioned in the context of the presently preferred embodiment. The heat treatment is preferably performed by an optional second randomized implant. In general, the conditions of the second randomization injection are similar to the first randomization conditions. An optional second randomized implant will generally be performed by annealing at low temperatures of the type as mentioned in the context of the presently preferred embodiment.
적당한 열처리가 끝난 후, 일반적인 발명에 따르면 SOI 웨이퍼는 기존의 알려진 방법들에 의해서 장치제조에 대한 준비중이다. 예를들어, 그러한 몇가지 방법들의 복습은 D. H 엘리어트의 직접회로 제조기술, McGraw-Hill(1982년)에서 볼 수 있다.After the proper heat treatment is completed, according to the general invention, the SOI wafer is being prepared for device fabrication by known methods. For example, a review of several such methods can be found in D. H. Elliott's Integrated Circuit Manufacturing Technology, McGraw-Hill (1982).
본 발명에 따르는 하나의 예시적인 전자장치(엔헨스먼트형 n-채널 MOS 트랜지스터)는 제3도에 도시되며 여기서 층(11)은 매입 SiO2층이며 (12)은 Si 상부층의 부분을 말한다. 상부층 부분은 n+인 두 개의 부-부분과 더불어 P형으로 도프된다. 산화물 영역(31)은 모든 종래의 방법으로, 다른 장치들과 12를 격리시키고, 접촉 윈도우를 한정시키며, 게이트 절연을 제공하도록 돕는다. 참조번호(32)는 소스, 게이트 및 드레인 금속 접점을 말한다.One exemplary electronic device (enhanced n-channel MOS transistor) according to the present invention is shown in FIG. 3, where
[예 1][Example 1]
A(100) 방위된 단결정 Si 웨이퍼는 종래의 절차에 의해서 세척되며, 이온 주입기의 타겟 체임버(target chamber)에 있는 스테인레스 스틸 블록에 클램프된다. 스테인레스 스틸블럭이 명목상 100℃, 3×107산소/㎠에서 170KeV에 의해 주입된다면, 근사적으로 Gaussian 자료(약 최대 370nm의 깊이, 약 180nm의 반최대의 전체폭)을 가진 산소가 풍부한 충형성을 초래할 것이다. 그 웨이퍼는 관 용광로에 옮겨지며, 2시간 동안 600℃, 30분 동안 1390℃의 아르곤 +1% 산소가 유지된다. 상기 풀림은 두 인터페이스에 쌍정된 Si의 산소가 풍부한 주입층으로부터 약 60nm의 두꺼운 산화물층의 형성을초래할 것이다. 그렇게 생성된 웨이퍼의 RBS 스펙트럼은 표준수단[2MeV He+, (100)과 5°오프(100)]에 의해 얻어지며, 제4도에 도시된다. 공지된 바와 같이, 스펙트럼으로부터 유도된 공지된 약 Xmin을 포함한 그러한 스펙트럼은 얇은 결정층들의 질에 대한 표준적인 지침이 된다. 곡선(40 및 41)은 각각 랜덤 및 채널된 수율이며 매입 산화물층의 실제적인 화학양론이며, Si 상부층의 인접 부분은 단결정 물질이며 Si/SiO2인터페이스 영역은 결점이 많다.The A (100) oriented single crystal Si wafer is cleaned by conventional procedures and clamped to a stainless steel block in the target chamber of the ion implanter. If a stainless steel block is injected by 170 KeV at nominally 100 ° C and 3 × 10 7 oxygen /
이송전자마이크로스코피는 무겁게 쌍으로 만들게 될 결점의 지역들을 나타낸다. RBS에 이어, 웨이퍼는 다시 주입기에 옮겨지고 액체 질소 온도에서 그 웨이퍼는 명목상 3×1014실리콘/㎠(400KeV)가 주입된다. 랜덤화된 웨이퍼의 RBS 수율은 제5도에 도시되며, 여기서 곡선(50 및 51)은 랜덤과 채널된 수율이다. Si 표면에 확장된 무형화된 지역인 SiO2층에 인접한 Si의 무형화는 분명한 것이다. RBS에 따르면 웨이퍼는 진공중에서 2시간 동안 60℃로 풀림된다. 연속적인 RBS의결과는 제5도에 도시되며, 여기서 곡선(52)은 제2저온 풀림 후 웨이퍼의 채널된 수율이다.Transfer electron microscopy represents areas of the defect that will be heavily paired. Following the RBS, the wafer is transferred back to the injector and at liquid nitrogen temperature the wafer is injected with a nominal 3 × 10 14 silicon / cm 2 (400 KeV). The RBS yield of the randomized wafer is shown in FIG. 5, where curves 50 and 51 are random and channeled yields. The immobilization of Si adjacent to the SiO 2 layer, which is an immobilized region extended on the Si surface, is evident. According to RBS, the wafer is unwound at 60 ° C. for 2 hours in vacuum. The results of the successive RBSs are shown in FIG. 5, where curve 52 is the channeled yield of the wafer after the second cryogenic unwinding.
결정질의 향상 특히 Si 상부층은 아주 분명하다. 특히, SiO2/Si 상부층 인터페이스는 약 3%의 Xmin의 장치 질의 상부층과 더불어 결점들에서 벗어났다. 전자 마이크로스포피는 또한 웨이퍼에서 수행되었으며, 매입 SiO2층은 Si 돌기들 없이, 날카로운 경계면들로 반드시 연속임을 보였으며, 상부층에서의 쌍정의 부재를 증명해 주었다.The improvement of crystalline, in particular the Si top layer, is quite evident. In particular, the SiO 2 / Si top layer interface was free from defects with a top layer of about 3% Xmin device quality. Electron microscopy was also performed on the wafer, and the buried SiO 2 layer was shown to be essentially continuous with sharp interfaces, without Si protrusions, demonstrating the absence of twins in the top layer.
[예 2][Example 2]
제2SOI 웨이퍼는 임계 이하의 산소 주입이 500℃ 동안 규정 웨이퍼 온도를 제외하고는 거의 예 1에 기술된 것처럼 제공되며, 산수 주입(4×1017산소/㎠, 200KeV)은 랜덤화 Si주입(공칭온도 30℃, 1×1015/㎠, 460KeV)에 의해 수반되며, 다음의 열처리는 제2랜덤화 Si 주입(상기와 같은 조건)에 의해 수반되며, 이것은 600℃ 풀림에 의해 수반된다. 그리하여 형성된 헤테로 구조체의 질은 거의 예 1에 기술된 바와 같다.The second SOI wafer is provided as sub-critical oxygen injection is nearly as described in Example 1 except for the prescribed wafer temperature for 500 ° C., and the arithmetic injection (4 × 10 17 oxygen /
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