TW452926B - Process for fabricating SOI substrate with high-efficiency recovery from damage due to ion implantation - Google Patents

Process for fabricating SOI substrate with high-efficiency recovery from damage due to ion implantation Download PDF

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Description

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 45292 6 A7 ___B7 五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種使用SIM〇X (藉由植入氧而分離) 的方法製造SOI(絕緣體上有矽）的基板，其中氡化矽薄膜 係藉由將氧離子植入單晶矽基板而形成在矽基板裡面。 至於製造非常大規模之積體電路的方法之一，S〇I技 術一直以來由於其積合度及低功率損耗而受到注目。在製 造SOI基板-其中矽層形成在絕緣基板上-的已知方法中， 例如雷射再結晶方法及基板結合-其中單晶矽基板係經由 絕緣膜結合在一起-的方法《此外，所謂的SIM〇x方法_ 其中氧係以離子植入法置入砂基板-也一直在使用中。 該SIMOX方法係為一種其中製入高濃度氧離子以致 於在矽基板之特定深度區域裡提供氧化層的方法。該方法 裡，熱處理係為了從由於離子植入而致之任何損壞修復而 執行。 以曰本專利特許公開案HEI 7_263538所述的製造s〇I 基板之方法作為習知技術的參考。 首先’利用如圖2步驟（A)所示之植入裝置，將氧離子 〇+植入單晶矽基板21裡至特定深度（氧離子的植入（步驟 (A))。該情況裡，為了要避免表面單晶層22位錯密度增 加及如圖2步驟（C)所之齓入氧化—層25的擊穿電場強度減 低，氧離子植入的數量低於0.5 X 1〇!8公分-2 。除此之 外’圖號23係指高濃度氧化離子植入層。 其次’如圖2步驟（B)所示，利用CVD(化學蒸汽沉積 法）裝置，使Si%退火保護膜24形成在晶矽基板21的表 面上（保瘦膜的形成（步雜（B))。然而，也可以進行圖2的 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（2丨ΟΧ297公釐} (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i装· ,Α 4 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 45292 6 Λ7 B7 ——· - -_____ __ 五'發明説明（2) 下一個第三步驟（C)而不用.形成退火保護膜24。 接著’如圖2的步驟（C)所示，將基板21放入含〇_5〇/〇 氧分壓之Ar大氣中保持850°c的爐裡，將溫度增加到135〇 t (退火程序（第三步驟（C))。經由該為火方法，使基板穩 人至致使高離子植八層23變成散入氣化過25 »除 此之外’圖號26係表示退火氧化膜。 再者，將單晶矽基板21在11 5 CTC到低於熔點溫度的 溫度範圍内進行急一疼竺數小時（高溫氧化程序（第四步 驟））。在該方法裡，〇2氣體濃度應該保持在大於1%至最 高可達100%的範圍内。 進行上述步驟的結果，獲得下列三種改良。 第，如圖2的步驟（D)和（E)所示，退火程序所形成 之_鼓入氡H層25的增量27係在增加嵌入氧化膜25厚度 的步驟中形成。除此之外，圖號28係指由高溫氧化所增 加的表面氧化膜〇 同樣地，如圖2的步驟（F)*(G)，減少針孔步驟所示， 當粒子已沉積在植入氧離子的單晶矽基板21表面上時， 嵌入氧化膜25的針孔29係獲得修復。 此外’如®I 2之平化敌入氧化p 25的步称⑹及⑴所 示，嵌入氧化膜25很版趟见痕及突出部係以嵌入氧化膜 增量27'壬业。.除此之外，点卜狀阁， ^ Γ隹上述圖2之步驟（C)所形成的 退火膜26除去之後，可以進行圖2所示之步驟⑼到⑴。 接著’如圖2的步驟⑺所示，進行犧牲氧化程序以使 表面石夕單晶層22變薄。該犧，牲氧化步驟可以在去除表面 本紙張尺度剌巾g國家標準（cns )機i^^_297公廣"y --^------袭------ΐτ------^ (請先閱讀背面之注^項再填寫本頁) 6 A7 B7 45292 五、發明説明（3) 氧化膜28之後進行。同樣地，犧牲氧化步驟可以在退火 —1-------裝------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 程序及㊅溫氧化料之間進行。此外，該犧牲氧化程序可 以在去除退火氧化膜26後進行β 、在上述程序中，也可以在增加溫度的條件下進行圖^ 的退火程序（C) ’接著增加溫度，進行高溫氧化。退火係 在提高爐溫的程序_進行，其Μ絲持在爐溫一直超 過1200 C的狀態。然後，在提高溫度之後供給火爐增量 的氧，以致使氧内分壓調至大約聽的高濃度。因此， 第四步驟的高溫氧化程序完成。 然而，在經由退火程序，||由將氧離子植入單晶石夕基 板而於碎基板上形成嵌人氧化膜的程序裡，因為氧化石夕膜 係藉由植入氧離子而形成於矽基板内’改逆表面發|發j i复垡° 踔像晶韓管特性破壞及敗 A·直北败介 發明摘要 本發明之目的因此係提供一種製造S0i基板的方法， 其有效地修復由於離子植入而致的損壞。 經濟部中央梯準局負工消費合作社印繁 為了達到上述目的，本發明係提供一種製造S〇i基板 的方法，其包括： 在將氧離子植入單晶矽基板至特定深度之後，藉由熱 處理在氧離子植入區域形成一氧化矽膜;及 藉由於存在整個氧化矽膜之鼻面側邊上，單晶矽基板 的矽基板上進行膦衝雷射退火，來修復由於離子植入而致 矽基板的損壞。 另一具體實施例進一步地包括利用重覆脈衝雷射退火 ί 6 本紙张尺度通用中國國家標準（CNS ) Μ規格（2ί〇Χ297公釐） 452926 Λ7 Β7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（4) 法將存在整個氧化石夕膜之表面側邊上的石夕重覆嫁融及再 結晶。 J式的簡單說曰i 由下列詳細說明可以完全地了解本發明而所附的圖式 僅用來作說明之用’因此本發明不受其限制，其中： 圖ΙΑ ’ 1B及ic係為製造本發明之具體實施例之s〇I 基板的程序圖；及 圖2係為製造習知技術之SOI基板的程序圖。 輕施例之詳細钳aq 以下’本發明係以圖ΙΑ，1B及1C所示的具體實施 例做參考而加以詳細描述。圖〖A ’ 1B及lc為為製造本 發明之具體實施例之SOI基板的程序圖^請參考圊i A , 1B及1C，圖號1係指單晶矽基板，2係指表面單晶矽層， 2a係指損壞修復的表面單晶矽層，3係指高濃度氧離子植 入層，5係指嵌入氧化膜，及6係指退火氧化膜。 首先’利用所需的離子植入裝置，如圖所示，以 例如180電子伏的植入能及〇 4 χ 1〇 u公分·2的劑量， 將南濃度的氧離子植入矽基板以此離子植入法置入基 板1的氧原子係根據矽基板】之特定深度區域裡的預定範 圍裡散佈，植入至高濃度。結果，氧原子形成高濃度氧植 入層3 ’成為一種絕緣體的嵌入氧化層5。 因為氧係以特定能量植入，所以低氧原子濃的矽層仍 留在氧化矽層3的表面側邊上。然而，因為眾多氧原子已 π全通過’矽層造成結晶度損壞，因此不適用於該階段的 裝置形成。 ' 本紙張尺度適用中國國^i7CNS ) Α4現格2丨0Χ297公楚 7 —------袭------tr------Λ. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 452926 8 7 1 04 48 8 a7 R7 Λ， 績請委 ίΐ::.' 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 五、發明說明（5 ) 接著，如圖1B所示，在含0.5%濃度氧的Ar大氣裡， 於1350t：熱處理4小時，以從高濃度氧植入層3形成嵌 入氧化層5。在該程序裡，添加5%濃度氣的用意在於避 免基板表面裡形成凹痕。同樣地，因為脈衝雷射退火係在 熱處理之後進行，所以熱處理可以在低於1350°C，例如 大約1100°C的溫度下進行。 其次，如圖1C所示，進行脈衝雷射退火以熔融及再 結晶表面單晶矽層2。脈衝雷射光束（ArF，XeCl雷射光 束或相似光束）係以1200毫焦/平方公分或更高的能量密 度照射。脈衝雷射光束係通過由上述熱處理而形成於表面 單晶矽表面内的氧化矽膜6，並能夠使表面單晶矽層2在 數十毫微米内經由其極大的半導體吸吸係數（能量僅由表 面吸枚）而熔融，其照射時間為20-60秒而其在照射期間 的極大功率密度為107瓦特/平方公分。 藉由該脈衝雷射退火，表面單晶矽層2熔融並再結晶， 使結晶缺陷的活性活化，完成以晶種為主的損壞修復a結 果，獲得已降低表面矽缺陷密度及修復損壞的表面單晶矽 基層2a。同樣也藉由重覆照射該脈衝雷射光東來進行熔 融及再結晶，缺陷密度可以更降低。例如，在表面矽層2 由脈衝雷射退火而熔融之後，降低表面矽層2至矽熔點一 半的溫度（大約570eC)，因此再結晶，然後再次進行脈衝 雷射退火》 如上詳細說所述，使用本發明係得以降低表面矽層的 缺陷密度。這使得高品質SOI基板得以在低溫及低成本 (請先閱讀背面之注意事項再Ϊ本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 52926 Λ7 B7 ______ — ____________; " ----- 五、發明説明（6) 之下獲得，依次地有助於形成各種裝置。 上述之具體實施例係用來詳細說明本發明之目的、特 徵及功效，對於熟悉該項技藝人士而言，可能根據上述說 明而對該具體實施例作部分變更或修改，卻不脫離出本發 明之精神範疇，因此’本發明之專利範圍僅由附錄之申請 專利範圍加以說明之° --.------袭------II------森 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印笨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 4 5 2926 Λ7 B7五、發明説明（7 ) 元件標號對照表 1.. .單晶矽基板 2.. .表面單晶矽層 2a...損壞修復的表面單晶矽層 3.. .高濃度氧離子植入層 5…嵌入氧化膜 6.. .退火氧化膜 21.. .單晶矽基板 22.. .單晶層 23.. .高濃度氧化離子植入層 24.. .5102.火保護膜 25.. .氧化層 26…退火氧化膜 27.. .增量 28.. .高溫氧化所增加的表 面氧化膜 --;--^-----裝------ΪΤ------^ t請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡準局貝工消費合作社印掣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X四7公釐） 10

Claims (1)

  1. 452926 A8B8C8D8 六、申請專利範圍
    煩.請委员明--:'，本案修二沒是否變更原實質内容 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 第87104488號專利再審查案申請專利範圍修正本 修正日期：89年02月 1. 一種製造SOI基板的方法，其包括： 在將氧離子植入至單一晶梦基板（1)的特定深度（3) 之後，藉由熱處理而在經氡離子植入的區域（3)上形成 一氧化矽膜（5);及 藉由對存在於該氧化矽膜（5)整個之表面側邊上之 該單晶矽基板（1)的矽進行脈衝雷射退火，來修復因離 子植入而造成該矽基板（1)的損壞，其中該脈衝雷射係 以1200mJ/cm2或更高的能量密度來照射。 2. 根據申請專利範圍第1項製造SOI基板的方法，其進_ 步地包括利用重覆脈衝雷射退火法，將存在整個氡化發 膜之表面側邊上的矽重覆熔融及再結晶。 ---------------d--------訂. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線
    \
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